مستحلبات بيكرينغ باستخدام الموجات فوق الصوتية عالية القدرة

• تُثبَّت مستحلبات بيكرينغ بواسطة جسيمات صلبة.
• تتميز مستحلبات بيكرينغ بطبيعتها «الخالية من عوامل الاستحلاب» وثباتها المعزَّز.
• تُعد الموجات فوق الصوتية الأداة المثالية لإنشاء مستحلبات بيكرينغ، وذلك أولًا بتشتيت الجسيمات المثبِّتة في الطور المائي، وثانيًا باستحلاب طور الزيت/الماء.

مستحلبات بيكرينغ

تُثبَّت مستحلبات بيكرينغ بواسطة جسيمات صلبة ممتزّة على السطح بدلًا من عامل استحلاب أو مادة خافضة للتوتر السطحي. ولذلك يمكن اعتبار مستحلبات بيكرينغ «خالية من عوامل الاستحلاب» أو «خالية من المواد الخافضة للتوتر السطحي»، لأنها تُثبَّت بواسطة جسيمات صلبة. إذا مُزج الزيت والماء وتكوَّنت قطرات زيت صغيرة وتشتَّتت في جميع أنحاء الماء، فإن هذه القطرات ستندمج في نهاية المطاف لتقليل مقدار الطاقة في النظام. ولكن إذا أُضيفت جسيمات صلبة إلى المزيج، فإنها سترتبط بالسطح البيني وتمنع القطرات من الاندماج، مما يجعل المستحلب أكثر ثباتًا.
يكتسب التكوين دون عامل استحلاب أهمية خاصة في صياغة المنتجات التي يترتب على استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي فيها آثار سلبية، مثل المنتجات الصيدلانية ومستحضرات التجميل. علاوة على ذلك، تُظهر مستحلبات بيكرينغ ثباتًا معزَّزًا مقارنة بالمستحلبات المثبَّتة بعوامل الاستحلاب التقليدية. ويعمل غلاف الجسيمات الصلبة المحيط بالقطرات حاجزًا صلبًا يمنع الاندماج. وهذا يعني أنه يمكن تثبيت حتى المستحلبات عالية التركيز بكفاءة بوصفها مستحلبات بيكرينغ. وتكون الجسيمات النانوية الصلبة الممتزّة عند السطح البيني بين الزيت والماء مغمورة جزئيًا في الوسطين المائي والزيتي، بحيث يمكن أن تتمتع الجسيمات النانوية المثبِّتة بخواص محبة للماء أو كارهة للماء أو مزدوجة الألفة. كما يؤثر شكل الجسيمات وحجمها في ثبات المستحلب.

تتغلب قوى القص الميكانيكية العالية الناتجة عن التجانس بالموجات فوق الصوتية على حاجز الطاقة بين الأسطح البينية للأطوار. علاوة على ذلك، تفكك المعالجة بالموجات فوق الصوتية تجمعات الجسيمات النانوية وتكتلاتها، وتُنشئ مستحلبًا ذا تعدد تشتت مرتفع للغاية.

تُستخدم المعالجة بالموجات فوق الصوتية في كلتا خطوتي تحضير مستحلب بيكرينغ:

1. لتشتيت الجسيمات الممتزّة على السطح في الطور المائي
2. لاستحلاب مزيج الزيت في الماء (o/w)

مستحلب بيكرينغ باستخدام السيليكا

في البداية، شُتِّتت مساحيق السيليكا المدخنة المحبة للماء (مثل Aerosil® 200 أو Aerosil® 380) في الماء على هيئة تكتلات بحجم 100nm باستخدام جهاز يعمل بالموجات فوق الصوتية.
وفي الخطوة الثانية، حُضِّرت مستحلبات مستقرة من الزيت في الماء (o/w) تحتوي على 20 wt% من الزيت، وتتراوح أقطار قطراتها بين 2–10nm، بواسطة المعالجة بالموجات فوق الصوتية.
وللحصول على مستحلبات مستقرة وشفافة من البيوتانول وأسيتات الإيثيل ولاكتات البيوتيل وأديبات ثنائي الإيثيل في الطور المائي، كانت هناك حاجة إلى 6% من السيليكا. أما أديبات ثنائي الأيزوبيوتيل، فتتطلب ما لا يقل عن 8% من السيليكا للحصول على مستحلب مستقر.
وقد ثبت أن جميع المستحلبات المحضَّرة تظل مستقرة لمدة لا تقل عن 6 أشهر.
 

على الرغم من أن السيليكا غير المعدَّلة وكذلك السيليكا المعدَّلة وظيفيًا (SiO₂) من أكثر الجسيمات استخدامًا، فإن جسيمات أخرى مثل

• Fe₃O₄,
• هيدروكسي أباتيت,
• البوليسترين أحادي التشتت على هيئة جسيمات لاتكس,
• السيكلودكسترين والمالتودكسترين،
• الأنابيب النانوية من الهالويزيت،
• الهيماتيت (α-Fe₂O₃) على هيئة جسيمات دقيقة،
• بولي(ميثيل ميثاكريلات) (PMMA)،
• جسيمات معقَّد الكيتوزان/الجيلاتين-B غير القابلة للذوبان

، إلى جانب العديد من الجسيمات الصلبة الأخرى، استُخدمت بنجاح لإنشاء مستحلبات بيكرينغ مستقرة.

الأدبيات / المراجع

• Xu, Yayuan; Song, Jiangfeng; Dai, Zhuqing; Niu, Liying; Dajing, Li; Wu, Caie (2022): Study on physicochemical characteristics of lutein nanoemulsions stabilized by chickpea protein isolate-stevioside complex. Journal of the Science of Food and Agriculture 102; 2022. 1872-1882.
• Xiao-Yan Wang and Marie-Claude Heuzey (2016): Chitosan-Based Conventional and Pickering Emulsions with Long-Term Stability. Langmuir 32, 4; 2016. 929–936.
• Bordes, C.; Bolzinger, M.-A.; El Achak, M.; Pirot, F.; Arquier, D.; Agusti, G.; Chevalier, Y. (2021): Formulation of Pickering emulsions for the development of surfactant-free sunscreen creams. International Journal of Cosmetic Science 43, 2021. 432-445.