أجهزة الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية
المستحلب نظام ثنائي الطور يتكون من سائلين غير قابلين للامتزاج، يتوزع فيه أحد الطورين، الذي يُسمّى الطور الداخلي أو المشتت، على هيئة قطيرات صغيرة داخل الطور الآخر، الذي يُسمّى الطور الخارجي أو المستمر. ويتطلب تحضير المستحلب عمومًا إدخال طاقة إلى النظام ثنائي الطور. وقد ثبت أن قوى القص الناتجة عن الموجات فوق الصوتية تتمتع بكفاءة عالية في إنتاج مستحلبات فائقة الجودة ومستقرة على المدى الطويل ذات قطيرات نانوية الحجم.
تحسين استقرار المستحلبات بالموجات فوق الصوتية
تؤدي التأثيرات الفيزيائية للموجات فوق الصوتية الناجمة عن التجويف الصوتي إلى تفتيت قطيرات الزيت والماء، مما يسهّل تكوين مستحلبات مستقرة من نوع O/W وW/O ذات قطيرات صغيرة جدًا بأحجام ميكرونية ونانوية. وبفضل صغر حجم القطيرات ومساحة سطحها الكبيرة، تتمتع المستحلبات النانوية بخصائص نشاط حيوي مرتفعة بصورة استثنائية، وهو أمر مهم لإنتاج الأغذية والمكملات والمستحضرات الصيدلانية ومستحضرات التجميل. وبفضل الحجم المتناهي الصغر للقطيرات، يستطيع المركب النشط حيويًا اختراق الخلايا بسرعة. كما تكتسب المستحلبات النانوية أهمية في علوم المواد والصناعة لتصنيع الطلاءات والدهانات والبوليمرات وغيرها من المواد المركبة عالية الأداء. وعادةً ما تكون المستحلبات النانوية المحضّرة بالموجات فوق الصوتية أكثر استقرارًا بدرجة ملحوظة من المستحلبات كبيرة القطيرات، ولا تُظهر ترسيبًا أو اندماجًا للقطيرات أو تلبدًا.
- مستحلبات نانوية ومصغّرة
- كفاءة عالية
- تشغيل على دفعات أو بصورة مستمرة
- سوائل تتراوح من منخفضة اللزوجة إلى لزجة
- قابلية إعادة الإنتاج / قابلية التكرار
- تقنية موثوقة
- سهولة الاستخدام وأمانه
UP400St – جهاز بالموجات فوق الصوتية بقدرة 400W للمستحلبات النانوية من الزيت في الماء (O/W)
الاستحلاب عالي الكفاءة بالموجات فوق الصوتية
قارن Zungur وآخرون (2015) التجانس بالموجات فوق الصوتية بالتجانس التقليدي عالي القص لتحضير مستحلبات الماء وزيت الزيتون. واستُخدم WPI والمالتوديكسترين كعاملَي تغليف للمستحلبات، واستُخدم Tween20 كمثبّت. «تراوحت قيم مؤشر تكوّن الطبقة القشدية للمستحلبات المحضّرة بتقنيتَي التجانس التقليدي والتجانس بالموجات فوق الصوتية بين 20.77 و86.26 % وبين 15.63 و91.55 %، على التوالي. وبوجه عام، أظهرت النتائج أن المستحلبات المحضّرة بالاستحلاب بالموجات فوق الصوتية أكثر استقرارًا من تلك المحضّرة بطريقة التجانس التقليدية.»
صور مجهرية (بتكبير 100x) لمستحلبات تحتوي على 40 % (wb) من المادة الجافة و9 % (wb) من الزيت، محضّرة بطريقة التجانس التقليدية باستخدام (a) WPI، و(b) MD، و(c) مزيج WPI-MD (1:1)؛ ومحضّرة بطريقة التجانس بالموجات فوق الصوتية باستخدام (d) WPI و(e) MD و(f) مزيج WPI-MD (1:1). يؤدي الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية إلى قطيرات أصغر بدرجة ملحوظة واستقرار أفضل للمستحلب.
(الدراسة والصور المجهرية: Zungur وآخرون، 2015)
خلص Taha وآخرون (2020) في مقالتهم الاستعراضية إلى أن الموجات فوق الصوتية عالية الشدة (HIU) «يمكن استخدامها لتحسين خصائص الاستحلاب لدى عوامل الاستحلاب الغذائية، مثل البروتينات وعديدات السكاريد، وتعزيز استقرار مستحلباتها. وقد أظهرت المستحلبات المنتجة باستخدام HIU والمثبّتة بمعقّدات البروتين وعديدات السكاريد استقرارًا أفضل في مواجهة الإجهادات البيئية مقارنةً بالمستحلبات المثبّتة بمكونات منفردة. علاوةً على ذلك، أظهرت عدة دراسات أن مجانسات HIU كانت أكثر كفاءة في استخدام الطاقة من المجانسات عالية الضغط وأجهزة الموائع الدقيقة.» (Taha وآخرون، 2020)
- متوسط حجم القطيرات (يتأثر بتقنية الاستحلاب)
- توزيع أحجام القطيرات (يتأثر بتقنية الاستحلاب)
- لزوجة الطور الداخلي
- لزوجة الطور المستمر
- المادة الخافضة للتوتر السطحي
- تركيز الطور الزيتي
- الأس الهيدروجيني (pH) للطور المستمر
- الخصائص البصرية للمستحلب
يُستخدم الاستحلاب النانوي بالموجات فوق الصوتية لإنتاج مستحلبات عالية الأداء للمواد عالية الأداء والدهانات والطلاءات والأغذية والمستحضرات الصيدلانية ومستحضرات التجميل.
توزيع أحجام القطيرات في مستحلبات الماء وزيت الزيتون المحضّرة بواسطة (a) طريقة التجانس التقليدية و(b) طريقة التجانس بالموجات فوق الصوتية (باستخدام UP400S) مع MD وWPI ومزيجهما، والتي تحتوي على 40% من المادة الجافة و9% من الزيت (w/w). يؤدي الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية إلى قطيرات أصغر بدرجة ملحوظة، وتكوّن أقل للطبقة القشدية، واستقرار عام أفضل للمستحلب.
(الدراسة والرسوم البيانية: Zungur وآخرون، 2015)
تحضير مستحلب من الزيت في الماء (O/W) بالموجات فوق الصوتية (ماء أحمر / زيت أصفر). تحوّل بضع ثوانٍ من المعالجة بالموجات فوق الصوتية طورَي الماء والزيت إلى مستحلب دقيق القطيرات.
أجهزة الاستحلاب عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية
توفّر Hielscher Ultrasonics أجهزة استحلاب بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة ومنخفضة التردد بجميع المقاييس، للأبحاث وتطوير العمليات والبحث والتطوير والإنتاج الصناعي لتدفقات ذات أحجام كبيرة جدًا. وتقدّم مجموعتنا الواسعة جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية المثالي بأي حجم ولأي قطاع صناعي.
يمكن لأجهزة المعالجة الصناعية بالموجات فوق الصوتية من Hielscher Ultrasonics توفير سعات اهتزاز عالية جدًا. ويمكن بسهولة التشغيل المستمر بسعات اهتزاز تصل إلى 200µm وفق نظام تشغيل 24/7/365. وللحصول على سعات اهتزاز أعلى، تتوفر سونوترودات مخصصة للموجات فوق الصوتية. ويمكن التحكم بدقة في جميع معلمات العملية ومراقبتها عبر برمجيات ذكية.
- لأي حجم / قدرة إنتاجية
- لأي قطاع صناعي
- فعّالة وتكثّف العمليات
- للمعالجة على دفعات وضمن خط الإنتاج
- متعددة الاستخدامات
- كفاءة في استخدام الطاقة
- سهولة التشغيل وأمانه
- نتائج قابلة لإعادة الإنتاج
- قابلية التوسع بصورة خطية
- موثوقة
- متينة وقليلة متطلبات الصيانة
- سهلة التركيب أو الدمج في الأنظمة القائمة
- عائد سريع على الاستثمار
مفاعل بالموجات فوق الصوتية مزوّد بـ MultiPhaseCavitator لتحسين الاستحلاب النانوي
MultiPhaseCavitator – نظام الحقن بالموجات فوق الصوتية للمستحلبات المستقرة
يُعد MultiPhaseCavitator – MPC48insert – عنصر إدخال فريدًا لمفاعلات خلية التدفق من Hielscher. ويتميز تصميم MultiPhaseCavitator بوجود 48 قنية دقيقة تحقن الطور الثاني من المستحلب مباشرةً في البؤرة الساخنة للتجويف. وفي منطقة التجويف، تُقطَّع الخيوط الدقيقة للطور الثاني المحقون بواسطة موجات فوق صوتية بتردد 20kHz. وهذا يعني أن السائل المحقون يُقطَّع بواسطة 20,000 ضربة اهتزازية في الثانية، مما ينتج قطيرات متناهية الصغر بصورة استثنائية ضمن النطاق النانوي. ويؤدي القص الناتج عن الموجات فوق الصوتية وموجات الصدمة والاضطرابات إلى استحلاب هذه القطيرات الصغيرة داخل الطور المستمر، وإنتاج مستحلب نانوي فائق الجودة وعالي الاستقرار.
هل ترغب في شراء جهاز استحلاب بالموجات فوق الصوتية؟
تواصل معنا الآن بتعبئة نموذج الاتصال أدناه، أو إرسال رسالة بريد إلكتروني إلينا، أو الاتصال بنا هاتفيًا!
يسعد فريقنا ذو الخبرة الواسعة بمناقشة تطبيق الاستحلاب الخاص بك معك والتوصية بنظام الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية الأنسب لك!
- معلمات يمكن التحكم فيها بدقة
- سعات اهتزاز عالية
- كفاءة في استخدام الطاقة
- معالجة على دفعات وضمن خط الإنتاج
- قابلية التوسع بصورة خطية إلى أي حجم
- برمجيات ذكية بإعدادات قابلة للبرمجة للمعالجة بالموجات فوق الصوتية
- تشغيل وفق نظام 24/2/365
- متين
- توفر السونوترودات والملحقات
يقدّم الجدول أدناه مؤشرًا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500mL | 10 إلى 200mL/min | UP100H |
| 10 إلى 2000mL | 20 إلى 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20L | 0.2 إلى 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100L | 2 إلى 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 إلى 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | أكبر | مجموعة من أجهزة UIP16000 |
تواصل معنا! / اسألنا!
المؤلفات / المراجع
- Zungur Bastıoğlu, Aslı; Koç, Mehmet; Kaymak-Ertekin, Figen (2015): Physical Properties of Olive Oil in Water Model Emulsion: Effect of Aqueous and Oil Phase Concentration and Homogenization Types. Akademik gıda 13, 2015. 22-34.
- Zahra Hadian, Mohammad Ali Sahari, Hamid Reza Moghimi; Mohsen Barzegar (2014): Formulation, Characterization and Optimization of Liposomes Containing Eicosapentaenoic and Docosahexaenoic Acids; A Methodology Approach. Iranian Journal of Pharmaceutical Research (2014), 13 (2): 393-404.
- Ahmed Taha, Eman Ahmed, Amr Ismaiel, Muthupandian Ashokkumar, Xiaoyun Xu, Siyi Pan, Hao Hu (2020): Ultrasonic emulsification: An overview on the preparation of different emulsifiers-stabilized emulsions. Trends in Food Science & Technology Vol. 105, 2020. 363-377.
- Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
حقائق جديرة بالمعرفة
ما هو المستحلب؟ – تعريف مصطلح «المستحلب»
المستحلب نظام مائع يتكون من سائلين غير قابلين للامتزاج على الأقل، يتشتت فيه أحد السائلين داخل الآخر على هيئة قطيرات صغيرة. ويُسمّى طور القطيرات الصغيرة الموزعة الطور المشتت أو الداخلي، بينما يُسمّى الطور الآخر الطور المستمر أو الخارجي. وهناك نوعان رئيسيان من المستحلبات يُميَّز بينهما: مستحلبات الزيت في الماء (O/W) ومستحلبات الماء في الزيت (W/O). في مستحلب الزيت في الماء (O/W)، يكون الطور الداخلي زيتًا أو سائلًا قابلًا للامتزاج بالزيت، ويكون الطور الخارجي ماءً أو سائلًا قابلًا للامتزاج بالماء. وفي مستحلب الماء في الزيت (W/O)، يكون الطور الداخلي سائلًا شبيهًا بالماء، بينما يكون الطور الخارجي سائلًا شبيهًا بالزيت.
تتطلب معظم المستحلبات عامل استحلاب يُعرف بالمثبّت أو المادة الخافضة للتوتر السطحي. ويؤدي حجم القطيرات أيضًا دورًا حاسمًا في استقرار المستحلب. فكلما صغر حجم القطيرات، زاد استقرار المستحلب.
موجات فوق صوتية عالية الأداء! تغطي مجموعة منتجات Hielscher النطاق الكامل، من جهاز المعالجة المختبري المدمج بالموجات فوق الصوتية، مرورًا بالوحدات التي توضع على طاولة المختبر، وصولًا إلى أنظمة الموجات فوق الصوتية الصناعية المتكاملة.