Емулсии на Пикеринг с мощен ултразвук

• Емулсиите на Пикеринг се стабилизират от твърди частици.
• Емулсиите на Пикеринг се отличават със своя характер „без емулгатори“ и с повишената си стабилност.
• Ултразвукът е идеалният инструмент за създаване на емулсии на Пикеринг чрез първоначално диспергиране на стабилизиращите частици във водната фаза и последващо емулгиране на фазата масло/вода.

Емулсии на Пикеринг

Емулсиите на Пикеринг се стабилизират от адсорбирани твърди частици вместо от емулгатор или повърхностноактивно вещество. Поради това емулсиите на Пикеринг могат да се считат за „без емулгатори“ или „без повърхностноактивни вещества“, тъй като се стабилизират от твърди частици. Ако маслото и водата се смесят и се образуват малки маслени капчици, диспергирани в целия обем на водата, в крайна сметка капчиците ще се слеят, за да намалят количеството енергия в системата. Ако обаче към сместа се добавят твърди частици, те ще се свържат с междуфазната повърхност и ще предотвратят сливането на капчиците, като по този начин ще направят емулсията по-стабилна.
Образуването без емулгатор е особено интересно за разработването на формули на продукти, при които употребата на повърхностноактивни вещества има отрицателни ефекти, например фармацевтични и козметични продукти. Освен това емулсиите на Пикеринг показват повишена стабилност в сравнение с емулсиите, стабилизирани с конвенционални емулгатори. Покритието от твърди частици върху капчиците действа като твърда бариера срещу коалесценцията. Това означава, че дори силно концентрирани емулсии могат да бъдат ефективно стабилизирани като емулсии на Пикеринг. Твърдите наночастици, адсорбирани на границата масло–вода, са частично потопени във водната и маслената среда, така че стабилизиращите наночастици могат да имат хидрофилни, хидрофобни или амфифилни свойства. Формата и размерът на частиците също влияят върху стабилността на емулсията.

Високите механични сили на срязване при ултразвуковата хомогенизация преодоляват енергийната бариера между фазовите граници. Освен това ултразвуковата обработка разрушава агрегатите и агломератите от наночастици и създава силно полидисперсна емулсия.

Ултразвуковата обработка се използва и за двата етапа на приготвянето на емулсия на Пикеринг:

1. за диспергиране на адсорбираните частици във водната фаза
2. за емулгиране на сместа o/w

Емулсия на Пикеринг със силициев диоксид

Първо, хидрофилни прахове от пирогенен силициев диоксид (като Aerosil® 200 или Aerosil® 380) се диспергират във вода като агломерати с размер 100nm с помощта на ултразвуково устройство.
На втория етап чрез ултразвукова обработка се приготвят стабилни емулсии o/w с 20 wt% масло и диаметър на капчиците 2–10nm.
За получаване на стабилни, прозрачни емулсии на бутанол, етилацетат, бутиллактат и диетиладипат във водната фаза са необходими 6% силициев диоксид. За диизобутиладипат са необходими поне 8% силициев диоксид, за да се получи стабилна емулсия.
Всички приготвени емулсии са показали стабилност за поне 6 месеца.
 

Докато както немодифицираният, така и функционализираният силициев диоксид (SiO₂) е един от най-често използваните видове частици, други частици, като

• Fe₃O₄,
• хидроксиапатит,
• монодисперсни полистиренови латексови частици,
• циклодекстрин и малтодекстрин,
• халоазитни нанотръби,
• хематитови (α-Fe₂O₃) микрочастици,
• поли(метилметакрилат) (PMMA),
• неразтворими частици от комплекса хитозан/желатин-B

наред с много други твърди частици са успешно използвани за създаване на стабилни емулсии на Пикеринг.

Литература / Източници

• 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.