Pickering emulzije uz ultrazvuk velike snage

• Pickering emulzije stabilizirane su čvrstim česticama.
• Pickering emulzije uvjeravaju svojim karakterom „bez emulgatora“ i poboljšanom stabilnošću.
• Ultrazvuk je savršen alat za izradu Pickering emulzija: prvo se stabilizirajuće čestice dispergiraju u vodenu fazu, a zatim se emulgira faza ulje/voda.

Pickering emulzije

Pickering emulzije stabilizirane su adsorbiranim čvrstim česticama umjesto emulgatora ili surfaktanta. Stoga se Pickering emulzije mogu smatrati „bezemulgatorskim“ ili „bezsurfaktantnim“, jer ih stabiliziraju čvrste čestice. Ako se ulje i voda pomiješaju te nastanu sitne kapljice ulja raspršene u vodi, kapljice će se na kraju sjediniti (koalescirati) kako bi se smanjila količina energije u sistemu. Međutim, ako se smjesi dodaju čvrste čestice, one će se vezati na površinu međufazne granice i spriječiti koalescenciju kapljica, što uzrokuje veću stabilnost emulzije.
Nastanak bez emulgatora posebno je zanimljiv za formulaciju proizvoda kod kojih upotreba surfaktanata ima negativne učinke, npr. za farmaceutske i kozmetičke proizvode. Osim toga, Pickering emulzije pokazuju poboljšanu stabilnost u poređenju s emulzijama koje su stabilizirane konvencionalnim emulgatorima. Prevlaka kapljica od čvrstih čestica djeluje kao kruta barijera protiv koalescencije. To znači da se čak i visokokoncentrirane emulzije mogu efikasno stabilizirati kao Pickering emulzije. Čvrste nanočestice, koje su adsorbirane na međufaznoj granici ulja i vode, djelomično su uronjene u vodeni i uljni medij, pa stabilizirajuće nanočestice mogu imati hidrofilna, hidrofobna ili amfifilna svojstva. Oblik i veličina čestica također utječu na stabilnost emulzije.

Visoke mehaničke smične sile ultrazvučne homogenizacije savladavaju energetsku barijeru između međufaznih granica faza. Osim toga, ultrazvučna obrada (sonikacija) razbija agregate i aglomerate nanočestica i stvara visoko polidisperznu emulziju.

Ultrazvučna obrada (sonikacija) koristi se u oba koraka pripreme pickering emulzije:

1. za dispergiranje adsorbiranih čestica u vodenu fazu
2. za emulgiranje smjese o/w

Pickering emulzija sa silicijum-dioksidom

Najprije su hidrofilni pirogeni prahovi silicijum-dioksida (kao što su Aerosil® 200 ili Aerosil® 380) dispergirani u vodi kao aglomerati od 100nm pomoću ultrazvučnog uređaja.
U drugom koraku ultrazvučnom obradom (sonikacijom) pripremljene su stabilne o/w emulzije s 20 wt% ulja i veličinom kapljica promjera 2–10nm.
Da bi se dobile stabilne, prozirne emulzije butanola, etil-acetata, butil-laktata i dietil-adipata u vodenoj fazi, bilo je potrebno 6% silicijum-dioksida. Za diizobutil-adipat potrebno je najmanje 8% silicijum-dioksida da bi se dobila stabilna emulzija.
Pokazalo se da su sve pripremljene emulzije stabilne najmanje 6 mjeseci.

Iako je čisti, kao i funkcionalizirani silicijum-dioksid (SiO₂) jedna od najčešće korištenih čestica, uspješno su za stvaranje stabilnih Pickering emulzija korištene i druge čestice, kao što su

• Fe₃O₄,
• hidroksiapatit,
• monodisperzne polistirenske lateks čestice,
• ciklodekstrin i maltodekstrin,
• haloizitne nanocijevi,
• hematitne (α-Fe₂O₃) mikročestice,
• poli(metil-metakrilat) (PMMA),
• netopljivi kompleksni čestice hitozana/želatine-B

među mnogim drugim čvrstim česticama.

Literatura / reference

• 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.