Emulze oleje ve vodě
Emulze se skládá ze dvou nemísitelných kapalin, které jsou jemně rozptýleny v sobě. U vodních emulzí oleje se olejovitá fáze (disperzní fáze) rovnoměrně promíchá do vodné fáze (kontinuální fáze). Ultrazvukové emulgátory jsou dobře zavedené pro přípravu emulze oleje ve vodě a nanoemulze. Ultrazvukové emulze vynikají jednotnou disperzní kapicí a dlouhodobou stabilitou.
Ultrazvukové olej-in-voda emulze
Emulze oleje ve vodě (O/W) jsou široce používány v mnoha spotřebních výrobcích, jako jsou potraviny, nápoje, kosmetika, léčiva atd., stejně jako v průmyslu (např. materiálové vědy, polymery, barvy, nátěry, jemná chemie atd.).
Definice emulze olej ve vodě
Emulze oleje ve vodě je směs, ve které se olejovitá fáze rozptýlí ve vodě nebo v jiné vodné kapalině. Malé kapičky oleje jsou jemně rozptýleny ve vodní fázi (kontinuální fáze), aby se vytvořila tato emulze oleje ve vodě. Pokud je olej (rozptýlená fáze) rozptýlen ve vodě (kontinuální fáze), jedná se o emulzi oleje ve vodě; pokud jsou kapky vody přidány do olejové kontinuální fáze, nazývá se emulze voda v oleji.
Pro přípravu emulze oleje ve vodě závisí výsledná kvalita emulze na složení (poměr oleje k vodě, emulgační činidlo) a technice emulgační techniky. Ultrazvukové emulgátory vytvářejí akustickou kavitaci, což má za následek intenzivní vysoké smykové síly a turbulence v kapalině. Tyto vysoce intenzivní síly narušují dvě nemísitelné kapalné fáze do nepatrných kapiček a rovnoměrně je mísí. Ultrazvuková emulzifika může snadno generovat nano-velké částice s kapicí velikosti až 10nm. Velmi malá velikost kapiček a homogenní, dokonce i rozložení velikosti kapiček ultrazvukem připravených emulzí mění použití ultrazvuku na preferovanou techniku emulzifikace.
Výhody ultrazvukové emulzifikace
Ultrazvuková emulze vyniká dalšími emulgačními technikami, jako je vysokotlaká homogenizace, vysokoskořádové míchání a mikrofluidizace účinností, konzistentní výroba nano-kapiček, vysoká stabilita emulze a schopnost léčit jakýkoli objem z malých trubek a kádinek na velké proudy.
Například Li a Xiang (2019) ukázali ve své srovnávací studii vysokotlaké homogenizace a ultrazvukové emulgace, že ultrazvuková špička dává jednotnější, stabilní emulze. Agregace v kokosovém oleji-in-voda emulze se objevil až poté, co byl podroben vysokotlaké homogenizace, zatímco emulze provedené ultrazvukové emulze zůstala stabilní během 30 dnů skladování.
Ve srovnání s mechanickým mícháním bylo zjištěno, že emulze připravené ultrazvukovou technikou jsou stabilnější po delší dobu ve srovnání s emulzemi připravenými mechanickým mícháním, které lze připsat malé velikosti kapiček, která je termodynamicky stabilizována. Ultrazvuková technika poskytuje stabilnější emulze než konvenční metoda mechanického míchání. (srov. Ramisetty a Shyamsunder, 2011)
O'Sullivan et al. (2015) ukazují ve své studii, že ultrazvuková emulze trvale přinesla submikronové emulze (méně než 200 nm). Nicméně nano-emulze s rovnoměrnou velikostí kapiček 10nm lze snadno a spolehlivě dosáhnout za optimalizovaných podmínek. Velikost kapičky ultrazvukem vyráběných emulzí je funkcí doby zpracování a ultrazvukové amplitudy pro dávkové i kontinuální zpracování.

Příprava čiré nano-velké emulze oleje ve vodě (O/W) s ultrazvukem UP400St
- vysoce efektivní proces
- sub-mikronů a nano-kapiček
- rovnoměrné rozdělení velikosti kapiček
- reprodukovatelné výsledky
- pro jakýkoli svazek
- Přesně kontrolovatelné
- lineární škálovatelné
- bezpečný a snadný provoz

Ultrazvuková příprava emulze oleje ve vodě (O/W) (červená voda / žlutý olej). Několik sekund použití ultrazvuku zase samostatné vody / oleje fáze do jemné emulze.
Pracovní princip ultrazvukové emulzifikace
Ultrazvuková výroba emulzí a nanoemulzí (jako je olej ve vodě a emulze vody v oleji) je založena na pracovním principu akustické kavitace. Za účelem vytvoření akustické kavitace je ultrazvukový ultrazvuk s vysokou intenzitou a nízkou frekvencí generován ultrazvukovým snímačem a přenášen ultrazvukovým rohem a sondou (sonotrodou) do kapaliny. Vysoce výkonný ultrazvuk je považován za ultrazvuk v rozsahu 16-30kHz. Ultrazvuková sonda se rozšiřuje a smršťuje například na 20kHz, čímž přenáší do média 20 000 vibrací za sekundu. Když ultrazvukové vlny cestovat přes kapalinu, střídavě vysokotlaké (komprese) / nízkotlaké (rarefaction / expanze) cykly vytvořit minutové dutiny (vakuové bubliny), které rostou v průběhu několika tlakových cyklů. Během kompresní fáze kapaliny a bublin je tlak pozitivní, zatímco fáze rarefaction vytváří vakuum (podtlak). Během cyklů komprese a expanze dutiny v kapalině rostou, dokud nedosáhnou velikosti, při které nemohou absorbovat další energii. V tomto bodě, oni implodují násilně. Imploze těchto dutin má za následek různé vysoce energetické účinky, které jsou známé jako fenomén akustické / ultrazvukové kavitace. Akustická kavitace se vyznačuje rozmanitými vysoce energetickými účinky, které ovlivňují systémy kapalina-kapalina, pevná kapalina a plyn-kapalina. Energeticky hustá zóna nebo kavitační zóna je známá jako takzvaná zóna horkých míst, která je nejvíce energeticky hustá v těsné blízkosti ultrazvukové sondy a klesá s rostoucí vzdáleností od sonotrody. Mezi hlavní charakteristiky ultrazvukové kavitace patří lokálně se vyskytující velmi vysoké teploty a tlaky a příslušné rozdíly, turbulence, a kapalina streaming. Během imploze ultrazvukových dutin v ultrazvukových horkých místech lze měřit teploty až 5000 Kelvinů, tlaky až 200 atmosfér a kapalné trysky s až 1000 km / h. Tyto vynikající energeticky intenzivní podmínky přispívají k sonomechanickým účinkům, které zintenzivňují procesy vysoce účinným mícháním, rozptylováním a emulgací. Ultrazvukové smykové síly, proudící kapalinou a turbulence narušují kapičky a rovnoměrně je mísí. Vysoce výkonná ultrazvuku produkuje spolehlivě nano-kapičky s rovnoměrným rozložením velikosti. Díky tomu je ultrazvuková emulze preferovanou metodou pro přípravu emulze oleje ve vodě / nanoemulze s vysokou stabilitou emulze a trvanlivostí.

Ultrazvukové nanoemulze připravené s Hielscherem UP400St na různých energetických desities
Účinky ultrazvukové intenzity na kvalitu emulze
Kvalita emulze se vyznačuje především její stabilitou. Stabilita emulze je zase faktorem rozložení velikosti kapiček a formulace emulze.
Ultrazvuková intenzita, tj.
Ve výzkumu je ultrazvuková emulze rozdělena do dvou fází: Během prvního kroku dochází k kombinaci interfaciálních vln a rayleigh-taylorské nestability, což způsobuje erupci dispergovaných fázových kapiček do kontinuální fáze.
Během druhého kroku jsou kapičky rozděleny akustickou kavitací v blízkosti hraničních fází kapiček. Intenzivní účinky narušení kapiček a míchání způsobené kavitačné rázové vlny vytvářejí velmi malé velikosti kapiček. Ultrazvuková intenzita, amplituda a doba použití ultrazvuku jsou zodpovědné za získaný dopad kavitace a tím nejvlivnější parametry týkající se jemné velikosti emulziry. Hielscher ultrazvuk’ průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v nepřetržitém provozu. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonotrody.
Vysoce výkonné ultrazvukové emulgátory
Ultrasonic emulsification is a reliable processing technology, which facilitates and accelerates the production of high-quality emulsions with submicron and nano-sized droplets. Hielscher Ultrasonics portfolio covers the full range from compact lab ultrasonicators to industrial systems for emulsification applications. This allow us at Hielscher to offer you the most suitable ultrasonicator for your envisaged emulsion quality and process capacity. Our long-time experienced staff will assist you from feasibility tests and process optimisation to the installation of your ultrasonic system on final production level.
Malý otisk nohou našich ultrazvukových extraktorů, stejně jako jejich univerzálnost v možnostech instalace, aby se vešly i do zařízení pro zpracování malého prostoru. Ultrazvukové procesory jsou instalovány po celém světě v potravinářských, farmaceutických a nutričních doplněk výrobních zařízení.
Hielscher Ultrazvuk – Sofistikované emulzifikační systémy
Hielscher Ultrazvuk produktové portfolio pokrývá celou řadu vysoce výkonných ultrazvukových emulgátorů od malých až po velké měřítko. Další příslušenství umožňuje snadnou montáž nejvhodnější konfigurace ultrazvukového zařízení pro proces emulzi. Optimální ultrazvukové nastavení závisí na předpokládané kapacitě, objemu, surovinách, dávkovém nebo vloženém procesu a časové ose.
Dávka a vložené
Hielscher ultrazvukové emulgátory mohou být použity pro dávkové a kontinuální průtok přes zpracování. Ultrazvukové dávkové zpracování je ideální pro testování procesů, optimalizaci a malou až střední úroveň výroby. Pro výrobu velkých objemů emulze může být výhodnější vložené zpracování. Kontinuální proces inline míchání vyžaduje sofistikované nastavení – sestávající z čerpadla, hadic nebo potrubí a nádrží -, ale to je vysoce efektivní, rychlý a vyžaduje podstatně méně práce. Hielscher Ultrazvuk má nejvhodnější nastavení emulze pro váš objem emulze a cíle procesu.
Ultrazvukové sondy a reaktory pro emulzifikaci v libovolné velikosti
Hielscher Ultrazvuk sortiment pokrývá celé spektrum ultrazvukových procesorů z kompaktních laboratorních ultrasonicators přes bench-top a pilotní systémy plně-průmyslové ultrazvukové procesory s kapacitou pro zpracování kamionů za hodinu. Kompletní sortiment nám umožňuje nabídnout vám nejvhodnější ultrazvukový emulgátor pro vaši procesní kapacitu a výrobní cíle.
Ultrazvukové stolní systémy jsou ideální pro testování proveditelnosti a optimalizaci procesů. Lineární scale-up založený na zavedených procesních parametrech velmi usnadňuje zvýšení zpracovatelských kapacit z menších šarží na plně komerční výrobu. Up-škálování lze provést buď instalací výkonnější ultrazvukové odsávací jednotky nebo shlukování několik ultrasonicators paralelně. S UIP16000, Hielscher nabízí nejsilnější ultrazvukové emulgátor po celém světě.
Přesně řiditelných amplitud pro optimální výsledky
Všechny Hielscher ultrasonicators jsou přesně kontrolovatelné a tím spolehlivé pracovní koně ve výrobě. Amplituda je jedním z klíčových parametrů procesu, které ovlivňují účinnost a účinnost ultrazvukové emulziry Amplituda je klíčovým faktorem, který rozhodujícím způsobem ovlivňuje kvalitu ultrazvukové emulziře. Všechny Hielscher Ultrazvuk’ procesory umožňují přesné nastavení amplitudy. Sonotrody a posilovací rohy jsou doplňky, které umožňují modifikovat amplitudu v ještě širším rozsahu. Hielscher průmyslové ultrazvukové procesory mohou poskytovat velmi vysoké amplitudy a poskytovat požadovanou ultrazvukovou intenzitu pro náročné aplikace. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v nepřetržitém provozu.
Přesné nastavení amplitudy a trvalé sledování parametrů ultrazvukového procesu pomocí inteligentního softwaru vám dávají možnost léčit emulzi s nejúčinnějšími ultrazvukovými podmínkami. Optimální použití ultrazvuku pro nejlepší výsledky emulzirace!
Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje nepřetržitý provoz v náročných a náročných prostředích. Díky tomu je Hielscherova ultrazvuková zařízení spolehlivým pracovním nástrojem, který splňuje vaše požadavky na emulgaci.
Snadné a bezrizikové testování
Ultrazvukové procesy mohou být zcela lineární škálované. To znamená, že každý výsledek, kterého jste dosáhli pomocí laboratoře nebo bench-top ultrasonicator, lze škálovat na přesně stejný výstup pomocí přesně stejné parametry procesu. Díky ultrazvuku ideální pro bezrizikové testování proveditelnosti, optimalizace procesů a následnou implementaci do komerční výroby. Kontaktujte nás, abyste se dozvěděli, jak může použití ultrazvuku zlepšit produkci emulze.
Nejvyšší kvalita – Navrženo a vyrobeno v Německu
Jako rodinný a rodinný podnik Hielscher upřednostňuje nejvyšší standardy kvality pro své ultrazvukové procesory. Všechny ultrasonicators jsou navrženy, vyrobeny a důkladně testovány v naší centrále v Teltow u Berlína, Německo. Robustnost a spolehlivost ultrazvukového zařízení Hielscher je, aby to pracovní kůň ve vaší výrobě. Nepřetržitý provoz při plném zatížení a v náročných prostředích je přirozenou vlastností vysoce výkonných míchacích pultů hielscher.
Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators:
Hromadná dávka | průtok | Doporučené Devices |
---|---|---|
1 až 500 ml | 10 až 200 ml / min | UP100H |
10 až 2000ml | 20 až 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
00,1 až 20L | 00,2 až 4 litry / min | UIP2000hdT |
10 až 100L | 2 až 10 l / min | UIP4000hdT |
na | 10 až 100L / min | UIP16000 |
na | větší | hrozen UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptej se nás!
Literatura / Reference
- O’Sullivan, Jonathan; Murrayc, Brian; Flynn, Cal; Norton, Ian (2015): Comparison of batch and continuous ultrasonic emulsification processes. Journal of Food Engineering Volume 167, Part B, Dec. 2015. 114-121.
- Li, Yujie; Xiang, Dong (2019): Stability of oil-in-water emulsions performed by ultrasound power or high-pressure homogenization. PlosOne March 8, 2019.
- Ramisetty, Kiran A.; Shyamsunder R. (2011): Effect of Ultrasonication on Stability of Oil in Water Emulsions. International Journal of Drug Delivery 3, 2011. 133-142.
Fakta Worth Knowing
Olej ve vodě vs voda-in-olej emulze
Emulze mohou být buď olej ve vodě nebo voda-in-olej. Technicky vzato se při výrobě emulzí olej ve vodě vs. voda v oleji smíchá jedna fáze (známá jako disperzní fáze) do druhé (kontinuální fáze). Jinými slovy, jedna kapalina slouží jako druh základny, do které se přidává další kapalina. Když je emulze "olej ve vodě", olej je rozptýlená fáze, která je distribuována do kontinuální fáze, vody. V emulzi vody v oleji se role přepínají. Mléko je příkladem emulze oleje ve vodě, zatímco máslo je voda v oleji.
Jaký je rozdíl mezi olej-in-voda a voda-in-olej emulze?
Hlavní rozdíl mezi emulzi olejem ve vodě a vodou v oleji je složení a struktura suspenze – což znamená, který typ kapaliny je zavěšen v celém druhém. V olej-in-voda emulze, olej je disperzní fáze, která se mísí jako velmi malé kapičky do vody / vodné fáze (kontinuální fáze). Na druhé straně je emulze vody v oleji definována jako suspenze, kde voda je rozptýlená fáze, která je homogenizována jako minutové kapičky do kontinuální olejové fáze.
Působivá emulsifikační technika, jako je ultrazvuková emulzice, vytváří potřebné smykové síly a turbulence, které rozbijí kapaliny na nepatrné kapičky a důkladně je promíchají.
Dalším důležitým faktorem je výběr emulgačních činidel. Ačkoli některé nano-velké emulze mohou být přirozeně stabilní, většina emulze nejsou přirozeně stabilní po delší časové období. Proto musí být formulace pečlivě navržena tak, aby vytvářela disperze s rozšířenou trvanlivostí. Ne každý emulgační činidlo je kompatibilní s jakýmkoli typem emulze. Emulgační činidlo s dobrou rozpustností ve vodě může usnadnit emulzi oleje ve vodě lépe než voda v oleji, zatímco emulgátor s dobrou rozpustností v oleji může fungovat nejlépe pro emulze vody v oleji.