Öl-in-Wasser-Emulsionen
Bei Öl-in-Wasser-Emulsionen wird die Ölphase in die wässrige Phase eingemischt. Ultraschallemulgatoren eignen sich ideal zur Herstellung dieser Emulsionen: Sie sorgen für eine gleichmäßige Tröpfchenverteilung und langfristige Stabilität und werden daher häufig in Labor und Produktion eingesetzt.
Vorteile der Ultraschallgeräte von Hielscher für Öl-in-Wasser-Emulsionen
- Gleichmäßige, stabile Emulsionen mit nanoskaligen Tröpfchen
- Wiederholbare und reproduzierbare Ergebnisse
- Optimal vom Labor- auf den Produktionsmaßstab skalierbar
- Fachkundige Unterstützung durch das technische Team von Hielscher
Setzen Sie bei Ihrem Emulsionsprojekt auf Hielscher
Hielscher Ultrasonics bietet fortschrittliche Ultraschallgeräte und umfassende Unterstützung bei der Herstellung gleichmäßiger, stabiler Öl-in-Wasser-Emulsionen mit nanoskaligen Tröpfchen. Unser technisches Labor kann Versuche durchführen und nanoskalige Emulsionen vermessen. Verbessern Sie Ihre Produkte mit unseren Ultraschallgeräten und unserem Fachwissen. Füllen Sie das Anfrageformular aus, um mehr zu erfahren.
Informieren Sie uns über Ihre Emulsionsformulierung. Unser Ultraschallexperte empfiehlt Ihnen die ideale Gerätekonfiguration und steht Ihnen mit Tipps zur Seite.
Öl-in-Wasser-Emulsionen mit Ultraschall
Öl-in-Wasser-Emulsionen (O/W) werden häufig in Verbraucherprodukten wie Lebensmitteln, Getränken, Kosmetika und Arzneimitteln sowie in der Industrie eingesetzt (z. B. Materialwissenschaften, Polymere, Farben, Beschichtungen, Feinchemie).
Definition einer Öl-in-Wasser-Emulsion
Eine Öl-in-Wasser-Emulsion ist ein Gemisch, in dem kleine Öltröpfchen in Wasser oder einer anderen wässrigen Flüssigkeit fein dispergiert sind. Die Qualität von Öl-in-Wasser-Emulsionen hängt von der Formulierung (Öl-Wasser-Verhältnis, Emulgator) und dem Emulgierverfahren ab. Ultraschallemulgatoren von Hielscher nutzen akustische Kavitation, die starke Scherkräfte und Turbulenzen erzeugt, um die nicht mischbaren Flüssigkeiten in sehr kleine Tröpfchen zu zerteilen und gleichmäßig zu vermischen. Mit diesem Verfahren lassen sich nanoskalige Partikel mit einer Größe von nur 10 nm erzeugen. Die so erzielten sehr kleinen, gleichmäßigen Tröpfchengrößen machen die Beschallung zum bevorzugten Emulgierverfahren.
Nanoemulgierung mit dem Ultraschallgerät UP400St
Vorteile der Ultraschallemulgierung
Die Ultraschallemulgierung übertrifft andere Verfahren wie die Hochdruckhomogenisierung und das Hochschermischen durch die effiziente, gleichbleibende Erzeugung von Nanotröpfchen und eine hohe Emulsionsstabilität. Studien zeigen, dass die Ultraschallemulgierung im Vergleich zu anderen Verfahren gleichmäßigere und stabilere Emulsionen erzeugt, die deutlich länger stabil bleiben.
Die Kurve zeigt die nanoskalige Tröpfchengrößenverteilung einer mit Ultraschall dispergierten Nanoemulsion. Diese Ultraschallemulsion besteht aus Öl, das in eine kontinuierliche Wasserphase emulgiert wurde.
Vorteile von Ultraschallemulsionen
- Hocheffizientes Verfahren
- Erzeugt Submikron- und Nanotröpfchen
- Gewährleistet eine gleichmäßige Tröpfchengrößenverteilung
- Liefert reproduzierbare Ergebnisse
- Für jedes Volumen geeignet
- Präzise steuerbar
- Linear skalierbar
- Sicher und einfach zu bedienen
Herstellung einer Öl-in-Wasser-Emulsion (O/W) mittels Ultraschall (rotes Wasser / gelbes Öl). Wenige Sekunden Beschallung verwandeln die getrennten Wasser- und Ölphasen in eine feine Emulsion.
Das Funktionsprinzip der Ultraschallemulgierung
Die Ultraschallemulgierung beruht auf akustischer Kavitation, die durch hochintensiven, niederfrequenten Ultraschall (16–30 kHz) erzeugt wird. Diese über eine Sonotrode übertragene Energie erzeugt Hochdruck- und Niederdruckzyklen, in denen sich Vakuumblasen bilden und heftig implodieren. Dieser Vorgang erzeugt starke Scherkräfte, die Tröpfchen gleichmäßig vermischen und zerteilen, sodass Nanotröpfchen mit einer einheitlichen Größenverteilung entstehen.
Hielscher Ultrasonics bietet fortschrittliche Geräte zur Herstellung von Emulsionen und Nanoemulsionen und ist damit die erste Wahl zur Verbesserung der Produktqualität und Leistungsfähigkeit.
Beschallung zur Herstellung einer Emulsion im Becherglas
Technikum von Hielscher: DLS-Messung mit Nanoflex zur präzisen Bestimmung der Tröpfchengröße
Einfluss der Ultraschallintensität auf die Emulsionsqualität
Die Emulsionsqualität wird hauptsächlich durch die Stabilität bestimmt, die von der Tröpfchengrößenverteilung und der Emulsionsformulierung beeinflusst wird. Ultraschallintensität, Amplitude und Beschallungsdauer sind entscheidende Einflussfaktoren für die Emulsionsqualität. Hohe Amplituden und optimierte Beschallungszeiten führen zu kleineren, stabileren Tröpfchen.
Hochleistungs-Ultraschallemulgatoren
Die Ultraschallemulgierung ist eine zuverlässige Technologie zur Herstellung hochwertiger Emulsionen mit Tröpfchen im Submikron- und Nanobereich. Hielscher Ultrasonics bietet ein vollständiges Gerätesortiment vom Labor- bis zum Industriemaßstab und damit das am besten geeignete System für Ihren Emulgierprozess. Unser Team unterstützt Sie von Machbarkeitsversuchen bis zur endgültigen Einrichtung der Produktion. Dank ihrer kompakten Bauweise und vielseitigen Installationsmöglichkeiten lassen sich unsere Ultraschallprozessoren in jede Prozessanlage integrieren.
Labor und Produktion, Chargen- und Inline-Verarbeitung
Hielscher stellt Hochleistungs-Ultraschallemulgatoren für Anwendungen im kleinen bis großen Maßstab her. Unsere Tischgeräte eignen sich ideal für Machbarkeitsversuche und die Prozessoptimierung. Die Maßstabsvergrößerung ist unkompliziert: entweder durch den Wechsel zu einem leistungsstärkeren Gerät oder durch die Kombination mehrerer Ultraschallgeräte zu einem Cluster. Der UIP16000 ist der weltweit leistungsstärkste Ultraschallemulgator. Anpassbares Zubehör ermöglicht die ideale Konfiguration für Ihren Prozess, abgestimmt auf Kapazität, Volumen, Rohstoffe und Produktionsanforderungen.
Die folgende Tabelle zeigt die Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte für die Emulgierung:
| Chargenvolumen | Volumenstrom | Empfohlene Geräte |
|---|---|---|
| 1–500 mL | 10–200 mL/min | UP100H |
| 10–2000 mL | 20–400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20 L | 0,2–4 L/min | UIP2000hdT |
| 10–100 L | 2–10 L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | höher | Cluster aus UIP16000 |
Ultraschallgeräte von Hielscher unterstützen sowohl die Chargenverarbeitung als auch die kontinuierliche Verarbeitung im Durchfluss. Die Chargenverarbeitung eignet sich ideal für Versuche und die Produktion im kleinen bis mittleren Maßstab, während die Inline-Verarbeitung bei großen Volumina effizient ist. Unsere Systeme sind auf Ihr spezifisches Emulsionsvolumen und Ihre Prozessziele ausgelegt.
Ultraschallreaktor für die Produktion – UIP2000hdT
Präzise steuerbare Amplituden für optimale Ergebnisse
Alle Ultraschallgeräte von Hielscher sind präzise steuerbar und gewährleisten eine effiziente und wirksame Emulgierung. Die Amplitude ist ein zentraler Parameter, der die Emulsionsqualität beeinflusst. Die Industrieprozessoren von Hielscher können bei hohen Amplituden kontinuierlich betrieben werden. Ihre Einstellmöglichkeiten erlauben es, die Beschallungsbedingungen für bestmögliche Ergebnisse zu optimieren. Unsere robusten Geräte sind für den 24/7-Betrieb in anspruchsvollen Umgebungen ausgelegt.
Einfache, risikofreie Versuche
Ultraschallprozesse sind linear skalierbar. Ergebnisse, die mit Labor- oder Tischgeräten erzielt werden, lassen sich mit denselben Parametern im industriellen Maßstab reproduzieren. Dadurch eignet sich die Ultraschallbehandlung ideal für Machbarkeitsversuche und die Prozessoptimierung. Kontaktieren Sie uns, um zu erfahren, wie die Beschallung Ihre Emulsionsproduktion verbessern kann.
Höchste Qualität – entwickelt und gefertigt in Deutschland
Als Familienunternehmen stellt Hielscher Qualität an erste Stelle. Unsere Ultraschallprozessoren werden in Deutschland entwickelt, gefertigt und geprüft. Dies gewährleistet Zuverlässigkeit und Robustheit für den Dauerbetrieb unter Volllast.
Häufig gestellte Fragen zu Öl-in-Wasser-Emulsionen
Was ist eine Öl-in-Wasser-Emulsion (O/W)?
Eine Öl-in-Wasser-Emulsion ist ein Gemisch, in dem winzige Öltröpfchen in einer kontinuierlichen Wasserphase dispergiert sind. Häufige Beispiele sind Milch, Mayonnaise, Lotionen und Salatdressings. Die Stabilität und Qualität von O/W-Emulsionen hängen von den verwendeten Emulgatoren und dem Mischverfahren ab.
Welcher Emulgator eignet sich am besten für Öl-in-Wasser-Emulsionen?
Welcher Emulgator am besten geeignet ist, hängt von Ihrer Anwendung ab. Häufig verwendet werden Lecithin (Lebensmittel und Kosmetika), Polysorbate (Arzneimittel), SDS (Laboranwendungen) und natürliche Proteine. Das technische Team von Hielscher kann Ihnen helfen, den passenden Emulgator für Ihre Formulierung auszuwählen.
Welche Tröpfchengröße lässt sich mit der Ultraschallemulgierung erreichen?
Ultraschallprozessoren von Hielscher können Tröpfchengrößen vom Submikronbereich bis hinunter zu 10 Nanometern erzeugen und so stabile Nanoemulsionen herstellen. Enge Tröpfchengrößenverteilungen verbessern die Klarheit, Stabilität und Bioverfügbarkeit des Produkts.
Wie schneidet die Ultraschallemulgierung im Vergleich zur Hochdruckhomogenisierung ab?
Die Ultraschallemulgierung bietet mehrere Vorteile:
- Kleinere, gleichmäßigere Tröpfchengrößen
- Geringerer Energieverbrauch
- Bessere Kontrolle der Prozessparameter
- Einfachere Skalierung vom Labor- auf den Produktionsmaßstab
- Geringere Wärmeentwicklung bei geeigneter Konfiguration
Kann die Ultraschallemulgierung für die Produktion im großen Maßstab eingesetzt werden?
Ja. Hielscher bietet Industrieprozessoren mit bis zu 16.000 W (Ultraschallgerätemodell UIP16000hdT), die im kontinuierlichen Durchflussbetrieb Hunderte Liter pro Minute verarbeiten können. Im Labor entwickelte Prozesse lassen sich ohne erneute Optimierung linear auf den Produktionsmaßstab skalieren.
Wie stabilisiert man eine Öl-in-Wasser-Emulsion?
Stabilität wird durch folgende Maßnahmen erreicht:
Emulgatoren/Tenside: Sie verringern die Grenzflächenspannung zwischen Öl und Wasser.
Sterische Stabilisatoren: Polymere wie PEG oder PVA bilden physikalische Barrieren.
Elektrostatische Stabilisierung: Ionische Tenside erzeugen abstoßende Ladungen.
Kleine Tröpfchengröße: Die Ultraschallbehandlung erzeugt kleinere, stabilere Tröpfchen.
Verdickungsmittel: Xanthan oder Carbomere erhöhen die Viskosität.
Was ist der Unterschied zwischen Öl-in-Wasser- und Wasser-in-Öl-Emulsionen?
In Öl-in-Wasser-Emulsionen (O/W) sind Öltröpfchen in Wasser dispergiert (z. B. Milch, Lotionen). In Wasser-in-Öl-Emulsionen (W/O) sind Wassertröpfchen in Öl dispergiert (z. B. Butter, Margarine). Die Wahl des Emulgators bestimmt, welcher Typ entsteht.
Wie lange dauert die Ultraschallemulgierung?
Die Beschallung dauert typischerweise Sekunden bis Minuten, abhängig vom Volumen, der Amplitude und der gewünschten Tröpfchengröße. Sie ist damit deutlich schneller als herkömmliches Hochschermischen, das 30 Minuten oder länger dauern kann.
Ist die Ultraschallemulgierung für Lebensmittel und pharmazeutische Produkte unbedenklich?
Ja. Die Ultraschallbehandlung ist ein nichtthermisches, chemikalienfreies Verfahren, bei dem keine Zusatzstoffe eingebracht werden. Sie ist in Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaanwendungen weithin anerkannt.
Was ist eine Nanoemulsion?
Eine Nanoemulsion ist eine Emulsion mit Tröpfchengrößen, die typischerweise unter 200 Nanometern liegen. Diese Emulsionen erscheinen transluzent, weisen eine hervorragende Stabilität auf und bieten eine verbesserte Bioverfügbarkeit der Wirkstoffe.
Was ist ein Beispiel für eine Öl-in-Wasser-Emulsion in der Pharmazie?
Ein häufiges Beispiel ist eine Lotion, bei der Arzneistoffe zur topischen Anwendung in einer Öl-in-Wasser-Emulsion dispergiert sind.
Kann man eine Öl-in-Wasser-Emulsion mit einer Wasser-in-Öl-Emulsion mischen?
Das Mischen dieser beiden Emulsionstypen wird im Allgemeinen nicht empfohlen, da sie unterschiedliche kontinuierliche Phasen besitzen und sich gegenseitig destabilisieren können.
Welcher natürliche Emulgator eignet sich am besten für eine Öl-in-Wasser-Emulsion?
Natürliche Emulgatoren wie Lecithin, Bienenwachs und bestimmte Proteine sind wirksam bei der Herstellung stabiler Öl-in-Wasser-Emulsionen.
Können Öl-in-Wasser-Emulsionen mit Wasser oder Öl verdünnt werden?
Öl-in-Wasser-Emulsionen können mit Wasser verdünnt werden. Die Zugabe von Öl kann die Emulsion jedoch destabilisieren und sollte vorsichtig erfolgen.
Was ist der Unterschied zwischen Öl-in-Wasser- und Wasser-in-Öl-Emulsionen?
Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Emulsionen liegt in der Zusammensetzung der Suspension. Bei Öl-in-Wasser-Emulsionen ist Öl die disperse Phase, die in der kontinuierlichen Phase Wasser verteilt ist. Umgekehrt ist bei Wasser-in-Öl-Emulsionen Wasser die disperse Phase in Öl. Die Wahl der Emulgatoren beeinflusst die Qualität und Stabilität der Emulsionen maßgeblich. Während einige nanoskalige Emulsionen von Natur aus stabil sind, benötigen die meisten sorgfältig abgestimmte Formulierungen für eine längere Haltbarkeit. Emulgatoren müssen zum Emulsionstyp passen, da sich einige besser für Öl-in-Wasser-Emulsionen eignen, während andere bei Wasser-in-Öl-Emulsionen besser wirken.
Literatur / Quellen
- O’Sullivan, Jonathan; Murray, 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.
Hielscher Ultrasonics fertigt Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren vom Labormaßstab bis zum Industriemaßstab.