Öl-in-Wasser-Emulsionen
Bei Öl-in-Wasser-Emulsionen wird die ölige Phase mit der wässrigen Phase vermischt. Ultraschall-Emulgatoren eignen sich ideal für die Herstellung dieser Emulsionen, da sie eine gleichmäßige Tröpfchendispersion und Langzeitstabilität bieten, was sie in Labor und Produktion beliebt macht.
Vorteile der Hielscher Sonicators für Öl-in-Wasser-Emulsionen
- Gleichmäßige, stabile Emulsionen in Nanogröße
- Wiederholbare und reproduzierbare Ergebnisse
- Perfekte Skalierbarkeit vom Labor bis zur Produktion
- Kompetente Unterstützung durch das technische Team von Hielscher
Nutzen Sie Hielscher für Ihr Emulsionsprojekt
Hielscher Ultrasonics bietet fortschrittliche Ultraschallgeräte und umfassende Unterstützung bei der Herstellung einheitlicher, stabiler Öl-in-Wasser-Emulsionen mit Tröpfchen im Nanobereich. Unser technisches Labor kann Tests durchführen und Emulsionen im Nanobereich messen. Verbessern Sie Ihre Produkte mit unseren Ultraschallgeräten und unserem Fachwissen. Füllen Sie das Anfrageformular aus, um mehr zu erfahren.
Erzählen Sie uns etwas über Ihre Emulsionsrezeptur. Unser Ultraschall-Experte wird Ihnen die ideale Ultraschallkonfiguration empfehlen und Ihnen mit Tipps zur Seite stehen.
Öl-in-Wasser-Emulsionen mit Ultraschall
Öl-in-Wasser-Emulsionen (O/W-Emulsionen) finden breite Anwendung in Konsumgütern wie Lebensmitteln, Getränken, Kosmetika und Arzneimitteln sowie in der Industrie (z. B. Materialwissenschaften, Polymere, Farben, Beschichtungen, Feinchemie).
Definition der 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-zu-Wasser-Verhältnis, Emulgator) und der Emulgierungstechnik ab. Hielscher Ultraschall-Emulgatoren nutzen die akustische Kavitation, die starke Scherkräfte und Turbulenzen erzeugt, um die nicht mischbaren Flüssigkeiten in sehr kleine Tröpfchen aufzuspalten und sie gleichmäßig zu vermischen. Mit dieser Methode können Partikel in Nanogröße von bis zu 10 nm erzeugt werden, was sehr kleine, einheitliche Tröpfchengrößen ermöglicht und die Beschallung zur bevorzugten Emulgierungstechnik macht.
Nano-Emulgierung mit dem UP400St-Ultraschallgerät
Vorteile der Ultraschall-Emulgierung
Die Ultraschallemulgierung übertrifft andere Techniken wie die Hochdruckhomogenisierung und das Mischen mit hoher Scherkraft, da sie eine effiziente, gleichmäßige Produktion von Nanotröpfchen und eine hohe Emulsionsstabilität bietet. Studien zeigen, dass die Ultraschall-Emulgierung im Vergleich zu anderen Verfahren gleichmäßigere und stabilere Emulsionen mit deutlich längeren Stabilitätszeiten erzeugt.
Die Kurve zeigt die nanoskalige Tröpfchenverteilung einer mit Ultraschall dispergierten Nano-Emulsion. Diese Ultraschallemulsion besteht aus Öl, das in eine kontinuierliche Wasserphase emulgiert ist.
Vorteile von Ultraschall-Emulsionen
- hocheffizienter Prozess
- Erzeugt Submikron- und Nanotröpfchen
- Sorgt für eine gleichmäßige Verteilung der Tröpfchengröße
- Liefert reproduzierbare Ergebnisse
- Für jedes Volumen verfügbar
- präzise steuerbar
- Linear skalierbar
- sicher und einfach zu bedienen
Herstellung einer Öl-in-Wasser (O/W)-Emulsion (rotes Wasser / gelbes Öl) mittels Ultraschall. Wenige Sekunden Beschallung verwandeln die getrennten Wasser-/Ölphasen in eine feine Emulsion.
Das Funktionsprinzip der Ultraschall-Emulgierung
Die Ultraschallemulgierung beruht auf akustischer Kavitation, die durch hochintensiven, niederfrequenten Ultraschall (16-30 kHz) erzeugt wird. Diese Energie, die über eine Ultraschallsonde übertragen wird, erzeugt Hoch- und Niederdruckzyklen, wobei sich Vakuumblasen bilden und heftig implodieren. Dieser Prozess erzeugt starke Scherkräfte, die die Tröpfchen gleichmäßig mischen und zerbrechen, so dass Nanotröpfchen mit einer gleichmäßigen Größenverteilung entstehen.
Hielscher Ultrasonics bietet fortschrittliche Geräte für die Herstellung von Emulsionen und Nanoemulsionen und ist damit die erste Wahl für die Verbesserung von Produktqualität und Leistung.
Sonikation zur Herstellung einer Emulsion in einem Becherglas
Hielscher Technical Center: Nanoflex-DLS-Messung zur präzisen Bestimmung der Tröpfchengröße
Effekte der Ultraschallintensität auf die Emulsionsqualität
Die Emulsionsqualität wird in erster Linie durch die Stabilität bestimmt, die durch die Tröpfchengrößenverteilung und die Emulsionsformulierung beeinflusst wird. Ultraschallintensität, Amplitude und Beschallungsdauer sind entscheidende Faktoren, die die Emulsionsqualität beeinflussen. Hohe Amplituden und optimierte Beschallungszeiten führen zu kleineren, stabileren Tröpfchen.
Hochleistungs-Ultraschall-Emulgierer
Die Emulgierung mit Ultraschall ist eine zuverlässige Technologie zur Herstellung hochwertiger Emulsionen mit Tröpfchen im Submikron- und Nanobereich. Hielscher Ultrasonics bietet eine breite Palette von Geräten vom Labor- bis zum Industriemaßstab an, um das am besten geeignete System für Ihren Emulsionsprozess zu finden. Unser Team unterstützt Sie von der Machbarkeitsprüfung bis zur endgültigen Produktionseinrichtung. Das kompakte Design und die vielseitigen Installationsmöglichkeiten unserer Ultraschallprozessoren passen zu jeder Prozessanlage.
Labor und Produktion, Batch- und Inline-Verarbeitung
Hielscher stellt Hochleistungs-Ultraschallemulgatoren für kleine bis große Anwendungen her. Unsere Tischsysteme eignen sich perfekt für Machbarkeitstests und Prozessoptimierung. Eine Aufrüstung auf ein leistungsstärkeres Gerät oder die Bündelung mehrerer Ultraschallgeräte ist problemlos möglich. Der UIP16000 ist der leistungsstärkste Ultraschall-Emulgator der Welt. Anpassbares Zubehör ermöglicht die ideale Konfiguration für Ihren Prozess, je nach Kapazität, Volumen, Rohstoffen und Produktionsanforderungen.
Die nachstehende Tabelle zeigt die Verarbeitungsleistung unserer Ultraschallgeräte für die Emulgierung:
| Batch-Volumen | Durchfluss | Empfohlenes Ultraschallgerät |
|---|---|---|
| 1 bis 500ml | 10 bis 200ml/min | UP100H |
| 10 bis 2000ml | 20 bis 400ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 bis 20l | 0,2 bis 4l/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100l | 2 bis 10l/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 bis 100l/min | UIP16000 |
| n.a. | größere | Cluster aus UIP16000 |
Hielscher Sonicators unterstützen sowohl die Chargen- als auch die kontinuierliche Durchflussverarbeitung. Die Chargenverarbeitung ist ideal für Tests und kleine bis mittelgroße Produktionen, während die Inline-Verarbeitung effizient für große Mengen ist. Unsere Systeme sind so konzipiert, dass sie Ihre spezifischen Emulsionsmengen und Prozessziele erfüllen.
Ultraschallreaktor für die Produktion – UIP2000hdT
Präzise kontrollierbare Amplituden für optimale Ergebnisse
Alle Hielscher-Ultraschallgeräte sind präzise steuerbar und gewährleisten eine effiziente und effektive Emulgierung. Die Amplitude ist ein Schlüsselparameter, der die Emulsionsqualität beeinflusst. Die industriellen Prozessoren von Hielscher können kontinuierlich mit hohen Amplituden betrieben werden, mit Einstellungen, die die Beschallungsbedingungen für beste Ergebnisse optimieren. Unsere robusten Geräte sind für den 24/7-Betrieb in anspruchsvollen Umgebungen ausgelegt.
Einfache, risikofreie Erprobung
Ultraschallverfahren sind linear skalierbar. Ergebnisse, die mit Labor- oder Tischsystemen erzielt werden, können im industriellen Maßstab mit denselben Parametern reproduziert werden. Damit eignet sich die Ultraschallbehandlung ideal für Machbarkeitsprüfungen und Prozessoptimierung. Wenden Sie sich an uns, um zu erfahren, wie die Beschallung Ihre Emulsionsproduktion verbessern kann.
Höchste Qualität – entwickelt und hergestellt in Deutschland
Als Familienunternehmen legt Hielscher größten Wert auf Qualität. Unsere Ultraschallprozessoren werden in Deutschland konstruiert, gefertigt und getestet. Das garantiert 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, bei dem winzige Öltröpfchen in einer kontinuierlichen Wasserphase dispergiert sind. Bekannte Beispiele hierfür sind Milch, Mayonnaise, Lotionen und Salatdressings. Die Stabilität und Qualität von Öl-in-Wasser-Emulsionen hängen von den verwendeten Emulgatoren und der Mischtechnik ab.
Welcher Emulgator eignet sich am besten für Öl-in-Wasser-Emulsionen?
Welcher Emulgator am besten geeignet ist, hängt von Ihrer Anwendung ab. Zu den gängigen Optionen zählen Lecithin (Lebensmittel und Kosmetika), Polysorbate (Arzneimittel), SDS (Laboranwendungen) und natürliche Proteine. Das technische Team von Hielscher unterstützt Sie gerne bei der Auswahl des richtigen Emulgators für Ihre Rezeptur.
Welche Tröpfchengröße lässt sich durch Ultraschall-Emulgierung erzielen?
Hielscher-Ultraschallprozessoren können Tröpfchengrößen im Bereich von unter einem Mikrometer bis hinunter zu 10 Nanometern erzeugen und so stabile Nanoemulsionen herstellen. Enge Tröpfchengrößenverteilungen verbessern die Klarheit, Stabilität und Bioverfügbarkeit des Produkts.
Wie unterscheidet sich die Ultraschall-Emulgierung von der Hochdruckhomogenisierung?
Die Ultraschall-Emulgierung bietet mehrere Vorteile:
- Kleinere, einheitlichere Tröpfchengrößen
- Geringerer Energieverbrauch
- Bessere Kontrolle über die Verarbeitungsparameter
- Einfachere Skalierbarkeit vom Labor bis zur Produktion
- Geringere Wärmeentwicklung bei korrekter Einrichtung
Kann die Ultraschall-Emulgierung für die Großproduktion eingesetzt werden?
Ja. Hielscher bietet industrielle Prozessoren mit einer Leistung von bis zu 16.000 W an (Sonicator, Modell UIP16000hdT), die im Durchflussbetrieb Hunderte Liter pro Minute verarbeiten können. Im Labor entwickelte Verfahren lassen sich ohne erneute Optimierung linear auf die Produktion skalieren.
Wie stabilisiert man eine Öl-in-Wasser-Emulsion?
Stabilität wird erreicht durch:
Emulgatoren/Tenside: 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: Durch die Ultraschallbehandlung entstehen 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 Wassertropfen in Öl dispergiert (z. B. Butter, Margarine). Die Wahl des Emulgators bestimmt, welche Art von Emulsion entsteht.
Wie lange dauert die Ultraschall-Emulgierung?
Die Ultraschallbehandlung dauert in der Regel Sekunden bis Minuten, je nach Volumen, Amplitude und gewünschter Tröpfchengröße. Dies ist deutlich schneller als das herkömmliche Hochschermischen, das mehr als 30 Minuten in Anspruch nehmen kann.
Ist die Ultraschall-Emulgierung für Lebensmittel und pharmazeutische Produkte unbedenklich?
Ja. Die Ultraschallbehandlung ist ein nicht-thermisches, chemikalienfreies Verfahren, bei dem keine Zusatzstoffe zugesetzt werden. Sie ist in der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie weithin anerkannt.
Was ist eine Nanoemulsion?
Eine Nanoemulsion ist eine Emulsion, deren Tröpfchengröße typischerweise unter 200 Nanometer liegt. Diese Emulsionen wirken durchscheinend, 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 gängiges Beispiel ist eine Lotion, bei der medizinische Inhaltsstoffe in einer Öl-in-Wasser-Emulsion für die topische Anwendung dispergiert sind.
Kann man eine Öl-in-Wasser-Emulsion mit einer Wasser-in-Öl-Emulsion mischen?
Das Mischen dieser beiden Arten von Emulsionen wird im Allgemeinen nicht empfohlen, da sie unterschiedliche kontinuierliche Phasen haben und sich gegenseitig destabilisieren können.
Was ist der beste natürliche Emulgator für eine Öl-in-Wasser-Emulsion?
Natürliche Emulgatoren wie Lecithin, Bienenwachs und bestimmte Proteine sind für die Herstellung stabiler Öl-in-Wasser-Emulsionen geeignet.
Können Öl-in-Wasser-Emulsionen mit Wasser oder Öl verdünnt werden?
Öl-in-Wasser-Emulsionen können mit Wasser verdünnt werden, aber die Zugabe von Öl kann die Emulsion destabilisieren und sollte daher mit Vorsicht erfolgen.
Was ist der Unterschied zwischen Öl-in-Wasser- und Wasser-in-Öl-Emulsionen?
Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Emulsionen besteht in der Zusammensetzung der Suspension. Bei Öl-in-Wasser-Emulsionen ist das Öl die dispergierte Phase, die in der kontinuierlichen Phase, dem Wasser, verteilt ist. Im Gegensatz dazu ist bei Wasser-in-Öl-Emulsionen das Wasser die dispergierte Phase im Öl. Die Wahl der Emulgatoren hat einen erheblichen Einfluss auf die Qualität und Stabilität der Emulsionen. Während einige Emulsionen in Nanogröße von Natur aus stabil sind, erfordern die meisten eine sorgfältig konzipierte Formulierung, um die Haltbarkeit zu verlängern. Die Emulgatoren müssen mit der Art der Emulsion kompatibel sein, denn einige sind besser für Öl-in-Wasser geeignet, während andere besser für Wasser-in-Öl funktionieren.
Literatur / Literaturhinweise
- 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-Ultraschall-Homogenisatoren vom Labor bis zum voll-kommerziellen Industriemaßstab.