Emulsionadores ultrasónicos
Una emulsión es un sistema bifásico de dos líquidos inmiscibles, en el que una fase, denominada fase interna o dispersa, se distribuye en forma de pequeñas gotas en la otra, denominada fase externa o continua. Para preparar una emulsión, generalmente es necesario aportar energía al sistema bifásico. Está ampliamente demostrado que las fuerzas de cizallamiento ultrasónico son muy eficaces para producir emulsiones de calidad superior, estables a largo plazo y con gotas de tamaño nanométrico.
Estabilidad de las emulsiones mejorada mediante ultrasonidos
Los efectos físicos de los ultrasonidos generados por la cavitación acústica provocan la fragmentación de las gotas de aceite y agua, lo que facilita la formación de emulsiones O/W y W/O estables con gotas muy pequeñas, de tamaño micrométrico y nanométrico. Debido al tamaño muy reducido de las gotas y a su elevada superficie, las nanoemulsiones presentan propiedades bioactivas extraordinariamente elevadas, lo que resulta importante para la producción de alimentos y suplementos, productos farmacéuticos y cosméticos. Gracias al diminuto tamaño de las gotas, el compuesto bioactivo puede penetrar rápidamente en las células. Las nanoemulsiones también son importantes en la ciencia de materiales y en la industria para la fabricación de recubrimientos, pinturas, polímeros y otros materiales compuestos de alto rendimiento. Las nanoemulsiones preparadas mediante ultrasonidos suelen ser significativamente más estables que las macroemulsiones y no presentan sedimentación, coalescencia ni floculación.
- Nanoemulsiones y miniemulsiones
- Alta eficiencia
- Por lotes o en continuo
- Líquidos de baja a alta viscosidad
- Reproducibilidad / repetibilidad
- Técnica fiable
- Uso fácil y seguro
UP400St – equipo ultrasónico de 400 W para nanoemulsiones de aceite en agua (O/W)
Emulsificación ultrasónica de alta eficiencia
Zungur et al. (2015) compararon la homogeneización ultrasónica con la homogeneización clásica de alto cizallamiento para preparar emulsiones de agua y aceite de oliva. En las emulsiones se utilizaron WPI y maltodextrina como agentes encapsulantes y Tween20 como estabilizante. «Los valores del índice de cremado de las emulsiones preparadas con las técnicas de homogeneización clásica y ultrasónica variaron entre 20,77 y 86,26 % y entre 15,63 y 91,55 %, respectivamente. En términos generales, los resultados mostraron que las emulsiones preparadas mediante emulsificación ultrasónica son más estables que las preparadas con el método de homogeneización clásica».
Imágenes de microscopía (con un aumento de 100x) de emulsiones que contienen 40 % (wb) de materia seca y 9 % (wb) de aceite, preparadas mediante el método de homogeneización clásica con (a) WPI, (b) MD, (c) una mezcla de WPI-MD (1:1); y preparadas mediante el método de homogeneización ultrasónica con (d) WPI, (e) MD, (f) una mezcla de WPI-MD (1:1). La emulsificación ultrasónica produce gotas significativamente más pequeñas y mejora la estabilidad de la emulsión.
(estudio e imágenes de microscopía: Zungur et al., 2015)
Taha et al. (2020) concluyen en su artículo de revisión que los ultrasonidos de alta intensidad (HIU) «podrían utilizarse para mejorar las propiedades emulsionantes de los emulsionantes alimentarios, como las proteínas y los polisacáridos, y aumentar la estabilidad de sus emulsiones. Las emulsiones estabilizadas con complejos de proteínas y polisacáridos producidas mediante HIU mostraron una mayor estabilidad frente a las condiciones ambientales adversas que las emulsiones estabilizadas con componentes individuales. Además, varios estudios mostraron que los homogeneizadores HIU eran más eficientes energéticamente que los homogeneizadores de alta presión y los microfluidizadores». (Taha et al., 2020)
- Tamaño medio de las gotas (influido por la técnica de emulsificación)
- Distribución del tamaño de las gotas (influida por la técnica de emulsificación)
- Viscosidad de la fase interna
- Viscosidad de la fase continua
- Tensioactivo
- Concentración de la fase oleosa
- pH de la fase continua
- Propiedades ópticas de la emulsión
La nanoemulsificación ultrasónica se utiliza para producir emulsiones de alto rendimiento destinadas a materiales de alto rendimiento, pinturas, recubrimientos, alimentos, productos farmacéuticos y cosméticos.
Distribución del tamaño de las gotas de emulsiones de agua y aceite de oliva preparadas mediante (a) el método de homogeneización clásica y (b) el método de homogeneización ultrasónica (utilizando el UP400S) con MD, WPI y su mezcla, con un contenido de 40% de materia seca y 9% de aceite (w/w). La emulsificación ultrasónica produce gotas significativamente más pequeñas, menos cremado y una mejor estabilidad general de la emulsión.
(estudio y gráficos: Zungur et al., 2015)
Preparación ultrasónica de una emulsión de aceite en agua (O/W) (agua roja / aceite amarillo). Unos pocos segundos de sonicación transforman las dos fases de agua y aceite en una emulsión fina.
Emulsionadores ultrasónicos de alto rendimiento
Hielscher Ultrasonics suministra emulsionadores ultrasónicos de alta potencia y baja frecuencia a cualquier escala para investigación, desarrollo de procesos, I+D y producción industrial con caudales de gran volumen. Nuestra amplia gama ofrece el procesador ultrasónico ideal de cualquier tamaño y para cualquier sector.
Los procesadores ultrasónicos industriales de Hielscher Ultrasonics pueden proporcionar amplitudes muy elevadas. Se pueden mantener fácilmente amplitudes de hasta 200 µm de forma continua en funcionamiento 24/7/365. Para amplitudes aún mayores, se dispone de sonotrodos ultrasónicos personalizados. Todos los parámetros del proceso pueden controlarse y supervisarse con precisión mediante software inteligente.
- para cualquier volumen / capacidad de producción
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- para el procesamiento por lotes y en línea
- uso versátil
- eficientes energéticamente
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- escalabilidad lineal
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- rápido retorno de la inversión
Reactor ultrasónico con MultiPhaseCavitator para una nanoemulsificación mejorada
MultiPhaseCavitator – El sistema de inyección ultrasónica para emulsiones estables
El MultiPhaseCavitator – MPC48insert – es un inserto único para los reactores de celda de flujo de Hielscher. El diseño del MultiPhaseCavitator incorpora 48 cánulas finas que inyectan la segunda fase de la emulsión directamente en el punto de máxima actividad de cavitación. En la zona de cavitación, los finos filamentos de la segunda fase inyectada se cortan mediante ondas ultrasónicas de 20 kHz. Esto significa que el fluido inyectado se corta mediante 20.000 movimientos vibratorios por segundo, lo que produce gotas extraordinariamente pequeñas en el rango nanométrico. El cizallamiento ultrasónico, las ondas de choque y las turbulencias emulsionan estas pequeñas gotas en la fase continua y producen una nanoemulsión de calidad superior y alta estabilidad.
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- software inteligente con ajustes de sonicación programables
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- sonotrodos y accesorios disponibles
La siguiente tabla ofrece una indicación de la capacidad aproximada de procesamiento de nuestros sonicadores:
| Volumen del lote | Caudal | Equipos recomendados |
|---|---|---|
| 1 a 500 mL | 10 a 200 mL/min | UP100H |
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 a 20 L | 0,2 a 4 L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100 L | 2 a 10 L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 a 100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | superior | conjunto de UIP16000 |
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Bibliografía / Referencias
- Zungur Bastıoğlu, Aslı; Koç, Mehmet; Kaymak-Ertekin, Figen (2015): Physical Properties of Olive Oil in Water Model Emulsion: Effect of Aqueous and Oil Phase Concentration and Homogenization Types. Akademik gıda 13, 2015. 22-34.
- Zahra Hadian, Mohammad Ali Sahari, Hamid Reza Moghimi; Mohsen Barzegar (2014): Formulation, Characterization and Optimization of Liposomes Containing Eicosapentaenoic and Docosahexaenoic Acids; A Methodology Approach. Iranian Journal of Pharmaceutical Research (2014), 13 (2): 393-404.
- Ahmed Taha, Eman Ahmed, Amr Ismaiel, Muthupandian Ashokkumar, Xiaoyun Xu, Siyi Pan, Hao Hu (2020): Ultrasonic emulsification: An overview on the preparation of different emulsifiers-stabilized emulsions. Trends in Food Science & Technology Vol. 105, 2020. 363-377.
- Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
Información de interés
¿Qué es una emulsión? – Definición del término «emulsión»
Una emulsión es un sistema fluido compuesto por al menos dos líquidos inmiscibles, en el que uno de los líquidos se dispersa en el otro en forma de pequeñas gotas. La fase formada por las pequeñas gotas distribuidas se denomina fase dispersa o interna, mientras que la otra fase se denomina fase continua o externa. Se distinguen dos tipos principales de emulsiones: las emulsiones de aceite en agua (O/W) y las de agua en aceite (W/O). En la emulsión de aceite en agua (O/W), la fase interna es un aceite o un líquido miscible con el aceite, y la fase externa es agua o un líquido miscible con el agua. En la emulsión de agua en aceite (W/O), la fase interna es el líquido de naturaleza acuosa, mientras que la fase externa es el líquido de naturaleza oleosa.
La mayoría de las emulsiones requieren un agente emulsionante, conocido como estabilizante o tensioactivo. El tamaño de las gotas también desempeña un papel crucial en la estabilidad de la emulsión. Cuanto menor es el tamaño de las gotas, más estable es la emulsión.
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