Ultraääniemulgaattorit

Emulsio on kahden toisiinsa sekoittumattoman nesteen muodostama kaksifaasinen järjestelmä, jossa toinen faasi eli niin sanottu sisäinen tai dispergoitunut faasi on jakautunut pieninä pisaroina toiseen eli niin sanottuun ulkoiseen tai jatkuvaan faasiin. Emulsion valmistaminen edellyttää yleensä energian syöttämistä kaksifaasiseen järjestelmään. Ultraäänen aiheuttamien leikkausvoimien on osoitettu olevan erittäin tehokkaita pitkäaikaisesti stabiilien, nanokokoisia pisaroita sisältävien ja laadultaan erinomaisten emulsioiden valmistuksessa.

Ultraäänellä parannettu emulsion stabiilius

Akustisen kavitaation aiheuttamat ultraäänen fysikaaliset vaikutukset hajottavat öljy- ja vesipisaroita ja helpottavat siten stabiilien O/W- ja W/O-emulsioiden muodostumista. Näiden emulsioiden pisarat ovat hyvin pieniä, mikro- ja nanokokoluokkaa. Hyvin pienen pisarakoon ja suuren pinta-alan ansiosta nanoemulsioilla on poikkeuksellisen voimakkaat bioaktiiviset ominaisuudet, mikä on tärkeää elintarvikkeiden ja ravintolisien sekä lääkkeiden ja kosmetiikan valmistuksessa. Erittäin pienen pisarakoon ansiosta bioaktiivinen yhdiste voi tunkeutua soluihin nopeasti. Myös materiaalitieteessä ja teollisuudessa nanoemulsiot ovat tärkeitä suorituskykyisten pinnoitteiden, maalien, polymeerien ja muiden komposiittien valmistuksessa. Ultraäänellä valmistetut nanoemulsiot ovat yleensä huomattavasti stabiilimpia kuin makroemulsiot, eikä niissä esiinny sedimentaatiota, koalesenssia tai flokkulaatiota.

Erittäin tehokas ultraääniemulgointi

Zungur ym. (2015) vertasivat ultraäänihomogenointia perinteiseen suuria leikkausvoimia käyttävään homogenointiin vesi-oliiviöljyemulsioiden valmistuksessa. Emulsioissa käytettiin WPI:tä ja maltodekstriiniä kapselointiaineina ja Tween20:tä stabilointiaineena. ”Perinteisellä homogenoinnilla ja ultraäänihomogenoinnilla valmistettujen emulsioiden kermoutumisindeksien arvot vaihtelivat vastaavasti välillä 20,77–86,26 % ja 15,63–91,55 %. Yleisesti tulokset osoittivat, että ultraääniemulgoinnilla valmistetut emulsiot ovat stabiilimpia kuin perinteisellä homogenointimenetelmällä valmistetut emulsiot.”

Mikroskooppikuvat (100-kertaisella suurennuksella) emulsioista, jotka sisältävät 40 % (wb) kuiva-ainetta ja 9 % (wb) öljyä ja jotka on valmistettu perinteisellä homogenointimenetelmällä käyttäen (a) WPI:tä, (b) MD:tä ja (c) WPI-MD-seosta (1:1) sekä ultraäänihomogenointimenetelmällä käyttäen (d) WPI:tä, (e) MD:tä ja (f) WPI-MD-seosta (1:1). Ultraääniemulgointi tuottaa huomattavasti pienempiä pisaroita ja parantaa emulsion stabiiliutta.
(tutkimus ja mikroskooppikuvat: Zungur ym., 2015)

Taha ym. (2020) toteavat katsausartikkelissaan, että suuritehoista ultraääntä (HIU) ”voitaisiin käyttää parantamaan elintarvikkeiden emulgaattorien, kuten proteiinien ja polysakkaridien, emulgointiominaisuuksia ja lisäämään niiden emulsioiden stabiiliutta. HIU:lla valmistetut, proteiini-polysakkaridikompleksilla stabiloidut emulsiot kestivät ympäristön aiheuttamia rasituksia paremmin kuin yksittäisillä komponenteilla stabiloidut emulsiot. Lisäksi useat tutkimukset osoittivat, että HIU-homogenisaattorit olivat energiatehokkaampia kuin korkeapainehomogenisaattorit ja mikrofluidisaattorit.” (Taha ym., 2020)

Öljy-vedessä-emulsion (O/W) valmistaminen ultraäänellä (punainen vesi / keltainen öljy). Muutaman sekunnin ultraäänikäsittely muuttaa kaksi faasia, veden ja öljyn, hienojakoiseksi emulsioksi.

Suorituskykyiset ultraääniemulgaattorit

Hielscher Ultrasonics toimittaa suuritehoisia, matalataajuisia ultraääniemulgaattoreita kaikissa mittakaavoissa tutkimukseen, prosessikehitykseen, tutkimus- ja kehitystyöhön sekä erittäin suurten tilavuusvirtojen teolliseen tuotantoon. Laaja tuotevalikoimamme tarjoaa ihanteellisen ultraääniprosessorin jokaiseen kokoluokkaan ja kaikille teollisuudenaloille.
Hielscher Ultrasonicsin teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin suuria amplitudeja. Jopa 200µm:n amplitudilla voidaan helposti toimia jatkuvasti 24/7/365. Vielä suurempia amplitudeja varten on saatavilla räätälöityjä ultraäänisonotrodeja. Kaikkia prosessiparametreja voidaan säätää ja valvoa tarkasti älykkään ohjelmiston avulla.

MultiPhaseCavitator – ultraääni-injektiojärjestelmä stabiileille emulsioille

MultiPhaseCavitator – MPC48insert – on ainutlaatuinen sisäosa Hielscherin virtauskennoreaktoreihin. MultiPhaseCavitatorin rakenteessa on 48 ohutta kanyylia, jotka injektoivat emulsion toisen faasin suoraan kavitaation kuumaan pisteeseen. Kavitaatiovyöhykkeellä 20kHz:n ultraääniaallot katkovat injektoidun toisen faasin ohuita nestesäikeitä. Tämä tarkoittaa, että injektoitua nestettä katkotaan 20 000 värähdysiskulla sekunnissa, mikä tuottaa poikkeuksellisen pieniä nanokokoluokan pisaroita. Ultraäänen aiheuttama leikkaus, paineaallot ja turbulenssi emulgoivat nämä pienet pisarat jatkuvaan faasiin ja tuottavat erittäin stabiilin, laadultaan erinomaisen nanoemulsion.

Haluatko ostaa ultraääniemulgaattorin?

Ota meihin yhteyttä nyt täyttämällä alla oleva yhteydenottolomake, lähettämällä meille sähköpostia tai soittamalla meille!
Kokenut tiimimme keskustelee mielellään kanssasi emulgointisovelluksestasi ja suosittelee sinulle parhaiten soveltuvaa ultraääniemulgaattorijärjestelmää!

Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista: