Émulsifiants à ultrasons

Une émulsion est un système biphasique composé de deux liquides non miscibles, dans lequel une phase, appelée phase interne ou dispersée, est répartie sous forme de petites gouttelettes dans l’autre phase, appelée phase externe ou continue. Pour préparer une émulsion, un apport d’énergie dans le système biphasique est généralement nécessaire. Il est bien établi que les forces de cisaillement ultrasonores sont très efficaces pour produire des émulsions stables à long terme, de qualité supérieure, avec des gouttelettes de taille nanométrique.

Stabilité des émulsions améliorée par ultrasons

Les effets physiques des ultrasons induits par la cavitation acoustique entraînent la rupture des gouttelettes d’huile et d’eau et facilitent ainsi la formation d’émulsions O/W et W/O stables avec des gouttelettes de très petite taille, de l’ordre du micron et du nanomètre. En raison de la très petite taille des gouttelettes et de leur grande surface spécifique, les nanoémulsions offrent des propriétés bioactives extraordinairement élevées, ce qui est important pour les aliments et compléments alimentaires, les produits pharmaceutiques et la production cosmétique. Grâce à la taille infime des gouttelettes, le composé bioactif peut pénétrer rapidement dans les cellules. En science des matériaux et dans l’industrie également, les nanoémulsions sont importantes pour la fabrication de revêtements haute performance, de peintures, de polymères et d’autres composites. Les nanoémulsions préparées par ultrasons sont généralement nettement plus stables que les macroémulsions et ne présentent ni sédimentation, ni coalescence, ni floculation.

Émulsification par ultrasons très efficace

Zungur et al. (2015) ont comparé l’homogénéisation par ultrasons à l’homogénéisation classique à fort cisaillement pour la préparation d’émulsions eau-huile d’olive. Pour ces émulsions, la WPI et la maltodextrine ont été utilisées comme agents d’encapsulation et le Tween20 comme stabilisant. « Les valeurs de l’indice de crémage des émulsions préparées avec les techniques d’homogénéisation classique et par ultrasons ont varié respectivement entre 20,77 et 86,26 % et de 15,63 à 91,55 %. De manière générale, les résultats ont montré que les émulsions préparées par émulsification ultrasonore sont plus stables que celles préparées par la méthode d’homogénéisation classique. »

Les images de microscopie (grossissement 100x) d’émulsions contenant 40 % (wb) de matière sèche et 9 % (wb) d’huile, préparées par la méthode d’homogénéisation classique avec (a) WPI, (b) MD, (c) mélange WPI-MD (1:1) ; et préparées par la méthode d’homogénéisation par ultrasons avec (d) WPI (e) MD (f) mélange WPI-MD (1:1). L’émulsification par ultrasons produit des gouttelettes nettement plus petites et une meilleure stabilité de l’émulsion.
(étude et images microscopiques : Zungur et al., 2015)

Taha et al. (2020) concluent dans leur article de synthèse que les ultrasons de haute intensité (HIU) « pourraient être utilisés pour améliorer les propriétés émulsifiantes d’émulsifiants alimentaires tels que les protéines et les polysaccharides et renforcer la stabilité de leurs émulsions. Les émulsions stabilisées par des complexes protéine-polysaccharide produites par HIU ont montré une meilleure stabilité face aux contraintes environnementales que les émulsions stabilisées par les composants individuels. En outre, plusieurs études ont montré que les homogénéisateurs HIU étaient plus efficaces sur le plan énergétique que les homogénéisateurs haute pression et les microfluidiseurs. » (Taha et al., 2020)

Préparation par ultrasons d’une émulsion huile dans eau (O/W) (eau rouge / huile jaune). Quelques secondes de sonication transforment les deux phases, eau et huile, en une émulsion fine.

Émulsifiants à ultrasons haute performance

Hielscher Ultrasonics fournit des émulsifiants à ultrasons haute puissance et basse fréquence à toutes les échelles, pour la recherche, le développement de procédés, la R&D et la production industrielle de très grands volumes en flux continu. Notre large gamme offre le processeur à ultrasons idéal dans toutes les tailles et pour tous les secteurs.
Les processeurs à ultrasons industriels de Hielscher Ultrasonics peuvent délivrer des amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu’à 200µm peuvent facilement être maintenues en continu en fonctionnement 24/7/365. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes à ultrasons personnalisées sont disponibles. Tous les paramètres de procédé peuvent être contrôlés et surveillés avec précision via un logiciel intelligent.

MultiPhaseCavitator – le système d’injection à ultrasons pour des émulsions stables

Le MultiPhaseCavitator – MPC48insert – est un insert unique pour les réacteurs à cellule à circulation Hielscher. Le MultiPhaseCavitator est conçu avec 48 canules fines qui injectent la seconde phase de l’émulsion directement dans le point chaud de cavitation. Dans la zone de cavitation, les fins filets de la seconde phase injectée sont découpés par des ondes ultrasonores d’une fréquence de 20kHz. Cela signifie que le fluide injecté est découpé par 20 000 coups de vibration par seconde, ce qui produit des gouttelettes extraordinairement fines de l’ordre du nanomètre. Le cisaillement ultrasonore, les ondes de choc et les turbulences émulsionnent ces petites gouttelettes dans la phase continue et produisent une nanoémulsion de qualité supérieure et de grande stabilité.

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