Émulsifiants ultrasoniques

Une émulsion est un système à deux phases composé de deux liquides non miscibles, dans lequel une phase, dite interne ou dispersée, est distribuée sous forme de petites gouttelettes dans l'autre phase, dite externe ou continue. Pour préparer une émulsion, il faut généralement apporter de l'énergie dans le système à deux phases. Les forces de cisaillement ultrasoniques se sont avérées très efficaces pour produire des émulsions stables à long terme avec des gouttelettes de taille nanométrique et de qualité supérieure.

Stabilité de l'émulsion améliorée par ultrasons

Les effets physiques des ultrasons induits par la cavitation acoustique entraînent la perturbation des gouttelettes d'huile et d'eau et facilitent ainsi la formation d'émulsions H/E et E/H stables avec de très petites gouttelettes de taille micronique et nanométrique. En raison de la très petite taille des gouttelettes et de leur grande surface, les nanoémulsions offrent des propriétés bioactives extraordinairement élevées, ce qui est important pour les aliments et les compléments, les produits pharmaceutiques et la production cosmétique. En raison de la taille minuscule des gouttelettes, le composé bioactif peut pénétrer rapidement dans les cellules. Dans la science et l'industrie des matériaux également, les nano-émulsions sont importantes pour la fabrication de revêtements, peintures, polymères et autres composites de haute performance. Les nanoémulsions préparées par ultrasons sont généralement beaucoup plus stables que les macroémulsions et ne présentent pas de sédimentation, de coalescence ou de floculation.

Émulsification ultrasonique hautement efficace

Zungur et al. (2015) ont comparé l'homogénéisation par ultrasons avec l'homogénéisation classique à haut cisaillement pour la préparation d'émulsions eau-huile d'olive. Pour les émulsions, le WPI et la maltodextrine ont été utilisés comme agents d'encapsulation et le Tween20 a été utilisé comme stabilisateur. "Les valeurs de l'indice de crémage des émulsions préparées avec les techniques d'homogénéisation classique et ultrasonique, ont évolué entre 20,77 et 86,26 % et 15,63 à 91,55 %, respectivement. De manière générale, les résultats ont montré que les émulsions préparées par émulsification ultrasonique sont plus stables que celles préparées par la méthode d'homogénéisation classique."

Images microscopiques (à grossissement 100x) d'émulsions contenant 40 % (pb) de matière sèche et 9 % (pb) 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 ultrasonique avec (d) WPI (e) MD (f) mélange WPI-MD (1:1). L'émulsification par ultrasons donne 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 document de synthèse que les ultrasons à haute intensité (HIU) "pourraient être utilisés pour améliorer les propriétés émulsifiantes des émulsifiants alimentaires tels que les protéines et les polysaccharides et renforcer la stabilité de leurs émulsions. Les émulsions stabilisées par le complexe protéines-polysaccharides produites par les HIU ont montré une meilleure stabilité contre les stress environnementaux que les émulsions stabilisées par des composants individuels. De plus, plusieurs études ont montré que les homogénéisateurs HIU étaient plus efficaces en termes d'énergie que les homogénéisateurs à haute pression et les microfluidisateurs". (Taha et al., 2020)

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

Émulsifiants ultrasoniques à haute performance

Hielscher Ultrasonics fournit des émulseurs ultrasoniques à haute puissance et basse fréquence à toute échelle pour la recherche, le développement de procédés, la R&D et la production industrielle de flux de très gros volumes. Notre large gamme de produits offre le processeur à ultrasons idéal, quelle que soit sa taille et son secteur d'activité.
Hielscher Ultrasonics’ Les processeurs ultrasoniques industriels peuvent fournir des amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu'à 200µm peuvent facilement être exploitées en continu en fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7 et 365 jours par an. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasoniques personnalisées sont disponibles. Tous les paramètres du processus peuvent être contrôlés et surveillés avec précision grâce à un logiciel intelligent.

MultiPhaseCavitator – Le système d'injection par ultrasons pour les émulsions stables

Le MultiPhaseCavitator – MPC48insert – est un insert unique pour les réacteurs à cellules de flux Hielscher. La conception du MultiPhaseCavitator comporte 48 canules fines qui injectent la deuxième phase de l'émulsion directement dans le point chaud de la cavitation. Dans la zone de cavitation, les brins fins de la seconde phase injectée sont coupés par des ondes de fréquence ultrasonores de 20 kHz. Cela signifie que le fluide injecté est coupé par 20 000 coups de vibration par seconde, ce qui produit des gouttelettes extraordinairement minuscules de l'ordre du nanomètre. Le cisaillement ultrasonique, les ondes de choc et les turbulences émulsionnent ces petites gouttelettes dans la phase continue et produisent une nano-émulsion supérieure d'une grande stabilité.

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