émulsifiants ultrasoniques

Une émulsion est un système biphasé de deux liquides non miscibles, où une phase, dite interne ou dispersée, est distribuée sous forme de petites gouttelettes dans l'autre phase, dite externe ou continue. La préparation d'une émulsion nécessite généralement un apport d'énergie dans le système à deux phases. Il est prouvé que les forces de cisaillement ultrasoniques sont 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 rupture des gouttelettes d'huile et d'eau et facilitent ainsi la formation d'émulsions stables H/E et E/H 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 surface élevée, les nanoémulsions offrent des propriétés bioactives extraordinairement élevées, ce qui est important pour les aliments et les compléments alimentaires, les produits pharmaceutiques et la production de cosmétiques. Grâce à la taille minuscule des gouttelettes, le composé bioactif peut pénétrer rapidement dans les cellules. Dans le domaine de la science des matériaux et de l'industrie, les nano-émulsions sont également importantes pour la fabrication de revêtements, de peintures, de polymères et d'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.

Emulsification ultrasonique hautement efficace

Zungur et al. (2015) ont comparé l'homogénéisation ultrasonique à l'homogénéisation classique à cisaillement élevé 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 comme stabilisateur. "Les valeurs de l'indice de crémage des émulsions préparées avec les techniques d'homogénéisation classique et ultrasonique ont varié entre 20,77 et 86,26 % et 15,63 et 91,55 %, respectivement. D'une 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 un grossissement de 100x) d'émulsions contenant 40 % (pds) de matière sèche et 9 % (pds) 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 permet d'obtenir 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 étude 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 pour renforcer la stabilité de leurs émulsions. Les émulsions stabilisées par le complexe protéine-polysaccharide produites par l'UHI ont montré une meilleure stabilité contre les stress environnementaux 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 à 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 d'eau et d'huile en une fine émulsion.

Émulsifiants ultrasoniques haute performance

Hielscher Ultrasonics fournit des émulsifiants ultrasoniques de haute puissance et de basse fréquence à toutes les échelles pour la recherche, le développement de processus, la recherche et le développement.&D et la production industrielle de flux à très grand volume. Notre large gamme de produits offre le processeur ultrasonique idéal pour toutes les tailles et tous les secteurs d'activité.
Hielscher Ultrasonics’ Les processeurs industriels à ultrasons peuvent fournir des amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu'à 200 µm peuvent être facilement exploitées en continu, 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.

Cavitateur multiphase – Le système d'injection ultrasonique pour les émulsions stables

Le cavitateur multiphase – MPC48insert – est un insert unique pour les réacteurs à cellules d'écoulement Hielscher. La conception du MultiPhaseCavitator comprend 48 canules fines qui injectent la seconde phase de l'émulsion directement dans le point chaud de cavitation. Dans la zone de cavitation, les brins fins de la seconde phase injectée sont coupés par des ondes ultrasoniques d'une fréquence 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 émulsifient ces petites gouttelettes dans la phase continue et produisent une nano-émulsion supérieure d'une grande stabilité.

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