स्थिर Nanoemulsions के अल्ट्रासोनिक उत्पादन
- नैनोमल्शन – इसे मिनीमल्शन या सबमाइक्रोन इमल्शन के रूप में भी जाना जाता है – रसायन विज्ञान, पेंट, कोटिंग्स, सौंदर्य प्रसाधन, फार्मास्यूटिकल्स और भोजन में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में उपयोग किया जाता है।
- अल्ट्रासोनिकेटर को दीर्घकालिक स्थिर नैनोमल्शन के उत्पादन के लिए एक अत्यधिक कुशल और विश्वसनीय तकनीक के रूप में जाना जाता है।
क्यों Nanoemulsification के लिए Ultrasonics
अल्ट्रासोनिक नैनोपायसीकरण एक ऐसी तकनीक है जो छोटी बूंदों के स्थिर और समान पायस बनाने के लिए कम आवृत्ति, उच्च शक्ति वाली अल्ट्रासाउंड तरंगों का उपयोग करती है, आमतौर पर 10-200 एनएम की सीमा में। पारंपरिक पायसीकरण विधियों पर इस तकनीक के कई फायदे हैं, जो इसे विभिन्न अनुप्रयोगों में बेहतर बनाते हैं। इनमें से कुछ फायदे हैं:
- वर्दी कण आकार: अल्ट्रासोनिक नैनोपायसीकरण छोटी और समान बूंदों का उत्पादन करता है, जो बेहतर स्थिरता और जैव उपलब्धता प्रदान करते हैं। इन बूंदों में वॉल्यूम अनुपात के लिए एक उच्च सतह क्षेत्र होता है, जिससे वे विभिन्न अनुप्रयोगों में अधिक प्रतिक्रियाशील और प्रभावी होते हैं।
- उच्च स्थिरता: अल्ट्रासोनिक नैनोमल्शन में उनके छोटे आकार और एकरूपता के कारण उच्च गतिज स्थिरता होती है, जो उन्हें सहभागिता, फ्लोक्यूलेशन और अवसादन के लिए प्रतिरोधी बनाती है। यह स्थिरता उन्हें भोजन, फार्मास्यूटिकल्स, कॉस्मेटिक और रासायनिक अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए आदर्श बनाती है।
- ऊर्जा की खपत में कमी: अल्ट्रासोनिक नैनोइमल्सीफिकेशन के लिए पारंपरिक पायसीकरण विधियों जैसे कि होमोजेनाइजेशन या माइक्रोफ्लुइडाइजेशन की तुलना में कम ऊर्जा इनपुट की आवश्यकता होती है, जिससे यह अधिक ऊर्जा-कुशल और लागत प्रभावी हो जाता है।
- बहुमुखी प्रतिभा: अल्ट्रासोनिक नैनोपायसीकरण का उपयोग लिपिड, हाइड्रोफिलिक यौगिकों और पानी में अघुलनशील पदार्थों सहित सामग्रियों की एक विस्तृत श्रृंखला को पायसीकारी करने के लिए किया जा सकता है। यह इसे एक बहुमुखी तकनीक बनाता है जिसका उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जा सकता है।
तेजी से प्रसंस्करण समय: अल्ट्रासोनिक नैनोपायसीकरण एक तेज प्रक्रिया है जिसे मिनटों में पूरा किया जा सकता है, जिससे यह बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त हो जाता है।
कुल मिलाकर, अल्ट्रासोनिक नैनोपायसीकरण पारंपरिक पायसीकरण विधियों पर कई फायदे प्रदान करता है, जिससे यह विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए एक बेहतर तकनीक बन जाता है।
नैनोमल्शन का अल्ट्रासोनिक गठन
अल्ट्रासोनिक पायसीकरण एक तरल प्रणाली में बिजली अल्ट्रासाउंड की तरंगों को युग्मित करने के कारण होता है। एक तरल को सोनिकेट करके, दो तंत्र होते हैं:
- ध्वनिक क्षेत्र तरंगों को उत्पन्न करता है जो तरल के माध्यम से यात्रा करते हैं और माइक्रोटर्बुलेंस और एक इंटरफेसियल आंदोलन का कारण बनते हैं। इस प्रकार, सीमा चरण अस्थिर हो जाता है, जिससे छितरी हुई (आंतरिक) चरण अंततः टूट जाती है और निरंतर (बाहरी) चरण में बूंदों का निर्माण करती है।
- कम आवृत्ति, उच्च शक्ति अल्ट्रासोनिक्स का अनुप्रयोग गुहिकायन उत्पन्न करता है (केंटिश एट अल 2008). अल्ट्रासोनिक कैविटेशन द्वारा, अल्ट्रासाउंड तरंग के दबाव चक्रों के कारण माध्यम में सूक्ष्म बुलबुले या voids बनते हैं। सूक्ष्म बुलबुले / रिक्तियां कई तरंग चक्रों में बढ़ती हैं जब तक कि वे हिंसक रूप से ढह नहीं जाते। यह बुलबुला प्रत्यारोपण स्थानीय रूप से चरम स्थितियों जैसे बहुत अधिक कतरनी, तरल जेट और अत्यधिक हीटिंग और शीतलन दरों का कारण बनता है। (सुस्लिक 1999).
ये चरम बल छितरी हुई (आंतरिक) चरण की प्राथमिक बूंदों को नैनोसाइज़ छोटी बूंद तक तोड़ते हैं और उन्हें निरंतर (बाहरी) चरण में सजातीय रूप से मिलाते हैं।
पायसीकरण पर अल्ट्रासोनिक कैविटेशन के प्रभावों के बारे में यहां और पढ़ें!
फार्मास्युटिकल नैनोमल्शन
लिपिड मिनीमल्शन – अल्ट्रासोनिक्स द्वारा उत्पादित – दवा योगों में औषधीय एजेंटों के लिए वाहक के रूप में व्यापक रूप से लागू होते हैं। उदाहरण के लिए, मिनीमल्शन ऊतकों को लक्षित करने के लिए पैरेन्टेरल ड्रग कैरियर या ड्रग डिलीवरी डिवाइस के रूप में कार्य कर सकते हैं। इनकैप्सुलेटेड सक्रिय यौगिकों की उच्च जैव उपलब्धता के अलावा, मिनीमल्शन के फायदे उनकी उच्च जैव-अनुकूलता, बायोडिग्रेडेबिलिटी, स्थिरता और बड़े पैमाने पर उत्पादन में आसानी में निहित हैं। उनके संरचनात्मक गुणों के कारण, वे हाइड्रोफोबिक के साथ-साथ एम्फीपैथिक अणुओं को भी शामिल कर सकते हैं। अल्ट्रासोनिक रूप से तैयार नैनोइमल्शन को टोकोफेरोल, विटामिन, कर्कुरमिन और कई अन्य औषधीय पदार्थों के साथ लोड किया गया है।
Hielscher के अल्ट्रासोनिक सिस्टम दवा-लॉडेड नैनोमुलेशन की तैयारी के लिए विश्वसनीय पायसीकारी हैं। अल्ट्रासोनिक पायसीकरण के लिए, Hielscher पायसीकारी प्रक्रिया को अनुकूलित करने के लिए विभिन्न सामान प्रदान करता है। Hielschers MultiPhaseCavitator अल्ट्रासोनिक प्रवाह कोशिकाओं के लिए एक अद्वितीय ऐड-ऑन है, जहां दूसरे चरण को सीधे पायसीकरण के अल्ट्रासोनिक हॉट स्पॉट ज़ोन में बहुत संकीर्ण धारा के रूप में इंजेक्ट किया जाता है।
खाद्य ग्रेड Nanoemulsions
Nanoemulsions खाद्य उत्पादों के निर्माण के लिए विभिन्न लाभ प्रदान करते हैं। Nanoemulsions गुरुत्वाकर्षण जुदाई, flocculation, सहवास के लिए एक अच्छी स्थिरता दिखाने, और उनके छोटे छोटी बूंद आकार और बड़े सतह क्षेत्र के कारण कार्यात्मक अवयवों के नियंत्रित रिलीज और / या अवशोषण की पेशकश. इसके अतिरिक्त, वे सक्रिय यौगिकों की उच्च जैव उपलब्धता प्रदान करते हैं जो पोषक तत्वों और सक्रिय पदार्थों के वितरण के लिए महत्वपूर्ण है। इसके अलावा, वे अच्छे फॉर्मूलेशन गुण प्रदान करते हैं क्योंकि वे पारदर्शी या नेत्रहीन पारभासी होते हैं और उनके सबमाइक्रोन- / नैनो-आकार की बूंदें एक चिकनी और मलाईदार मुंह महसूस करती हैं। इस प्रकार, स्थिर नैनो-इमल्शन का उत्पादन खाद्य उद्योग के लिए एक सर्वव्यापी कार्य है, उदाहरण के लिए विटामिन या फैटी एसिड फोर्टिफाइड उत्पादों (जैसे विटामिन सी, विटामिन ई ओमेगा -3, ओमेगा -6, ओमेगा -9 पौधे के बीज या मछली के तेल से व्युत्पन्न) तैयार करना या सुगंधित उत्पादों (जैसे आवश्यक तेलों के साथ) का उत्पादन करना।
कॉस्मेटिक Nanoemulsions
विशेष रूप से पानी-इन-ऑयल (डब्ल्यू / ओ) नैनोमल्शन नैनोस्केल बूंदों (सिंगल या डबल इमल्शन में) में बायोएक्टिव हाइड्रोफिलिक पदार्थ के एनकैप्सुलेशन के लिए विभिन्न लाभ प्रदान करते हैं।
अल्ट्रासोनिक्स के साथ कॉस्मेटिक इमल्शन के सर्फैक्टेंट-मुक्त फॉर्मूलेशन के बारे में अधिक पढ़ने के लिए यहां क्लिक करें!
मिनीमल्शन पोलीमराइजेशन
अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त मिनीमल्शन पोलीमराइजेशन विभिन्न प्रक्रियाओं पर लागू होता है – अकार्बनिक कणों के एनकैप्सुलेशन से लेटेक्स कणों के संश्लेषण तक। रासायनिक प्रतिक्रियाओं जैसे पोलीमराइजेशन, संश्लेषण आदि के लिए पावर अल्ट्रासाउंड के आवेदन को सोनोकेमिस्ट्री के रूप में जाना जाता है।
के बारे में अधिक पढ़ने के लिए यहां क्लिक करें सोनोकेमिस्ट्री, लेटेक्स का अल्ट्रासोनिक संश्लेषण और अल्ट्रासोनिक वर्षा!
पायस स्थिरीकरण
हालांकि नैनो-स्केल की गई छोटी बूंद के आकार और वितरण के कारण कुछ नैनोमल्शन किसी भी सर्फेक्टेंट या पायसीकारी के उपयोग के बिना शेल्फ स्थिर हो सकते हैं, अन्य नैनोमल्शन को दीर्घकालिक स्थिरता और इष्टतम उत्पाद गुणवत्ता प्राप्त करने के लिए स्थिर एजेंटों के उपयोग की आवश्यकता होती है। स्थिरीकरण को या तो सर्फेक्टेंट (टेंसिड्स) या ठोस कणों को जोड़कर पूरा किया जा सकता है जो स्टेबलाइजर्स के रूप में कार्य करते हैं। इमल्शन, जो ठोस कणों द्वारा स्थिर होते हैं, पिकरिंग इमल्शन के रूप में जाने जाते हैं। लैक्टोज, एल्ब्यूमिन, लेसितिण, चिटोसन, साइक्लोडेक्सट्रिन, माल्टोडेक्सट्रिन, स्टार्च आदि का उपयोग पिकरिंग इमल्शन में कोलाइडल स्टेबलाइजर्स के रूप में किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक रूप से उत्पन्न पिकरिंग इमल्शन के बारे में अधिक जानने के लिए यहां क्लिक करें!
अल्ट्रासोनिक पायसीकरण सभी प्रकार के पायस के लिए किया जा सकता है। यदि एक विशिष्ट पायस के लिए एक स्थिर एजेंट की आवश्यकता होती है, तो आसानी से छोटे पैमाने पर परीक्षण किया जा सकता है।
कृपया ध्यान दें कि आवश्यक सर्फेक्टेंट की मात्रा घटती बूंद के आकार के साथ बढ़ती है क्योंकि गोले के लिए सतह-क्षेत्र-से-आयतन अनुपात (S/V) निम्न द्वारा दिया गया है: S/V = 3/R। उदाहरण के लिए, किसी कण या छोटी बूंद का व्यास जितना छोटा होगा, उसके आयतन के सापेक्ष उसका सतह क्षेत्र उतना ही अधिक होगा।
अल्ट्रासोनिक पायसीकरण उपकरण
स्थिर सबमाइक्रोन- और नैनो-इमल्शन के उत्पादन के लिए शक्तिशाली अल्ट्रासोनिक उपकरण की आवश्यकता होती है। Hielscher अल्ट्रासोनिक पायसीकरण उपकरण एक तीव्र ध्वनिक क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए बहुत उच्च आयाम (औद्योगिक अल्ट्रासोनिकेटर के लिए 200μm तक, अनुरोध पर उच्च आयाम) बचाता है।
हालांकि, स्थिर नैनोमल्शन के उत्पादन के लिए, अकेले बिजली अल्ट्रासाउंड उपकरण अक्सर पर्याप्त नहीं होते हैं। पर्याप्त अल्ट्रासोनिक शक्ति के अलावा, प्रक्रिया मापदंडों का सटीक नियंत्रण, और परिष्कृत सामान (जैसे सोनोट्रोड्स, फ्लो सेल रिएक्टर, कूलिंग) नैनो आकार की बूंदों और दोनों के एक सजातीय फैलाव, जलीय और तेल चरण को एक दूसरे में प्राप्त करने के लिए आवश्यक हैं।
Hielscher MultiPhaseCavitator: एक बहुत ही संकीर्ण छोटी बूंद वितरण के साथ बेहतर पायस का उत्पादन करने के लिए, Hielscher एक अद्वितीय प्रवाह सेल डालने विकसित किया है – मल्टीफ़ेज़ कैविटेटर। इस विशेष प्रवाह सेल ऐड-ऑन के साथ, पायस के दूसरे चरण को लगातार 48 छोटे प्रवेशनी के माध्यम से गुहिकायन क्षेत्र में इंजेक्ट किया जाता है। यह तकनीक विश्वसनीय और प्रभावोत्पादक उत्पादन, बहुत छोटी नैनो-आकार की बूंदों और अत्यधिक स्थिर पायस की अनुमति देती है।
Hielscher Ultrasonics इष्टतम प्रसंस्करण परिणामों के लिए बेहतर अल्ट्रासोनिक सिस्टम और सहायक उपकरण की आपूर्ति में विशिष्ट है। अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण में हमारा दीर्घकालिक अनुभव और हमारे ग्राहकों के साथ हमारा घनिष्ठ सहयोग उत्पादन लाइनों में अल्ट्रासोनिक्स के सफल कार्यान्वयन को सुनिश्चित करता है।
प्रारंभिक परीक्षण, प्रक्रिया विकास और प्रक्रिया अनुकूलन के लिए, हम एक पूरी तरह से सुसज्जित प्रक्रिया प्रयोगशाला और तकनीकी केंद्र प्रदान करते हैं.
इसके अलावा, हम गहन परामर्श, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक सिस्टम के विकास और स्थापना, प्रशिक्षण और रखरखाव के लिए गहन तकनीकी सेवा प्रदान करते हैं।
बैच वॉल्यूम | प्रवाह दर | अनुशंसित उपकरण |
---|---|---|
0.5 से 1.5mL | एन.ए. | वायलट्वीटर | 1 से 500mL | 10 से 200mL/मिनट | यूपी100एच |
10 से 2000mL | 20 से 400mL/मिनट | यूपी200एचटी, UP400St |
0.1 से 20L | 0.2 से 4L/मिनट | यूआईपी2000एचडीटी |
10 से 100L | 2 से 10 लीटर/मिनट | यूआईपी4000एचडीटी |
15 से 150L | 3 से 15 लीटर/मिनट | यूआईपी6000एचडीटी |
एन.ए. | 10 से 100 लीटर/मिनट | UIP16000 |
एन.ए. | बड़ा | का क्लस्टर UIP16000 |
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जानने के योग्य तथ्य
इमल्शन, ड्रॉपलेट साइज और सर्फेक्टेंट
इमल्शन को दो अमिश्रणीय तरल पदार्थों के रूप में परिभाषित किया गया है: तरल पदार्थों में से एक – तथाकथित छितरी हुई या आंतरिक अवस्था – अन्य तरल के भीतर गोलाकार बूंदों के रूप में फैलाया जाता है, जिसे निरंतर या बाहरी चरण के रूप में जाना जाता है। पायस बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले सबसे प्रमुख तरल पदार्थ तेल और पानी हैं। जब तेल चरण पानी/जलीय चरण में फैलता है, तो प्रणाली एक तेल-में-पानी पायस होती है, जबकि जब तेल चरण में पानी/जलीय चरण फैलाया जाता है, तो यह एक पानी-में-तेल पायस होता है। इमल्शन क्रमशः उनके कण आकार और थर्मोडायनामिक स्थिरता को क्रमशः मैक्रोइमल्शन, माइक्रोइमल्शन और नैनोइमल्शन के रूप में प्रतिष्ठित करते हैं।
नैनोमल्शन
नैनोमल्शन नैनोपार्टिकुलेट फैलाव हैं, जिसमें नैनो आकार की बूंदें होती हैं। पावर अल्ट्रासाउंड की उच्च कतरनी ताकतें बूंदों को तोड़ देती हैं ताकि वे सबमाइक्रोन और नैनो व्यास तक कम हो जाएं। आम तौर पर, छोटी बूंद के आकार से अधिक पायस स्थिरता होती है। Nanoemulsions हे / डब्ल्यू (तेल में पानी), डब्ल्यू / ओ (पानी में तेल) या इस तरह के डब्ल्यू / ओ / डब्ल्यू और ओ / डब्ल्यू / ओ के रूप में कई / डबल पायस के रूप में प्रतिष्ठित किया जा सकता है. Nanoemulsion पारदर्शी या भी पारभासी (दृश्यमान स्पेक्ट्रम में) स्थिरता और छोटी बूंद आकार के आधार पर कर रहे हैं. Nanoemulsions आम तौर पर 20 और 200nm के बीच एक छोटी बूंद आकार से परिभाषित कर रहे हैं. एक अवरोही छोटी बूंद के आकार के साथ, सहवास के लिए पायस की प्रवृत्ति कम हो रही है (ओस्टवाल्ड पकने में कमी)।
नैनोमटेरियल्स और नैनोमल्शन को भौतिक गुणों की विशेषता है जो माइक्रोइमल्शन से भिन्न होते हैं। नैनो आकार के कण या तो पूरी तरह से अलग गुण दिखाते हैं या उनके विशिष्ट गुण बहुत चरम रूप में व्यक्त किए जाते हैं। नैनोइमल्शन की दृश्य उपस्थिति माइक्रोन आकार के इमल्शन की तुलना में एक अलग उपस्थिति होती है क्योंकि बूंदें दृश्यमान स्पेक्ट्रम के ऑप्टिकल तरंग दैर्ध्य में हस्तक्षेप करने के लिए बहुत छोटी होती हैं। इसलिए, नैनोमल्शन बहुत कम प्रकाश प्रकीर्णन प्रदर्शित करते हैं और पारदर्शी या वैकल्पिक रूप से पारभासी दिखाई देते हैं।
एक पायस की छोटी बूंद का आकार तेल चरण की संरचना, इंटरफेसियल गुणों और दोनों की चिपचिपाहट, निरंतर और छितरी हुई चरणों, प्रकार पायसीकारी / सर्फेक्टेंट, पायसीकरण के दौरान कतरनी दर, साथ ही पानी में तेल चरण की घुलनशीलता से प्रभावित होता है।
नैनोमल्शन का व्यापक रूप से दवा वितरण, भोजन जैसे विभिन्न अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है & पेय पदार्थ, सौंदर्य प्रसाधन, फार्मास्यूटिकल्स, और सामग्री विज्ञान & संश्लेषण।
सर्फेक्टेंट
पायसीकारी एक स्थिर पायस / नैनोइमल्शन तैयार करने के लिए एक आवश्यक कारक हैं। पायसीकारी सतह-सक्रिय एजेंट हैं जो छोटी बूंद के बारे में एक सुरक्षात्मक परत बनाते हैं और इंटरफेसियल तनाव को कम करते हैं, जिससे ओस्टवाल्ड के पकने, सहवास और क्रीमिंग को रोका जा सकता है।
सर्फेक्टेंट के प्रकार:
- छोटे अणु सर्फेक्टेंट: गैर-आयनिक पायसीकारी जैसे ट्वीन और स्पैन मौखिक, पैरेंटेरली और त्वचीय रूप से प्रशासित होने पर कम विषाक्तता और चिड़चिड़ापन दिखाते हैं और इसलिए आयनिक पायसीकारी पर पसंद किए जाते हैं। ट्वीन और स्पैन खाद्य, दवा और कॉस्मेक्टिक उद्योग में पायस योगों के लिए पसंदीदा स्टेबलाइजर्स हैं।
ट्वीन्स: ट्वीन 20/60/80 को पॉलीसॉर्बेट 20/60/80 (पीईजी -20 निर्जलित सॉर्बिएराइट मोनोलॉरेट, पीईजी -20 निर्जलित सॉर्बिएराइट मोनोस्टियरेट, पॉलीऑक्सीएथिलीन सॉर्बिएटन मोनोलेट) के रूप में जाना जाता है। वे सोर्बिटोल से प्राप्त गैर-आयनिक सर्फेक्टेंट / पायसीकारी हैं। वे आसानी से पानी, इथेनॉल, मेथनॉल या एथिल एसीटेट में घुल जाते हैं, लेकिन खनिज तेल में केवल थोड़ा सा।
स्पैन: स्पैन 20/40/60/80 सॉर्बिटन फैटी एसिड एस्टर / सॉर्बिटन एस्टर हैं, जो पायसीकारी, फैलाव और गीला गुणों के साथ गैर-आयनिक सर्फेक्टेंट हैं। स्पैन सर्फेक्टेंट सोर्बिटोल के निर्जलीकरण द्वारा निर्मित होते हैं। - फॉस्फोलिपिड्स: अंडे की जर्दी, सोया या डेयरी लेसितिण
- एम्फीफिलिक प्रोटीन: मट्ठा प्रोटीन अलग, कैसिनेट
- एम्फीफिलिक पॉलीसेकेराइड: गोंद अरबी, संशोधित स्टार्च
साहित्य/सन्दर्भ
- 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.
- Pratap-Singh, A.; Guo, Y.; Lara Ochoa, S.; Fathordoobady, F.; Singh, A. (2021): Optimal ultrasonication process time remains constant for a specific nanoemulsion size reduction system. Scientific Report 11; 2021.
- Kentish, S.; Wooster, T.; Ashokkumar, M.; Simons, L. (2008): The use of ultrasonics for nanoemulsion preparation. Innovative Food Science & Emerging Technologies 9(2):170-175.
- Suslick, K.S. (1999): Application of Ultrasound to Materials Chemistry. Annu. Rev. Mater. Sci. 1999. 29: 295–326.