Emulsi terdiri dari dua cairan yang tidak bercampur, yang tersebar halus satu sama lain. Untuk emulsi air dalam minyak, fase berminyak (fase terdispersi) dicampur secara merata ke dalam fase berair (fase kontinu). Pengemulsi ultrasonik mapan untuk menyiapkan emulsi minyak dalam air dan nano-emulsi. Emulsi ultrasonik unggul dengan dispersi tetesan seragam dan stabilitas jangka panjang oleh karena itu banyak digunakan di laboratorium dan industri.

Ultrasonic minyak-dalam-air emulsi

Emulsi minyak dalam air (O / W) banyak digunakan dalam banyak produk konsumen seperti makanan, minuman, kosmetik, farmasi dll serta dalam industri (misalnya ilmu material, polimer, cat, pelapis, kimia halus dll.).

Definisi Emulsi Minyak dalam Air

Emulsi minyak dalam air adalah campuran di mana fase berminyak tersebar dalam air atau cairan berdasi lainnya. Tetesan kecil minyak tersebar halus dalam fase air (fase berkelanjutan) untuk menciptakan emulsi minyak dalam air ini. Jika minyak (fase tersebar) tersebar dalam air (fase terus menerus), itu adalah emulsi minyak dalam air; jika tetesan air ditambahkan ke dalam fase kontinu berminyak, itu disebut emulsi air dalam minyak.
Untuk emulsi minyak dalam air, kualitas emulsi yang dihasilkan tergantung pada formulasi (rasio minyak: air, agen pengemulsi) dan teknik emulsifikasi. Pengemulsi ultrasonik menggunakan kavitasi akustik, yang ditandai dengan gaya geser tinggi yang intens dan turbulensi dalam cairan. Kekuatan yang sangat kuat ini mengganggu dua fase cairan yang tidak bercampur menjadi tetesan menit dan mencampurnya secara seragam satu sama lain. Emulsifikasi ultrasonik dapat dengan mudah menghasilkan partikel berukuran nano dengan ukuran tetesan hingga 10nm. Ukuran tetesan yang sangat kecil dan homogen, bahkan distribusi ukuran tetesan emulsi yang disiapkan secara ultrasonik mengubah sonikasi menjadi teknik emulsifikasi yang disukai.
 

Kurva sepatu distribusi tetesan skala nano dari nanoemulsi minyak-dalam-air yang tersebar secara ultrasonik. Emulsi ultrasonik ini terdiri dari minyak esensial peppermint yang diemulsikan dalam fase air terus menerus.

Manfaat Emulsifikasi Ultrasonik

Emulsifikasi ultrasonik unggul teknik emulsifying lainnya seperti homogenisasi bertekanan tinggi, pencampuran geser tinggi dan mikrofluidisasi dengan efisiensi, produksi yang konsisten dari nano-droplets, stabilitas emulsi tinggi dan kemampuan untuk mengobati volume apa pun dari tabung kecil dan paruh ke aliran besar.
Misalnya, Li dan Xiang (2019) menunjukkan dalam studi komparatif mereka tentang homogenisasi tekanan tinggi dan emulsifikasi ultrasonik yang menghasilkan ultrasonication lebih seragam, emulsi stabil. Agregasi dalam emulsi minyak kelapa dalam air muncul hanya setelah mengalami homogenisasi tekanan tinggi, sementara emulsi yang dibuat oleh emulsi ultrasonik tetap stabil selama penyimpanan 30 hari.
Jika dibandingkan dengan agitasi mekanis, emulsi yang disiapkan oleh teknik ultrasonik ditemukan lebih stabil untuk durasi waktu yang lebih lama jika dibandingkan dengan emulsi yang disiapkan oleh agitasi mekanis yang dapat dikaitkan dengan ukuran tetesan kecil yang secara termodinasi stabil. Teknik ultrasonik memberikan emulsi yang lebih stabil daripada metode agitasi mekanis konvensional. (cf. Ramisetty dan Shyamsunder, 2011)
O'Sullivan et al. (2015) menunjukkan dalam studi mereka bahwa emulsifikasi ultrasonik secara konsisten menghasilkan emulsi submikron (kurang dari 200 nm). Namun, nano-emulsi dengan ukuran tetesan seragam 10nm dapat dengan mudah dan andal dicapai dalam kondisi yang dioptimalkan. Ukuran tetesan emulsi ultrasonically diproduksi adalah fungsi waktu pemrosesan dan amplitudo ultrasonik untuk pemrosesan batch dan kontinu.

Persiapan ultrasonik emulsi minyak dalam air (O / W) (air merah / minyak kuning). Beberapa detik sonikasi mengubah fase air / minyak yang terpisah menjadi emulsi halus.

Prinsip Kerja Ultrasonic Emulsifikasi

Produksi ultrasonik emulsi dan nano-emulsi (seperti air dalam minyak dan emulsi air dalam minyak) didasarkan pada prinsip kerja kavitasi akustik. Untuk membuat kavitasi akustik, intensitas tinggi, ultrasound frekuensi rendah dihasilkan oleh transduser ultrasound dan ditransmisikan melalui tanduk ultrasonik dan probe (sonotrode) ke dalam cairan. ULTRASOUND berdaya tinggi dianggap usg dalam kisaran 16-30kHz. Probe ultrasound meluas dan kontrak misalnya, pada 20kHz, sehingga mentransmisikan masing-masing 20.000 getaran per detik ke media. Ketika gelombang ultrasonik melakukan perjalanan melalui cairan, bergantian tekanan tinggi (kompresi) / siklus tekanan rendah (rarefaction / ekspansi) menciptakan rongga menit (gelembung vakum), yang tumbuh selama beberapa siklus tekanan. Selama fase kompresi cairan dan gelembung, tekanan positif, sementara fase rarefaction menghasilkan vakum (tekanan negatif). Selama siklus ekspansi kompresi, rongga dalam cairan tumbuh sampai mencapai ukuran, di mana mereka tidak dapat menyerap energi lebih lanjut. Pada titik ini, mereka meledak keras. Ledakan rongga tersebut menghasilkan berbagai efek yang sangat energik, yang dikenal sebagai fenomena kavitasi akustik / ultrasonik. Kavitasi akustik ditandai dengan efek manifold yang sangat energik, yang berdampak pada sistem cairan cair, padat-cair dan gas-cair. Zona padat energi atau zona kavitasi dikenal sebagai apa yang disebut zona hot-spot, yang paling padat energi di sekitar probe ultrasonik dan menurun dengan meningkatnya jarak dari sonotrode. Karakteristik utama kavitasi ultrasonik termasuk suhu dan tekanan yang sangat tinggi secara lokal dan diferensial masing-masing, turbulensi, dan streaming cair. Selama ledakan rongga ultrasonik di titik panas ultrasonik, suhu hingga 5000 Kelvin, tekanan hingga 200 atmosfer dan jet cair dengan hingga 1000km / jam dapat diukur. Kondisi energi-intens yang luar biasa ini berkontribusi pada efek sonomekan yang mengintensifkan proses dengan pencampuran, penyebaran, dan emulsifying yang sangat efektif. Gaya geser ultrasonik, streaming cair dan turbulensi mengganggu tetesan dan mencampurnya secara seragam satu sama lain. Ultrasonication berkinerja tinggi menghasilkan tetesan nano andal dengan distribusi ukuran yang seragam. Ini membuat emulsifikasi ultrasonik metode yang disukai untuk menyiapkan emulsi minyak-dalam-air / nano-emulsi dengan stabilitas emulsi tinggi dan umur simpan.

Efek Intensitas Ultrasonik pada Kualitas Emulsi

Kualitas emulsi terutama ditandai dengan stabilitasnya. Pada gilirannya, stabilitas emulsi adalah faktor distribusi ukuran tetesan dan formulasi emulsi.
Intensitas ultrasonik, yaitu amplitudo dan durasi sonikasi, adalah faktor penting yang mempengaruhi kualitas emulsi yang diperoleh.
Dalam penelitian, emulsifikasi ultrasonik dibagi menjadi dua fase: Selama langkah pertama, kombinasi gelombang antaragama dan ketidakstabilan Rayleigh-Taylor terjadi, menyebabkan letusan tetesan fase tersebar ke fase kontinu.
Selama langkah kedua, tetesan dipecah melalui kavitasi akustik di dekat fase batas tetesan. Efek intens dari gangguan tetesan dan pencampuran yang disebabkan oleh gelombang kejut kavitasi menghasilkan ukuran tetesan yang sangat kecil. Intensitas ultrasonik, amplitudo, dan waktu sonikasi bertanggung jawab atas dampak kavitasi yang diperoleh dan dengan demikian parameter yang paling berpengaruh mengenai emulsifikasi ukuran halus. Hielscher Ultrasonics prosesor ultrasonik industri dapat memberikan amplitudo yang sangat tinggi. Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah terus dijalankan dalam operasi 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrodes ultrasonik yang disesuaikan tersedia.

Emulsifier Ultrasonik Kinerja Tinggi

Emulsifikasi ultrasonik adalah teknologi pemrosesan yang andal, yang memfasilitasi dan mempercepat produksi emulsi berkualitas tinggi dengan submicron dan tetesan berukuran nano. Portofolio Hielscher Ultrasonics mencakup berbagai dari ultrasonicators lab kompak hingga sistem industri untuk aplikasi emulsifikasi. Ini memungkinkan kami di Hielscher untuk menawarkan ultrasonikator yang paling cocok untuk kualitas emulsi dan kapasitas proses Anda yang dibayangkan. Staf kami yang berpengalaman sejak lama akan membantu Anda dari uji kelayakan dan pengoptimalan proses hingga pemasangan sistem ultrasonik Anda pada tingkat produksi akhir.
Cetakan kaki kecil dari ekstraktor ultrasonik kami serta fleksibilitasnya dalam opsi instalasi membuatnya cocok bahkan ke fasilitas pemrosesan ruang kecil. Prosesor ultrasonik dipasang di seluruh dunia di fasilitas produksi makanan, farmasi dan suplemen gizi.

Hielscher Ultrasonics – Sistem Emulsifikasi Canggih

Portofolio produk Hielscher Ultrasonics mencakup berbagai emulsifier ultrasonik kinerja tinggi dari skala kecil hingga besar. Aksesori tambahan memungkinkan perakitan mudah konfigurasi perangkat ultrasonik yang paling cocok untuk proses emulsifikasi Anda. Pengaturan ultrasonik optimal tergantung pada kapasitas, volume, bahan baku, batch atau proses inline dan timeline yang dibayangkan.

Batch dan Inline

Pengemulsi ultrasonik Hielscher dapat digunakan untuk pemrosesan aliran-melalui batch dan terus menerus. Pemrosesan batch ultrasonik sangat ideal untuk pengujian proses, pengoptimalan dan tingkat produksi kecil hingga menengah. Untuk menghasilkan emulsi dalam volume besar, pemrosesan sebaris mungkin lebih menguntungkan. Proses pencampuran inline berkelanjutan memerlukan pengaturan yang canggih – terdiri dari pompa, selang atau pipa dan tangki -, tetapi sangat efisien, cepat dan membutuhkan tenaga kerja yang jauh lebih sedikit. Hielscher Ultrasonics memiliki pengaturan emulsifikasi yang paling cocok untuk volume emulsi dan tujuan proses Anda.

Ultrasonic Probes dan Reaktor untuk Emulsifikasi pada Ukuran Apapun

Rangkaian produk Hielscher Ultrasonics mencakup spektrum penuh prosesor ultrasonik dari ultrasonicators lab kompak di atas bangku dan sistem percontohan untuk prosesor ultrasonik sepenuhnya industri dengan kapasitas untuk memproses muatan truk per jam. Rangkaian produk lengkap memungkinkan kami untuk menawarkan emulsifier ultrasonik yang paling cocok untuk kapasitas proses dan target produksi Anda.
Sistem benchtop ultrasonik sangat ideal untuk pengujian kelayakan dan optimasi proses. Peningkatan linear berdasarkan parameter proses yang ditetapkan membuatnya sangat mudah untuk meningkatkan kapasitas pemrosesan dari lot yang lebih kecil ke produksi komersial sepenuhnya. Up-scaling dapat dilakukan dengan menginstal unit ekstraktor ultrasonik yang lebih kuat atau mengelompokkan beberapa ultrasonicators secara paralel. Dengan UIP16000, Hielscher menawarkan pengemulsi ultrasonik paling kuat di seluruh dunia.

Amplitudo yang Dapat Dikendalikan secara Tepat untuk Hasil Optimal

Semua ultrasonicators Hielscher dapat dikontrol dengan tepat dan dengan demikian kuda kerja yang dapat diandalkan dalam produksi. Amplitudo adalah salah satu parameter proses penting yang mempengaruhi efisiensi dan efektivitas emulsifikasi ultrasonik Amplitudo adalah faktor penting, yang mempengaruhi kualitas emulsifikasi ultrasonik secara tegas. Semua prosesor Hielscher Ultrasonics memungkinkan pengaturan amplitudo yang tepat. Sonotrodes dan tanduk booster adalah aksesori yang memungkinkan untuk memodifikasi amplitudo dalam jangkauan yang lebih luas. Prosesor ultrasonik industri Hielscher dapat memberikan amplitudo yang sangat tinggi dan memberikan intensitas ultrasonik yang diperlukan untuk aplikasi yang menuntut. Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah terus dijalankan dalam operasi 24/7.
Pengaturan amplitudo yang tepat dan pemantauan permanen parameter proses ultrasonik melalui perangkat lunak pintar memberi Anda kemungkinan untuk mengobati emulsi Anda dengan kondisi ultrasonik yang paling efektif. Sonikasi optimal untuk hasil emulsifikasi terbaik!
Ketahanan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan untuk operasi 24/7 pada tugas berat dan di lingkungan yang menuntut. Ini menjadikan peralatan ultrasonik Hielscher alat kerja yang dapat diandalkan yang memenuhi persyaratan emulsifikasi Anda.

Pengujian mudah dan bebas risiko

Proses ultrasonik dapat sepenuhnya berskala linier. Ini berarti setiap hasil yang telah Anda capai menggunakan lab atau bench-top ultrasonicator, dapat diskalakan ke output yang sama persis menggunakan parameter proses yang sama persis. Ini membuat ultrasonikasi ideal untuk pengujian kelayakan bebas risiko, optimasi proses dan implementasi berikutnya ke manufaktur komersial. Hubungi kami untuk mempelajari bagaimana sonikasi dapat meningkatkan produksi emulsi Anda.

Kualitas Tertinggi – Dirancang dan Diproduksi di Jerman

Sebagai bisnis yang dimiliki keluarga dan dikelola keluarga, Hielscher memprioritaskan standar kualitas tertinggi untuk prosesor ultrasonik. Semua ultrasonicators dirancang, diproduksi dan diuji secara menyeluruh di kantor pusat kami di Teltow dekat Berlin, Jerman. Ketahanan dan keandalan peralatan ultrasonik Hielscher menjadikannya kuda kerja dalam produksi Anda. 24/7 operasi di bawah beban penuh dan dalam menuntut lingkungan adalah karakteristik alami dari Hielscher ini kinerja tinggi mixer.

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami: