Emulsionatori a ultrasuoni
Un’emulsione è un sistema bifasico costituito da due liquidi immiscibili, in cui una fase, detta fase interna o dispersa, è distribuita sotto forma di piccole goccioline nell’altra fase, detta fase esterna o continua. Per preparare un’emulsione, generalmente è necessario apportare energia al sistema bifasico. È ampiamente dimostrato che le forze di taglio ultrasoniche sono altamente efficienti nella produzione di emulsioni di qualità superiore, stabili a lungo termine e con goccioline di dimensioni nanometriche.
Stabilità delle emulsioni migliorata mediante ultrasuoni
Gli effetti fisici degli ultrasuoni indotti dalla cavitazione acustica provocano la frammentazione delle goccioline di olio e acqua, facilitando così la formazione di emulsioni O/W e W/O stabili con goccioline molto piccole, di dimensioni micrometriche e nanometriche. Grazie alle dimensioni molto ridotte delle goccioline e alla loro elevata superficie, le nanoemulsioni offrono proprietà bioattive straordinariamente elevate, un aspetto importante per la produzione di alimenti e integratori, prodotti farmaceutici e cosmetici. Grazie alle dimensioni minime delle goccioline, il composto bioattivo può penetrare rapidamente nelle cellule. Anche nella scienza dei materiali e nell’industria, le nanoemulsioni sono importanti per la produzione di rivestimenti, vernici, polimeri e altri compositi ad alte prestazioni. Le nanoemulsioni preparate mediante ultrasuoni sono generalmente molto più stabili delle macroemulsioni e non presentano sedimentazione, coalescenza o flocculazione.
- Nanoemulsioni e miniemulsioni
- Elevata efficienza
- In batch o in continuo
- Liquidi da poco viscosi a viscosi
- Riproducibilità / ripetibilità
- Tecnica affidabile
- Facile e sicura da usare
UP400St – dispositivo a ultrasuoni da 400W per nanoemulsioni olio in acqua (O/W)
Emulsificazione a ultrasuoni altamente efficiente
Zungur et al. (2015) hanno confrontato l’omogeneizzazione a ultrasuoni con l’omogeneizzazione classica ad alto taglio per la preparazione di emulsioni di acqua e olio d’oliva. Per le emulsioni sono stati utilizzati WPI e maltodestrina come agenti incapsulanti e Tween20 come stabilizzante. «I valori dell’indice di affioramento delle emulsioni preparate con tecniche di omogeneizzazione classica e a ultrasuoni variavano rispettivamente tra 20,77 e 86,26 % e tra 15,63 e 91,55 %. In termini generali, i risultati hanno mostrato che le emulsioni preparate mediante emulsificazione a ultrasuoni sono più stabili di quelle preparate con il metodo di omogeneizzazione classico.»
Immagini al microscopio (a un ingrandimento di 100x) di emulsioni contenenti il 40 % (wb) di sostanza secca e il 9 % (wb) di olio, preparate con il metodo di omogeneizzazione classico con (a) WPI, (b) MD, (c) miscela WPI-MD (1:1); e preparate con il metodo di omogeneizzazione a ultrasuoni con (d) WPI (e) MD (f) miscela WPI-MD (1:1). L’emulsificazione a ultrasuoni produce goccioline significativamente più piccole e una migliore stabilità dell’emulsione.
(studio e immagini al microscopio: Zungur et al., 2015)
Taha et al. (2020) concludono nel loro articolo di rassegna che gli ultrasuoni ad alta intensità (HIU) «potrebbero essere utilizzati per migliorare le proprietà emulsionanti degli emulsionanti alimentari, come proteine e polisaccaridi, e aumentare la stabilità delle loro emulsioni. Le emulsioni stabilizzate da complessi proteina-polisaccaride prodotte mediante HIU hanno mostrato una migliore stabilità agli stress ambientali rispetto alle emulsioni stabilizzate dai singoli componenti. Inoltre, diversi studi hanno mostrato che gli omogeneizzatori HIU erano più efficienti dal punto di vista energetico rispetto agli omogeneizzatori ad alta pressione e ai microfluidizzatori.» (Taha et al., 2020)
- Dimensione media delle goccioline (influenzata dalla tecnica di emulsificazione)
- Distribuzione dimensionale delle goccioline (influenzata dalla tecnica di emulsificazione)
- Viscosità della fase interna
- Viscosità della fase continua
- Tensioattivo
- Concentrazione della fase oleosa
- pH della fase continua
- Proprietà ottiche dell’emulsione
La nanoemulsificazione a ultrasuoni viene utilizzata per produrre emulsioni ad alte prestazioni per materiali ad alte prestazioni, vernici, rivestimenti, alimenti, prodotti farmaceutici e cosmetici.
Distribuzione dimensionale delle goccioline di emulsioni di acqua e olio d’oliva preparate mediante (a) il metodo di omogeneizzazione classico (b) il metodo di omogeneizzazione a ultrasuoni (utilizzando il UP400S) con MD, WPI e la loro miscela, contenenti il 40% di sostanza secca e il 9% di olio (w/w). L’emulsificazione a ultrasuoni produce goccioline significativamente più piccole, un minore affioramento e una migliore stabilità complessiva dell’emulsione.
(studio e grafici: Zungur et al., 2015)
Preparazione a ultrasuoni di un’emulsione olio in acqua (O/W) (acqua rossa / olio giallo). Pochi secondi di sonicazione trasformano le due fasi di acqua e olio in un’emulsione fine.
Emulsionatori a ultrasuoni ad alte prestazioni
Hielscher Ultrasonics fornisce emulsionatori a ultrasuoni ad alta potenza e bassa frequenza a qualsiasi scala per la ricerca, lo sviluppo di processi, la ricerca e sviluppo e la produzione industriale con flussi volumetrici molto elevati. La nostra ampia gamma offre il processore a ultrasuoni ideale per qualsiasi dimensione e settore industriale.
I processori a ultrasuoni industriali di Hielscher Ultrasonics possono erogare ampiezze molto elevate. È possibile operare facilmente e in continuo con ampiezze fino a 200µm in funzionamento 24/7/365. Per ampiezze ancora maggiori sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. Tutti i parametri di processo possono essere controllati e monitorati con precisione mediante un software intelligente.
- per qualsiasi volume / capacità produttiva
- per qualsiasi settore industriale
- efficaci e capaci di intensificare i processi
- per il trattamento in batch e in linea
- versatili nell’impiego
- efficienti dal punto di vista energetico
- facili e sicuri da utilizzare
- risultati riproducibili
- scalabili linearmente
- affidabili
- robusti, con manutenzione ridotta
- facili da installare o integrare in impianti esistenti
- rapido ritorno sull’investimento
Reattore a ultrasuoni con MultiPhaseCavitator per una migliore nanoemulsificazione
MultiPhaseCavitator – Il sistema di iniezione a ultrasuoni per emulsioni stabili
Il MultiPhaseCavitator – MPC48insert – è un inserto unico per i reattori con cella di flusso Hielscher. Il MultiPhaseCavitator è dotato di 48 cannule sottili che iniettano la seconda fase dell’emulsione direttamente nel punto di massima intensità della cavitazione. Nella zona di cavitazione, i sottili filamenti della seconda fase iniettata vengono tagliati da onde a frequenza ultrasonica di 20kHz. Ciò significa che il fluido iniettato viene tagliato da 20.000 impulsi vibratori al secondo, producendo goccioline straordinariamente minute nell’intervallo nanometrico. Il taglio ultrasonico, le onde d’urto e le turbolenze emulsionano queste piccole goccioline all’interno della fase continua e producono una nanoemulsione di qualità superiore ed elevata stabilità.
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Il nostro team di grande esperienza sarà lieto di discutere con voi la vostra applicazione di emulsificazione e di consigliarvi il sistema di emulsificazione a ultrasuoni più adatto!
- parametri controllabili con precisione
- ampiezze elevate
- efficienza energetica
- in batch e in linea
- scalabile linearmente a qualsiasi dimensione
- software intelligente con impostazioni di sonicazione programmabili
- funzionamento 24/2/365
- robusto
- sonotrodi e accessori disponibili
La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori:
| Volume del batch | Portata | Dispositivi consigliati |
|---|---|---|
| Da 1 a 500mL | Da 10 a 200mL/min | UP100H |
| Da 10 a 2000mL | Da 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| Da 0,1 a 20L | Da 0,2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| Da 10 a 100L | Da 2 a 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | Da 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | superiore | gruppo di UIP16000 |
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Bibliografia / Riferimenti
- Zungur Bastıoğlu, Aslı; Koç, Mehmet; Kaymak-Ertekin, Figen (2015): Physical Properties of Olive Oil in Water Model Emulsion: Effect of Aqueous and Oil Phase Concentration and Homogenization Types. Akademik gıda 13, 2015. 22-34.
- Zahra Hadian, Mohammad Ali Sahari, Hamid Reza Moghimi; Mohsen Barzegar (2014): Formulation, Characterization and Optimization of Liposomes Containing Eicosapentaenoic and Docosahexaenoic Acids; A Methodology Approach. Iranian Journal of Pharmaceutical Research (2014), 13 (2): 393-404.
- 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.
Informazioni utili
Che cos’è un’emulsione? – Definizione del termine «emulsione»
Un’emulsione è un sistema fluido costituito da almeno due liquidi immiscibili, in cui uno dei liquidi è disperso nell’altro sotto forma di piccole goccioline. La fase delle piccole goccioline distribuite è detta fase dispersa o interna, mentre l’altra fase è detta fase continua o esterna. Si distinguono due tipi principali di emulsioni: le emulsioni olio in acqua (O/W) e acqua in olio (W/O). Nell’emulsione olio in acqua (O/W), la fase interna è un olio o un liquido miscibile con l’olio e la fase esterna è acqua o un liquido miscibile con l’acqua. Nell’emulsione acqua in olio (W/O), la fase interna è il liquido di tipo acquoso, mentre la fase esterna è il liquido di tipo oleoso.
La maggior parte delle emulsioni richiede un agente emulsionante, noto come stabilizzante o tensioattivo. Anche la dimensione delle goccioline svolge un ruolo cruciale per la stabilità dell’emulsione. Più piccole sono le goccioline, più stabile è l’emulsione.
Ultrasuoni ad alte prestazioni! La gamma di prodotti Hielscher copre l’intero spettro, dal sonicatore compatto da laboratorio alle unità da banco fino ai sistemi a ultrasuoni completamente industriali.