emulsionanti a ultrasuoni
Un'emulsione è un sistema bifase di due liquidi immiscibili, in cui una fase, la cosiddetta fase interna o dispersa, è distribuita sotto forma di piccole gocce nell'altra fase, la cosiddetta fase esterna o continua. Per preparare un'emulsione, in genere è necessario un apporto di energia al sistema bifasico. È dimostrato che le forze di taglio a ultrasuoni sono altamente efficienti per produrre emulsioni stabili a lungo termine con goccioline di dimensioni nanometriche e di qualità superiore.
Stabilità dell'emulsione migliorata con gli ultrasuoni
Gli effetti fisici degli ultrasuoni indotti dalla cavitazione acustica determinano la disgregazione delle goccioline di olio e acqua, facilitando così la formazione di emulsioni O/W e W/O stabili con gocce di dimensioni molto ridotte, comprese tra i micron e le nano dimensioni. Grazie alle ridottissime dimensioni delle gocce e alla loro elevata area superficiale, le nanoemulsioni offrono proprietà bioattive straordinariamente elevate, importanti per la produzione di alimenti e integratori, prodotti farmaceutici e cosmetici. Grazie alle dimensioni minime delle gocce, 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 materiali compositi ad alte prestazioni. Le nanoemulsioni preparate a ultrasuoni sono di solito molto più stabili delle macroemulsioni e non presentano sedimentazione, coalescenza o flocculazione.
- Nano e mini-emulsioni
- Altamente efficiente
- Batch o continuo
- Liquidi a bassa viscosità
- riproducibilità / ripetibilità
- Tecnica affidabile
- Facile e sicuro da usare
UP400St – Dispositivo a ultrasuoni da 400W per nano-emulsioni olio-in-acqua (O/W)
Emulsionamento 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 acqua-olio d'oliva. Per le emulsioni sono stati utilizzati WPI e maltodestrina come agenti incapsulanti e Tween20 come stabilizzante. "I valori dell'indice di cremosità delle emulsioni preparate con la tecnica classica e con quella dell'omogeneizzazione a ultrasuoni variavano rispettivamente tra il 20,77 e l'86,26% e tra il 15,63 e il 91,55%. In termini generali, i risultati hanno mostrato che le emulsioni preparate con l'emulsionamento a ultrasuoni sono più stabili di quelle preparate con il metodo classico di omogeneizzazione."
Immagini al microscopio (con ingrandimento 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 microscopiche: Zungur et al., 2015)
Taha et al. (2020) concludono nel loro articolo di revisione che gli ultrasuoni ad alta intensità (HIU) "potrebbero essere utilizzati per migliorare le proprietà emulsionanti di emulsionanti alimentari come proteine e polisaccaridi e aumentare la stabilità delle loro emulsioni". Le emulsioni stabilizzate con un complesso di proteine e polisaccaridi prodotte con l'HIU hanno mostrato una migliore stabilità contro gli stress ambientali rispetto alle emulsioni stabilizzate dai singoli componenti. Inoltre, diversi studi hanno dimostrato che gli omogeneizzatori HIU sono più efficienti dal punto di vista energetico rispetto agli omogeneizzatori ad alta pressione e ai microfluidificatori." (Taha et al., 2020)
- Dimensione media delle gocce (influenzata dalla tecnica di emulsione)
- Distribuzione delle dimensioni delle gocce (influenzata dalla tecnica di emulsione)
- Viscosità della fase interna
- Viscosità in fase continua
- tensioattivo
- Concentrazione della fase oleosa
- pH in fase continua
- Proprietà ottiche dell'emulsione
La nano-emulsificazione a ultrasuoni viene utilizzata per produrre emulsioni ad alte prestazioni per materiali ad alte prestazioni, vernici, rivestimenti, alimenti, prodotti farmaceutici e cosmetici.
Distribuzione delle dimensioni delle gocce di emulsioni acqua-olio d'oliva preparate con (a) metodo di omogeneizzazione classico (b) omogeneizzazione ad ultrasuoni (utilizzando il metodo di UP400S) con MD, WPI e la loro miscela, con il 40% di sostanza secca e il 9% di olio (p/p). L'emulsificazione a ultrasuoni produce goccioline significativamente più piccole, una minore formazione di creme e una migliore stabilità complessiva dell'emulsione.
(studio e grafici: Zungur et al., 2015)
Preparazione a ultrasuoni di un'emulsione olio-acqua (O/W) (acqua rossa / olio giallo). Pochi secondi di sonicazione trasformano le due fasi di acqua e olio in una fine emulsione.
Emulsionatori a ultrasuoni ad alte prestazioni
Hielscher Ultrasonics fornisce emulsionatori a ultrasuoni ad alta potenza e bassa frequenza su qualsiasi scala per la ricerca, lo sviluppo di processi, la ricerca e lo sviluppo.&D e la produzione industriale di flussi di volume molto elevato. Il nostro ampio portafoglio offre il processore a ultrasuoni ideale per qualsiasi dimensione e per qualsiasi settore.
Hielscher Ultrasonics’ I processori industriali a ultrasuoni possono fornire ampiezze molto elevate. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in modo continuo, 24 ore su 24, 7 giorni su 7, 365 giorni all'anno. Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. Tutti i parametri di processo possono essere controllati e monitorati esattamente tramite un software intelligente.
- per qualsiasi volume/capacità produttiva
- per qualsiasi settore
- efficace e che intensifica i processi
- per l'elaborazione in batch e in linea
- versatile utilizzabile
- Efficienza energetica
- Facile e sicuro da usare
- risultati riproducibili
- Lineare scalabile
- affidabile
- robusto, a bassa manutenzione
- Facile da installare o da installare in un secondo momento
- ROI veloce
Reattore a ultrasuoni con MultiPhaseCavitator per una migliore nano-emulsificazione
MultiPhaseCavitator – Il sistema di iniezione a ultrasuoni per emulsioni stabili
Il Cavitatore Multifase – MPC48inserto – è un inserto unico per i reattori a cella a flusso Hielscher. Il design del MultiPhaseCavitator prevede 48 cannule sottili che iniettano la seconda fase dell'emulsione direttamente nel punto caldo di cavitazione. Nella zona di cavitazione, i fili sottili della seconda fase iniettata vengono tagliati da onde di frequenza ultrasonica di 20 kHz. Ciò significa che il fluido iniettato viene tagliato da 20.000 colpi di vibrazione al secondo, che producono goccioline straordinariamente minute nella gamma dei nano. Il taglio ultrasonico, le onde d'urto e le turbolenze emulsionano queste piccole goccioline all'interno della fase continua e producono una nano-emulsione superiore di elevata stabilità.
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Il nostro team di esperti sarà lieto di discutere con voi la vostra applicazione di emulsione e di consigliarvi il sistema di emulsione a ultrasuoni più adatto!
- parametri controllabili con precisione
- ampiezze elevate
- efficienza energetica
- Batch e Inline
- lineare scalabile 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 lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori:
| Volume di batch | Portata | Dispositivi raccomandati |
|---|---|---|
| 1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
| 10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdt |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | più grande | cluster di UIP16000 |
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Letteratura / 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.
Particolarità / Cose da sapere
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 di piccole gocce distribuite è detta fase dispersa o interna, mentre l'altra fase è detta fase continua o esterna. Esistono due tipi principali di emulsioni, che si distinguono tra loro: 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, mentre 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 simile all'acqua, mentre la fase esterna è il liquido simile all'olio.
La maggior parte delle emulsioni richiede un agente emulsionante, noto come stabilizzatore o tensioattivo. Anche la dimensione delle gocce svolge un ruolo cruciale per la stabilità dell'emulsione. Quanto più piccole sono le dimensioni delle gocce, tanto più stabile è l'emulsione.
Ultrasuoni ad alte prestazioni! La gamma di prodotti Hielscher copre l'intero spettro, dai compatti ultrasuoni da laboratorio alle unità da banco, fino ai sistemi ultrasonici industriali.