Un'emulsione è un sistema bifase di due liquidi immiscibili, dove una fase, la cosiddetta fase interna o dispersa, è distribuita come piccole goccioline nell'altra, la cosiddetta fase esterna o continua. Per preparare un'emulsione, generalmente è necessario l'apporto di energia nel sistema bifase. Le forze di taglio ad ultrasuoni hanno dimostrato di essere altamente efficienti per produrre emulsioni stabili a lungo termine con gocce di dimensioni nanometriche e di qualità superiore.

Stabilità dell'emulsione ultrasonica migliorata

Gli effetti fisici degli ultrasuoni indotti dalla cavitazione acustica provocano la rottura delle goccioline d'olio e d'acqua e facilitano così la formazione di emulsioni stabili O/W e W/O con goccioline di dimensioni molto piccole nel micron e nano-size. A causa delle dimensioni molto piccole delle goccioline e della sua elevata superficie, le nanoemulsioni offrono proprietà bioattive straordinariamente elevate, importanti per alimenti e integratori, prodotti farmaceutici e cosmetici. A causa delle minuscole dimensioni 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 ad alte prestazioni, vernici, polimeri e altri composti. Le nanoemulsioni preparate ad ultrasuoni sono di solito molto più stabili delle macroemulsioni e non mostrano sedimentazione, coalescenza o flocculazione.

Emulsificazione ad ultrasuoni ad alta efficienza

Zungur et al. (2015) hanno confrontato l'omogeneizzazione ultrasonica con la classica omogeneizzazione ad alto taglio per la preparazione di emulsioni acqua-olio di oliva. Per le emulsioni sono stati utilizzati WPI e maltodestrina come agenti incapsulanti e Tween20 come stabilizzatore. "I valori dell'indice di cremazione delle emulsioni preparate con le tecniche di omogeneizzazione classica e ultrasonica, sono variati tra il 20,77 e l'86,26% e dal 15,63 al 91,55%, rispettivamente. In termini generali, i risultati hanno mostrato che le emulsioni preparate con l'emulsione ultrasonica sono più stabili di quelle preparate con il metodo di omogeneizzazione classico."

Le immagini al microscopio (con ingrandimento 100x) delle emulsioni contenenti 40% (wb) di materia secca e 9% (wb) di olio preparate con il metodo classico di omogeneizzazione con (a) WPI, (b) MD, (c) miscela WPI-MD (1:1); e preparate con il metodo di omogeneizzazione ultrasonica con (d) WPI (e) MD (f) miscela WPI-MD (1:1). L'emulsificazione ad 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 documento di revisione che gli ultrasuoni ad alta intensità (HIU) "potrebbero essere utilizzati per migliorare le proprietà emulsionanti degli emulsionanti alimentari come proteine e polisaccaridi e migliorare la stabilità delle loro emulsioni. Le emulsioni stabilizzate con complessi di proteine e polisaccaridi prodotte da HIU hanno mostrato una migliore stabilità contro le sollecitazioni 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)

Preparazione ad ultrasuoni di un'emulsione olio in acqua (O/W) (acqua rossa / olio giallo). Alcuni secondi di sonicazione trasformano le due fasi dell'acqua e dell'olio in un'emulsione fine.

Emulsionanti ad ultrasuoni ad alte prestazioni

Hielscher Ultrasonics fornisce emulsionanti a ultrasuoni ad alta potenza e bassa frequenza su qualsiasi scala per la ricerca, lo sviluppo di processi, R&D e la produzione industriale di flussi di grandi volumi. Il nostro ampio portafoglio offre il processore a ultrasuoni ideale per qualsiasi dimensione e per qualsiasi industria.
Ultrasuoni Hielscher’ I processori industriali ad ultrasuoni possono fornire ampiezze molto elevate. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in continuo in funzionamento 24/7/365. Per ampiezze ancora più elevate, sono disponibili sonotrodi ad ultrasuoni personalizzati. Tutti i parametri di processo possono essere controllati e monitorati esattamente tramite un software intelligente.

MultiPhaseCavitator – Il sistema di iniezione a ultrasuoni per emulsioni stabili

Il MultiPhaseCavitator – MPC48insert – è un inserto unico per reattori a cella a flusso Hielscher. Il design del MultiPhaseCavitator è caratterizzato da 48 cannule fini che iniettano la seconda fase dell'emulsione direttamente nel punto caldo cavitazionale. Nella zona di cavitazione, i fili sottili della seconda fase iniettata vengono tagliati da onde di frequenza ultrasoniche di 20kHz. Ciò significa che il fluido iniettato viene tagliato da 20.000 colpi di vibrazione al secondo, che producono goccioline straordinariamente minute nella gamma nanometrica. 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.

Vuoi acquistare un emulsionante ad ultrasuoni?

Contattateci compilando il modulo di contatto qui sotto, inviandoci una e-mailo chiamandoci!
Il nostro team di esperti sarà lieto di discutere con voi la vostra applicazione dell'emulsione e di consigliarvi il sistema di emulsione ad ultrasuoni più adatto!

La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni: