ヒールシャー超音波技術

水中油エマルジョン

エマルジョンは、互いに細かく分散された2つの不混和性液体で構成されています。油水中エマルションの場合、油性相(分散相)は水相(連続相)に均等に混合されます。超音波乳化剤は、水中油エマルジョンおよびナノエマルションを調製するために確立されています。超音波エマルジョンは、均一な液滴分散と長期安定性によって優れています。

超音波水中油エマルジョン

Ultrasonication is an effective technique of emulsification and nano-emulsification.Oil-in-water (O/W) emulsions are widely used in many consumer products such as food, beverages, cosmetics, pharmaceuticals etc. as well as in industry (e.g. material science, polymers, paints, coatings, fine chemistry etc.).

水中油エマルジョンの定義

水中油エマルジョンは、油性相が水または別の水性液体に分散する混合物です。油の小さな液滴は、この水中油エマルションを作成するために、水相(連続相)に細かく分散されています。油(分散相)が水中に分散している場合(連続相)、それは水中油エマルジョンです。水滴が油性連続相に添加された場合、それは油中水エマルジョンと呼ばれます。
水中油エマルジョンを調製するために、得られる乳化品質は、製剤(油:水比、乳化剤)および乳化技術に依存する。超音波乳化剤は、液体中の強烈な高剪断力と乱流をもたらす音響キャビテーションを作成します。これらの非常に強い力は、2つの混和性液体相を分液滴に破壊し、それらを互いに均一に混合する。超音波乳化は、10nmまでの液滴サイズを持つナノサイズの粒子を容易に生成することができます。非常に小さな液滴サイズと均質な、超音波調製エマルションの液滴サイズ分布は、好ましい乳化技術に超音波処理を回す。

超音波乳化の利点

超音波乳化は、高圧均質化、高剪断混合、マイクロ流動化などの他の乳化技術を効率、ナノ液滴の一貫した生産、高エマルジョン安定性、小さなチューブやビーカーから大きな流れまでの任意の体積を処理する能力に優れています。
例えば、李と翔(2019)は、超音波がより均一で安定したエマルジョンをもたらす高圧均質化と超音波乳化の比較研究で示した。ココナッツオイル水中エマルジョン中の凝集は、高圧均質化を施した後にのみ現れ、超音波乳化によって作られたエマルジョンは30日間の貯蔵中に安定したままでした。
機械攪拌と比較すると、超音波技術によって調製されたエマルジョンは、熱力学的に安定化される小さな液滴サイズに起因する機械的攪拌によって調製されたエマルジョンと比較して、より長い時間安定であることが判明した。超音波技術は、従来の機械的攪拌法よりも安定したエマルジョンを与える。(ラミセッティとシャム・サンダー、2011)
O'Sullivan et al. (2015) 超音波乳化が一貫してサブミクロンエマルジョン(200 nm未満)を生み出したことを研究で示しています。しかし、10nmの均一な液滴サイズを有するナノエマルションは、最適化された条件下で容易かつ確実に達成することができる。超音波生成エマルジョンの液滴サイズは、バッチと連続処理の両方のための処理時間と超音波振幅の関数です。

Hielscher ultrasonicator UP400St for oil-in-water emulsions

超音波装置を用いた透明ナノサイズの水中油(O/W)エマルジョンの調製 UP400St

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超音波エマルジョンの利点

  • 高効率のプロセス
  • サブミクロンおよびナノ液滴
  • 均一な液滴サイズ分布
  • 再現性のある結果
  • 任意のボリュームに対して
  • 正確に制御可能
  • 線形拡張可能
  • 安全で操作が簡単
Ultrasonic emulsification with Hielscher's UP200Ht and sonotrode S26d14

水中油(O/W)エマルジョン(赤水/黄油)の超音波調製。超音波処理の数秒は、細かいエマルジョンに別の水/油相を回します。

超音波乳化の働き原理

エマルジョンおよびナノエマルション(油中水および油中水エマルジョンなど)の超音波製造は、音響キャビテーションの働き原理に基づいています。音響キャビテーションを作成するために、超音波トランスデューサによって高強度、低周波超音波が生成され、超音波ホーンとプローブ(ソノトロード)を介して液体に伝達されます。高出力超音波は、16-30kHzの範囲で超音波と考えられています。超音波プローブは、例えば、20kHzで膨張し、収縮し、それにより、それぞれ20,000の振動/秒を媒体に送信する。超音波が液体を通過するとき、高圧(圧縮)/低圧(希薄化/膨張)サイクルを交互にする微細な空洞(真空気泡)を作成し、いくつかの圧力サイクルにわたって成長します。液体と気泡の圧縮フェーズでは、圧力は正であり、希薄化相は真空(負圧)を生成します。圧縮膨張サイクルの間、液体中の空洞は、それ以上のエネルギーを吸収できない大きさになるまで成長する。この時点で、彼らは激しく爆発します。これらの空洞の爆発は、音響/超音波キャビテーションの現象として知られている様々な非常にエネルギッシュな効果をもたらす。音響キャビテーションは、液体液体、固液、気液系に影響を与える、非常にエネルギッシュなマニホールド効果を特徴とする。エネルギー密度ゾーンまたはキャビテーションゾーンは、超音波プローブの近傍で最もエネルギー密度が高く、ソトロードからの距離が増加するにつれて減少する、いわゆるホットスポットゾーンとして知られています。超音波キャビテーションの主な特性は、局所的に発生する非常に高温および圧力とそれぞれの差動、乱流、および液体の流れが含まれる。超音波ホットスポットの超音波空洞の爆発の間に、最大5000ケルビンの温度、最大200の大気の圧力と最大1000km /hの液体ジェットを測定することができます。これらの優れたエネルギー強い条件は、非常に効果的な混合、分散および乳化によってプロセスを強化するソノメカニカル効果に寄与する。超音波せん断力、液体の流れと乱流は、液滴を破壊し、互いに均一にそれらを混合します。高性能超音波処理は、均一なサイズ分布を持つ確実にナノ液滴を生成します。これにより、超音波乳化は、高い乳化安定性および貯蔵寿命を有する水中油乳剤/ナノエマルジョンを調製する好ましい方法となる。

超音波乳化

Ultrasonically prepared nano-emulsion - Clear, stable nano-emulsions with Hielscher Ultrasonics!

Ultrasonic nano-emulsions prepared with the Hielscher UP400St at various energy desities

エマルジョン品質に及ぼす超音波強度の影響

エマルジョンの品質は、主にその安定性によって特徴付けられる。順番に、エマルション安定性は液滴サイズ分布およびエマルション製剤の要因である。
超音波強度、すなわち振幅および超音波処理持続時間は、得られたエマルジョンの品質に影響を与える重要な要因である。
研究では、超音波乳化は2つの段階に分かれています:最初のステップの間に、界面波とレイリー・テイラー不安定性の組み合わせが発生し、分散相液滴が連続相に噴出する原因となります。
第2のステップの間に、液滴は液滴境界相の近くの音響キャビテーションによって分解される。気管の衝撃波による液滴破壊と混合の強烈な影響は、非常に小さな液滴サイズを生成します。超音波強度、振幅、および超音波処理時間は、キャビテーションの得られた影響とそれによって微細なサイズの乳化に関する最も影響力のあるパラメータを担当しています。ヒールシャー超音波’ 産業用超音波プロセッサは非常に高い振幅を提供することができます。最大200μmの振幅は、24時間365日の操作で簡単に連続的に実行できます。さらに高い振幅のために、カスタマイズされた超音波ソトロードが利用可能です。

高性能超音波乳化剤

Ultrasonic emulsification is a reliable processing technology, which facilitates and accelerates the production of high-quality emulsions with submicron and nano-sized droplets. Hielscher Ultrasonics portfolio covers the full range from compact lab ultrasonicators to industrial systems for emulsification applications. This allow us at Hielscher to offer you the most suitable ultrasonicator for your envisaged emulsion quality and process capacity. Our long-time experienced staff will assist you from feasibility tests and process optimisation to the installation of your ultrasonic system on final production level.
私たちの超音波抽出器の小さな足のプリントだけでなく、インストールオプションの汎用性は、それらを小さなスペース処理設備にもフィットさせます。超音波処理装置は、食品、製薬、栄養補助食品製造施設に世界的に設置されています。

ヒールシャー超音波 – 洗練された乳化システム

ヒールシャー超音波製品ポートフォリオは、小規模から大規模に高性能超音波乳化剤のフルレンジをカバーしています。追加の付属品はあなたの乳化プロセスのための最も適した超音波装置の構成の容易なアセンブリを可能にする。最適な超音波設定は、想定容量、容積、原材料、バッチまたはインラインプロセスとタイムラインに依存します。

バッチおよびインライン

ヒールシャー超音波乳化剤は、バッチおよび連続的なフロースルー処理に使用することができます。超音波バッチ処理は、プロセステスト、最適化、中規模の生産レベルに最適です。大量のエマルジョンを生成する場合、インライン処理の方が有利である可能性があります。連続したインライン混合プロセスには高度なセットアップが必要 – ポンプ、ホース、パイプ、タンクで構成されていますが、非常に効率的で迅速で、労働が大幅に少なくて済む。ヒールシャー超音波は、あなたのエマルジョンのボリュームとプロセスの目標のための最も適した乳化セットアップを持っています。

任意のサイズで乳化のための超音波プローブと反応器

産業規模のインライン超音波処理のためのUIP4000hdTフローセルヒールシャー超音波製品の範囲は、1時間あたりのトラック積み込みを処理する能力を持つ完全工業用超音波プロセッサにベンチトップとパイロットシステム上のコンパクトなラボ超音波装置から超音波プロセッサの完全なスペクトルをカバーしています。フル製品範囲は、私たちはあなたのプロセス容量と生産目標に最も適した超音波乳化剤を提供することができます。
超音波ベンチトップシステムは、実現可能性試験とプロセス最適化に最適です。確立されたプロセスパラメータに基づく線形スケールアップは、より小さなロットから完全に商業生産までの処理能力を非常に容易に高めます。アップスケーリングは、より強力な超音波抽出ユニットをインストールするか、並列にいくつかの超音波装置をクラスタリングすることによって行うことができます。UIP16000では、ヒールシャーは、世界中で最も強力な超音波乳化剤を提供しています。

最適な結果を得るための正確に制御可能な振幅

すべてのヒールシャー超音波処理器は正確に制御可能であり、それによって生産の信頼性の高い作業馬です。振幅は超音波乳化の効率と有効性に影響を与える重要なプロセスパラメータの1つです Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.振幅は、超音波乳化の品質に決定的に影響を与える重要な要因です。すべてのヒールシャー超音波’ プロセッサは振幅の精密な設定を可能にする。ソノトロードとブースターホーンは、さらに広い範囲で振幅を変更することを可能にするアクセサリーです。ヒールシャーの産業用超音波プロセッサは、非常に高い振幅を提供し、要求の厳しいアプリケーションに必要な超音波強度を提供することができます。最大200μmの振幅は、24時間365日の操作で簡単に連続的に実行できます。
正確な振幅設定とスマートソフトウェアを介して超音波プロセスパラメータの恒久的な監視は、あなたのエマルジョンを最も効果的な超音波条件で処理する可能性を与えます。最高の乳化結果のための最適な超音波処理!
ヒールシャーの超音波装置の堅牢性は、頑丈で厳しい環境で24時間365日の操作を可能にします。これは、ヒールシャーの超音波機器は、あなたの乳化要件を満たす信頼性の高い作業ツールになります。

リスクのない簡単なテスト

超音波プロセスは完全に線形にスケーリングすることができます。これは、ラボまたはベンチトップ超音波処理器を使用して達成したすべての結果を意味し、まったく同じプロセスパラメータを使用して正確に同じ出力にスケーリングすることができます。これは、リスクフリーの実現可能性試験、プロセスの最適化、商業製造へのその後の実装のための超音波処理に最適です。超音波処理があなたのエマルジョンの生産を改善する方法を学ぶためにお問い合わせください。

最高品質 – ドイツで設計・製造

家族経営の家族経営のビジネスとして、ヒールシャーは超音波処理装置の最高品質基準を優先します。すべての超音波処理器は、ベルリン、ドイツの近くのテルトウの本社で設計、製造、徹底的にテストされています。ヒールシャーの超音波装置の堅牢性と信頼性は、あなたの生産の作業馬になります。全負荷下での24時間365日の動作は、ヒールシャーの高性能ミキサーの自然な特性です。

下の表は私達のultrasonicatorsのおおよその処理能力の目安を与えます:

バッチ容量 流量 推奨デバイス
500mLの1〜 200mL /分で10 UP100H
2000mlの10〜 20 400mLの/分 Uf200ःトンUP400St
00.1 20Lへ 04L /分の0.2 UIP2000hdT
100Lへ10 10L /分で2 UIP4000hdT
N.A。 10 100L /分 UIP16000
N.A。 大きな のクラスタ UIP16000

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Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

ヒールシャー超音波は、ラボ、パイロット、工業規模でアプリケーション、分散、乳化および抽出を混合するための高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。

文献 / 参考文献



知る価値のある事実

水中油対水油エマルジョン

エマルジョンは、水中油または水中油のいずれかです。技術的には、水中油と油中水エマルションを発生させる場合、一方の相(分散相と呼ばれる)が他方に混合される(連続相)。言い換えれば、1つの液体は、別の液体が追加されるベースの一種として機能します。エマルジョンが「水中油」である場合、油は連続相、水に分配される分散相である。油中水エマルジョンでは、役割が切り替わります。牛乳は水中油エマルジョンの一例であり、バターは油中水です。

水中油と水中エマルジョンの違いは何ですか?

水中油と水中エマルジョンの主な違いは、サスペンションの組成ans構造です。 – は、どのタイプの液体が他の液体全体に懸濁されるのかを意味します。水中油エマルジョンでは、油は水/水相(連続相)に非常に小さな液滴として混合される分散相である。一方、油中水エマルジョンは懸濁液と定義され、そこで水は、連続的な油性相に分液滴として均質化された分散相である。
超音波乳化のようなインパクトのある乳化技術は、液体を微細な液滴に分解し、それらを徹底的に混合するために必要なせん断力と乱流を作成します。
乳化剤の選択は、もう一つの重要な要因です。いくつかのナノサイズのエマルジョンは自然に安定することができますが、ほとんどのエマルジョンは、より長い期間にわたって自然に安定していません。したがって、製剤は、強化された貯蔵寿命を持つ分散液を作成するように慎重に設計されなければなりません。すべての乳化剤があらゆるタイプのエマルジョンと互換性があるわけではありません。水に溶解性のよい乳化剤は、油中油の水よりも優れた水油エマルションを促進する一方、油に対する溶解性のよい乳化剤は、油中の水のエマルションに最適です。