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超音波乳化機

エマルションとは、2つの非混和性液体の二相系であり、一方の相、いわゆる内相または分散相は、小さな液滴として他方の相、いわゆる外相または連続相に分散される。エマルションを調製するには、一般に二相系へのエネルギー投入が必要である。超音波せん断力は、ナノサイズの液滴と優れた品質を持つ、長期間安定したエマルションを製造するのに非常に効率的であることがよく証明されている。

超音波による乳化安定性の向上

反応物の乳化のための撹拌容器内の超音波発生装置UP200St 音響キャビテーションによって誘発される超音波の物理的効果は、油滴と水滴の破壊をもたらし、それによってミクロンやナノサイズの非常に小さな液滴サイズの安定したO/WおよびW/Oエマルションの形成を促進する。非常に小さな液滴サイズと高い表面積により、ナノエマルションは非常に高い生物活性特性を提供し、これは食品やサプリメント、医薬品、化粧品製造にとって重要である。微小な液滴サイズのため、生理活性化合物は細胞に速やかに浸透することができます。また、材料科学や工業においても、ナノエマルションは高性能のコーティング剤、塗料、ポリマー、その他の複合材料の製造に重要です。超音波で調製されたナノエマルションは、通常マクロエマルションよりも著しく安定であり、沈降、合体、凝集を示さない。

超音波乳化の能力

  • ナノ・エマルションとミニ・エマルション
  • 高効率
  • バッチまたは連続
  • 低粘度から粘度の高い液体
  • 再現性/反復性
  • 確かな技術
  • 使いやすく安全

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超音波装置はナノ乳化を製造するための信頼できる効率的なツールである。

UP400ST – 水中油型(O/W)ナノエマルション用400W超音波装置

超音波ナノエマルジョン:このビデオでは、水中油のナノエマルジョンの迅速な製造を実演しています。UP200Htは油と水を数秒でホモジナイズします。

UP200HtとS26d14プローブによる超音波乳化

ビデオのサムネイル

高効率超音波乳化

Zungurら(2015)は、水-オリーブ油エマルションの調製において、超音波ホモジナイゼーションと古典的な高剪断ホモジナイゼーションを比較した。エマルションには、カプセル化剤としてWPIとマルトデキストリン、安定剤としてTween20を使用した。「古典的なホモジナイゼーション法と超音波ホモジナイゼーション法で調製したエマルションのクリーミングインデックスの値は、それぞれ20.77~86.26%、15.63~91.55%の間で変化した。一般論として、超音波乳化法で調製したエマルションは、古典的な均質化法で調製したものより安定であることが示された。"

超音波乳化は、安定した水-オリーブ油エマルションの調合において、従来の高剪断ホモジナイザーを凌駕し、より小さな液滴を生成することで、クリーミングを抑え、エマルション全体の品質を向上させる。

(a)WPI、(b)MD、(c)WPI-MD混合物(1:1)を用いた古典的均質化法で調製した乾燥物40%、油分9%のエマルションと、(d)WPI、(e)MD、(f)WPI-MD混合物(1:1)を用いた超音波均質化法で調製したエマルションの顕微鏡写真(倍率100倍)。超音波乳化では、液滴が著しく小さくなり、乳化安定性が向上した。
(研究および顕微鏡画像:Zungur et al.)

Tahaら(2020)は総説の中で、高強度超音波(HIU)は「タンパク質や多糖類などの食品乳化剤の乳化特性を改善し、そのエマルションの安定性を高めるために使用できる」と結論づけている。HIUによって製造されたタンパク質-多糖類複合体安定化エマルションは、個々の成分によって安定化されたエマルションよりも環境ストレスに対して優れた安定性を示した。さらに、いくつかの研究は、HIUホモジナイザーが高圧ホモジナイザーやマイクロフルイダイザーよりもエネルギー効率が高いことを示した。(Taha et al., 2020)

乳化品質に影響を与える要因

  • 平均液滴サイズ(乳化技術の影響)
  • 液滴サイズ分布(乳化技術の影響)
  • 内相粘度
  • 連続相粘度
  • 界面活性剤
  • 油相濃度
  • 連続相pH
  • エマルジョンの光学特性
超音波ナノ乳化によりナノ化されたエマルションが得られる

超音波ナノ乳化は、高機能材料、塗料、コーティング剤、食品、医薬品、化粧品などの高性能エマルションの製造に使用される。


超音波乳化は、従来の高剪断ホモジナイゼーションと比較して、より小さな液滴、より均一な液滴サイズ分布、より少ないクリーミングをもたらし、全体的なエマルジョンの質を向上させる。

(a)古典的ホモジナイゼーション法 (b)超音波ホモジナイゼーション法(超音波エマルジョンタイプ)で調製した水-オリーブ油エマルジョンの液滴サイズ分布。 UP400S)法で、MD、WPIおよびそれらの混合物(乾燥物40%、油分9%(w/w))を使用した。超音波乳化により、液滴が著しく小さくなり、クリーミングが減少し、全体的な乳化安定性が向上した。
(調査とグラフ:Zungur他、2015年)

Ultrasonic emulsification with Hielscher's UP200Ht and sonotrode S26d14

水中油型(O/W)エマルション(赤色水/黄色油)の超音波調製。数秒の超音波処理により、水と油の2相が微細なエマルジョンに変化する。

高性能超音波乳化機

Hielscher Ultrasonics 社は、研究、プロセス開発、R&D、製造、販売向けに、あらゆるスケールの高出力、低周波の超音波乳化装置を提供しています。&当社の幅広い製品ラインアップは、どのような規模、どのような業種にも理想的な超音波処理装置を提供します。当社の幅広い製品ラインナップは、どのような規模、どのような産業にも理想的な超音波プロセッサーを提供します。
Hielscher Ultrasonics’ 工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日の連続運転が容易です。さらに高い振幅を実現するために、カスタマイズされた超音波ソノトロードをご用意しています。すべてのプロセスパラメーターは、スマートソフトウェアで正確に制御・監視できます。

超音波乳化機の利点

  • あらゆる生産量/生産能力に対応
  • あらゆる産業向け
  • 効果的かつプロセス強化
  • バッチおよびインライン処理用
  • 多用途に使える
  • エネルギー効率
  • 操作が簡単で安全
  • 再現性のある結果
  • リニアスケーラブル
  • 信頼できる
  • 堅牢、低メンテナンス
  • 設置や後付けが簡単
  • 迅速なROI
超音波リアクター FC100L1K-1S マルチフェーズキャビテーターインサート付きMPC48

超音波リアクター マルチフェーズキャビテーター ナノ乳化の改善

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マルチフェーズキャビテーター – 安定したエマルションのための超音波インジェクションシステム

エマルジョンの第2相を超音波キャビテーションゾーンに直接注入する48本の細いカニューレを備えたInsertMPC48マルチフェーズキャビテーター – MPC48インサート – は、Hielscher社製フローセルリアクター用のユニークなインサートです。MultiPhaseCavitatorの設計は、エマルジョンの第二相をキャビテーションホットスポットに直接注入する48本の細いカニューレを特徴としている。キャビテーションゾーンでは、注入された第二相の細い繊維が20kHzの超音波によって切断される。つまり、注入された液体は毎秒20,000回の振動ストロークによって切断され、ナノレベルの非常に微細な液滴が生成される。超音波せん断、衝撃波、乱流は、連続相内でこれらの微小液滴を乳化し、安定性の高い優れたナノエマルジョンを生成する。

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ニーズに合った超音波乳化機を購入するためのチェックリスト

  • 正確に制御可能なパラメーター
  • 高振幅
  • エネルギー効率
  • バッチとインライン
  • あらゆるサイズにリニアに拡張可能
  • プログラム可能な超音波処理設定機能付きスマート・ソフトウェア
  • 24時間365日稼動
  • 堅牢
  • ソノトロードとアクセサリー

下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です:

バッチ量 流量 推奨デバイス
1〜500mL 10~200mL/分 UP100H
10〜2000mL 20~400mL/分 UP200Ht, UP400ST
0.1~20L 0.2~4L/分 UIP2000hdT
10~100L 2~10L/分 UIP4000hdT
n.a. 10~100L/分 uip16000
n.a. より大きい クラスタ uip16000

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文献・参考文献


知っておくべき事実

エマルジョンとは? – 用語 "エマルジョン "の定義

エマルションとは、少なくとも2つの混じり合わない液体からなる流体系のことで、一方の液体が他方の液体の中に小さな液滴として分散している。小さな液滴が分散した相は分散相または内相と呼ばれ、もう一方の相は連続相または外相と呼ばれる。エマルションには主に2つのタイプがあり、区別される:水中油型(O/W)エマルションと油中水型(W/O)エマルションである。水中油型(O/W)エマルションでは、内相は油または油混和性液体であり、外相は水または水混和性液体である。油中水型(W/O)エマルションでは、内相が水様液体で、外相が油様液体である。
ほとんどのエマルションは、安定剤や界面活性剤として知られる乳化剤を必要とする。エマルションの安定性に関しては、液滴の大きさも重要な役割を果たします。液滴サイズが小さいほど、エマルションは安定します。


Hielscher Ultrasonics社は、ラボ用から工業用まで高性能な超音波ホモジナイザーを提供しています。

高性能超音波!ヒールシャーの製品範囲は、コンパクトなラボ用超音波装置からベンチトップユニットまでの全スペクトルをカバーしています 卓上型超音波システム フルインダストリアル超音波システムまで。

 

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