超音波乳化装置

エマルションは、互いに混和しない二種類の液体からなる二相系で、一方の相、いわゆる内相または分散相が、もう一方の相、いわゆる外相または連続相の中に微小な液滴として分散しています。エマルションを調製するには、一般にこの二相系へのエネルギー投入が必要です。超音波によるせん断力は、ナノサイズの液滴を持ち、長期間安定した高品質のエマルションの生成に極めて効率的であることが十分に実証されています。

超音波によるエマルションの安定性向上

音響キャビテーションによって生じる超音波の物理的作用は、油と水の液滴を破砕し、マイクロメートルサイズおよびナノサイズの極めて小さな液滴を持つ、安定したO/WおよびW/Oエマルションの形成を促進します。ナノエマルションは、液滴径が極めて小さく、表面積が大きいため、非常に高い生物活性を示します。これは、食品やサプリメント、医薬品、化粧品の製造において重要です。液滴が微小であるため、生物活性化合物は細胞内に速やかに浸透できます。材料科学や産業においても、ナノエマルションは高性能なコーティング、塗料、ポリマー、その他の複合材料の製造に重要です。超音波で調製したナノエマルションは、通常、マクロエマルションよりも大幅に安定しており、沈降、合一、凝集を生じません。

超音波乳化の特長

ナノエマルションおよびミニエマルション
極めて高い効率
バッチ処理または連続処理
低粘度から高粘度までの液体
再現性 / 反復性
信頼性の高い技術
簡単かつ安全に使用可能

UP400St – 水中油型（O/W）ナノエマルション用の400W超音波装置

超音波によるナノエマルション：この動画では、水中油滴型ナノエマルションを迅速に製造する様子をご紹介します。UP200Htは油と水を数秒で均質化します。

極めて効率的な超音波乳化

Zungur et al. (2015) は、水とオリーブ油のエマルションの調製について、超音波ホモジナイゼーションと従来の高せん断ホモジナイゼーションを比較しました。エマルションには、封入剤としてWPIとマルトデキストリン、安定剤としてTween20を使用しました。「従来のホモジナイゼーション技術と超音波ホモジナイゼーション技術で調製したエマルションのクリーミング指数は、それぞれ20.77–86.26 %および15.63–91.55 %の範囲で変化しました。全体として、超音波乳化で調製したエマルションは、従来のホモジナイゼーション法で調製したものよりも安定していることが結果から示されました。」

超音波乳化は、より小さな液滴を生成することにより、安定した水とオリーブ油のエマルションの調製において従来の高せん断ホモジナイゼーションを上回り、クリーミングを減らし、エマルション全体の品質を向上させます。

乾物40 % (wb)および油9 % (wb)を含むエマルションの顕微鏡画像（倍率100x）。従来のホモジナイゼーション法では(a) WPI、(b) MD、(c) WPI-MD混合物（1:1）を用い、超音波ホモジナイゼーション法では(d) WPI、(e) MD、(f) WPI-MD混合物（1:1）を用いて調製しました。超音波乳化により、液滴が大幅に小さくなり、エマルションの安定性が向上します。
（研究および顕微鏡画像：Zungur et al., 2015）

Taha et al. (2020) は総説論文で、高強度超音波（HIU）について次のように結論付けています。「タンパク質や多糖類などの食品用乳化剤の乳化特性を改善し、それらのエマルションの安定性を高めるために使用できる可能性があります。HIUで生成した、タンパク質と多糖類の複合体で安定化されたエマルションは、個々の成分で安定化されたエマルションよりも環境ストレスに対する安定性が高いことが示されました。さらに、複数の研究で、HIUホモジナイザーは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が示されました。」（Taha et al., 2020）

エマルションの品質に影響する要因

平均液滴径（乳化技術の影響を受ける）
液滴径分布（乳化技術の影響を受ける）
内相の粘度
連続相の粘度
界面活性剤
油相濃度
連続相のpH
エマルションの光学特性

超音波ナノ乳化は、高性能材料、塗料、コーティング、食品、医薬品、化粧品向けの高性能エマルションの製造に使用されます。

超音波乳化は、従来の高せん断ホモジナイゼーションと比較して、より小さな液滴、より均一な液滴径分布、より少ないクリーミング、より優れたエマルション全体の品質を実現します。

水とオリーブ油のエマルションの液滴径分布。(a) 従来の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（ UP400Sを使用）により、MD、WPIおよびそれらの混合物を用いて調製したもので、乾物40%、油9% (w/w)を含みます。超音波乳化により、液滴が大幅に小さくなり、クリーミングが減少し、エマルション全体の安定性が向上します。
（研究およびグラフ：Zungur et al., 2015）

超音波による水中油型（O/W）エマルションの調製（赤色の水 / 黄色の油）。数秒間の超音波処理により、水と油の二相が微細なエマルションになります。

高性能超音波乳化装置

Hielscher Ultrasonicsは、研究、プロセス開発、研究開発（R&D）、非常に大きな流量での工業生産に向けて、あらゆる規模の高出力・低周波超音波乳化装置を提供しています。幅広い製品群から、あらゆる規模、あらゆる業界に最適な超音波プロセッサーを提供します。
Hielscher Ultrasonicsの工業用超音波プロセッサーは、非常に高い振幅を実現できます。最大200µmの振幅で、24/7/365の連続運転を容易に行えます。さらに高い振幅には、特注の超音波ソノトロードを用意しています。スマートソフトウェアにより、すべてのプロセスパラメーターを正確に制御・監視できます。

Hielscher Ultrasonicsの乳化装置の利点

あらゆる容量 / 生産能力に対応
あらゆる業界に対応
効果的で、プロセスを強化
バッチ処理およびインライン処理に対応
幅広い用途に使用可能
高いエネルギー効率
簡単かつ安全に操作可能
再現性のある結果
線形にスケールアップ可能
高い信頼性
堅牢で、メンテナンスの負担が少ない
設置や既存設備への組み込みが容易
短期間で投資を回収

MultiphaseCavitator InsertMPC48を備えた超音波リアクターFC100L1K-1S

ナノ乳化を改善する超音波リアクター（ MultiphaseCavitator 搭載）

MultiphaseCavitator – 安定したエマルションのための超音波注入システム

MultiphaseCavitator – MPC48insert – は、Hielscherのフローセルリアクター用の独自のインサートです。MultiphaseCavitatorは、エマルションの第二相をキャビテーションの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備えた設計になっています。キャビテーション領域では、注入された第二相の細い流れが、周波数20kHzの超音波によって切断されます。これは、注入された流体が毎秒20,000回の振動ストロークによって切断され、ナノ領域の極めて微小な液滴が生成されることを意味します。超音波によるせん断、衝撃波、乱流が、これらの小さな液滴を連続相内で乳化し、安定性の高い優れたナノエマルションを生成します。