ემულგირება ულტრაბგერითი კავიტაციით
შუალედური და სამომხმარებლო პროდუქტების ფართო სპექტრი – როგორიცაა კოსმეტიკა, კანის ლოსიონები, ფარმაცევტული მალამოები, ლაქები, საღებავები, საპოხი მასალები და საწვავი – მთლიანად ან ნაწილობრივ ეფუძნება ემულსიებს.
Hielscher აწარმოებს მსოფლიოში უდიდეს სამრეწველო ულტრაბგერითი თხევადი პროცესორებს საწარმოო ქარხნებში დიდი მოცულობის ნაკადების ეფექტური ემულსიფიკაციისთვის.
როგორ მუშაობს ულტრაბგერითი ემულსიფიკაცია
ლაბორატორიული პროგრამები: ლაბორატორიულ გარემოში, ულტრაბგერითი ემულსიფიკაციის ძალა დიდი ხანია ცნობილია და გამოიყენება ულტრაბგერითი ჰომოგენიზაციასა და ემულსიფიკაციასთან დაკავშირებული სხვადასხვა უპირატესობების გამო.
Ტექნოლოგია
საიმედო ულტრაბგერითი ემულსიფიკაცია ეფუძნება ულტრაბგერითი ზონდების გამოყენებას, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც სონოტროდები. პროცესი მუშაობს შემდეგნაირად:
- ულტრაბგერითი შეერთება: ულტრაბგერითი ზონდის საშუალებით, მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი შერწყმულია სითხეებში, ქმნის აკუსტიკური კავიტაციას.
- კავიტაციის ეფექტი: ულტრაბგერითი ან აკუსტიკური კავიტაცია წარმოქმნის მაღალ ათვლის ძალებს, რომლებიც უზრუნველყოფენ საჭირო ენერგიას დიდი წვეთების ჩაშლის მიზნით ნანო ზომის წვეთებამდე.
- ემულსიის ფორმირება: ორი ან მეტი თხევადი ფაზა შერეულია ერთგვაროვან სუბმიკრონ ან ნანო-ემულსიაში.
სამრეწველო მასშტაბირება ნაკადის ტექნოლოგიის საშუალებით: ულტრაბგერითი ნაკადის უჯრედების გამოყენება საშუალებას იძლევა ხაზოვანი მასშტაბი ნანოემულსიების სამრეწველო წარმოებამდე, დიდი მოცულობის ნაკადების დამუშავება უწყვეტი ნაკადით.
გამჭვირვალე ნანო-ემულსიის ულტრაბგერითი მომზადება UP400ST ულტრაბგერითი აპარატის გამოყენებით.
ულტრაბგერითი ემულსიფიკაციის უპირატესობები
ულტრაბგერითი ემულსიფიკაცია ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი აპარატის გამოყენებით რამდენიმე უპირატესობას ანიჭებს ემულსიფიკაციის სხვა მეთოდებთან შედარებით:
- გაუმჯობესებული ემულსიის სტაბილურობა: ულტრაბგერითი ემულსიფიკაცია ქმნის წვეთების უფრო მცირე ზომებს და წვეთების უფრო ერთგვაროვან განაწილებას, რის შედეგადაც გაუმჯობესებულია ემულსიის სტაბილურობა და უფრო ხანგრძლივი შენახვის ვადა. სუბმიკრონის და ნანო ზომის წვეთები შეიძლება საიმედოდ წარმოიქმნას ულტრაბგერის გამოყენებით.
- ენერგოეფექტურობა: ულტრაბგერითი ემულსიფიკაცია მოითხოვს ნაკლებ ენერგიას, ვიდრე ემულსიფიკაციის სხვა მეთოდებს, რაც მას უფრო ენერგოეფექტურ პროცესად აქცევს.
- მასშტაბურობა: ულტრაბგერითი ემულსიფიკაცია შეიძლება ადვილად გაიზარდოს ან შემცირდეს საჭირო მოცულობის მიხედვით, რაც მას მრავალმხრივ პროცესად აქცევს როგორც ლაბორატორიულ, ასევე სამრეწველო აპლიკაციებისთვის.
- Დროის დაზოგვა: ულტრაბგერითი ემულსიფიკაცია შეიძლება იყოს ძალიან სწრაფი პროცესი, ემულსიები იქმნება წამებიდან წუთებში, რაც დამოკიდებულია სითხეებზე, მოცულობასა და აღჭურვილობაზე.
- სურფაქტანტების შემცირებული საჭიროება: ულტრაბგერითი ემულსიფიკაცია ამცირებს ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების საჭიროებას, რომლებიც ხშირად საჭიროა ემულსიების სტაბილიზაციისთვის. თუმცა, წვეთების ზომის შემცირებით, ნაწილაკების ზედაპირის ფართობი იზრდება და მეტი ფართობი უნდა დაიფაროს ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებით. ულტრაბგერითი დამუშავება თავსებადია თითქმის ნებისმიერი სახის სურფაქტანტთან, მათ შორის ალტერნატიულ და ახალ ემულგატორებთან.
- მინიმალური და კონტროლირებადი სითბოს გამომუშავება: ულტრაბგერითი ემულსიფიკაცია არის არათერმული პროცესი და დამუშავების დროს სითბოს წარმოქმნა შეიძლება თავიდან იქნას აცილებული ან მცირე ხარისხით შემცირდეს. ამრიგად, მცირდება მგრძნობიარე ნაერთების ან ინგრედიენტების თერმული დეგრადაციის რისკი.
ულტრაბგერითი ემულსიფიკაციის უპირატესობები ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი აპარატის გამოყენებით ხდის მას შესანიშნავ არჩევანს ემულსიფიკაციისთვის სხვადასხვა დარგში, მათ შორის საკვები და სასმელი, ფარმაცევტული საშუალებები, კოსმეტიკა, კარგი ქიმიკატები და საწვავი.
წაიკითხეთ მეტი ულტრაბგერითი მაიონეზის ემულსიფიკაციის შესახებ!
წაიკითხეთ მეტი პარაფინის ცვილის ემულსიების წარმოების შესახებ სონიკაციის გამოყენებით!
წაიკითხეთ მეტი წყლის დიზელის ემულსიების შესახებ, რომლებიც წარმოებულია ულტრაბგერითი გამოყენებით!
DLS გაზომვა გვიჩვენებს ულტრაბგერითი წარმოებული ვარდის ზეთის წყალში ემულსიის წვეთების ზომის ერთგვაროვან განაწილებას.
რა არის ემულსია?ემულსიები არის ორი ან მეტი შეურევი სითხის დისპერსიები. მაღალი ინტენსიური ულტრაბგერითი აწვდის ძალას, რომელიც საჭიროა თხევადი ფაზის (დისპერსირებული ფაზა) მცირე წვეთებით დასაშლელად მეორე ფაზაში (უწყვეტი ფაზა). დაშლის ზონაში, აფეთქებული კავიტაციის ბუშტები იწვევენ ინტენსიურ დარტყმის ტალღებს მიმდებარე სითხეში და იწვევს სითხის მაღალი სიჩქარის თხევადი ჭავლების წარმოქმნას.
ნანო-ემულსიები – სიმძლავრის გამოყენება სონიკატორებისთვის
ნანოემულსიები არის ემულსიები წვეთებით, რომლებიც, როგორც წესი, 100 ნანომეტრზე ნაკლები ზომისაა. ნანოემულსიებს აქვთ რამდენიმე უპირატესობა ჩვეულებრივი ემულსიებთან შედარებით, მათ შორის უნიკალური ფუნქციური თვისებები, უმაღლესი სტაბილურობა, გამჭვირვალობა და ა.შ.
ულტრაბგერითი კონკურენცია აჭარბებს ტრადიციულ ემულსიფიკაციის ტექნოლოგიებს, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც საქმე ეხება ნანოემულსიების ფორმირებას. ეს განპირობებულია ულტრაბგერის მაღალეფექტური და ენერგიულად ინტენსიური მუშაობის პრინციპით.
ქვემოთ მოცემულ ვიდეოში ნაჩვენებია ზეთის (ყვითელი) წყალში (წითლად) ემულსიფიკაციის პროცესი UP400S ლაბორატორიული ულტრაბგერითი აპარატის გამოყენებით.
ულტრაბგერითი ემულსიფიკაციის მუშაობის პრინციპი
აკუსტიკური კავიტაცია: ულტრაბგერითი ემულგირებისა და ნანო-ემულგირებისთვის გავლენიანი ძალა
ულტრაბგერითი ემულგირება დამოკიდებულია აკუსტიკური კავიტაციის ძლიერ ეფექტებზე, fenôმეზე, რომელიც წარმოიქმნება, როდესაც მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი ტალღები გადის სითხეში. ამ პროცესის დროს, მიკროსკოპული ბუშტუკები წარმოიქმნება, იზრდება და შემდეგ ძალით ჩამოიშლება. ამ ბუშტუკების იმპლოზიური ჩამოშლა ქმნის უკიდურეს ადგილობრივ პირობებს, მათ შორის ინტენსიურ წნევასა და ტემპერატურის გრადიენტებს, მაღალი შერბის ძალებს, შოკური ტალღებს და სითხის მიკრო-ჯეტებს. ეს ძალები ეფექტურად არღვევს დიდ ნაწილაკებს, წვეთებსა და აგლომერატებს გაცილებით მცირე სტრუქტურებში.
ზედა სურათი აჩვენებს აკუსტიკური კავიტაციას, რომელიც წარმოიქმნება UIP1000hdT სონდულანტის პროსესორის (1000 W) მუშაობისას, სითხით სავსე მინის კოლონში.
როგორ აუმჯობესებს აკუსტიკური კავიტაცია ემულგიფიკაციას
ემულგიფიკაციაში და ნანო-ემულგიფიკაციაში კავიტაციის ინტენსივობა მნიშვნელოვანი ფაქტორია წვეთების ზომის განსაზღვრის დროს. როდესაც კავიტაციური ბუშტუკები ინგრევიან, შედეგად წარმოიქმნება შეზღუდვის ძალები, რომლებიც დიდი წვეთებს უფრო პატარა წვეთებად დაშლიან. იმავე დროს, ადგილობრივი წნევის და ტემპერატურის ცვლილებები ხელს უწყობს ახალი წვეთების წარმოქმნას, ამავდროულად ემულსიის სტაბილიზაციას.
ამ წვეთის დაშლისა და სტაბილიზაციის კომბინაციით ულტრაბგერითი ტექნოლოგია შეუძლია შექმნას მაღალყაირ ემულსიები განსაკუთრებულად მცირე წვეთის ზომის განაწილებით.
Droplet size distribution of water-olive oil emulsions prepared by (a) classic homogenization method (b) ultrasonic homogenization (using the UP400S) method with MD, WPI and their mixture, having 40% dry matter with 9% oil (w/w) content. Ultrasonic emulsification results in significantly smaller droplets, less creaming and a better overall emulsion stability.
(კვლევა და გრაფიკები: ზუნგური და სხვ., 2015)
ულტრაბგერითი ზონდები ეფექტური ემულსიფიკაციისთვის
Hielscher გთავაზობთ ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი აპარატების ფართო სპექტრს და აქსესუარებს სითხეების ეფექტური ემულსიფიკაციისა და დისპერსიისთვის პარტიული და ნაკადის რეჟიმში.
სისტემები, რომლებიც შედგება რამდენიმე ულტრაბგერითი პროცესორისგან, თითოეული 16000 ვატამდე, უზრუნველყოფს ამ ლაბორატორიული განაცხადის ეფექტურ წარმოების მეთოდად გადასაყვანად საჭირო სიმძლავრეს, რათა მიიღოთ წვრილად დაშლილი ემულსიები უწყვეტ ნაკადში ან ჯგუფურად. – შედეგების მიღწევა, რომლებიც შედარებულია დღევანდელი საუკეთესო მაღალი წნევის ჰომოგენიზატორების, როგორიცაა ახალი ხვრელის სარქველი. გარდა ამ მაღალი ეფექტურობისა უწყვეტი ემულსიფიკაციისას, Hielscher ულტრაბგერითი მოწყობილობები საჭიროებს ძალიან დაბალ მოვლას და ძალიან ადვილია მუშაობა და გაწმენდა. ულტრაბგერითი ფაქტობრივად ხელს უწყობს გაწმენდას და გამრეცხვას. ულტრაბგერითი სიმძლავრე რეგულირდება და შეიძლება მორგებული იყოს კონკრეტულ პროდუქტებსა და ემულსიფიკაციის მოთხოვნებთან. ასევე ხელმისაწვდომია სპეციალური ნაკადის უჯრედის რეაქტორები, რომლებიც აკმაყოფილებენ მოწინავე CIP (სუფთა ადგილზე) და SIP (სტერილიზება ადგილზე) მოთხოვნებს.
MultiSonoReactor MSR-4 არის სამრეწველო შიდა ჰომოგენიზაციის რეაქტორი, რომელიც შესაფერისია (ნანო) ემულსიფიკაციის პროცესებისთვის მაღალი გამტარუნარიანობით.
| სურათების მოცულობა | Დინების სიჩქარე | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 0.5-დან 1.5მლ-მდე | na | VialTweeter | 1-დან 500 მლ-მდე | 10-დან 200 მლ/წთ-მდე | UP100H |
| 10-დან 2000 მლ-მდე | 20-დან 400 მლ/წთ-მდე | UP200Ht, UP400 ქ |
| 0.1-დან 20ლ-მდე | 0.2-დან 4ლ/წთ-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100 ლ-მდე | 2-დან 10ლ/წთ-მდე | UIP4000hdT |
| 15-დან 150 ლ-მდე | 3-დან 15 ლ/წთ-მდე | UIP6000hdT |
| na | 10-დან 100ლ/წთ-მდე | UIP16000 |
| na | უფრო დიდი | კასეტური UIP16000 |
Დაგვიკავშირდით! / Გვკითხე ჩვენ!
MultiPhaseCavitator (MPC48)
მულტიფეიზ ქავიტატორი არის ძლიერი აქსესუარი, თავსებადი Hielscher ულტრაბგერითი ფლოუჰელის რეაქტორებთან: გამოყენებით ჩანერგის MPC48, გაფანტული ფაზა ინექცირდება 48 კანულას საშუალებით თხელი სითხის ძაფების სახით ულტრაბგერით ცხელი ზონის მიმართულებით, სადაც გაფანტული ფაზა და სტაბილური ფაზა ერთმანეთში შერეულია წვეთოვანი ფორმით ნანოემულსიის შესაქმნელად.
აღმოაჩინეთ, როგორ აუმჯობესებს მულტიფეიზ ქავიტატორი ემულგირებას!
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორების შერევას აპლიკაციების, დისპერსიის, ემულსიფიკაციისა და ექსტრაქციისთვის ლაბორატორიულ, საპილოტე და სამრეწველო მასშტაბებზე.
ლიტერატურა / ლიტერატურა
- 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.
- Behrend, O., Schubert, H. (2000): Influence of continuous phase viscosity on emulsification by ultrasound, in: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.
- Salla Puupponen, Ari Seppälä, Olli Vartia, Kari Saari, Tapio Ala-Nissilä (2015): Preparation of paraffin and fatty acid phase changing nanoemulsions for heat transfer. Thermochimica Acta, Volume 601, 2015. 33-38.
- F. Joseph Schork; Yingwu Luo; Wilfred Smulders; James P. Russum; Alessandro Butté; Kevin Fontenot (2005): Miniemulsion Polymerization. Adv Polym Sci (2005) 175: 129–255.
- The Advantages of Ultrasonic Emulsification – Hielscher Ultrasonics
ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს
ტერმინის განმარტება “ემულსია”
ემულსია არის ორი ან მეტი შეურევი სითხის ნარევი, როგორიცაა ზეთი და წყალი.
ემულსიები შეიძლება იყოს ზეთი წყალში (სადაც ნავთობის წვეთები იშლება წყალში) ან წყალი-ზეთში (სადაც წყლის წვეთები იშლება ზეთში). ემულსიები გამოიყენება სხვადასხვა აპლიკაციებში, მათ შორის საკვებ პროდუქტებში (როგორიცაა სალათები და მაიონეზი), კოსმეტიკა (როგორიცაა ლოსიონები და კრემები) და ფარმაცევტული საშუალებები (როგორიცაა ვაქცინები).
ემულგატორი მუშაობს ემულსიის ორ შეურევებელ ნივთიერებას (როგორიცაა ზეთი და წყალი) შორის ზედაპირული დაძაბულობის შემცირებით. ეს ამცირებს ორი ნივთიერების განცალკევების ტენდენციას და საშუალებას აძლევს მათ შექმნან სტაბილური ნარევი.
როგორ ხდება ემულსია სტაბილური?
ემულსია ხდება სტაბილური დისპერსიული ფაზის (ერთი სითხის წვეთების) შერწყმისა და უწყვეტი ფაზისგან (მიმდებარე სითხის) გამოყოფის თავიდან ასაცილებლად. ემულსიებში სტაბილურობის მისაღწევად გასათვალისწინებელია რამდენიმე ძირითადი პუნქტი:
- ემულგატორები (სურფაქტანტები):
– როლი: ემულგატორები არის მოლეკულები, რომლებსაც აქვთ როგორც ჰიდროფილური (წყლის მომზიდველი) ასევე ჰიდროფობიური (წყალმომგვრელი) ბოლოები.
– მოქმედება: ისინი ამცირებენ ზედაპირულ დაძაბულობას ორ შეურევ სითხეს შორის და ქმნიან დამცავ ფენას წვეთების გარშემო, რაც ხელს უშლის მათ გაერთიანებას.
– მაგალითები: ლეციტინი, პოლისორბატები და ნატრიუმის სტეაროილ ლაქტილატი. - მექანიკური მეთოდები:
მაღალი ხარისხის შერევა: მაღალი ათვლის მიქსერების ან ჰომოგენიზატორების გამოყენება წვეთების უფრო მცირე ზომებად დასაშლელად, ზედაპირის ფართობის გაზრდისა და სტაბილურობის გასაძლიერებლად. ზონდის ტიპის sonicators არის შესანიშნავი და ძალიან საიმედო მეთოდი სონომექანიკური ათვლის ძალების გამოყენებით. ეს ულტრაბგერითი ათვლის ძალები არღვევს დიდ წვეთებს წვრილი წვეთებად და აერთიანებს შეურევ ფაზებს სტაბილურ ემულსიად. - სიბლანტის მოდიფიკატორები:
გასქელება: უწყვეტი ფაზის სიბლანტის გაზრდამ შეიძლება შეანელოს წვეთების მოძრაობა, შეამციროს შერწყმის ალბათობა.
– მაგალითები: ქსანთანის რეზინა, გუარის რეზინა და კარბოქსიმეთილ ცელულოზა. - სტაბილიზატორი აგენტები:
– პოლიმერები: პოლიმერებს შეუძლიათ უზრუნველყონ სტერილური სტაბილიზაცია წვეთების გარშემო სქელი ფენის წარმოქმნით.
– მაგალითები: პექტინი, ჟელატინი და გარკვეული ცილები. - ელექტროსტატიკური სტაბილიზაცია:
– გადასახადი: ზოგიერთი ემულგატორი აწვდის ელექტრულ მუხტს წვეთების ზედაპირზე, რაც იწვევს მათ ერთმანეთის მოგერიებას და ამით ამცირებს შერწყმას.
– მაგალითები: ნატრიუმის კაზეინატი და სოიოს ლეციტინი. - Ტემპერატურის კონტროლი:
– გაგრილება: ტემპერატურის დაწევამ შეიძლება გაზარდოს უწყვეტი ფაზის სიბლანტე და შეამციროს წვეთების კინეტიკური ენერგია, თავიდან აიცილოს შერწყმა.
– ფაზის გამოყოფის თავიდან აცილება: დარწმუნდით, რომ ტემპერატურა რჩება იმ დიაპაზონში, რაც ხელს უშლის კომპონენტების განცალკევებას. - დანამატები:
– ანტიოქსიდანტები: დაჟანგვის თავიდან აცილება ხელს შეუწყობს ემულგატორის და სხვა კომპონენტების მთლიანობის შენარჩუნებას.
– ჩელატური აგენტები: აკავშირებს ლითონის იონებს, რომლებმაც შეიძლება სხვაგვარად მოახდინოს ემულსიის დესტაბილიზაცია.
ემულსიფიკაციის სწორი ტექნიკის გამოყენებით, ემულსიები შეიძლება სტაბილური გახდეს, რაც უზრუნველყოფს ნარევის ერთგვაროვნებას და სასურველ თვისებებს დროთა განმავლობაში.
სტაბილიზატორი ემულგატორები
ზოგადად, ემულსიები საჭიროებენ სტაბილიზაციას ემულსიფიკატორის ან ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების გამოყენებით. ემულგატორები ამფიფილურია - ისინი იზიდავენ როგორც წყალს, ასევე ცხიმოვან ნივთიერებებს. ეს ნიშნავს, რომ მათ აქვთ ჰიდროფილური (წყლის მოყვარული) და ჰიდროფობიური (ზეთის მოყვარული) თვისებები, რაც მათ საშუალებას აძლევს ურთიერთქმედონ ემულსიის როგორც ნავთობის, ასევე წყლის ფაზებთან. ემულგატორის მოლეკულის ჰიდროფილური ნაწილი ემაგრება წყლის მოლეკულებს, ხოლო ჰიდროფობიური ნაწილი ნავთობის მოლეკულებს.
ნავთობის წვეთების ემულგატორის მოლეკულებით გარშემორტყმით, ემულგატორი ქმნის დამცავ ფენას წვეთების ირგვლივ, რომელიც ხელს უშლის მათ ერთმანეთთან კონტაქტში შესვლას და გაერთიანებას (ერთად შეერთებას) უფრო დიდი წვეთების წარმოქმნით. ეს ხელს უწყობს ემულსიის სტაბილურობას და ხელს უშლის გამოყოფას.
ვინაიდან წვეთების შერწყმა დარღვევის შემდეგ გავლენას ახდენს წვეთების ზომის საბოლოო განაწილებაზე, ეფექტურად სტაბილიზირებელი ემულგატორები გამოიყენება წვეთების ზომის საბოლოო განაწილების შესანარჩუნებლად იმ დონეზე, რომელიც უდრის განაწილებას ულტრაბგერითი დისპერსიის ზონაში წვეთების დარღვევისთანავე. სტაბილიზატორები რეალურად იწვევს წვეთების გაუმჯობესებას ენერგიის მუდმივი სიმკვრივის დროს.
ხშირად გამოყენებული ემულგატორების მაგალითებია ლეციტინი (რომელიც გვხვდება კვერცხის გულსა და სოიაში), მონო- და დიგლიცერიდები, პოლისორბატი 80 და ნატრიუმის სტეაროილ ლაქტილატი.
მინიემულსიები, რომლებიც ეფექტურად იქმნება ულტრაბგერითი გამოკვლევით, აძლიერებს ქიმიურ რეაქციებს. მაკროემულსიური პოლიმერიზაცია (ა) მინიემულსიის პოლიმერიზაციის წინააღმდეგ (ბ) [Schork et al. 2005: 136]
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორებისგან ლაბორატორია რომ სამრეწველო ზომა.