Emulsionantes ultrassónicos

Uma emulsão é um sistema bifásico de dois líquidos imiscíveis, no qual uma fase, a chamada fase interna ou dispersa, está distribuída sob a forma de pequenas gotículas na outra fase, chamada fase externa ou contínua. Para preparar uma emulsão, é geralmente necessário fornecer energia ao sistema bifásico. Está amplamente comprovado que as forças de cisalhamento ultrassónico são altamente eficientes na produção de emulsões estáveis a longo prazo, com gotículas de dimensão nanométrica e de qualidade superior.

Estabilidade das emulsões melhorada por ultrassons

Os efeitos físicos dos ultrassons induzidos pela cavitação acústica provocam a rutura das gotículas de óleo e de água, facilitando assim a formação de emulsões O/W e W/O estáveis, com gotículas muito pequenas, de dimensões micrométricas e nanométricas. Devido à dimensão muito pequena das gotículas e à sua elevada área superficial, as nanoemulsões apresentam propriedades bioativas extraordinariamente elevadas, o que é importante para os alimentos e suplementos, os produtos farmacêuticos e a produção de cosméticos. Devido à dimensão diminuta das gotículas, o composto bioativo pode penetrar rapidamente nas células. Também na ciência dos materiais e na indústria, as nanoemulsões são importantes para o fabrico de revestimentos, tintas, polímeros e outros compósitos de elevado desempenho. As nanoemulsões preparadas por ultrassons são geralmente significativamente mais estáveis do que as macroemulsões e não apresentam sedimentação, coalescência ou floculação.

Emulsificação ultrassónica altamente eficiente

Zungur et al. (2015) compararam a homogeneização ultrassónica com a homogeneização clássica de elevado cisalhamento para a preparação de emulsões de água e azeite. Nas emulsões, foram utilizados WPI e maltodextrina como agentes de encapsulação e Tween20 como estabilizador. «Os valores do índice de formação de creme das emulsões preparadas com técnicas de homogeneização clássica e ultrassónica variaram entre 20,77 e 86,26 % e entre 15,63 e 91,55 %, respetivamente. Em termos gerais, os resultados mostraram que as emulsões preparadas por emulsificação ultrassónica são mais estáveis do que as preparadas pelo método de homogeneização clássica.»

Imagens de microscopia (com ampliação de 100x) de emulsões contendo 40 % (wb) de matéria seca e 9 % (wb) de óleo, preparadas pelo método de homogeneização clássica com (a) WPI, (b) MD, (c) mistura WPI-MD (1:1); e preparadas pelo método de homogeneização ultrassónica com (d) WPI (e) MD (f) mistura WPI-MD (1:1). A emulsificação ultrassónica resulta em gotículas significativamente mais pequenas e numa melhor estabilidade da emulsão.
(estudo e imagens de microscopia: Zungur et al., 2015)

Taha et al. (2020) concluem no seu artigo de revisão que os ultrassons de alta intensidade (HIU) «poderiam ser utilizados para melhorar as propriedades emulsionantes dos emulsionantes alimentares, como proteínas e polissacáridos, e aumentar a estabilidade das suas emulsões. As emulsões estabilizadas por complexos de proteínas e polissacáridos produzidas por HIU apresentaram uma melhor estabilidade face a fatores de stress ambiental do que as emulsões estabilizadas por componentes individuais. Além disso, vários estudos mostraram que os homogeneizadores HIU eram mais eficientes em termos energéticos do que os homogeneizadores de alta pressão e os microfluidizadores.» (Taha et al., 2020)

Preparação ultrassónica de uma emulsão de óleo em água (O/W) (água vermelha / óleo amarelo). Alguns segundos de sonicação transformam as duas fases de água e óleo numa emulsão fina.

Emulsionantes ultrassónicos de elevado desempenho

A Hielscher Ultrasonics fornece emulsionantes ultrassónicos de alta potência e baixa frequência a qualquer escala para investigação, desenvolvimento de processos, I&D e produção industrial de fluxos de volumes muito elevados. O nosso vasto portefólio oferece o processador ultrassónico ideal de qualquer dimensão e para qualquer indústria.
Os processadores ultrassónicos industriais da Hielscher Ultrasonics podem fornecer amplitudes muito elevadas. É possível manter facilmente amplitudes de até 200µm em funcionamento contínuo 24/7/365. Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultrassónicos personalizados. Todos os parâmetros do processo podem ser controlados e monitorizados com precisão através de software inteligente.

MultiPhaseCavitator – O sistema de injeção ultrassónica para emulsões estáveis

O MultiPhaseCavitator – MPC48insert – é um inserto único para os reatores de célula de fluxo da Hielscher. O design do MultiPhaseCavitator inclui 48 cânulas finas que injetam a segunda fase da emulsão diretamente no ponto de elevada intensidade de cavitação. Na zona de cavitação, os filamentos finos da segunda fase injetada são cortados por ondas de frequência ultrassónica de 20kHz. Isto significa que o fluido injetado é cortado por 20 000 movimentos vibratórios por segundo, produzindo gotículas extraordinariamente pequenas na gama nanométrica. O cisalhamento ultrassónico, as ondas de choque e a turbulência emulsionam estas pequenas gotículas na fase contínua e produzem uma nanoemulsão superior, de elevada estabilidade.

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