Эмульсии Пикеринга с силовым ультразвуком
- Эмульсии Пикеринга стабилизируются твердыми частицами.
- Эмульсии Пикеринга впечатляют своим «безэмульгаторным» характером и повышенной стабильностью.
- Ультразвук является идеальным инструментом для создания эмульсий Пикеринга путем диспергирования стабилизирующих частиц в водной фазе и, во-вторых, эмульгирования масляной/водной фазы.
Эмульсии Пикеринга
Эмульсии Пикеринга стабилизируются адсорбированными твердыми частицами вместо эмульгатора или поверхностно-активного вещества. Таким образом, эмульсии Пикеринга можно рассматривать как «не содержащие эмульгаторов» или “Без поверхностно-активных веществ” так как они стабилизируются твердыми частицами. Если масло и вода смешиваются и мелкие масляные капли образуются и рассеиваются по всей воде, в конечном итоге капли объединяются, уменьшая количество энергии в системе. Однако, если в смесь добавить твердые частицы, они свяжутся с поверхностью границы раздела и предотвратят коалесцирование капель, что сделает эмульсию более стабильной.
Образование без эмульгатора особенно интересно для рецептур продуктов, для которых использование поверхностно-активных веществ имеет негативные последствия, например, для фармацевтических и косметических продуктов. Кроме того, эмульсии Пикеринга демонстрируют повышенную стабильность по сравнению с эмульсиями, стабилизируемыми обычными эмульгаторами. Капельное покрытие из твердых частиц действует как жесткий барьер против коалесценции. Это означает, что даже высококонцентрированные эмульсии могут быть эффективно стабилизированы в виде эмульсий Пикеринга. Твердые наночастицы, которые адсорбируются между границей раздела нефть-вода, частично погружены в воду и масляную среду, так что стабилизирующие наночастицы могут обладать гидрофильными, гидрофобными или амфифильными свойствами. Форма и размер частиц также влияют на стабильность эмульсии.
Ультразвуковой реактор для эмульсий
Высокие механические сдвиговые силы ультразвуковой гомогенизации преодолевают энергетический барьер между фазовыми границами. Кроме того, ультразвуковая обработка разрушает агрегаты и агломераты наночастиц и создает высокополидисперсную эмульсию.
Ультразвуковая обработка применяется на обоих этапах приготовления эмульсии пикеринг:
- диспергировать адсорбированные частицы в водную фазу
- для эмульгирования н/в смеси
Эмульсия Pickering с диоксидом кремния
Сначала гидрофильные порошки диоксида кремния (такие как Aerosil® 200 или Aerosil® 380) диспергировались в виде агломератов размером 100 нм в воду с помощью ультразвукового устройства.
На втором этапе методом ультразвуковой обработки получали стабильные эмульсии с 20 мас.% масла и размером капель диаметром 2–10 нм.
Для получения стабильных прозрачных эмульсий бутанола, этилацетата, бутиллактата и диэтиладипата в водной фазе требовалось 6% диоксида кремния. Для диизобутиладипата требуется не менее 8% диоксида кремния для получения стабильной эмульсии.
Все приготовленные эмульсии показали стабильность в течение не менее 6 месяцев.
В то время как голый, а также функционализированный диоксид кремния (SiO2) является одной из наиболее часто используемых частиц, других частиц, таких как
- Фе3O4,
- гидроксиапатит,
- монодисперсный полистирол Частицы латекса,
- циклодекстрин и мальтодекстрин,
- нанотрубки галлуазита,
- гематит (α-Fe)2O3) микрочастицы,
- поли(метилметакрилат) (ПММА),
- нерастворимые частицы комплекса хитозан/желатин-В
среди многих других твердых частиц были успешно использованы для создания стабильных эмульсий Пикеринга.
Литература / Литература
- Xu, Yayuan; Song, Jiangfeng; Dai, Zhuqing; Niu, Liying; Dajing, Li; Wu, Caie (2022): Study on physicochemical characteristics of lutein nanoemulsions stabilized by chickpea protein isolate-stevioside complex. Journal of the Science of Food and Agriculture 102; 2022. 1872-1882.
- Xiao-Yan Wang and Marie-Claude Heuzey (2016): Chitosan-Based Conventional and Pickering Emulsions with Long-Term Stability. Langmuir 32, 4; 2016. 929–936.
- Bordes, C.; Bolzinger, M.-A.; El Achak, M.; Pirot, F.; Arquier, D.; Agusti, G.; Chevalier, Y. (2021): Formulation of Pickering emulsions for the development of surfactant-free sunscreen creams. International Journal of Cosmetic Science 43, 2021. 432-445.
Факты, которые стоит знать
Эмульсии Пикеринга «масло в воде» (н/в)
Эмульсия Пикеринга «масло в воде» относится к эмульсии, в которой капли масла диспергируются в воде в виде непрерывной фазы. Этот тип эмульсий Пикеринга обычно стабилизируется наночастицами, угол контакта которых составляет менее 90º. Эмульсии Пикеринга могут быть стабилизированы, например, с помощью дымчатого диоксида кремния, Fe3O4 наночастицы. Масляная фаза этих эмульсий Пикеринга может содержать, например, додекан, октадеценилянтарный ангидрид (ODSA), толуол и бутилбутират в воде, соответственно.
Вода в масле (без эмульсий) Pickering
Эмульсии Pickering типа «вода в масле» содержат капли воды в виде дисперсной фазы и масла в виде непрерывной фазы. Наночастицы с углом контакта более 90º являются лучшими стабилизирующими агентами для этих типов эмульсий. o/w эмульсии Пикеринга могут быть стабилизированы с помощью магнитных наночастиц.
Комплексные эмульсии Пикеринга
Двойные или множественные эмульсии Пикеринга (б/о/б или б/в/о) представляют собой сложные полидисперсные системы, в которых крошечные капли суспендируются внутри более крупных капель, которые в свою очередь суспендируются в непрерывной фазе. Для множественных эмульсий Пикеринга выполняется двухступенчатый процесс эмульгирования: для эмульсии без эмульсии на первой стадии эмульсии эмульсия стабилизируется гидрофобными наночастицами; На втором этапе эмульгирования в качестве стабилизатора используются гидрофильные наночастицы. Несколько эмульсий могут образовываться в виде воды в масле в воде (w/o/w) или масла в воде-в-масле (o/w/o).
Эмульсии часто используются в качестве носителей для различных гидрофильных активных соединений и лекарств (например, витаминов, антиоксидантов, ферментов, вакцин, гормонов), которые затем медленно высвобождаются. Поскольку некоторые активные вещества также мигрируют из внешней во внутреннюю фазу множественной эмульсии, такие эмульсии с отсроченным высвобождением идеально подходят для доставки активных веществ с замедленным высвобождением / пролонгированным высвобождением.
Капельный мост
Уникальным явлением, происходящим в некоторых эмульсионных системах Пикеринга, является капельное перекрытие. Коллоиды, выступающие из поверхности капли, могут одновременно адсорбироваться к другой границе раздела, соединяя две капли. Мостики состоят из монослоев коллоидных частиц, а капли отделяются только тонкой пленкой непрерывной фазы.
