Emulzia pozostáva z dvoch nemiešateľných kvapalín, ktoré sú v sebe jemne rozptýlené. V prípade emulzií vo vode v oleji sa olejová fáza (dispergovaná fáza) rovnomerne zmieša s vodnou fázou (kontinuálna fáza). Ultrazvukové emulgátory sú dobre zavedené na prípravu olejových emulzií vo vode a nano-emulzií. Ultrazvukové emulzie vynikajú rovnomernou disperziou kvapôčok a dlhodobou stabilitou, preto sú široko používané v laboratóriách a priemysle.

Ultrazvukové emulzie oleja vo vode

Emulzie oleja vo vode (O/W) sa vo veľkej miere používajú v mnohých spotrebných výrobkoch, ako sú potraviny, nápoje, kozmetika, farmaceutiká atď., ako aj v priemysle (napr. materiálová veda, polyméry, farby, nátery, jemná chémia atď.).

Definícia emulzie oleja vo vode

Emulzia oleja vo vode je zmes, v ktorej je mastná fáza rozptýlená vo vode alebo inej vodnej kvapaline. Malé kvapôčky oleja sú jemne rozptýlené vo vodnej fáze (kontinuálna fáza) na vytvorenie tejto emulzie oleja vo vode. Ak je olej (rozptýlená fáza) rozptýlený vo vode (kontinuálna fáza), je to emulzia oleja vo vode; ak sa kvapôčky vody pridajú do mastnej kontinuálnej fázy, nazýva sa emulzia vody v oleji.
V prípade emulzií typu olej vo vode závisí výsledná kvalita emulzie od zloženia (pomer oleja a vody, emulgátora) a techniky emulgácie. Ultrazvukové emulgátory používajú akustickú kavitáciu, ktorá sa vyznačuje intenzívnymi šmykovými silami a turbulenciami v kvapaline. Tieto vysoko intenzívne sily narušia dve nemiešateľné kvapalné fázy na drobné kvapôčky a rovnomerne ich zmiešajú. Ultrazvuková emulgácia môže ľahko generovať nano-veľké častice s veľkosťou kvapôčok až 10nm. Veľmi malá veľkosť kvapôčok a homogénna, rovnomerná distribúcia veľkosti kvapôčok ultrazvukovo pripravených emulzií mení ultrazvukom na preferovanú emulgačnú techniku.
 

Krivka topánky nano-kvapôčková distribúcia ultrazvukovo rozptýlenej nanoemulzie oleja vo vode. Táto ultrazvuková emulzia pozostáva z esenciálneho oleja mäty piepornej emulgovanej v kontinuálnej vodnej fáze.

Výhody ultrazvukové emulgácie

Ultrazvuková emulgácia vyniká inými emulgačnými technikami, ako je vysokotlaková homogenizácia, vysoko strihové miešanie a mikrofluidizácia účinnosťou, konzistentná výroba nanokvapôl, stabilita s vysokou emulziou a schopnosť liečiť akýkoľvek objem od malých rúrok a zobákov až po veľké prúdy.
Napríklad Li a Xiang (2019) vo svojej porovnávacej štúdii o vysokotlakovej homogenizácii a ultrazvukovej emulzii ukázali, že ultrazvukom sa vychytá jednotnejšie, stabilnejšie emulzie. Agregácia v kokosový olej-in-voda emulzie sa objavil až potom, čo bol podrobený high-tlak homogenizácie, zatiaľ čo emulzia zo strany ultrazvukové emulgácie zostal stabilný počas 30 dní skladovania.
V porovnaní s mechanickým miešaním sa zistilo, že emulzie pripravené ultrazvukovou technikou sú stabilnejšie po dlhšiu dobu v porovnaní s emulziami pripravenými mechanickým miešaním, ktoré možno pripísať malej veľkosti kvapôčky, ktorá je termodynamicky stabilizovaná. Ultrazvuková technika dáva stabilnejšie emulzie ako konvenčná mechanická metóda miešania. (porovnaj Ramisettyho a Shyamsundera, 2011)
O'Sullivan et al. (2015) vo svojej štúdii ukazujú, že ultrazvuková emulgácia sústavne prinášala submikrorónové emulzie (menej ako 200 nm). Avšak, nano-emulzie s jednotnou veľkosťou kvapôčky 10nm možno ľahko a spoľahlivo dosiahnuť za optimalizovaných podmienok. Veľkosť kvapôčky ultrazvukom produkovaných emulzií je funkciou času spracovania a ultrazvukovej amplitúdy pre dávkové aj nepretržité spracovanie.

Ultrazvukový prípravok emulzie oleja vo vode (O/W) (červená voda / žltý olej). Niekoľko sekúnd ultrazvukom premeniť samostatnej vody / oleja fázy do jemnej emulzie.

Pracovný princíp ultrazvukovej emulgácie

Ultrazvuková výroba emulzií a nanoemigiónov (ako je olej vo vode a emulzie vody v oleji) je založená na pracovnom princípe akustickej kavitácie. Na vytvorenie akustickej kavitácie sa ultrazvuk s vysokou intenzitou vytvára ultrazvukovým prevodníkom a prenáša sa ultrazvukovým rohom a sondou (sonotródou) do kvapaliny. High-výkon ultrazvuk je považovaný za ultrazvuk v rozmedzí 16-30kHz. Ultrazvuková sonda expanduje a uzatvára zmluvy napr. Keď ultrazvukové vlny prechádzajú kvapalinou, striedajúce sa vysokotlakové (kompresné) / nízkotlakové (rarefaction / expansion) cykly vytvárajú minútové dutiny (vákuové bubliny), ktoré rastú počas niekoľkých tlakových cyklov. Počas kompresnej fázy kvapaliny a bublín je tlak pozitívny, zatiaľ čo fáza vzácnych faktov vytvára vákuum (podtlak). Počas cyklov kompresnej expanzie dutiny v kvapaline rastú, až kým nedosiahnu veľkosť, pri ktorej nemôžu absorbovať ďalšiu energiu. V tomto bode, oni implode násilne. Implózia týchto dutín má za následok rôzne vysoko energetické účinky, ktoré sú známe ako fenomén akustickej / ultrazvukovej kavitácie. Akustická kavitácia sa vyznačuje rozmanitými vysoko energetickými efektmi, ktoré majú vplyv na kvapalinové, kvapalné a plynovo-kvapalné systémy. Energeticky hustá zóna alebo kavitačná zóna je známa ako takzvaná zóna s horúcim miestom, ktorá je najviac energeticky hustá v tesnej blízkosti ultrazvukovej sondy a klesá so zvyšujúcou sa vzdialenosťou od sonotródy. Medzi hlavné charakteristiky ultrazvukovej kavitácie patria lokálne sa vyskytujúce veľmi vysoké teploty a tlaky a príslušné diferenciály, turbulencie a prúdenie kvapalín. Počas implózie ultrazvukových dutín v ultrazvukových horúcich miestach sa môžu merať teploty až do 5000 Kelvin, tlaky až do 200 atmosfér a kvapalné trysky s rýchlosťou až 1000 km/h. Tieto vynikajúce energeticky intenzívne podmienky prispievajú k sonomechanickým účinkom, ktoré zintenzívňujú procesy vysoko účinným miešaním, rozptýlením a emulgáciou. Ultrazvukové strihové sily, prúdenie kvapalín a turbulencie narúšajú kvapôčky a navzájom ich rovnomerne miešajú. Vysokovýkonné ultrazvukom produkuje spoľahlivo nano-kvapôčky s rovnomerným rozdelením veľkosti. Vďaka tomu je ultrazvuková emulgácia preferovanou metódou na prípravu emulzií oleja vo vode / nanoemigénov s vysokou emulznou stabilitou a trvanlivosťou.

Účinky ultrazvukovej intenzity na kvalitu emulzie

Kvalita emulzie sa vyznačuje hlavne jeho stabilitou. Na druhej strane, stabilita emulzie je faktorom distribúcie veľkosti kvapôčkov a emulzie formulácie.
Ultrazvuková intenzita, t. j. amplitúda a trvanie ultrazvukom, sú dôležitými faktormi, ktoré ovplyvňujú kvalitu získanej emulzie.
Vo výskume je ultrazvuková emulzifikácia rozdelená do dvoch fáz: Počas prvého kroku dochádza k kombinácii interfaciálnych vĺn a nestability Rayleigh-Taylor, čo spôsobuje erupciu rozptýlených kvapôčkov fázy do kontinuálnej fázy.
Počas druhého kroku sa kvapôčky rozpadajú akustickou kavitáciou v blízkosti hraničných fáz kvapôčok. Intenzívne účinky narušenia kvapôčok a miešania spôsobené kavitačnými rázovými vlnami vytvárajú veľmi malé veľkosti kvapôčok. Ultrazvuková intenzita, amplitúda a ultrazvukom čas sú zodpovedné za získaný vplyv kavitácie a tým najvplyvnejšie parametre týkajúce sa emulgácie jemnej veľkosti. Hielscher Ultrazvukové priemyselné ultrazvukové procesory môžu dodávať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy až do 200μm môžu byť ľahko nepretržite prevádzkované v prevádzke 24/7. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sonotródy.

Vysokovýkonné ultrazvukové emulgátory

Ultrazvukový emulsification je spoľahlivá technológia spracovania, ktorá uľahčuje a urýchľuje výrobu vysoko kvalitných emulzií so submicronom a nano-veľké kvapôčky. Hielscher Ultrasonics portfólio pokrýva celý rozsah od kompaktných laboratórnych ultrasonicators priemyselných systémov pre emulgačné aplikácie. To nám umožní na Hielscher ponúknuť vám najvhodnejší ultrasonicator pre vaše predpokladané emulzie kvality a kapacity procesu. Naši dlhoroční skúsení zamestnanci vám pomôžu od testov uskutočniteľnosti a optimalizácie procesov až po inštaláciu vášho ultrazvukového systému na konečnej úrovni výroby.
Malé nožné výtlačky našich ultrazvukových extraktorov, ako aj ich všestrannosť pri možnostiach inštalácie ich robia vhodnými aj do malých priestorových spracovateľských zariadení. Ultrazvukové procesory sú inštalované po celom svete v potravinách, pharma a výživový doplnok výrobných zariadení.

Hielscher Ultrazvuk – Sofistikované emulgačné systémy

Produktové portfólio Hielscher Ultrasonics pokrýva celý rad vysokovýkonných ultrazvukových emulgátorov od malých až po veľké. Ďalšie príslušenstvo umožňuje jednoduchú montáž najvhodnejšej konfigurácie ultrazvukového zariadenia pre váš proces emulgácie. Optimálne ultrazvukové nastavenie závisí od predpokladanej kapacity, objemu, surovín, dávkového alebo inline procesu a časovej osi.

Dávkové a vnorené

Hielscher ultrazvukové emulgátory môžu byť použité pre dávkové a kontinuálne flow-through spracovanie. Ultrazvukové dávkové spracovanie je ideálne pre procesné testovanie, optimalizáciu a malú až strednú úroveň výroby. Pre produkujúce veľké objemy emulzií, inline spracovanie by mohlo byť výhodnejšie. Nepretržitý proces vnorenej miešania vyžaduje sofistikované nastavenie – skladajúci sa z čerpadla, hadice alebo potrubia a nádrže -, ale je vysoko účinný, rýchly a vyžaduje výrazne menej práce. Hielscher Ultrazvukom má najvhodnejšie emulgačné nastavenie pre emulziu objem a ciele procesu.

Ultrazvukové sondy a reaktory pre emulgáciu v akejkoľvek veľkosti

Sortiment produktov Hielscher Ultrasonics pokrýva celé spektrum ultrazvukových procesorov od kompaktných laboratórnych ultrazvukom cez stolové a pilotné systémy až po plne priemyselné ultrazvukové procesory s kapacitou na spracovanie nákladu za hodinu. Celý sortiment nám umožňuje ponúknuť vám najvhodnejší ultrazvukový emulgátor pre vašu výrobnú kapacitu a výrobné ciele.
Ultrazvukové stolové systémy sú ideálne pre testovanie uskutočniteľnosti a optimalizáciu procesov. Lineárny rozsah založený na stanovených parametroch procesu veľmi uľahčuje zvýšenie spracovateľských kapacít z menších častí na plne komerčnú výrobu. Up-škálovanie možno vykonať buď inštaláciou silnejší ultrazvukový odsávač jednotky alebo zoskupovanie niekoľkých ultrasonicators paralelne. S UIP16000, Hielscher ponúka najsilnejší ultrazvukový emulgátor po celom svete.

Presne ovládateľné amplitúdy pre optimálne výsledky

Všetky Hielscher ultrazvukom sú presne kontrolovateľné a tým spoľahlivé pracovné kone vo výrobe. Amplitúda je jedným z kľúčových parametrov procesu, ktoré ovplyvňujú účinnosť a účinnosť ultrazvukovej emulgácie Amplitúda je rozhodujúcim faktorom, ktorý rozhodujúcim spôsobom ovplyvňuje kvalitu ultrazvukovej emulgácie. Všetky Hielscher Ultrazvukom procesory umožňujú presné nastavenie amplitúdy. Sonotródy a posilňovacie rohy sú príslušenstvo, ktoré umožňuje modifikovať amplitúdu v ešte širšom rozsahu. Hielscher priemyselné ultrazvukové procesory môžu dodávať veľmi vysoké amplitúdy a dodávať požadovanú ultrazvukovú intenzitu pre náročné aplikácie. Amplitúdy až do 200μm môžu byť ľahko nepretržite prevádzkované v prevádzke 24/7.
Presné nastavenie amplitúdy a trvalé monitorovanie parametrov ultrazvukového procesu prostredníctvom inteligentného softvéru vám dávajú možnosť liečiť vašu emulziu s najúčinnejšími ultrazvukové podmienky. Optimálna sonikácia pre najlepšie výsledky emulgácie!
Robustnosť ultrazvukového zariadenia Hielscher umožňuje nepretržitú prevádzku v náročných a náročných prostrediach. Vďaka tomu je Hielscher ultrazvukové zariadenie spoľahlivým pracovným nástrojom, ktorý spĺňa vaše požiadavky na emulgáciu.

Jednoduché testovanie bez rizika

Ultrazvukové procesy môžu byť úplne lineárne zmenšené. To znamená, že každý výsledok, ktorý ste dosiahli pomocou laboratória alebo bench-top ultrasonicator, môže byť zmenšený na presne rovnaký výstup pomocou presne rovnakých parametrov procesu. Vďaka tomu je ultrazvukom ideálny pre bezrizikové testovanie uskutočniteľnosti, optimalizáciu procesov a následnú implementáciu do komerčnej výroby. Kontaktujte nás a zistite, ako môže sonikácia zlepšiť vašu produkciu emulzie.

Najvyššia kvalita – Navrhnuté a vyrobené v Nemecku

Ako rodinný a rodinný podnik Hielscher uprednostňuje najvyššie štandardy kvality pre svoje ultrazvukové procesory. Všetky ultrasonicators sú navrhnuté, vyrobené a dôkladne testované v našej centrále v Teltow neďaleko Berlína, Nemecko. Robustnosť a spoľahlivosť ultrazvukového zariadenia Hielscher je, aby to pracovný kôň vo vašej výrobe. Prevádzka 24 hodín denne a 7 hodín denne, 7 hodín denne a je v náročných prostrediach prirodzenou charakteristikou vysokovýkonných miešačiek Hielscher.

Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov: