Emulzija je sestavljena iz dveh nemogočih tekočin, ki se fino razpršita drug v drugega. Pri emulzijah z oljem v vodi se mastna faza (razpršena faza) prav tako meša v vodno fazo (neprekinjena faza). Ultrazvočni emulgacijski sistemi so dobro uveljavljeni za pripravo emulzije olja v vodi in nano-emulzije. Ultrazvočne emulzije se odlično uporabljajo po enotni disperziji kapljic in dolgoročni stabilnosti, zato se pogosto uporabljajo v laboratorijih in industriji.

Ultrazvočne emulzije olja v vodi

Emulzije olja v vodi (O/W) se pogosto uporabljajo v številnih potrošniških izdelkih, kot so hrana, pijače, kozmetika, farmacevtska industrija itd., kot tudi v industriji (npr. materialna znanost, polimeri, barve, premazi, fina kemija itd.).

Opredelitev emulzije olja v vodi

Emulzija olja v vodi je mešanica, v kateri se mastna faza razprši v vodi ali drugi vodni tekočini. Majhne kapljice olja se drobno razpršijo v vodni fazi (neprekinjena faza), da bi ustvarili to emulzijo olja v vodi. Če se olje (razpršena faza) razprši v vodi (neprekinjena faza), je emulzija olja v vodi; če se kapljice vode dodajo v mastno neprekinjeno fazo, se imenuje emulzija vode v olju.
Za emulzije olja v vodi je emulzija odvisna od formulacije (razmerje olja:voda, sredstvo za emulgiranje) in tehnike emulgacije. Ultrazvočni emulgacijski sistemi uporabljajo akustično kavitacijo, za katero so značilne intenzivne visoko štrleče sile in turbulence v tekočini. Te zelo intenzivne sile motijo dve nemogoči tekoči fazi v minutne kapljice in jih zmešajo enotno med seboj. Ultrazvočna emulgacija lahko brez težav ustvari nano-velike delce s kapljicami velikosti do 10nm. Zelo majhna velikost kapljic in homogena, tudi porazdelitev velikosti kapljic ultrazvočno pripravljenih emulzija spremeni sonication v želeno tehniko emulgacije.
 

Obutev obuva nano-lestvico kapljic porazdelitev ultrazvočno razpršeno olje v vodi nanoemulzije. Ta ultrazvočna emulzija sestoji iz eteričnega olja popermint, emulgiranega v neprekinjeni vodni fazi.

Prednosti ultrazvočne emulgacije

Ultrazvočno emulgiranje se odlično razlikuje od drugih emulgacijskih tehnik, kot so visokotlačna homogenizacija, mešanje visoko omejev in mikrofluidizacija z učinkovitostjo, dosledna proizvodnja nano kapljic, visoko-emulzija stabilnost in sposobnost za zdravljenje vseh volumnih od majhnih cevi in kakljev do velikih tokov.
Na primer, Li in Xiang (2019) sta v svoji primerjalni študiji visokotlačne homogenizacije in ultrazvočne emulgacije pokazali, da ultrazvočna emulgacija prinaša bolj enotne, stabilne emulzije. Združevanje v emulzijah kokosovega olja v vodi se je pojavilo šele po homogenizaciji visokega tlaka, medtem ko je emulzija, narejena z ultrazvočno emulgacijo, ostala stabilna v času 30 dni shranjevanja.
V primerjavi z mehansko agitacijo so ugotovili, da so emulzije, pripravljene z ultrazvočno tehniko, bolj stabilne za daljše trajanje časa v primerjavi z emulzijami, pripravljenimi z mehansko agitacijo, ki se lahko pripiše majhni velikosti kapljic, ki je termodinamično stabilizirana. Ultrazvočna tehnika daje bolj stabilne emulzije kot običajna metoda mehanske agitacije. (prim. Ramisetty in Shyamsunder, 2011)
O'Sullivan et al. (2015) v študiji kažejo, da je ultrazvočna emulgacija dosledno prinesla submikronske emulzije (manj kot 200 nm). Vendar pa je nano-emulzije z enotno velikostjo kapljice 10nm mogoče enostavno in zanesljivo doseči pod optimiziranimi pogoji. Velikost kapljic ultrazvočno proizvedene emulzije je funkcija obdelave časa in ultrazvočne amplitude tako za serije kot za neprekinjeno obdelavo.

Ultrazvočna priprava emulzije olja v vodi (O/W) (rdeča voda / rumeno olje). Nekaj sekund sonikacije spremeni ločene faze vode/olja v fino emulzijo.

Delovno načelo ultrazvočne emulgacije

Ultrazvočna proizvodnja emulzije in nano-emulzije (kot so olje v vodi in emulzije vode v olju) temelji na delovnem principu akustične kavitacije. Da bi ustvarili akustično kavitacijo, visoko intenzivnost, nizko frekvenčni ultrazvok nastane z ultrazvočnim pretvornikom in se preko ultrazvočnega roga in sonde (sonotrode) prenaša v tekočino. Ultrazvok visoke moči velja za ultrazvok v območju od 16-30kHz. Ultrazvočna sonda se širi in pogodbe npr. Ko ultrazvočni valovi potujejo skozi tekočino, izmenično visokega tlaka (kompresija) / nizkega tlaka (redkofakcija / širitev) cikli ustvarjajo minutne votline (vakumske mehurčke), ki rastejo v več tlačni cikli. Med fazo stiskanja tekočine in mehurčkov je tlak pozitiven, medtem ko faza redkega dela proizvaja vakum (negativni tlak). Med cikli kompresije-širitve, votline v tekočini rastejo, dokler ne dosežejo velikosti, pri kateri ne morejo absorbirati nadaljnje energije. V tem trenutku nasilno eksplodirajo. Implozija teh votlin ima za posledico različne zelo energične učinke, ki so znani kot pojav akustične / ultrazvočne kavitacije. Za akustično kavitacijo so značilni zelo energični učinki, ki vplivajo na tekoče, trdno-tekoče in plinsko-tekoče sisteme. Energijsko gosto območje ali kavitacialno območje je znano kot tako imenovano območje vroče točke, ki je najbolj energijsko gosto v bližnji bližini ultrazvočne sonde in upada z naraščajočo razdaljo od sonotrode. Glavne značilnosti ultrazvočne kavitacije vključujejo lokalno pojavlja zelo visoke temperature in pritiske ter ustrezne razlikovanja, turbulence, in tekoče pretakanje. Med implozijo ultrazvočnih votlin v ultrazvočnih vročih mestih se lahko merijo temperature do 5000 Kelvin, tlaki do 200 atmosfer in tekoči mletki z do 1000km/h. Ti izjemni energetsko intenzivni pogoji prispevajo k sonomehanskim učinkom, ki z zelo učinkovitim mešanjem, razpršenjem in emulgiranjem pootrdijo procese. Ultrazvočne omejevane sile, tekoči tok in turbulence motijo kapljice in jih mešajo enotno med seboj. Ultrasonication visoke zmogljivosti proizvaja zanesljivo nano kapljice z enotno porazdelitev velikosti. To naredi ultrazvočno emulgacijo prednostno metodo za pripravo olja v vodi emulzije / nano-emulzije z visoko emulzijo stabilnost in rok uporabnosti.

Učinki ultrazvočne intenzivnosti na kakovost emulzije

Za kakovost emulzije je značilna predvsem njegova stabilnost. Stabilnost emulzije pa je dejavnik porazdelitve velikosti kapljic in formulacije emulzije.
Ultrazvočna intenzivnost, to je amplitude in trajanje sonication, so pomembni dejavniki, ki vplivajo na kakovost pridobljene emulzije.
V raziskavah je ultrazvočna emulgacija razdeljena na dve fazi: Med prvim korakom se pojavi kombinacija medfacialnih valov in Rayleigh-Taylorjeva stabilnost, kar povzroča izbruh razpršenih faznih kapljic v neprekinjeno fazo.
Med drugim korakom se kapljice razčlenijo skozi akustično kavitacijo v bližini mejnih faz kapljic. Intenzivni učinki motnje kapljic in mešanja, ki jih povzročajo kavitacialni udarni valovi, ustvarjajo zelo majhne velikosti kapljic. Ultrazvočna intenzivnost, amplitude in čas sonicije so odgovorni za pridobljen vpliv kavitacije in s tem najbolj vplivne parametre v zvezi z emulgacijo fine velikosti. Hielscher Ultrasonics industrijski ultrazvočni procesorji lahko dostavijo zelo visoke amplitude. Amplitude do 200μm je mogoče brez težav neprekinjeno izvajati v 24/7 operaciji. Za še višje amplitude so na voljo prilagojeni ultrazvočni sonotrodi.

Ultrazvočni emulgacijski sistemi visoke zmogljivosti

Ultrazvočna emulgacija je zanesljiva tehnologija obdelave, ki omogoča in pospešuje proizvodnjo visokokakovostnih emulzija s submikronom in nano-velikimi kapljicami. Hielscher Ultrasonics portfolio zajema celoten razpon od kompaktnih laboratorijskih ultrasonicatorjev do industrijskih sistemov za emulgacijo aplikacij. To nam omogoča na Hielscher, da vam ponudijo najbolj primeren ultrasonicator za vašo predvideno kakovost emulzije in procesne zmogljivosti. Naše dolgotrajno izkušeno osebje vam bo pomagalo od testov izvedljivosti in optimizacije procesov do namestitve vašega ultrazvočnega sistema na končni ravni proizvodnje.
Majhen odtis naših ultrazvočnih ekstraktorjev, kot tudi njihova vsestranskost v možnostih namestitve, jih naredijo, da se prilegajo tudi v naprave za obdelavo majhnih prostorov. Ultrazvočni predelovalci so nameščeni po vsem svetu v prehrambenih, farmacevtskih in prehranskih dopolnilnih proizvodnih zmogljivostih.

Hielscher Ultrazvočna – Sofisticirani emulgacijski sistemi

Hielscher Ultrasonics portfelj izdelkov zajema celotno paleto visoko zmogljivosti ultrazvočnih emulgacijskih od majhnih do velikih razsežnosti. Dodatni dodatki omogočajo enostavno montažo najbolj primerne ultrazvočne konfiguracije naprave za vaš postopek emulgiranja. Optimalna ultrazvočna nastavitev je odvisna od predvidene zmogljivosti, volumna, surovin, serije ali inline procesa in časovnice.

Serija in v vrstici

Hielscher ultrazvočni emulgacijski se lahko uporablja za obdelavo in neprekinjeno obdelavo pretoka. Ultrazvočna obdelava serije je idealna za procesno testiranje, optimizacijo in majhno do srednje veliko raven proizvodnje. Za proizvodnjo velikih količin emulzija je lahko vdelana obdelava bolj ugodna. Za neprekinjeno inline mešanje je potrebna prefinjena nastavitev – sestoji iz črpalke, cevi ali cevi in rezervoarjev -, vendar je zelo učinkovita, hitra in zahteva bistveno manj delovne sile. Hielscher Ultrasonics ima najbolj primerno nastavitev emulgiranja za vaš obseg emulzije in procesnih ciljev.

Ultrazvočne sonde in reaktorji za emulgacijo pri kateri koli velikosti

Hielscher Ultrasonics paleta izdelkov zajema celoten spekter ultrazvočnih procesorjev od kompaktnih laboratorijskih ultrasonicatorjev nad bench-top in pilotnimi sistemi do popolnoma industrijskih ultrazvočnih procesorjev z zmogljivostjo obdelave tovorov tovornjakov na uro. Celoten nabor izdelkov nam omogoča, da vam ponudimo najbolj primeren ultrazvočni emulgater za vaše procesne zmogljivosti in proizvodne cilje.
Ultrazvočni sistemi klopi so idealni za testiranje izvedljivosti in optimizacijo procesov. Zaradi linearnega obsega, ki temelji na uveljavljenih procesnih parametrih, je zelo enostavno povečati predelovalne zmogljivosti z manjših lotov na popolnoma komercialno proizvodnjo. Up-scaling se lahko opravi z namestitvijo močnejše ultrazvočno ekstraktor enoto ali gruče več ultrasonicators vzporedno. Z UIP16000 hielscher ponuja najmočnejši ultrazvočni emulgacijski emulgacijski sistem po vsem svetu.

Natančno nadzorovati Amplitudes za optimalne rezultate

Vsi Hielscher ultrasonicatorji so natančno pod nadzorom in s tem zanesljivi delovni konji v proizvodnji. Amplitude je eden od ključnih procesnih parametrov, ki vplivajo na učinkovitost in učinkovitost ultrazvočne emulgaciacije Amplitude je ključni dejavnik, ki odločilno vpliva na kakovost ultrazvočne emulgacije. Vsi Hielscher ultrazvočni procesorji omogočajo natančno nastavitev amplitude. Sonotrodi in booster rogovi so dodatki, ki omogočajo spreminjanje amplitude v še širšem razponu. Hielscher industrijski ultrazvočni procesorji lahko dostavijo zelo visoke amplitude in dostaviti zahtevano ultrazvočno intenzivnost za zahtevne aplikacije. Amplitude do 200μm je mogoče brez težav neprekinjeno izvajati v 24/7 operaciji.
Natančna nastavitev amplitude in stalno spremljanje ultrazvočnih procesnih parametrov preko pametne programske opreme vam dajejo možnost, da svojo emulzijo zdravite z najučinkovitejšimi ultrazvočnimi pogoji. Optimalno sonication za najboljše rezultate emulgacije!
Robustnost Hielscherove ultrazvočne opreme omogoča 24/7 delovanje na težkih dolžnostih in v zahtevnih okoljih. Zaradi tega je Hielscherjeva ultrazvočna oprema zanesljivo delovno orodje, ki izpolnjuje vaše zahteve za emulgacijo.

Enostavno, brez tveganja Testiranje

Ultrazvočni procesi so lahko povsem lineažni. To pomeni vsak rezultat, ki ste ga dosegli z uporabo laboratorija ali bench-top ultrasonicator, se lahko meri na popolnoma enak izhod z uporabo popolnoma enakih procesnih parametrov. Zaradi tega je ultrasonication idealen za preskušanje izvedljivosti brez tveganja, optimizacijo procesov in posodnem izvajanju v komercialno proizvodnjo. Kontaktirajte nas, da izvemo, kako lahko sonication izboljša vašo proizvodnjo emulzije.

Najvišja kakovost – Izdelano in izdelano v Nemčiji

Kot družinsko voden in družinsko vodeno podjetje Hielscher daje prednost najvišjim standardom kakovosti za svoje ultrazvočne procesorje. Vsi ultrasonicators so zasnovani, izdelani in temeljito testirajo v naši sedež v Teltow blizu Berlin, Nemčija. Robustnost in zanesljivost Hielscher je ultrazvočne opreme, da je delovni konj v vaši proizvodnji. 24/7 operacija pod polnim tovorom in v zahtevnih okoljih je naravna značilnost Hielscher je visoko zmogljivih mešalniki.

V spodnji tabeli vam daje podatek o približni zmogljivosti obdelave naših ultrasonicators: