Емульсії Пікерінга з потужними ультразвуковими засобами
- Емульсії Пікерінга стабілізуються твердими частинками.
- Емульсії Пікерінга переконують своїм характером «без емульгаторів» і підвищеною стабільністю.
- Ультразвук є ідеальним інструментом для створення емульсій Пікерінга, по-перше, розсіювання стабілізуючих частинок у водній фазі, а по-друге, для емульгування фази масло/вода.
Емульсії Пікерінга
Емульсії Пікерінга стабілізуються адсорбованими твердими частинками замість емульгатора або поверхнево-активної речовини. Таким чином, емульсії Пікерінга можна розглядати як «беземульгаторні» або “Без поверхнево-активних речовин” Так як вони стабілізуються твердими частинками. Якщо масло і вода змішуються і утворюються маленькі краплі олії, які розсіюються по всій воді, в кінцевому підсумку краплі об'єднуються, зменшуючи кількість енергії в системі. Однак, якщо додати в суміш тверді частинки, вони зв'яжуться з поверхнею розділу і запобігатимуть злиттю крапель, тим самим роблячи емульсію більш стабільною.
Утворення без емульгатора особливо цікаве для рецептури продуктів, для яких використання поверхнево-активних речовин має негативні наслідки, наприклад, для фармацевтичних та косметичних продуктів. Крім того, емульсії Пікерінга демонструють підвищену стабільність в порівнянні з емульсіями, які стабілізуються звичайними емульгаторами. Крапельне покриття твердих частинок функціонує як жорсткий бар'єр проти коалесценції. Це означає, що навіть висококонцентровані емульсії можуть бути ефективно стабілізовані як емульсії Пікерінга. Тверді наночастинки, які адсорбуються між поверхнею розділу масло-вода, частково занурені у воду та масляне середовище, завдяки чому стабілізуючі наночастинки можуть мати гідрофільні, гідрофобні або амфільні властивості. Форма частинок і розмір частинок також впливають на стабільність емульсії.
Ультразвуковий реактор для емульсій
Високі механічні зсувні сили ультразвукової гомогенізації долають енергетичний бар'єр між фазовими інтерфейсами. Крім того, ультразвук розбиває агрегати та агломерати наночастинок і створює високополідисперсну емульсію.
Ультразвукове дослідження використовується для обох етапів приготування емульсії для пікерінга:
- для розсіювання адсорбованих частинок у водну фазу
- для емульгування суміші O/W
Емульсія Пікерінга з кремнеземом
Спочатку гідрофільні димчасті порошки кремнезему (такі як Aerosil® 200 або Aerosil® 380) диспергували у вигляді 100-нм агломератів у воду за допомогою ультразвукового пристрою.
На другому етапі методом ультразвукового випромінювання готували стабільні o/w емульсії з вмістом олії 20 маст% і розміром крапель діаметром 2–10 нм.
Для отримання стабільних прозорих емульсій бутанолу, етилацетату, бутиллактату і діетиладипинату у водній фазі було потрібно 6% кремнезему. Для діізобутиладипату потрібно не менше 8% кремнезему для отримання стабільної емульсії.
Всі приготовані емульсії показали свою стабільність не менше 6 місяців.
У той час як голий, так і функціоналізований кремнезем (SiO2) є однією з найбільш часто використовуваних частинок, інші частинки, такі як
- Фе3O4,
- гідроксиапатит,
- монодисперсний полістирол частинки латексу,
- циклодекстрин і мальтодекстрин,
- нанотрубки галлозиту,
- гематит (α-Fe2O3) мікрочастинки,
- полі(метилметакрилат) (ПММА),
- нерозчинні частинки комплексу хітозан/желатин-В
серед багатьох інших твердих частинок були успішно використані для створення стабільних емульсій Пікерінга.
Література / Список літератури
- 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.
Факти, які варто знати
Емульсії Пікерінга «олія у воді» (о/ж)
Емульсія Пікерінга «олія у воді» відноситься до емульсії, де краплі олії розсіюються у воді як безперервна фаза. Цей тип емульсій Пікерінга, як правило, стабілізується наночастинками, кут контакту яких становить менше 90º. o/w емульсії Пікерінга можна стабілізувати, наприклад, за допомогою димчастого кремнезему, Fe3O4 наночастинки. Фаза олій цих емульсій Пікерінга може складатися, наприклад, з додекану, октадеценілбурштинового ангідриду (ODSA), толуолу та бутилбутирату у воді відповідно.
Вода в маслі (ж/о) емульсії Пікерінга
Емульсії Пікерінга «вода в маслі» містять краплі води в якості дисперсної фази і масла в якості безперервної фази. Наночастинки з кутом контакту більше 90º є найкращими стабілізуючими агентами для цих типів емульсій. o/w емульсії Пікерінга можна стабілізувати за допомогою використання магнітних наночастинок.
Комплексні емульсії Пікерінга
Подвійні або багаторазові емульсії Пікерінга (w/o/w або o/w/o) є складними полідисперсними системами, де крихітні краплі підвішені всередині більших крапель, які, до того ж, суспендовані в безперервній фазі. Для багаторазових емульсій Пікерінга проводиться двоетапний процес емульгування: для емульсії w/o/w на першому етапі емульгування емульсія без / о стабілізується гідрофобними наночастинками; На другому етапі емульгування в якості стабілізатора використовуються гідрофільні наночастинки. Множинні емульсії можуть утворюватися у вигляді води в олії (w/o/w) або олії у воді-в-олії (o/w/o).
В/в/в емульсії часто використовуються як транспортні засоби / переноски для різних гідрофільних активних сполук і ліків (наприклад, вітамінів, антиоксидантів, ферментів, вакцин, гормонів), які потім повільно вивільняються. Оскільки деякі активні речовини також мігрують із зовнішньої у внутрішню фазу багаторазової емульсії, такі w/o/w емульсії ідеально підходять для доставки активних речовин з уповільненим вивільненням / тривалим вивільненням.
Крапельний міст
Унікальним явищем, що зустрічається в деяких емульсійних системах Пікерінга, є крапельне мостування. Колоїди, що виступають з поверхні краплі, можуть одночасно адсорбуватися на іншу поверхню розділу, з'єднуючи дві краплі. Містки складаються з моношарів колоїдних частинок, а краплі розділені лише тонкою плівкою безперервної фази.
