Nhũ hóa bằng siêu âm cavitation

Một loạt các sản phẩm trung gian và tiêu dùng, chẳng hạn như mỹ phẩm và kem dưỡng da, thuốc mỡ dược phẩm, vecni, sơn và chất bôi trơn và nhiên liệu được dựa hoàn toàn hoặc một phần vào nhũ tương. Hielscher sản xuất bộ vi xử lý chất lỏng siêu âm công nghiệp lớn nhất thế giới để nhũ hóa hiệu quả các dòng khối lượng lớn trong các nhà máy sản xuất.

Siêu âm emulsification

Trong phòng thí nghiệm, sức mạnh nhũ tương hóa của siêu âm đã được biết đến và áp dụng lâu dài do những lợi ích khác nhau gắn liền với siêu âm đồng nhất và nhũ tương hóa. Nhũ tương siêu âm đáng tin cậy dựa trên việc sử dụng các đầu dò siêu âm, được gọi là sonotrodes. Thông qua đầu dò siêu âm, siêu âm cường độ cao được kết hợp thành chất lỏng và tạo ra cavitation âm thanh. Siêu âm hoặc cavitation âm thanh tạo ra lực cắt cao, cung cấp năng lượng cần thiết để phá vỡ các giọt lớn xuống các giọt kích thước nano. Qua đó, hai hoặc nhiều pha lỏng được trộn lẫn thành một nhũ tương submicron hoặc nano đồng nhất.

Yêu cầu thông tin




Lưu ý của chúng tôi Chính sách bảo mật.


Ultrasonicators là đáng tin cậy và hiệu quả trong sản xuất nhũ tương kích thước submicron và nano.

Ultrasonicators là đáng tin cậy và hiệu quả trong sản xuất nhũ tương kích thước submicron và nano.

Ưu điểm của nhũ tương siêu âm

Nhũ tương siêu âm bằng cách sử dụng một ultrasonicator loại thăm dò cung cấp một số lợi thế so với các kỹ thuật nhũ hóa khác:

  1. Cải thiện độ ổn định nhũ tương: Nhũ tương siêu âm tạo ra kích thước giọt nhỏ hơn và phân phối giọt đồng đều hơn, dẫn đến cải thiện độ ổn định nhũ tương và thời hạn sử dụng lâu hơn. Các giọt có kích thước submicron và nano có thể được sản xuất một cách đáng tin cậy bằng siêu âm điện.
  2. Hiệu quả năng lượng: Nhũ tương siêu âm đòi hỏi ít năng lượng hơn các phương pháp nhũ tương hóa khác, làm cho nó trở thành một quá trình tiết kiệm năng lượng hơn.
  3. Khả năng mở rộng: Nhũ tương siêu âm có thể dễ dàng thu nhỏ lên hoặc xuống tùy thuộc vào khối lượng yêu cầu, làm cho nó trở thành một quá trình linh hoạt cho cả ứng dụng phòng thí nghiệm và công nghiệp.
  4. Tiết kiệm thời gian: Nhũ tương siêu âm có thể là một quá trình rất nhanh, với nhũ tương hình thành trong vài giây đến vài phút, tùy thuộc vào chất lỏng, khối lượng và thiết bị.
  5. Giảm nhu cầu về chất hoạt động bề mặt: Nhũ tương siêu âm có thể làm giảm nhu cầu về chất hoạt động bề mặt, thường được yêu cầu để ổn định nhũ tương. Tuy nhiên, với kích thước giọt giảm, diện tích bề mặt của hạt được tăng lên và nhiều diện tích hơn phải được bao phủ bởi chất hoạt động bề mặt. Ultrasonication tương thích với hầu hết các loại chất hoạt động bề mặt bao gồm cả chất nhũ hóa thay thế và mới.
  6. Tạo nhiệt tối thiểu và có thể kiểm soát được: Nhũ tương siêu âm là một quá trình không nhiệt và sinh nhiệt trong quá trình chế biến có thể tránh được hoặc giảm đến một mức độ nhỏ. Qua đó, nguy cơ phân hủy nhiệt của các hợp chất hoặc thành phần nhạy cảm được giảm bớt.

Nhìn chung, những lợi thế của nhũ tương siêu âm bằng cách sử dụng một ultrasonicator loại thăm dò làm cho nó trở thành một lựa chọn phổ biến cho nhũ tương hóa trong nhiều lĩnh vực, bao gồm thực phẩm và đồ uống, dược phẩm, mỹ phẩm, hóa chất tốt và nhiên liệu.

Ultrasonic emulsification with Hielscher's UP200Ht and sonotrode S26d14

Chuẩn bị siêu âm nhũ tương dầu trong nước (O / W) (nước đỏ / dầu vàng). Một vài giây của sonication biến các giai đoạn nước / dầu riêng biệt thành một nhũ tương tốt.

 
 
Video dưới đây cho thấy quá trình nhũ hóa dầu (màu vàng) thành nước (màu đỏ) bằng cách sử dụng máy siêu âm phòng thí nghiệm UP400S.

Video này chứng tỏ ultrasonicator Hielscher UP400S chuẩn bị một Nano có kích thước dầu trong nước nhũ tương.

Nhũ hóa dầu trong nước bằng cách sử dụng UP400S

Hình thu nhỏ video

 

Siêu âm là một kỹ thuật hiệu quả của nhũ tương và nhũ tương nano.Nhũ tương là gì?
Nhũ tương là sự phân tán của hai hoặc nhiều chất lỏng không thể trộn lẫn. Siêu âm chuyên sâu cao cung cấp năng lượng cần thiết để phân tán một pha lỏng (pha phân tán) trong các giọt nhỏ trong giai đoạn thứ hai (pha liên tục). Trong khu vực phân tán, bong bóng cavitation imploding gây ra sóng sốc chuyên sâu trong chất lỏng xung quanh và kết quả trong sự hình thành của các máy bay phản lực chất lỏng của vận tốc chất lỏng cao.
Miniemulsions, có thể được tạo ra một cách hiệu quả bằng siêu âm, tăng cường phản ứng trùng hợp.

Miniemulsions, có thể được tạo ra một cách hiệu quả bằng siêu âm, tăng cường các phản ứng hóa học. Phản ứng trùng hợp macroemulsion (a) so với trùng hợp miniemulsion (b) [Schork et al. 2005: 136]

Nhũ tương Nano – Một ứng dụng năng lượng cho ultrasonicators

Nhũ tương nano là nhũ tương với các giọt thường có kích thước nhỏ hơn 100 nanomet. Nhũ tương nano cung cấp một số lợi thế so với nhũ tương thông thường, bao gồm các đặc tính chức năng độc đáo, độ ổn định cao hơn, trong suốt, v.v.
Ultrasonication vượt trội hơn các công nghệ nhũ tương hóa truyền thống, đặc biệt là khi nói đến sự hình thành của nanoemulsions. Điều này là do nguyên tắc làm việc hiệu quả cao và tốn nhiều năng lượng của siêu âm.

Nguyên tắc làm việc của nhũ tương siêu âm

Ultrasonic cavitation at Hielscher's UIP1000hdT (1kW) ultrasonicatorQuá trình nhũ tương siêu âm sử dụng các lực xâm thực âm thanh. Xâm thực âm thanh đề cập đến hiện tượng hình thành, tăng trưởng và sụp đổ bùng nổ của các bong bóng nhỏ trong môi trường lỏng chịu sóng siêu âm cường độ cao. Sự nổ tung của các bong bóng này tạo ra độ dốc áp suất và nhiệt độ cục bộ mạnh, có thể tạo ra lực cắt cao, sóng xung kích và máy bay phản lực vi mô có thể phá vỡ các hạt lớn và kết tụ thành các hạt nhỏ hơn. Hình ảnh bên trái cho thấy cavitation siêu âm được tạo ra tại đầu dò của ultrasonicator UIP1000hdT (1000 watt) trong một cột thủy tinh chứa đầy chất lỏng.
Trong nhũ tương hóa và nhũ tương nano, cường độ xâm thực âm thanh đóng một vai trò quan trọng trong việc giảm kích thước của các giọt trong nhũ tương. Sự sụp đổ của bong bóng xâm thực có thể tạo ra lực cắt mạnh phá vỡ các giọt lớn hơn thành các giọt nhỏ hơn. Hơn nữa, độ dốc áp suất và nhiệt độ cục bộ được tạo ra bởi cavitation cũng có thể thúc đẩy sự hình thành các giọt mới và ổn định nhũ tương.
Khía cạnh độc đáo của xâm thực âm thanh là khả năng cung cấp đầu vào năng lượng cục bộ và cường độ cao cho môi trường lỏng, mà không cần ứng suất cơ học hoặc nhiệt cao. Điều này làm cho nó trở thành một kỹ thuật hấp dẫn cho nhũ tương nano, vì nó có thể làm giảm đầu vào năng lượng cần thiết cho quá trình nhũ hóa trong khi đạt được kích thước giọt nhỏ hơn và phân bố kích thước giọt hẹp hơn.
Do những lực siêu âm có thể kiểm soát chính xác này, cavitation âm thanh là một công cụ mạnh mẽ để nhũ tương nano. Khả năng tạo ra đầu vào năng lượng cục bộ và cường độ cao của nó cho phép phá vỡ các giọt lớn hơn tạo thành các giọt có kích thước submicron và nano với hiệu quả rất cao.

Nhũ tương nước-dầu được sản xuất bằng cách sử dụng ultrasonication (Hielscher Ultrasonics)Các nghiên cứu về dầu trong nước (pha nước) và nước trong nhũ tương dầu (pha dầu) đã cho chúng ta quan hệ giữa mật độ năng lượng và kích thước giọt (ví dụ đường kính Sauter). Có một xu hướng rõ ràng cho kích thước giọt nhỏ hơn với mật độ năng lượng ngày càng tăng (Click vào bên phải đồ họa). Ở mức mật độ năng lượng thích hợp, siêu âm có thể dễ dàng và đáng tin cậy đạt được kích thước giọt trung bình trong phạm vi nano.

Đầu dò siêu âm để nhũ tương hóa hiệu quả

Hielscher cung cấp một loạt các ultrasonicators loại thăm dò và các phụ kiện cho việc nhũ hóa hiệu quả và phân tán chất lỏng trong chế độ hàng loạt và dòng chảy.
Các hệ thống bao gồm một số bộ vi xử lý siêu âm lên đến 16.000 watt mỗi, cung cấp công suất cần thiết để dịch ứng dụng phòng thí nghiệm này thành một phương pháp sản xuất hiệu quả để thu được nhũ tương phân tán mịn trong dòng chảy liên tục hoặc theo lô – đạt được kết quả tương đương với chất homogenizers áp suất cao tốt nhất hiện nay có sẵn, chẳng hạn như Van lỗ mới. Ngoài hiệu quả cao này trong nhũ tương liên tục, các thiết bị siêu âm Hielscher yêu cầu bảo trì rất thấp và rất dễ vận hành và để làm sạch. Siêu âm thực sự hỗ trợ việc làm sạch và rửa. Công suất siêu âm được điều chỉnh và có thể thích nghi với các sản phẩm cụ thể và các yêu cầu nhũ tương. Các lò phản ứng tế bào dòng chảy đặc biệt gặp các yêu cầu CIP tiên tiến (sạch tại chỗ) và SIP (khử trùng tại chỗ) cũng có sẵn.

Đồng nhất siêu âm công nghiệp để nhũ hóa hiệu quả dầu và nước. Ultrasonication có hiệu quả cao trong việc sản xuất nhũ tương nano ổn định lâu dài.

MultiSonoReactor MSR-4 là một lò phản ứng đồng nhất nội tuyến công nghiệp thích hợp cho các quá trình nhũ tương hóa (nano) với công suất cao.

Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm:

batch Khối lượng Tốc độ dòng Thiết bị khuyến nghị
0.5 đến 1.5mL N.A. VialTweeter
1 đến 500ml 10 đến 200mL / phút UP100H
10 đến 2000mL 20 đến 400mL / phút UP200Ht, UP400St
0.1 đến 20L 00,2 đến 4L / phút UIP2000hdT
10 đến 100L 2 đến 10L / phút UIP4000hdT
15 đến 150L 3 đến 15L / phút UIP6000hdT
N.A. 10 đến 100L / phút UIP16000
N.A. lớn hơn Cụm UIP16000

Liên hệ chúng tôi! / Hỏi chúng tôi!

Yêu cầu thêm thông tin

Vui lòng sử dụng mẫu dưới đây để yêu cầu thêm thông tin về chất nhũ hóa siêu âm, ứng dụng và giá cả. Chúng tôi sẽ vui mừng thảo luận về quá trình nhũ hóa của bạn với bạn và cung cấp cho bạn một hệ thống siêu âm đáp ứng yêu cầu của bạn!










Video này chứng tỏ bộ xử lý siêu âm Hielscher UP400S chuẩn bị một nhũ tương dầu thực vật có kích thước nano.

Nhũ hóa dầu thực vật trong nước bằng cách sử dụng UP400S

Hình thu nhỏ video

Homogenizers siêu âm cao cắt được sử dụng trong phòng thí nghiệm, bench-top, thí điểm và chế biến công nghiệp.

Hielscher Ultrasonics sản xuất hiệu suất cao siêu âm homogenizers cho các ứng dụng trộn, phân tán, nhũ tương và khai thác trên phòng thí nghiệm, thí điểm và quy mô công nghiệp.



Văn học/tài liệu tham khảo

  • Ahmed Taha, Eman Ahmed, Amr Ismaiel, Muthupandian Ashokkumar, Xiaoyun Xu, Siyi Pan, Hao Hu (2020): Ultrasonic emulsification: An overview on the preparation of different emulsifiers-stabilized emulsions. Trends in Food Science & Technology Vol. 105, 2020. 363-377.
  • Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
  • Behrend, O., Schubert, H. (2000): Influence of continuous phase viscosity on emulsification by ultrasound, in: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.
  • Behrend, O., Schubert, H. (2001): Influence of hydrostatic pressure and gas content on continuous ultrasound emulsification, in: Ultrasonics Sonochemistry 8 (2001) 271-276.
  • F. Joseph Schork; Yingwu Luo; Wilfred Smulders; James P. Russum; Alessandro Butté; Kevin Fontenot (2005): Miniemulsion Polymerization. Adv Polym Sci (2005) 175: 129–255.

Sự kiện đáng biết

Định nghĩa thuật ngữ “Emulsion”

Nhũ tương là hỗn hợp của hai hoặc nhiều chất lỏng không thể trộn lẫn, chẳng hạn như dầu và nước.
Nhũ tương có thể là dầu trong nước (nơi các giọt dầu được phân tán trong nước) hoặc nước trong dầu (nơi các giọt nước được phân tán trong dầu). Nhũ tương được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm các sản phẩm thực phẩm (như salad trộn và mayonnaise), mỹ phẩm (như kem dưỡng da và kem) và dược phẩm (như vắc-xin).
Chất nhũ hóa hoạt động bằng cách giảm sức căng bề mặt giữa hai chất không thể trộn lẫn (như dầu và nước) trong nhũ tương. Điều này làm giảm xu hướng của hai chất tách ra và cho phép chúng tạo thành một hỗn hợp ổn định.

Ổn định chất nhũ hóa

Nói chung, nhũ tương yêu cầu ổn định bằng cách sử dụng chất nhũ hóa hoặc chất hoạt động bề mặt. Chất nhũ hóa là lưỡng tính - chúng thu hút cả nước và các chất béo. Điều này có nghĩa là chúng có đặc tính ưa nước (ưa nước) và kỵ nước (yêu dầu), cho phép chúng tương tác với cả giai đoạn dầu và nước của nhũ tương. Phần ưa nước của phân tử chất nhũ hóa gắn vào các phân tử nước, trong khi phần kỵ nước gắn vào các phân tử dầu.
Bằng cách bao quanh các giọt dầu với các phân tử chất nhũ hóa, chất nhũ hóa tạo ra một lớp bảo vệ xung quanh các giọt ngăn chúng tiếp xúc với nhau và kết hợp (kết hợp với nhau) để tạo thành các giọt lớn hơn. Điều này giúp giữ nhũ tương ổn định và ngăn ngừa sự phân tách.
Vì sự kết hợp của các giọt sau khi gián đoạn ảnh hưởng đến sự phân bố kích thước giọt cuối cùng, chất nhũ hóa ổn định hiệu quả được sử dụng để duy trì phân phối kích thước giọt cuối cùng ở mức bằng với phân phối ngay sau khi gián đoạn giọt trong vùng phân tán siêu âm. Chất ổn định thực sự dẫn đến sự gián đoạn giọt bắn được cải thiện ở mật độ năng lượng không đổi.
Ví dụ về các chất nhũ hóa thường được sử dụng bao gồm lecithin (được tìm thấy trong lòng đỏ trứng và đậu nành), mono- và diglyceride, polysorbate 80 và natri stearoyl lactylate.


Siêu âm hiệu suất cao! Phạm vi sản phẩm của Hielscher bao gồm toàn bộ quang phổ từ máy siêu âm phòng thí nghiệm nhỏ gọn trên các đơn vị băng ghế dự bị đến các hệ thống siêu âm công nghiệp đầy đủ.

Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao từ Phòng thí nghiệm đến kích thước công nghiệp.


Chúng tôi sẽ rất vui khi thảo luận về quá trình của bạn.

Hãy liên hệ.