Một nhũ tương bao gồm hai chất lỏng không thể trộn lẫn, được phân tán mịn trong nhau. Đối với nhũ tương nước trong dầu, pha dầu (pha phân tán) được trộn đều vào pha nước (pha liên tục). Chất nhũ hóa siêu âm được thiết lập tốt để chuẩn bị nhũ tương dầu trong nước và nhũ tương nano. Nhũ tương siêu âm vượt trội bởi sự phân tán giọt đồng đều và ổn định lâu dài do đó được sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm và công nghiệp.

Nhũ tương dầu trong nước siêu âm

Nhũ tương dầu trong nước (O / W) được sử dụng rộng rãi trong nhiều sản phẩm tiêu dùng như thực phẩm, đồ uống, mỹ phẩm, dược phẩm, v.v. cũng như trong công nghiệp (ví dụ: khoa học vật liệu, polyme, sơn, sơn, hóa chất tốt, v.v.).

Định nghĩa nhũ tương dầu trong nước

Nhũ tương dầu trong nước là một hỗn hợp trong đó một pha dầu được phân tán trong nước hoặc một chất lỏng nước khác. Những giọt dầu nhỏ được phân tán mịn trong pha nước (pha liên tục) để tạo ra nhũ tương dầu trong nước này. Nếu dầu (pha phân tán) được phân tán trong nước (pha liên tục), nó là một nhũ tương dầu trong nước; nếu các giọt nước được thêm vào một pha liên tục dầu, nó được gọi là nhũ tương nước trong dầu.
Đối với nhũ tương dầu trong nước, chất lượng nhũ tương thu được phụ thuộc vào công thức (tỷ lệ dầu: nước, chất nhũ hóa) và kỹ thuật nhũ hóa. Chất nhũ hóa siêu âm sử dụng cavitation âm thanh, được đặc trưng bởi lực cắt cao cường độ cao và nhiễu loạn trong chất lỏng. Những lực cường độ cao này phá vỡ hai pha lỏng không thể trộn lẫn thành các giọt nhỏ và trộn chúng đồng đều với nhau. Nhũ tương siêu âm có thể dễ dàng tạo ra các hạt có kích thước nano với kích thước giọt xuống đến 10nm. Kích thước giọt rất nhỏ và sự phân bố kích thước giọt đồng nhất, thậm chí của nhũ tương được chuẩn bị siêu âm biến sonication thành kỹ thuật nhũ tương ưa thích.
 

Đường cong giày phân bố giọt quy mô nano của nhũ tương nano dầu trong nước phân tán siêu âm. Nhũ tương siêu âm này bao gồm tinh dầu bạc hà nhũ hóa trong pha nước liên tục.

Lợi ích của nhũ tương siêu âm

Nhũ tương siêu âm vượt trội các kỹ thuật nhũ tương khác như đồng nhất áp suất cao, trộn cắt cao và vi lỏng theo hiệu quả, sản xuất nhất quán các giọt nano, ổn định nhũ tương cao và khả năng xử lý bất kỳ thể tích nào từ ống nhỏ và cốc đến các dòng suối lớn.
Ví dụ, Li và Xiang (2019) đã cho thấy trong nghiên cứu so sánh của họ về đồng nhất áp suất cao và nhũ tương siêu âm mang lại nhũ tương đồng nhất, ổn định hơn. Sự tập hợp trong nhũ tương dầu dừa trong nước chỉ xuất hiện sau khi bị đồng nhất áp suất cao, trong khi nhũ tương được tạo ra bởi nhũ tương siêu âm vẫn ổn định trong 30 ngày lưu trữ.
Khi so sánh với kích động cơ học, nhũ tương được điều chế bằng kỹ thuật siêu âm đã được tìm thấy là ổn định hơn trong thời gian dài hơn thời gian khi so sánh với nhũ tương chuẩn bị bởi kích động cơ học có thể được quy cho kích thước giọt nhỏ đó là nhiệt động lực học ổn định. Kỹ thuật siêu âm cho nhũ tương ổn định hơn so với phương pháp kích động cơ học thông thường. (x. Ramisetty và Shyamsunder, 2011)
O'Sullivan et al. (2015) cho thấy trong nghiên cứu của họ rằng nhũ tương siêu âm luôn mang lại nhũ tương submicron (ít hơn 200 nm). Tuy nhiên, nhũ tương nano với kích thước giọt đồng đều 10nm có thể dễ dàng và đáng tin cậy đạt được trong điều kiện tối ưu hóa. Kích thước giọt nhũ tương ultrasonically sản xuất là một chức năng của thời gian xử lý và biên độ siêu âm cho cả hai lô và xử lý liên tục.

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.

Nguyên tắc làm việc của nhũ tương siêu âm

Việc sản xuất siêu âm nhũ tương và nhũ tương nano (chẳng hạn như nước trong dầu và nhũ tương nước trong dầu) dựa trên nguyên tắc làm việc của cavitation âm thanh. Để tạo ra cavitation âm thanh, cường độ cao, siêu âm tần số thấp được tạo ra bởi một đầu dò siêu âm và truyền qua sừng siêu âm và thăm dò (sonotrode) vào một chất lỏng. Siêu âm công suất cao được coi là siêu âm trong phạm vi 16-30kHz. Đầu dò siêu âm mở rộng và hợp đồng ví dụ, ở 20kHz, do đó truyền tương ứng 20.000 rung động mỗi giây vào môi trường. Khi sóng siêu âm đi qua chất lỏng, xen kẽ áp suất cao (nén) / áp suất thấp (rarefaction / mở rộng) chu kỳ tạo ra sâu răng phút (bong bóng chân không), mà phát triển qua nhiều chu kỳ áp lực. Trong giai đoạn nén của chất lỏng và bong bóng, áp suất là dương, trong khi pha rarefaction tạo ra chân không (áp suất âm). Trong chu kỳ mở rộng nén, các khoang trong chất lỏng phát triển cho đến khi chúng đạt đến kích thước, tại đó chúng không thể hấp thụ thêm năng lượng. Tại thời điểm này, họ nổ tung dữ dội. Sự bùng nổ của những khoang kết quả trong các hiệu ứng năng lượng cao khác nhau, được gọi là hiện tượng cavitation âm thanh / siêu âm. Cavitation âm thanh được đặc trưng bởi các hiệu ứng đa dạng năng lượng cao, tác động đến các hệ thống chất lỏng-lỏng, rắn-lỏng và khí-lỏng. Vùng năng lượng dày đặc hoặc vùng cavitational được gọi là vùng điểm nóng, dày đặc năng lượng nhất trong vùng lân cận của đầu dò siêu âm và giảm với khoảng cách ngày càng tăng từ sonotrode. Các đặc điểm chính của siêu âm cavitation bao gồm tại địa phương xảy ra nhiệt độ rất cao và áp suất và vi sai tương ứng, nhiễu loạn, và chất lỏng streaming. Trong sự bùng nổ của sâu răng siêu âm ở các điểm nóng siêu âm, nhiệt độ lên đến 5000 Kelvin, áp suất lên đến 200 bầu khí quyển và máy bay phản lực chất lỏng với lên đến 1000km / h có thể được đo. Những điều kiện năng lượng cường độ cao nổi bật góp phần vào hiệu ứng sonomechanical tăng cường các quá trình bằng cách trộn hiệu quả cao, phân tán và nhũ hóa. Các lực cắt siêu âm, chất lỏng trực tuyến và nhiễu loạn phá vỡ các giọt và trộn chúng thống nhất với nhau. Ultrasonication hiệu suất cao tạo ra các giọt nano đáng tin cậy với sự phân bố kích thước đồng đều. Điều này làm cho nhũ tương siêu âm là phương pháp ưa thích để chuẩn bị nhũ tương dầu trong nước / nhũ tương nano với độ ổn định nhũ tương cao và thời hạn sử dụng.

Ảnh hưởng của cường độ siêu âm về chất lượng nhũ tương

Chất lượng nhũ tương chủ yếu được đặc trưng bởi sự ổn định của nó. Đổi lại, sự ổn định nhũ tương là một yếu tố của sự phân bố kích thước giọt và công thức nhũ tương.
Cường độ siêu âm, tức là biên độ và thời gian sonication, là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng nhũ tương thu được.
Trong nghiên cứu, nhũ tương siêu âm được chia thành hai giai đoạn: Trong bước đầu tiên, một sự kết hợp của sóng interfacial và sự bất ổn định Rayleigh-Taylor xảy ra, gây ra sự phun trào của các giọt pha phân tán vào giai đoạn liên tục.
Trong bước thứ hai, các giọt được phá vỡ thông qua xâm thực âm thanh gần các pha ranh giới giọt. Các tác động mạnh mẽ của sự gián đoạn và trộn giọt gây ra bởi sóng xung kích xâm thực tạo ra kích thước giọt rất nhỏ. Cường độ siêu âm, biên độ và thời gian sonication chịu trách nhiệm cho tác động thu được của cavitation và do đó các thông số có ảnh hưởng nhất liên quan đến nhũ tương kích thước tốt. Bộ vi xử lý siêu âm công nghiệp Hielscher Ultrasonics có thể cung cấp biên độ rất cao. Biên độ lên đến 200μm có thể dễ dàng chạy liên tục trong hoạt động 24/7. Đối với biên độ cao hơn, sonotrodes siêu âm tùy chỉnh có sẵn.

Chất nhũ hóa siêu âm hiệu suất cao

Nhũ tương siêu âm là một công nghệ xử lý đáng tin cậy, tạo điều kiện và đẩy nhanh quá trình sản xuất nhũ tương chất lượng cao với submicron và các giọt có kích thước nano. Hielscher Ultrasonics danh mục đầu tư bao gồm đầy đủ từ ultrasonicators phòng thí nghiệm nhỏ gọn để hệ thống công nghiệp cho các ứng dụng nhũ tương hóa. Điều này cho phép chúng tôi tại Hielscher cung cấp cho bạn ultrasonicator phù hợp nhất cho chất lượng nhũ tương dự kiến của bạn và khả năng xử lý. Đội ngũ nhân viên giàu kinh nghiệm lâu năm của chúng tôi sẽ hỗ trợ bạn từ các bài kiểm tra khả thi và tối ưu hóa quy trình đến việc lắp đặt hệ thống siêu âm của bạn ở cấp độ sản xuất cuối cùng.
Việc in chân nhỏ của vắt siêu âm của chúng tôi cũng như tính linh hoạt của chúng trong các tùy chọn cài đặt làm cho chúng phù hợp ngay cả vào các cơ sở xử lý không gian nhỏ. Bộ vi xử lý siêu âm được cài đặt trên toàn thế giới trong thực phẩm, dược phẩm và các cơ sở sản xuất bổ sung dinh dưỡng.

Hielscher Ultrasonics – Hệ thống nhũ tương tinh vi

Danh mục sản phẩm Hielscher Ultrasonics bao gồm đầy đủ các chất nhũ hóa siêu âm hiệu suất cao từ quy mô nhỏ đến lớn. Phụ kiện bổ sung cho phép lắp ráp dễ dàng cấu hình thiết bị siêu âm phù hợp nhất cho quá trình nhũ tương hóa của bạn. Việc thiết lập siêu âm tối ưu phụ thuộc vào công suất dự kiến, khối lượng, nguyên liệu, quá trình hàng loạt hoặc nội tuyến và thời gian.

Batch và inline

Hielscher siêu âm emulsifiers có thể được sử dụng cho hàng loạt và liên tục dòng chảy thông qua chế biến. Xử lý hàng loạt siêu âm là lý tưởng để kiểm tra quy trình, tối ưu hóa và mức độ sản xuất từ nhỏ đến trung bình. Đối với một khối lượng lớn nhũ tương sản xuất, xử lý nội tuyến có thể thuận lợi hơn. Một quá trình trộn nội tuyến liên tục đòi hỏi một thiết lập tinh vi – bao gồm trong một máy bơm, ống hoặc ống và bể -, nhưng nó có hiệu quả cao, nhanh chóng và đòi hỏi ít lao động hơn đáng kể. Hielscher Ultrasonics có thiết lập nhũ tương phù hợp nhất cho khối lượng nhũ tương của bạn và mục tiêu quá trình.

Đầu dò siêu âm và lò phản ứng để nhũ hóa ở bất kỳ kích thước nào

Hielscher Ultrasonics phạm vi sản phẩm bao gồm đầy đủ các bộ vi xử lý siêu âm từ ultrasonicators phòng thí nghiệm nhỏ gọn trên băng ghế dự bị và hệ thống thí điểm để bộ vi xử lý siêu âm hoàn toàn công nghiệp với khả năng xử lý xe tải mỗi giờ. Phạm vi sản phẩm đầy đủ cho phép chúng tôi cung cấp cho bạn chất nhũ hóa siêu âm phù hợp nhất cho công suất quy trình và mục tiêu sản xuất của bạn.
Hệ thống siêu âm benchtop là lý tưởng cho thử nghiệm khả thi và tối ưu hóa quá trình. Quy mô tuyến tính dựa trên các thông số quy trình được thiết lập làm cho nó rất dễ dàng để tăng năng lực xử lý từ rất nhiều nhỏ hơn để sản xuất thương mại đầy đủ. Up-scaling có thể được thực hiện bằng cách cài đặt một đơn vị vắt siêu âm mạnh mẽ hơn hoặc cụm một số ultrasonicators song song. Với UIP16000, Hielscher cung cấp chất nhũ hóa siêu âm mạnh nhất trên toàn thế giới.

Chính xác điều khiển amplitudes cho kết quả tối ưu

Tất cả các ultrasonicators Hielscher được kiểm soát chính xác và do đó ngựa làm việc đáng tin cậy trong sản xuất. Biên độ là một trong những thông số quá trình quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả và hiệu quả của nhũ tương siêu âm Biên độ là một yếu tố quan trọng, ảnh hưởng đến chất lượng nhũ tương siêu âm quyết định. Tất cả các bộ vi xử lý Hielscher Ultrasonics cho phép thiết lập chính xác biên độ. Sonotrodes và sừng tăng cường là những phụ kiện cho phép sửa đổi biên độ trong phạm vi rộng hơn nữa. Bộ vi xử lý siêu âm công nghiệp của Hielscher có thể cung cấp biên độ rất cao và cung cấp cường độ siêu âm cần thiết cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe. Biên độ lên đến 200μm có thể dễ dàng chạy liên tục trong hoạt động 24/7.
Cài đặt biên độ chính xác và giám sát vĩnh viễn các thông số quá trình siêu âm thông qua phần mềm thông minh cung cấp cho bạn khả năng điều trị nhũ tương của bạn với các điều kiện siêu âm hiệu quả nhất. Sonication tối ưu cho kết quả nhũ tương tốt nhất!
Sự mạnh mẽ của thiết bị siêu âm của Hielscher cho phép hoạt động 24/7 tại nhiệm vụ nặng nề và trong môi trường đòi hỏi khắt khe. Điều này làm cho thiết bị siêu âm của Hielscher trở thành một công cụ làm việc đáng tin cậy đáp ứng các yêu cầu nhũ tương của bạn.

Dễ dàng, kiểm tra rủi ro miễn phí

Quá trình siêu âm có thể được thu nhỏ hoàn toàn tuyến tính. Điều này có nghĩa là mỗi kết quả mà bạn đã đạt được bằng cách sử dụng một phòng thí nghiệm hoặc băng ghế dự bị-top ultrasonicator, có thể được thu nhỏ để chính xác cùng một đầu ra bằng cách sử dụng các thông số quá trình chính xác cùng. Điều này làm cho ultrasonication lý tưởng cho thử nghiệm tính khả thi rủi ro miễn phí, tối ưu hóa quy trình và thực hiện tiếp theo vào sản xuất thương mại. Liên hệ với chúng tôi để tìm hiểu làm thế nào sonication có thể cải thiện sản xuất nhũ tương của bạn.

Chất lượng cao nhất – Thiết kế và sản xuất tại Đức

Là một doanh nghiệp do gia đình sở hữu và gia đình chạy, Hielscher ưu tiên các tiêu chuẩn chất lượng cao nhất cho bộ xử lý siêu âm của nó. Tất cả các ultrasonicators được thiết kế, sản xuất và kiểm tra kỹ lưỡng tại trụ sở chính của chúng tôi tại Teltow gần Berlin, Đức. Mạnh mẽ và độ tin cậy của thiết bị siêu âm của Hielscher làm cho nó một con ngựa làm việc trong sản xuất của bạn. 24/7 hoạt động dưới tải đầy đủ và trong môi trường đòi hỏi là một đặc tính tự nhiên của máy trộn hiệu suất cao của Hielscher.

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