Sản xuất siêu âm nhũ tương nano ổn định

• Nhũ tương nano – Còn được gọi là nhũ tương nhỏ hoặc nhũ tương submicron – được sử dụng trong một loạt các ứng dụng trong hóa học, sơn, sơn, mỹ phẩm, dược phẩm và thực phẩm.
• Ultrasonicators được biết đến như là một kỹ thuật hiệu quả cao và đáng tin cậy để sản xuất nanoemulsions ổn định lâu dài.

Tại sao siêu âm cho nanoemulsification

Siêu âm nanoemulsification là một kỹ thuật sử dụng tần số thấp, sóng siêu âm công suất cao để tạo ra nhũ tương ổn định và đồng đều của các giọt nhỏ, thường trong khoảng 10-200 nm. Kỹ thuật này có một số ưu điểm so với các phương pháp nhũ hóa truyền thống, làm cho nó vượt trội trong các ứng dụng khác nhau. Một số ưu điểm này là:

• Kích thước hạt đồng nhất: Siêu âm nanoemulsification tạo ra các giọt nhỏ và đồng đều, cung cấp sự ổn định tốt hơn và khả dụng sinh học. Những giọt này có tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích cao, làm cho chúng phản ứng nhanh hơn và hiệu quả hơn trong các ứng dụng khác nhau.
• Độ ổn định cao: Nhũ tương nano siêu âm có độ ổn định động học cao do kích thước nhỏ và tính đồng nhất của chúng, làm cho chúng có khả năng chống lại sự kết hợp, keo tụ và lắng đọng. Sự ổn định này làm cho chúng lý tưởng để sử dụng trong các ứng dụng thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm và hóa học.
• Giảm tiêu thụ năng lượng: Siêu âm nanoemulsification đòi hỏi đầu vào năng lượng thấp hơn so với các phương pháp nhũ tương hóa truyền thống như đồng nhất hoặc vi lỏng, làm cho nó tiết kiệm năng lượng hơn và tiết kiệm chi phí.
• Linh hoạt: Siêu âm nanoemulsification có thể được sử dụng để nhũ hóa một loạt các vật liệu, bao gồm lipid, hợp chất ưa nước, và các chất không tan trong nước. Điều này làm cho nó trở thành một kỹ thuật linh hoạt có thể được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau.
  Thời gian xử lý nhanh: Siêu âm nanoemulsification là một quá trình nhanh chóng có thể được hoàn thành trong vài phút, làm cho nó phù hợp cho sản xuất quy mô lớn.

Nhìn chung, nanoemulsification siêu âm cung cấp một số lợi thế so với các phương pháp nhũ tương hóa truyền thống, làm cho nó trở thành một kỹ thuật vượt trội cho các ứng dụng khác nhau.
 

Hình thành siêu âm của Nanoemulsions

Nhũ tương siêu âm được gây ra bằng cách ghép các sóng siêu âm điện vào một hệ thống chất lỏng. Bằng cách sonicating một chất lỏng, hai cơ chế xảy ra:

1. Trường âm thanh tạo ra sóng truyền qua chất lỏng và gây ra nhiễu loạn vi mô và chuyển động xen kẽ. Qua đó, pha biên trở nên không ổn định, do đó pha phân tán (bên trong) cuối cùng bị phá vỡ và tạo thành các giọt trong pha liên tục (bên ngoài).
2. Việc áp dụng tần số thấp, siêu âm công suất cao tạo ra cavitation (Kentish và cộng sự 2008). Bằng siêu âm cavitation, microbubbles hoặc voids được hình thành trong môi trường do các chu kỳ áp suất của sóng siêu âm. Các microbubbles / voids phát triển qua nhiều chu kỳ sóng cho đến khi chúng sụp đổ dữ dội. Vụ nổ bong bóng này gây ra các điều kiện khắc nghiệt cục bộ như cắt rất cao, tia chất lỏng và tốc độ làm nóng và làm mát cực cao. (Suslick 1999).

Những lực cực đoan này phá vỡ các giọt chính của pha phân tán (bên trong) xuống thành giọt nano và trộn chúng đồng nhất vào pha liên tục (bên ngoài).
Đọc ở đây thêm về những ảnh hưởng của cavitation siêu âm trên nhũ tương hóa!

Nhũ tương nano dược phẩm

Nhũ tương lipid – Sản xuất bởi Ultrasonics – được áp dụng rộng rãi như chất mang cho các tác nhân dược lý trong các công thức dược phẩm. Ví dụ, miniemulsions có thể hoạt động như chất mang thuốc tiêm hoặc thiết bị phân phối thuốc để nhắm mục tiêu các mô. Bên cạnh khả dụng sinh học cao của các hợp chất hoạt tính đóng gói, ưu điểm của nhũ tương mini nằm ở khả năng tương thích sinh học cao, khả năng phân hủy sinh học, ổn định và dễ sản xuất quy mô lớn. Do đặc tính cấu trúc của chúng, chúng có thể kết hợp các phân tử kỵ nước cũng như lưỡng tính. Nhũ tương nano được chuẩn bị siêu âm đã được nạp với tocopherols, vitamin, curcurmin và nhiều chất dược lý khác.
Hệ thống siêu âm của Hielscher là chất nhũ hóa đáng tin cậy để điều chế nhũ tương nano chứa thuốc. Đối với nhũ tương siêu âm, Hielscher cung cấp các phụ kiện khác nhau để tối ưu hóa quá trình nhũ hóa. Hielschers MultiPhaseCavitator là một add-on độc đáo cho các tế bào dòng chảy siêu âm, trong đó giai đoạn thứ hai được tiêm như dòng rất hẹp trực tiếp vào vùng điểm nóng siêu âm của nhũ tương hóa.

Nhũ tương nano cấp thực phẩm

Nhũ tương nano mang lại nhiều lợi ích khác nhau cho việc xây dựng các sản phẩm thực phẩm. Nhũ tương nano cho thấy sự ổn định tốt đối với sự phân tách hấp dẫn, keo tụ, kết tụ và cung cấp sự giải phóng và/hoặc hấp thụ có kiểm soát các thành phần chức năng do kích thước giọt nhỏ và diện tích bề mặt lớn. Ngoài ra, chúng cung cấp khả dụng sinh học cao của các hợp chất hoạt động, điều này rất quan trọng đối với việc cung cấp các chất dinh dưỡng và hoạt chất. Hơn nữa, chúng cung cấp các đặc tính xây dựng tốt vì chúng trong suốt hoặc mờ trực quan và các giọt kích thước submicron / nano của chúng gây ra cảm giác miệng mịn màng và kem. Do đó, việc sản xuất nhũ tương nano ổn định là một nhiệm vụ có mặt khắp nơi cho ngành công nghiệp thực phẩm, ví dụ như để xây dựng các sản phẩm tăng cường vitamin hoặc axit béo (ví dụ như vitamin C, vitamin E, omega-3, omega-6, omega-9 có nguồn gốc từ hạt thực vật hoặc dầu cá) hoặc để sản xuất các sản phẩm có hương vị (ví dụ: với tinh dầu).

Phân bố giọt nano của nhũ tương nano phân tán siêu âm (nhũ tương dầu oải hương trong nước). Nhũ tương đã được chuẩn bị với đầu dò siêu âm UP400St.

Nhũ tương nano mỹ phẩm

Đặc biệt, nhũ tương nano nước trong dầu (W / O) mang lại nhiều lợi ích khác nhau cho việc đóng gói chất ưa nước hoạt tính sinh học thành các giọt kích thước nano (trong nhũ tương đơn hoặc đôi).
Bấm vào đây để đọc thêm về công thức không có chất hoạt động bề mặt của nhũ tương mỹ phẩm với siêu âm!

Trùng hợp nhũ tương thu nhỏ

Phản ứng trùng hợp miniemulsion hỗ trợ siêu âm được áp dụng cho các quá trình khác nhau – từ việc đóng gói các hạt vô cơ đến tổng hợp các hạt latex. Việc áp dụng siêu âm điện cho các phản ứng hóa học như trùng hợp, tổng hợp, vv được gọi là sonochemistry.
Bấm vào đây để đọc thêm về Sonochemistry, tổng hợp siêu âm latex và kết tủa siêu âm!

Ổn định nhũ tương

Mặc dù một số nhũ tương nano có thể ổn định mà không cần sử dụng bất kỳ chất hoạt động bề mặt hoặc chất nhũ hóa nào do kích thước và phân bố giọt ở kích thước nano, các nhũ tương nano khác yêu cầu sử dụng các chất ổn định để có được sự ổn định lâu dài và chất lượng sản phẩm tối ưu. Sự ổn định có thể được thực hiện bằng cách thêm chất hoạt động bề mặt (tensid) hoặc các hạt rắn hoạt động như chất ổn định. Nhũ tương, được ổn định bởi các hạt rắn được gọi là nhũ tương Pickering. Lactose, albumin, lecithin, chitosan, cyclodextrin, maltodextrin, tinh bột, vv có thể được sử dụng làm chất ổn định keo trong nhũ tương Pickering. Bấm vào đây để tìm hiểu thêm về nhũ tương Pickering được tạo ra siêu âm!
Nhũ tương siêu âm có thể được thực hiện cho tất cả các loại nhũ tương. Nếu một chất ổn định là cần thiết cho một nhũ tương cụ thể, có thể dễ dàng kiểm tra ở quy mô nhỏ.
Xin lưu ý rằng lượng chất hoạt động bề mặt cần thiết tăng lên khi kích thước giọt giảm vì tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích (S / V) cho các quả cầu được cho bởi: S / V = 3 / R. Ví dụ, đường kính của hạt hoặc giọt càng nhỏ, diện tích bề mặt càng có nhiều so với thể tích của nó.

Thiết bị nhũ tương siêu âm

Việc sản xuất nhũ tương submicron và nano ổn định đòi hỏi thiết bị siêu âm mạnh mẽ. Thiết bị nhũ tương siêu âm Hielscher cung cấp biên độ rất cao (lên đến 200μm cho ultrasonicators công nghiệp, biên độ cao hơn theo yêu cầu) để tạo ra một trường âm thanh cường độ cao.
Tuy nhiên, để sản xuất nhũ tương nano ổn định, chỉ riêng thiết bị siêu âm điện thường không đủ. Bên cạnh đủ năng lượng siêu âm, kiểm soát chính xác các thông số quá trình và các phụ kiện tinh vi (như sonotrode, lò phản ứng tế bào dòng chảy, làm mát) là cần thiết để thu được các giọt có kích thước nano và sự phân tán đồng nhất của cả hai, pha nước và dầu vào nhau.
Hielscher MultiPhaseCavitator: Để tạo ra nhũ tương vượt trội với sự phân bố giọt rất hẹp, Hielscher đã phát triển một chèn tế bào dòng chảy độc đáo – MultiPhaseCavitator. Với tiện ích bổ sung tế bào dòng chảy đặc biệt này, giai đoạn thứ hai của nhũ tương được tiêm liên tục qua 48 ống thông nhỏ vào vùng xâm thực. Công nghệ này cho phép sản xuất đáng tin cậy và hiệu quả, các giọt kích thước nano rất nhỏ và nhũ tương có độ ổn định cao.

Hielscher Ultrasonics chuyên cung cấp hệ thống siêu âm cao cấp và các phụ kiện cho kết quả xử lý tối ưu. Kinh nghiệm lâu năm của chúng tôi trong xử lý siêu âm và hợp tác chặt chẽ với khách hàng của chúng tôi đảm bảo thực hiện thành công siêu âm vào dây chuyền sản xuất.
Đối với các thử nghiệm ban đầu, phát triển quy trình và tối ưu hóa quy trình, chúng tôi cung cấp một phòng thí nghiệm quy trình và trung tâm kỹ thuật được trang bị đầy đủ.
Hơn nữa, chúng tôi cung cấp tư vấn chuyên sâu, phát triển các hệ thống siêu âm tùy chỉnh và dịch vụ kỹ thuật sâu sắc để lắp đặt, đào tạo và bảo trì.