Emulze olej ve vodě (O/V) jsou široce používány ve spotřebních výrobcích, jako jsou potraviny, nápoje, kosmetika a léčiva, a také v průmyslu. Emulze jsou hrubé disperzní soustavy, které vznikají ze dvou vzájemně nemísitelných kapalin, nejčastěji olej a voda, kde jedna kapalina je rozptýlena ve formě malých kapiček v druhé. V emulzích olej ve vodě je olej dispergován ve vodní kontinuální fázi, zatímco u emulzí typu voda v oleji (W/O) je voda dispergovanou fází a kapičky vody jsou distribuovány v kontinuální olejové fázi.
Hielscher Ultrasonics poskytuje pokročilé sonikátory a rozsáhlou podporu, které pomáhají vytvořit jednotné, stabilní emulze oleje ve vode s nano-kapičkami. Ultrazvuková emulgace využívá akustickou kavitaci ageneruje intenzivní vysoké smykové síly a turbulence, což umožňuje rozbít nemísitelné kapaliny na velmi malé kapičky a rovnoměrně je promíchat. Ultrazvuková emulgace překonává jiné techniky a nabízí efektivní a konzistentní produkci nano-kapiček a vysokou stabilitu emulze.
Principy a parametry tvorby emulsí O/V
Ultrazvuková emulgace se opírá o akustickou kavitaci, kterou generuje ultrazvuk s vysokou intenzitou a nízkou frekvencí (16-30 kHz). Energie z ultrazvukové sondy vytváří vysokotlaké a nízkotlaké cykly, vede k vzniku a implozi vakuových bublin a následnému rozptýlení olejových kapiček ve vodné fázi. Kvalita emulze je primárně určena stabilitou, kterou ovlivňuje distribuce velikosti kapek a složení emulze. Amplituda, doba trvání ultrazvuku a další parametry jsou klíčové pro dosažení submikronových a nano-kapiček.
Křivka distribuce kapiček v nanorozměrech ukazuje, že ultrazvukem dispergovaná nanoemulze mají velmi úzké, objemově vážené rozdělení velikosti částic, často v rozmezí od 9 do 40 nanometrů; 95 % částic má velikost menší než 28 nm. Taková velikostní distribuce je spojena s vysokou stabilitou a lepší biologickou dostupností v potravinářských, kosmetických či farmaceutických aplikacích.
Stabilita a složení emulze
Emulze typu O/V vyžaduje pečlivé složení a volbu emulgátorů k dosažení optimální stability. Emulgátory snižují povrchové napětí mezi polární vodní fází a nepolární olejovou fází, čímž zabraňují separaci. Volba emulgátorů výrazně ovlivňuje stabilitu a výkon emulze. Lecitin, Sorbitanové estery a Polysorbáty jsou příklady emulgátorů používaných v různých typech emulsí. Zvláště pro O/W emulze se často používají Polysorbáty (např. Tween 20, Tween 60, Tween 80), zatímco pro W/O emulze mohou být účinné Lecitin a některé estery.
V případě kosmetických a potravinářských aplikací je běžné použití nanoemulzí, které bývají stabilní díky kombinaci vhodných emulgátorů a ultrazvukové disperze. Z hlediska praktického zhodnocení se zmiňuje, že ultrazvuková příprava emulze dokáže zajistit vysoce uniformní velikost kapek a tedy i konzistentní texturu a vzhled finálního produktu.
Porovnání typů emulzí a jejich praktické využití
- Olej ve vodě (O/W) - olej je dispergován v kontinuální vodní fázi. Má obecně lehčí pocit, je vhodný pro pleťové vody, lotiony a obklady. Emulze bývá méně mastná a snadněji se vyplachuje.
- Voda ve oleji (W/O) - voda je dispergováná ve vodě po oleji, poskytuje vyšší mastnost a lepší hydrofobnost, často používaná v krémech pro suchou a citlivou pokožku, v opalovacích krémech a mnoha make-upech. Tyto emulze bývají voděodolné, avšak obtížnější na přípravu a stabilizaci.
Volba mezi O/V a V/O závisí na požadované textuře, stabilitě a použití produktu. Zákazníci se často ptají na rozdíly mezi těmito typy, a klíčový rozdíl spočívá v typech emulgátorů a jejich rozpustnosti - emulgátory snadno rozpustné ve vodě lépe podporují O/W emulze a naopak.
Praktické ukázky a demonstrační testy
CBD Nanoemulsion zaznamenává velmi úzké rozdělení velikosti kapek s nano-kapičkami 9-40 nm. 95 % částic je menších než 28 nm. Takové nanoemulze jsou produkovány v laboratorních podmínkách a slouží jako ukázka vlivu ultrazvukové homogenizace na velikost částic a transparentnost systému.
Ukázky z videí ukazují výrobu nanoemulze konopného oleje bohatého na CBD ve vodě pomocí ultrazvuku UP400St. Následné měření pomocí NANO-flex DLS potvrzuje velmi úzkou distribuci velikosti částic a vysokou homogenitu.
Praktické použití a provozní doporučení
Hielscher nabízí celou řadu zařízení od laboratorních až po průmyslové měřítko, které zajišťují vhodný systém pro emulzní proces. Stolní systémy jsou ideální pro testování proveditelnosti a optimalizaci procesů; škálování je možné upgradem výkonnější jednotky nebo shlukováním více ultrazvukových jednotek. UIP16000 je nejvýkonnější ultrazvukový emulgátor na světě.
Amplituda je klíčovým parametrem, který ovlivňuje kvalitu emulze. Průmyslové procesory Hielscher mohou běžet nepřetržitě při vysokých amplitudách, s nastaveními, která optimalizují podmínky sonikace pro dosažení nejlepších výsledků. Ultrazvukové procesy jsou lineárně škálovatelné a výsledky dosažené v laboratorních systémech lze replikovat v průmyslovém měřítku se stejnými parametry.
Časté otázky a terminologie
- Co je emulze olej ve vode a jaké je její hlavní složení? - Emulze je disperzní soustava dvou nemísitelných kapalin, oleje a vody, kde jedna z fází je dispergována ve druhé. Typy: O/W a W/O.
- Jaký je nejlepší emulgátor pro emulzi O/W nebo W/O? - Pro O/W bývají účinné polysorbáty a lecitin; pro W/O se hodí lecitin a další lipofilní emulgátory.
- Jaké jsou klíčové parametry pro kvalitu emulze? - Distribuce velikosti kapek, stabilita, složení emulze a intenzita sonikace.
V kosmetickém světě a v průmyslu je důležité rozpoznat rozdíly mezi emulzemi O/W a W/O a chápat jejich vliv na texturu a stabilitu produktů. Výsledek správné emulgace je měřitelný nejen velikostí kapek, ale i viskozitou a vodivostí v jednotlivých fázích a jejich interakcí s použitými emulgátory.
Specifika pro praktické použití a údržbu systému
Amplituda, délka ultrazvuku a typ sonotody jsou klíčové parametry ovlivňující konečnou kvalitu emulze. UIP16000 a další průmyslové verwerkt umožňují škálovat produkci z laboratorního do výrobního měřítka bez změny parametrů, což zjednodušuje testování proveditelnosti a transfer do výroby.
Jako rodinný podnik klade Hielscher důraz na kvalitu a podporu od testů proveditelnosti až po finální nastavení výroby. Náš technický tým může provádět testy a měřit emulze v nanorozměru, čímž umožňuje přesné ladění procesu pro vaše konkrétní produkty.