امولسیون یک سیستم دو فازی از دو مایع غیر قابل امتزاج است، جایی که یک فاز، به نام فاز داخلی یا پخش شده، به عنوان قطرات کوچک در فاز دیگر یا فاز خارجی یا پیوسته توزیع می‌شود. برای تهیه یک امولسیون، به طور کلی ورود انرژی به سیستم دو فازی مورد نیاز است. نیروهای برشی فراصوتی به خوبی اثبات شده‌اند که بسیار کارآمد هستند و امولسیون‌های با قطرات نانو و با کیفیت برتر تولید می‌کنند. سایز قطرات را میزان انرژی که امواج التراسونیک به مخلوط اعمال می کند تعیین می‌کند یعنی می توان با التراسونیک علاوه بر نانوامولسیون، میکرو امولسیون یا ماکروامولسیون نیز تولید کرد.
افزایش پایدار امولسیون با التراسونیک
اثرات فیزیکی اولتراسونیک ناشی از حباب‌زایی صوتی باعث اختلال در قطرات روغن و آب می‌شود و این به تشکیل امولسیون‌های پایدار O/W و W/O با اندازه قطرات بسیار کوچک در محدوده میکرون و نانو کمک می‌کند. به دلیل اندازه بسیار کوچک قطره‌ها و مساحت سطح بالا، نانوامولسیونها خواص بیولوژیک بسیار بالا را ارائه می‌دهند که برای تولید مواد غذایی و مکمل، داروها و محصولات آرایشی بسیار مهم هستند. به دلیل اندازه کوچک قطره‌ها، ترکیب بیولوژیک به‌سرعت می‌تواند به داخل سلول‌ها نفوذ کند. همچنین در علوم مواد و صنعت، نانوامولسیونها برای تولید پوشش‌ها، رنگ‌ها، پلیمرها و سایر کامپوزیت‌های با کیفیت اهمیت دارند. نانو‌امولسیون‌هایی که با کمک التراسونیک تهیه شده‌اند معمولاً به‌طور قابل‌توجهی پایدارتر از ماکروامولسیون‌ها هستند و علائم رسوب، ادغام یا تراکم را نشان نمی‌دهند.
مزیت های امولسیون سازی التراسونیک
- نانوامولسیونها و مینی‌امولسیون‌ها
- بازده بسیاربالا
- بچ یا پیوسته
- مناسب برای مایعات با ویسکوزیته کم تا زیاد
- تکرارپذیری
- قابل اطمینان
- استفاده آسان و ایمن
امولسیون‌سازی التراسونیک
Zungur و همکاران (2015) امولسیون‌سازی التراسونیک را با امولسیون‌سازی کلاسیک با پمپ هموژنایزر(high shear mixer) برای تهیه امولسیون‌های آب-روغن زیتون مقایسه کردند. برای امولسیون‌ها از پروتئین ایزوله آب پنیر (WPI) و مالتودکسترین به عنوان عوامل کپسوله‌سازی و توئین20 به عنوان پایدارکننده استفاده شد. "مقادیر شاخص روغنی امولسیون‌های تهیه شده با روش‌های پمپ هموژنایزر و التراسونیک، به ترتیب بین 20.77 تا 86.26 درصد و 15.63 تا 91.55 درصد تغییر کرد. به طور کلی، نتایج نشان دادند که امولسیون‌های تهیه شده با امولسیون‌سازی التراسونیک پایدارتر از روش هموژنایزر رتور استاتوری هستند.
تصاویر میکروسکوپی (با بزرگنمایی 100X) امولسیون‌های حاوی 40 درصد ماده خشک (وزنی) و 9 درصد روغن (وزنی) که به روش پمپ هموژنایزر با (a) WPI، (b) MD، (c) مخلوط WPI-MD (1:1) تهیه شده بودند؛ و توسط روش همزن التراسونیک با (d) WPI، (e) MD، (f) مخلوط WPI-MD (1:1) حاصل شده بودند.
امولسیون‌سازی التراسونیک منجر به تشکیل قطره‌های قابل ملاحظه کوچکتر و پایداری بهتر امولسیون می‌شود.
taha و همکاران (2020) در مقاله مروری خود نتیجه‌گیری کرده‌اند که اولتراسونیک با شدت بالا (HIU) "می‌تواند برای بهبود ویژگی‌های امولسیون سازی مواد امولسیفایر مانند پروتئین‌ها و پلی‌ساکاریدها در مواد غذایی و افزایش پایداری امولسیون‌های آنها استفاده شود. امولسیون‌های پایدار شده توسط پروتئین-پلی‌ساکارید که توسط اولتراسونیک با شدت بالا تولید شده‌اند، پایداری بهتری در مقابل استرس‌های محیطی از جمله پایداری نسبت به هرجزئء نشان دادند. علاوه بر این، چندین مطالعه نشان داده‌اند که هموژنایزر اولتراسونیک با شدت بالا به میزان انرژی موثرتری نسبت به هموژنایزرهای فشار بالا و میکروفلوئیدایزرها هستند." (تاها و همکاران، 2020)
عوامل موثر بر کیفیت امولسیون از نظر ابعاد قطره‌ها عبارتند از:
- اندازه میانگین قطره‌ها (تحت تأثیر تکنیک امولسیون سازی)
- توزیع اندازه قطره‌ها (تحت تأثیر تکنیک امولسیون سازی)
- ویسکوزیته فاز داخلی
- ویسکوزیته فاز پیوسته
- سورفاکتانت
- غلظت فاز روغنی
- pH فاز پیوسته
- خواص نوری امولسیون
توزیع اندازه قطره‌ها در امولسیون‌های آب-روغن زیتونی تهیه شده توسط (a) پمپ هموژنایزر و (b) هوموژنایزر التراسونیک با استفاده از MD، WPI و مخلوط آنها با 40٪ ماده خشک و 9٪ روغن (وزن به وزن) در محتوای خود. امولسیون سازی التراسونیک منجر به به‌وجود آمدن قطره‌های به‌طور قابل توجهی کوچکتر، کمتر شدن پدیده کرمی شدن و بهبود پایداری کلی امولسیون می‌شود.
مزایای امولسیون سازی اولتراسونیک
- برای هر حجم / ظرفیت تولید
- برای همه صنایع
- مناسب برای هر حجم و ظرفیت تولید
- مؤثر و تقویت کننده فرآیند
- قابل استفاده برای فرآوری به صورت بچ و پیوسته
- بازدهی انرژی
- آسان و ایمن در عمل
- نتایج تکرارپذیر
- ارتقا خطی
- قابل اطمینان
- تعمیر و نگهداری آسان
- نصب یا ارتقاء آسان
- بازگشت سرمایه سریع
