Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Techniki wytwarzania emulsji kosmetycznych cz II. Mechanizm procesu emulgowania przy użyciu homogenizatora
Techniki wytwarzania emulsji kosmetycznych cz II. Mechanizm procesu emulgowania przy użyciu
Homogenizacja to proces polegający na wytwarzaniu jednorodnej mieszaniny ze składników, które w warunkach normalnych nie mieszają się ze sobą. Przykładem zastosowania procesu homogenizacji jest otrzymywanie emulsji kosmetycznych.

 

Homogenizację przeprowadza się w specjalnie przeznaczonych do tego celu urządzeniach zwanych homogenizatorami. Najczęściej spotykane są homogenizatory wirnikowe oraz ciśnieniowe, w których produkt jest przeciskany przez wąskie szczeliny pod zwiększonym ciśnieniem.

 

Mechanizm procesu emulgowania przy użyciu homogenizatora

Mechanizm procesu emulgowania przy użyciu homogenizatora podobny jest do procesu emulgowania za pomocą mieszadeł mechanicznych. Podobnie jak w przypadku mieszania mechanicznego pierwszy etap polega na wymieszaniu faz emulsji i emulgatora. Etap ten nazywany jest emulgowaniem wstępnym. Emulgowanie właściwe obejmuje deformację i rozpad kropel. Trzeci, ostatni etap to stabilizacja. Na tym etapie dochodzi do wytworzenia filmu stabilizującego wokół kropel fazy rozproszonej. W przypadku szybkiej adsorpcji, film ten zapobiega rekoalescencji nowo powstałych kropel. Emulgowanie prowadzi się przy dużej częstości obrotów wirnika homogenizatora, aby uzyskać jak największe rozdrobnienie fazy rozproszonej. Mechanizm emulgowania przy użyciu homogenizatora przedstawia rysunek 1.  

Rys. 1. Mechanizm emulgowania przy użyciu homogenizatora. I – emulgowanie wstępne, II – emulgowanie właściwe, III – stabilizacja

Małe krople fazy rozproszonej powstają w wyniku deformacji i rozerwania kropel dużych. Siły wiążące przeciwdziałają deformacji kropel. Wyrażone są one za pomocą ciśnienia Laplace’a, które zwiększa się wraz ze wzrostem deformacji i z obniżeniem wielkości kropel. Rozrywanie kropel w procesie emulgowania występuje wyłącznie po przekroczeniu krytycznej liczby Webera (Wekryt) lub czasu potrzebnego na rozerwanie kropli, tzw. czasu deformacji.  

Najważniejszymi układami emulgującymi są: systemy rotor-stator, systemy wysokociśnieniowe, układy wykorzystujące ultradźwięki i membranowe. Różnią się one między sobą mechanizmem rozpadu kropel fazy rozproszonej, przepustowością, sposobem prowadzenia procesu, optymalnym zakresem lepkości, zastosowaniem, gęstością energii, czasem przebywania w strefie dyspergującej i wymaganym stopniem adsorpcji emulgatora. Różna konstrukcja geometryczna homogenizatora wpływa na profil przepływu.

Z właściwościami otrzymanej emulsji ściśle związane są parametry procesu emulgowania, w tym m.in.: gęstość i wydajność zastosowanej energii, strumień objętościowy, właściwości reologiczne produktu i kolejność dodawania składników.  Znaczącą rolę w procesie emulgowania odgrywa budowa i typ użytych emulgatorów.

Wydajność emulgatora podczas procesu emulgowania zależy od takich parametrów jak:

  • EAI (z ang. emulsifier activity index) – stosunek maksymalnej ilości fazy olejowej, jaka może być poddana emulgowaniu, przy stałej ilości emulgatora i określonych, stałych warunkach prowadzenia procesu,
  • Cmin - minimalna ilość emulgatora wymagana do wytworzenia określonej wielkości kropel fazy rozproszonej (przy stałych i określonych warunkach prowadzenia procesu),
  •  dmin - minimalna wielkość kropel fazy rozproszonej, jaka może być otrzymana przy użyciu homogenizatora.

Ze względu na występujące zjawisko utraty swoich właściwości emulgujących, niektóre emulgatory mogą być tylko używane do określonych układów emulgujących. Są to biopolimery, np. białka, polisacharydy, które podczas emulgowania wysokociśnieniowego na skutek zmian, zachodzących w ich strukturze trzecio- i czwartorzędowej lub degradacji łańcuchów tracą swoje właściwości emulgujące.

Źródła

1. Jafari S.M., Assadpour E., He Y., Bhandari B., Re-coalescence of emulsion droplets during highenergy emulsification, Food Hydrocoll., 2008, 22, (7), 1191.

2. Weiss J., Emulsion stability determination. Current Protocols in Food Analitical Chemistry,

John Wiley & Sons, Inc. 2002.

3. Weeis J., Emulsion Processing-Homogenization, dostępny on line: 10.01.2017.

http://people.umass.edu/mcclemen/FoodEmulsions2008/Presentations(PDF)/(5)Emulsion_Formation.pdf

4. Popko A., Zagadnienia ustalania parametrów eksploatacyjnych wysokociśnieniowych zaworów emulgujących, Zagadnienia eksploatacji maszyn, 2007, 4, 152.

5. Kulawik-Pióro A., Rozprawa Doktorska, Badania doświadczalne farmaceutycznych emulsji suchych. Politechnika Krakowska, Kraków, 2012.  

KOMENTARZE
news

<Wrzesień 2017>

pnwtśrczptsbnd
28
Real Time PCR
2017-08-28 do 2017-08-29
29
30
2
3
8
9
10
15
17
18
19
MIKROBIOT 2017
2017-09-19 do 2017-09-21
20
23
24
25
26
28
Forum Druku Cyfrowego
2017-09-28 do 2017-09-28
30
1
Newsletter