Оптимизация параметров эмульгирования для получения стабильных эмульсий

Оптимизация параметров эмульгирования для получения стабильных эмульсий

Почему оптимизация параметров важна для повышения производительности эмульгирующей машины.

Эмульсии повсеместно используются в косметике, пищевой промышленности, фармацевтике и химической промышленности. Стабильность, текстура и характеристики эмульсии определяются не только выбором ингредиентов, но и способом их обработки.эмульгирующая машинаОптимизация ключевых параметров процесса — скорости, сдвига, температуры, вакуума, времени пребывания и соотношения компонентов рецептуры — имеет решающее значение для достижения тонкого распределения капель, стабильных реологических свойств и долговременной стабильности. Правильные настройки снижают вероятность возникновения дефектов на последующих этапах, таких как расслоение, коалесценция, фазовое разделение или чрезмерное увеличение вязкости.

Описание товара: 50-литровый гидравлический вакуумный эмульгатор с подъемным механизмом.

Гидравлический подъемник 50 лВакуумный эмульгатор

Гидравлический подъемник Юаньянвакуумный эмульгаторэто комбинированныйоборудование для смешиванияс основнымвакуумный гомогенизаторрезервуар, резервуар для воды и резервуар для масла, представляющие собой интегрированное оборудование с системой смешивания, диспергирования, гомогенизации, эмульгирования, вакуумирования и абсорбции порошка, которое широко используется в косметической, пищевой, фармацевтической и химической промышленности.

Функции:

⦁ С гидравлической подъемной крышкой и наклонным котлом, вакуумной системой и электрической системой управления.

⦁ Подходит для продуктов с вязкостью 10 000–50 000 сП.

⦁ Идеальный размер частиц 2 микрона и равномерное распределение.

Основные физические принципы, определяющие стабильность эмульсии.

Для оптимизации любой эмульгирующей машины необходимо понимать физические факторы, определяющие стабильность:

• Поверхностное натяжение:Поверхностно-активные вещества снижают энергетические затраты на создание новой площади поверхности. Более низкое межфазное натяжение позволяет получать капли меньшего размера при тех же механических усилиях.
• Сдвиг и плотность энергии:Роторно-статорные, высокоскоростные и гомогенизирующие элементы обеспечивают механическую энергию для разрушения капель. Энергия на единицу объема (плотность энергии) определяет достижимый размер капель.
• Вязкость непрерывной фазы:Вязкость смягчает гидродинамические силы и стабилизирует капли; слишком высокая вязкость может препятствовать разрушению капель в процессе обработки.
• Распределение размеров капель:Узкое распределение мелких капель уменьшает расслоение и оствальдовское созревание, а также улучшает оптические и реологические свойства.
• Температура:Влияет на вязкость, поверхностное натяжение и растворимость компонентов; контроль температуры в процессе эмульгирования имеет решающее значение.

Какие параметры следует оптимизировать на эмульгирующей машине?

Ниже перечислены параметры, оказывающие наибольшее влияние при использовании такого оборудования, как 50-литровый гидравлический вакуумный эмульгатор. Каждый параметр взаимодействует с другими — оптимизация носит итеративный характер.

1. Скорость вращения ротора/статора и скорость сдвига.

Рекомендуемый подход: начните с умеренной скорости вращения ротора для увлажнения и предварительного диспергирования фаз, затем постепенно увеличивайте скорость в процессе гомогенизации. Высокие скорости приводят к образованию более мелких капель, но также повышают температуру и могут вызывать попадание воздуха. Типичные оптимальные диапазоны (для лабораторной/пилотной установки объемом 50 л):

• Предварительное смешивание: 200–800 об/мин
• Гомогенизация: 2000–6000 об/мин (в зависимости от геометрии ротора)

Используйте измерение размера частиц, чтобы определить минимальную скорость, обеспечивающую требуемые значения Dv50 или D90. Увеличение скорости может привести к снижению эффективности и создать дополнительную нагрузку на термочувствительные активные вещества.

2. Время гомогенизации и стратегия пребывания.

Короткие, интенсивные циклы гомогенизации часто обеспечивают лучшее распределение частиц по размерам, чем очень длинные одиночные циклы. Для партии объемом 50 л обычно используется многократная гомогенизация продолжительностью от 2 до 10 минут каждый с интервалами охлаждения по мере необходимости. Общее время гомогенизации обычно составляет от 5 до 30 минут в зависимости от рецептуры и целевого размера частиц.

3. Контроль температуры

Контролируйте температуру обеих фаз до смешивания и температуру во время гомогенизации. Для многих косметических эмульсий масляная и водная фазы нагреваются до 60–75 °C для обеспечения полного растворения восков и эмульгаторов, а затем охлаждаются путем гомогенизации под вакуумом для фиксации размера капель и уменьшения попадания воздуха. Для термочувствительных фармацевтических препаратов или натуральных активных веществ поддерживайте температуру обработки на минимально возможном уровне, насколько позволяет рецептура, и вместо этого увеличивайте сдвиговое усилие.

4. Уровень вакуума

Вакуум необходим для удаления воздуха, попавшего в эмульсию, а также для улучшения однородности и внешнего вида продукта при хранении. Типичные уровни вакуума, используемые при гомогенизации, составляют 20–50 кПа абсолютного давления (приблизительно 200–500 мбар). Гидравлический вакуумный эмульгатор объемом 50 л использует вакуум для дегазации в процессе обработки, уменьшая образование пузырьков и риск окисления для чувствительных составов.

5. Последовательность добавления фаз и применение сдвиговых напряжений.

Типичные последовательности: нагревание и перемешивание водной фазы, нагревание и перемешивание масляной фазы, затем медленное добавление масла в воду при умеренном сдвиговом воздействии (для эмульсий типа «масло в воде») с одновременным гомогенизацией после образования предварительной эмульсии. Медленное, контролируемое добавление позволяет избежать образования слишком крупных капель и снижает необходимость в экстремальном сдвиговом воздействии на более поздних этапах.

6. Соответствие концентрации поверхностно-активного вещества и показателя HLB.

Оптимизация концентрации поверхностно-активного вещества позволяет достичь желаемого покрытия межфазной поверхности без чрезмерного пенообразования или раздражения кожи (в косметике). Критически важно подобрать значение HLB поверхностно-активного вещества к масляной фазе: правильный гидрофильно-липофильный баланс приводит к образованию более мелких капель и повышению стабильности.

Рекомендуемое руководство по параметрам для распространенных целей

В таблице ниже приведены начальные значения параметров при использовании эмульгирующей машины объемом 50 л, такой как 50-литровый гидравлический вакуумный эмульгатор. Это отправные точки — окончательные настройки следует уточнять путем проведения небольших пробных партий и анализа размера частиц.

Рекомендации по масштабированию: переход от лабораторных исследований к производству.

Увеличение масштаба не подразумевает линейного роста частоты вращения: необходимо поддерживать схожую плотность энергии (кВт/м³) и профили сдвига, а не одинаковую частоту вращения. Для 50-литрового гидравлического вакуумного эмульгатора используйте расчеты подобия партий: поддерживайте близкую скорость вращения наконечника или удельную энергию на единицу объема между масштабами и повторяйте одну и ту же последовательность (предварительный нагрев, скорость добавления, гомогенизирующие проходы, вакуум). Подтвердите результаты с помощью анализа размера частиц и сравнения реологических свойств между пилотной и производственной партиями.

Контроль качества: тесты для подтверждения стабильности.

Необходимые тесты для подтверждения выбранных параметров:

• Распределение частиц по размерам(лазерная дифракция) — Dv10/Dv50/Dv90; целевой показатель Dv50 часто < 2 мкм для кремов премиум-класса.
• Вязкость и реология— обеспечить ожидаемый поток и тактильные ощущения; измерения при различных скоростях сдвига.
• Ускоренная стабильность— центрифугирование, циклы замораживания-оттаивания, хранение при повышенной температуре
• pH и электропроводность— для обнаружения фазовых переходов или химической деградации
• Микроскопия— для обнаружения коалесценции, флокуляции или образования кристаллов.

Устранение распространенных неполадок в работе эмульгирующих машин.

Проблема: большие размеры капель или бимодальное распределение.

Проверьте скорость добавления масла, постепенно увеличивайте сдвиговое усилие или время гомогенизации, проверьте концентрацию поверхностно-активных веществ и HLB. Убедитесь, что фазы были должным образом предварительно увлажнены перед воздействием высокого сдвигового усилия.

Проблема: чрезмерное пенообразование или попадание воздуха в продукт.

Убедитесь, что вакуум создается должным образом во время гомогенизации. Уменьшите скорость предварительного смешивания, отрегулируйте геометрию ротора или используйте пеногасители, одобренные производителем. Встроенный вакуум в 50-литровом блоке эффективно минимизирует эти проблемы при правильном использовании.

Проблема: перегрев и активная деградация.

Снизьте скорость гомогенизации, добавьте интервалы охлаждения между проходами или обрабатывайте при более низкой температуре и компенсируйте это увеличением сдвигового напряжения. Контролируйте температуру продукта в режиме реального времени.

Вопросы очистки, валидации и надлежащей производственной практики (GMP)

Для фармацевтической и высокотехнологичной косметической промышленности необходимо соблюдать проверенные протоколы очистки (CIP, где это возможно), обеспечивать отслеживаемость материалов и наличие сертификатов соответствия для взаимодействующих материалов. Гидравлический подъем крышки и наклонный резервуар 50-литрового вакуумного эмульгатора с гидравлическим подъемом ускоряют очистку и снижают воздействие на оператора, улучшая соответствие требованиям GMP и сокращая время простоя линии.

Пример из практики: Достижение размера капель 2 мкм в косметическом креме.

Цель: 2 мкм Dv50, гладкий сенсорный профиль, стабильность при хранении в течение 12 месяцев.

Подход:

• Масляная фаза: воски и смягчающие вещества, расплавленные при температуре 70°C.
• Водная фаза: растворенные увлажнители и консерванты при 70 °C.
• Предварительное смешивание: медленно добавляйте масло в воду со скоростью вращения менее 400 об/мин для образования предварительной эмульсии.
• Гомогенизировать под вакуумом при 4200 об/мин в 3 прохода (по 4 мин каждый) с 2-минутным охлаждением между проходами.
• Охладите до 40 °C и добавьте термочувствительные активные вещества при низкой интенсивности сдвиговых напряжений.

Результат: Dv50 = 1,8 мкм (лазерная дифракция), отсутствие расслоения после ускоренной стабилизации при 45°C в течение 4 недель.

Преимущества бренда и почему стоит выбрать 50-литровый гидравлический вакуумный эмульгатор с подъемным механизмом.

При оптимизации параметров эмульгирования конструкция оборудования имеет значение. Гидравлический вакуумный эмульгатор объемом 50 л предлагает:

• Интегрированная вакуумная системадля удаления воздуха, улучшения внешнего вида и повышения окислительной стабильности.
• Крышка с гидравлическим подъемом и откидной крышкой.для безопасной и быстрой погрузки и разгрузки, а также упрощенной очистки/безразборной мойки.
• Обработка широкого диапазона вязкостей(10 000–50 000 сП), что делает его пригодным для широкого спектра косметических, фармацевтических и пищевых эмульсий.
• Высокая эффективность гомогенизацииспособно производить частицы стабильного размера с точностью до ~2 мкм.
• Электрическая система управлениядля воспроизводимой, программируемой обработки, поддерживающей проверку процесса.

Эти функции снижают вариативность, сокращают циклы разработки и повышают воспроизводимость оптимизированных наборов параметров, помогая производителям эффективно соответствовать требованиям регулирующих органов и рынка.

FAQ — Часто задаваемые вопросы

В: Какой единственный параметр является наиболее важным для контроля размера капель?

А: Основной фактор — плотность энергии (сочетание скорости вращения ротора/статора и времени гомогенизации), но её необходимо сбалансировать с концентрацией поверхностно-активного вещества и температурой. Оптимизация плотности энергии должна осуществляться при одновременном контроле размера частиц, чтобы избежать излишнего выделения тепла.

В: Можно ли использовать одни и те же параметры для разных масел?

А: Нет. Вязкость масла и межфазные свойства влияют на то, как разрушаются капли. Необходимо повторно оптимизировать скорость вращения ротора, значение HLB поверхностно-активного вещества и время перемешивания для масел со значительно отличающейся вязкостью или фазовым поведением.

В: Как предотвратить окисление чувствительных активных веществ в процессе эмульгирования?

A: Используйте вакуумную дегазацию для минимизации воздействия кислорода, обрабатывайте при минимальной эффективной температуре, добавляйте антиоксиданты, если это возможно, и ограничивайте время обработки при высоком сдвиговом воздействии. Встроенная вакуумная система в 50-литровом блоке значительно помогает.

В: Какие тесты следует провести для проверки процесса?

A: Как минимум, проведите анализ распределения частиц по размерам, вязкости/реологии, ускоренной стабильности (температурные циклы), pH и микробиологические исследования, если это применимо в вашей отрасли. Задокументируйте параметры, журналы работы оборудования и результаты анализов для обеспечения воспроизводимости и соответствия нормативным требованиям.

В: Какого размера капель может надежно достичь 50-литровый гидравлический вакуумный эмульгатор?

А: В оптимальных условиях можно надежно достичь размера частиц около 2 микрон с равномерным распределением для соответствующих составов, как указано в технических характеристиках продукта. Фактический размер зависит от состава и оптимизации параметров.

Контакт и призыв к действию

Даже хорошо оптимизированные процессы требуют соблюдения гигиенических норм, что делает их сложными.Советы по очистке и CIP-мойке для вакуумных эмульгаторов объемом 50 л Это крайне важно для обеспечения качества. Если вам нужна помощь в оптимизации параметров эмульгирования или вы хотите ознакомиться с техническими характеристиками 50-литрового гидравлического вакуумного эмульгатора, свяжитесь с нашей командой продаж и технической поддержки. Мы оказываем поддержку в разработке технологических процессов, проводим пробные запуски и оптимизацию параметров, чтобы гарантировать соответствие вашей рецептуры целевым показателям стабильности и органолептических свойств.

Связаться с намиЧтобы организовать демонстрацию, запросить пилотную партию или получить подробную техническую документацию на 50-литровый гидравлический вакуумный эмульгатор с подъемным механизмом.

Ссылки и дополнительная литература

1. Эмульсия — Википедия: https://en.wikipedia.org/wiki/Emulsion
2. Эмульсия — Britannica: https://www.britannica.com/science/emulsion
3. Эмульсии (фармацевтика) — Справочник NCBI: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK557502/
4. Обзор темы ScienceDirect — Эмульсия: https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/emulsion
5. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США — Косметика: https://www.fda.gov/cosmetics

Авторитетные испытания и сбор данных в процессе оптимизации в сочетании с соответствующим оборудованием, таким как 50-литровый гидравлический вакуумный эмульгатор, позволят разработчикам рецептур надежно производить стабильные эмульсии высокого качества. Свяжитесь с нашей технической командой, чтобы ускорить процесс разработки и масштабирования.