NANO-EMULSION (NANO NHŨ TƯƠNG)

NANO-EMULSION
(NANO NHŨ TƯƠNG)
NỘI DUNG
A. TỔNG QUAN
1. Giới thiệu
2. Phân loại
3. Nhũ nano
B. PHƯƠNG PHÁP TẠO HỆ NHŨ TƯƠNG
1. Ultrasonic
2. Microfluidization
3. High-pressure homogenization
C. ỨNG DỤNG
I. HỆ NHŨ TƯƠNG VÀ NHŨ NANO
I.1. Hệ nhũ tương (emulsion)
I.1.1. Tổng quan
Hệ nhũ tương
II
I
A
B
C
D
Hệ phân tán các chất lỏng không hòa tan vào nhau.
A. Two immiscible liquids, not yet emulsified.
B. An emulsion of Phase II dispersed in Phase I.
C. The unstable emulsion progressively separates.
D. The surfactant (purple outline around particles)
positions itself on the interfaces between Phase II and Phase I, stabilizing the
emulsion
I: Pha liên tục
II: Pha phân tán

I.1. Hệ nhũ tương (emulsion)
I.1.1. Tổng quan
Tính chất và độ bền của hệ nhũ tương
Oil in water emulsion under microscopeCitrus vinaigrette
• Hệ nhũ tương là một hệ không ổn định về mặt nhiệt động.
• Quá trình lắc (shaking),khuấy trộn (stirring),đồng hóa (hemogenizing)
hoặc phun (spray) là cần thiết để tạo hệ nhũ tương.
I.1. Hệ nhũ tương (emulsion)
I.1.1. Tổng quan
Tính chất và độ bền của hệ nhũ tương
/>• Có 3 dạng không bền (instability) của hệ nhũ tương→ sự tách pha
(Stable emulsion)
(sự keo tụ)
(Sự kết dính)
The failure of emulsions.
Emulsion
Particle size
( μ m)
Appearance
Tyndall effect
Reflected
light
Scattering
light
Unstable
1 - 10
Nano
emulsion
Thermo
dynamic

stability
(Macro)
emulsion
0.1 - 1
Opaque
No No
Bluish
Weak
blue
Weak
red
Microemulsion
0.05 - 0.1
0.005 - 0.02
Blue Red
Translucency
Transparency
Solubilizasion
No
No
Stable
0.02 - 0.05
Stable or
unstable
Classification
Source : Yukagaku, Abe, 41, p117(1992)
Transparency
Stable
I.1. Hệ nhũ tương (emulsion)
I.1.1. Tổng quan

Tính chất và độ bền của hệ nhũ tương
Particle sizes and optical properties
The Tyndall effect is light scattering by particles in a colloid or particles, in that the
intensity of the scattered light depends on the fourth power of the frequency,
so blue light is scattered more strongly than red light
I.1. Hệ nhũ tương (emulsion)
I.1.1. Tổng quan
Tính chất và độ bền của hệ nhũ tương
• Sử dụng DLS (dynamic light scattering) đo kích thước phần tử phân
tán (droplet sizes) trong hệ nhũ tương→ độ bền của hệ.
Kích thước pha phân tán càng lớn + chuyển động Brown dễ dẫn đến sự kết dính
hay keo tụ → Hệ không bền
I.1. Hệ nhũ tương (emulsion)
I.1.1. Tổng quan
Tính chất và độ bền của hệ nhũ tương
• Tạo độ bền cho hệ nhũ tương: sử dụng chất ổn định (stabilizer)
Chất nhũ hóa (emulsifiers)
Chất bổ trợ bề mặt (texture modifiers)
Stabilizers
:các chất hoạt động bề mặt
+ Nồng độ thấp, bao quanh bề mặt phân chia pha.
+ làm giảm sức căng bề mặt hệ→ dễ hình thành droplet.
+ Tạo độ nhớt (thickening agent) hoặc hình thành gel (geling agent) của
pha liên tục.
→ Làm chậm quá trình chuyển động Brownian của các phần tử (droplets)
của pha phân tán.
-
Dẫn xuất từ thực vật: agar, pectin, lecithin,
carrageenan…
-

Dẫn xuất từ động vật: gelatin, lanolin, cholesterol
-
Chất bán tổng hợp: methycellulose,
carboxymethylcellulose
-
Chất tổng hợp: carbopols
I.1. Hệ nhũ tương (emulsion)
I.1.1. Tổng quan
Tính chất và độ bền của hệ nhũ tương
•
Ngoài ra, còn có 2 dạng tạo độ bền ở hệ nhũ tương:
+ Cân bằng tĩnh điện (Electrostatic):phụ thuộc vào nhóm phân cực + pH pha liên tục
Các nhóm phân cực đẩy nhau, →giảm sự kết dính hoặc keo tụ
I.1. Hệ nhũ tương (emulsion)
I.1.1. Tổng quan
Tính chất và độ bền của hệ nhũ tương
•
Ngoài ra, còn có 2 dạng tạo độ bền ở hệ nhũ tương:
+ Sử dụng polymer (polymeric stabilisation), vd: protein hay gum Arabic
Adsorption of polymers at the O/W surface
=> Giảm sự kết dính hay kết tụ.
Một số polymer có thể hòa tan
vào nước làm tăng độ nhớt
I.1. Hệ nhũ tương (emulsion)
I.1.2. Chất nhũ hóa (emulsifier)
• Là một dạng của chất hoạt động bề mặt (surfactant), được sử dụng
trong hệ nhũ tương nhằm giúp cho hệ phân tán tốt.
Left:olive oil + water
Right: oil+water+surfactant
Submerged paper clip

afer addition of surfactant
Clip paper floating in oil-in-water
emulsion due to interfacial tension
I.1. Hệ nhũ tương (emulsion)
I.1.2. Chất nhũ hóa (emulsifier)
Chất hoạt động bề mặt
• Cấu trúc: thường thuộc dạng amphiphilic
•
Tính chất:
+ Bền về mặt hóa học trong hệ
+ Trơ và không phản ứng với các chất trong hệ nhũ tương.
+ Không độc hại, không mùi và không đắt.
• Sự chọn lựa chất hoạt động bề mặt:
+ Hydrophilic surfactant → O/W emulsion
+ Lipophilic surfactant → W/O emulsion
W/O
O/W
+ Khả năng tương thích (Compatibility)
+ Tạo sự ổn định của hệ nhũ tương ở nồng độ thấp
I.1. Hệ nhũ tương (emulsion)
I.1.2. Chất nhũ hóa (emulsifier)
• Micelles tạo thành khi các chất hoạt động bề mặt đạt đến nồng độ CMC.
• Tùy pha phân tán là nước hay dầu mà các chất HĐBM sẽ đưa đầu ưa
dầu hay ưa nước vào trong lõi của micelles. Bên trong lõi của micelles
là những vi hạt, micelles nhằm giúp phân tán các vi hạt này vào
trong pha liên tục tốt hơn.
I.1. Hệ nhũ tương (emulsion)
Micelles
là dạng của hệ nhũ tương khi cho chất HĐBM vào.
Reversve Micelles

Sự kết tụ micelle
I.1. Hệ nhũ tương (emulsion)
I.1.3. Hydrophilic – Lipophilic balance (HLB)
I.1. Hệ nhũ tương (emulsion)
• Griffin's method: tính cho chất HĐBM nonionic (1954)
HLB = 20 * Mh / M
+ Mh: phân tử khối của đầu phân cực
+ M: phân tử khối của phân tử chất
HĐBM
•
HLB có giá trị trong khoảng 0 – 20
+ High HLB => sử dụng chất HĐBM hòa tan (phân tán) tốt trong H2O→ O/W emulsion.
+ Low HLB => sử dụng chất HĐBM hòa tan (phân tán) tốt trong dầu → W/O emulsion
• Giá trị HLB áp dụng cho chất HĐBM không ion. Sự kết hợp nhiều chất HĐBM sẽ tạo hệ
nhũ tương bền hơn là việc sử dụng 1 chất HĐBM có cùng HLB.
Bancroft’s rule
Chất HĐBM hay chất nhũ hóa có xu hướng giúp tạo
pha phân tán là pha mà nó không hòa tan tốt.
VD: + Cho thành phần 2 pha gồm: 60% dầu + 40% nước. Nếu chọn chất nhũ hóa hòa tan tốt
trong nước => pha phân tán là dầu → tạo hệ nhũ “Oil in water”.
+ Protein hòa tan tốt trong nước hơn trong dầu => tạo hệ nhũ “oil in water”
I.1.3. Hydrophilic – Lipophilic balance (HLB)
I.1. Hệ nhũ tương (emulsion)
Vậy, sự hình thành hệ nhũ tương dạng O/W hay O/W không chỉ phụ thuộc
thành phần thể tích của pha phân tán và pha liên tục mà còn phụ thuộc vào
chất HĐBM.
I.2. Phân loại
I. HỆ NHŨ TƯƠNG VÀ NHŨ NANO
Hệ nhũ tương
Thành phần hệ nhũ Kích thước pha phân tán

Oil-in-water
Emulsion
Water-in-oil
Emulsion
Multiple
Emulsion
Pickering
Emulsion
Macroemulsion
Nanoemulsion
Microemulsion
I.2. Phân loại
Giới thiệu
Type of emulsion Particle size
Macroemulsion (B) >400nm (0,4 )
Nanoemulsion(A) 100 – 400nm
Microemulsion(C) <100nm
C
Particle size Appearance
>400nm White
100 – 400 Blue White
< 100 Translucent
< 50nm Transparent
m
µ
I.2. Phân loại
Đánh giá hệ nhũ tương
•
Electrical conductivity:
Electrical conductivity of O/W

emulsions is higher than
that of W/O emulsions.
•
Dilution method:
evaluated from the dispersion
ease at dilution with water.
•
Dye method:
Evaluated the emulsion type
by dissolving water-soluble
and oil-soluble dyes in the emulsion
I.2. Phân loại
Multiple Emulsion
I.2. Phân loại
Multiple Emulsion
I.2. Phân loại
Pickering Emulsion
Hệ nhũ tương được ổn định bởi các hạt rắn.
• Hạt rắn thường là silica, oxit kim loại, hay hạt đất sét (clay)
I.3. Nhũ Nano (nanoemulsion – miniemulsion – finely
dispersed emulsion
sub-micronemulsion (SME)- utrafine
emulsion)
I. HỆ NHŨ TƯƠNG VÀ NHŨ NANO
•
Hệ nhũ nano: kích thước phần tử phân tán (droplet) từ 100-
400nm (20 – 500nm), có màu hơi xanh nhạt.
•
Tính chất hệ nhũ nano phụ thuộc vào thành phân pha, điều kiện
cân bằng nhiệt động pha và phương pháp tạo hệ nhũ.

•
Phương pháp tạo hệ nhũ nano: sử dụng phương pháp đồng
hóa dưới áp suất cao.
•
Độ bền: thêm chất HĐBM, nồng độ khoảng 1-3%.
Ouzo effect
Pha phân tán tự nó có vai trò là chất HĐBM, phân tán
dưới kích thước nano trong pha liên tục tạo hệ nhũ
nano.
Xảy ra do nước tương tác với một loại ancol mạnh làm từ cây hồi, như ouzo, pastis,
arak hay raki
I.2. Phân loại
The ouzo effect
after the dilution
of Turkish raki
Ouzo effect