在混合两种不溶混的流体时控制乳状液的液滴体积的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过膜乳化制备乳状液的方法，其通过中断分散相的挤出能够控制分散相尺寸和尺寸分布。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在两种流体发生乳化作用期间，通过驱使离散液相进入连续液相，例如采用膜乳化技术，控制液滴体积的方法。
技术介绍
两种不溶混的液体进行混合一般形成分散相和连续相。这种混合过程的一个众所周知的例子是乳化作用。在该申请中，术语乳化作用指的是两种不溶混的流体相混合形成分散相和连续相。一个例子是水和油的乳化。乳状液的性能可以取决于其分散相液滴体积和大小分布。在本领域中一直致力于控制液滴体积和大小分布。US-A 3278165公开了可以应用振动元件作为进行分散或乳化的设备。这种加工方法既不能形成特别小的分散度，也不能调节或调整液滴体积。从几份出版物可知采用膜生产含油和水的乳状液。文献，例如，Suzuki等“国际食品科学工艺学”(Food Science Technol.Int.)，东京，2(1)，43～47，1996，提出已经成功地应用了这种技术。初始的工作使用的是烧结微孔玻璃膜。最后，采用激光烧蚀技术已经制造出不同的材料。与通过例如湍性剪切的传统乳化相比较，膜乳化技术的所谓优点是，与传统技术相比，液滴体积和大小分布更可控制，产物可以更具有重现性，能量需求低。WO-A-97/36674公开了一种制备乳状液的方法，其中不连续相通过膜进入循环连续相，所述膜具有以下特征中的至少一项a)其由陶瓷或烧结材料组成；b)其以许多彼此可以相同或不同的部分形成；c)至少一个部分是管状的，并且直径沿管长呈扩展状。另外，JP 2-214537公开了一种制备乳状液的方法，其中水相在压力下经过膜孔进入含有表面活性剂的油相，所述膜在该过程中经受超声辐射(频率至少20kHz)。US-A-3,809,372指出，应用超声通过膜制造乳状液。这种方法制备的乳状液的液滴体积范围相当宽，还发现就是不可能调整液滴体积。另外，将超声输入膜中，因为流体的阻尼作用，会产生技术方面的困难。DE-A-4304260公开了将分散相脉动挤入连续相。对于膜的每个孔而言，不是一个一个单独地调整驱动，而是通过移动(displacement)第一室中的膜来控制。这种方法仅仅有限地控制液滴体积和大小分布。DE-A-952707还公开了将超声元件作为能量部件引入连续相使不连续相破碎为液滴。这种方法对液滴体积形成和液滴大小分布提供即使有也很有限的控制。应用模乳化的已知工艺有几个另外的缺点。首先，所形成的乳状液没有可控制的单分散性。第二，这种系统难以按比例扩大。已经发现，对于许多液/液膜系统而言，仅仅几个孔有效，这样使效率大大降低。另外，超声系统需要很高的能量输入。这对所涉及的产品可以产生局部负面影响，例如，由于局部受热。还有，应用超声使方法复杂化并且昂贵。本专利技术的一个目的是，提供一种能够精确控制液滴体积的膜乳化方法。另一个目的是制备具有预定体积的液滴的单分散乳状液。再一个目的是提供一种有效的并且容易按比例扩大的方法。专利技术概述令人惊异的是，已经发现，分散相流体的挤出中断能够控制最终产物的液滴体积和液滴大小分布。所以，本专利技术涉及一种制备一种流体在另一种流体中的分散体的方法，包括将一种作为分散相的流体经膜孔口挤出到另一种作为连续相的流体中，其中，在分散流体从孔口排出之前、之中或之后，挤出发生中断。在本专利技术的另一方面中，本专利技术涉及所述方法用于制备含有油和水的乳状液的应用。专利技术详述在本专利技术范围中，术语“脂肪”和“油”可互换应用。术语油涵盖甘油三酯油和甘油二酯油两者。对本专利技术来说，除非另有说明，wt％被定义为对于产物总重量的重量百分数。附图说明图1示出交叉流动膜乳化原理。将分散相经过构成膜的一个孔道或许多孔道挤出。膜本身包含一个孔道或多个孔道，这些孔口的形状可以是相同的或不同的。优选孔口是圆形。另外，优选膜包含许多孔道。膜由任何适宜材料制成。高度优选具有一致的几何形状和间隔的孔道构成的膜。可以使用陶瓷材料。替代地，膜可以以硅片为基础。膜的几何结构依用途或其预计应用的安装而变化。膜可以是管状的，连续相流过管的内侧。替代地，膜为水平放置的，连续相在膜的一侧流动。可以应用死端乳化。另外，连续相流动不必与含有孔道的表面平行。在优选实施方案中，膜在连续相交叉流动下操作。在分散流体从孔口排出之前、之中或之后，分散相经孔口进入连续相的挤出发生中断。这种中断形成大小分布一致且可控的液滴。已知，通过改变连续相流过排出分散相的孔口的速度，能够改变液滴体积。但是，按照本专利技术的中断挤出法使液滴体积随着改变中断频率而变化。因此，对于流动状态的一种固定几何条件而言，采用连续液相速度与中断振动频率的组合，能够使液滴体积“可调”。可以以许多方式得到挤出中断。优选，通过干扰连续流体流动或将能量输入到分散流体，引起流动中断。因为超声的上述缺点，在本专利技术中不包括应用超声把能量赋予分散流体。另外，超声还难以控制，因此所得乳状液，对于分散相而言，没有受控的且一致的液滴大小分布。对于本专利技术而言，将中断定义为分散相流过孔口基本完全停止。基本完全停止是分散相的原流量的至少90％停止，更优选95～100％停止，最优选流过孔口的分散相全部停止。按照优选实施方案，通过干扰连续流体流动引起挤出中断。流动的这种干扰可以通过各种措施得到。已经发现，通过放置在距孔口短距离处的金属丝或板的简单振动，能够很容易地控制液滴体积和大小分布。图2显示了使用板的实施方案。所以，优选，通过使放置在距挤出分散相所经过的孔口1mm以下，优选0.1～0.5μm的距离的金属丝或板振动，干扰连续流体流动。放置金属丝或板应使得它们仍能与形成的分散相液滴相互作用。如果使用金属丝，优选放置金属丝使得它跨越孔口中心，同时与膜平行放置。应当理解，对于包含许多孔口通道的膜而言，可以应用匹配的许多金属丝。如果使用板，优选将它与膜平行放置。金属丝或板通过在特定频率下振动来干扰挤出。令人惊异的是，这种频率不需要诸如超声的高频。优选，金属丝或板的振动频率为0.1～2kHz，优选1～1.8kHz。可以使用更高的频率。已经发现，分散相的液滴体积可以通过金属丝或板的振动频率进行控制。通过增加振动频率使液滴体积减小。如上文所述，分散相的液滴体积还可以通过连续相交叉流动速度来控制。通过增加连续相流动速度，降低液滴体积。任选应用许多金属丝，从而对不同金属丝施加不同振动频率。按照另一个实施方案，放置梳型结构，代替金属丝，并在膜孔口附近振动。控制分散相液滴体积的另一种途径是借助于膜孔口直径。优选膜孔口直径为0.1～120μm，更优选0.2～8μm。控制液滴体积的还有的另一种途径是孔出口的几何形状，以及膜表面是疏水的还是亲水的。在优选实施方案中，采用在邻近孔口处局部地施加的装置产生中断。按照另外的优选实施方案，对于每个孔口而言局部地，且优选一个一个单独地施加装置。已经发现，这种方法非常适用于微化体系。所以，在优选实施方案中，本专利技术涉及一种采用微技术电动机械装置产生流动干扰或能量传递的方法。该方法适于制备不溶混流体的混合物。优选混合流体是油和水，借此分别用作分散流体或连续流体。连续流体和分散流体两者本身可以是流体混合物或者从开始就是乳状液。优选，连续相流体是水。还优选，分散相流体是油。在优选实施方案中，两种流体之一包含表面活性剂如Tweentm，脂肪酸单/二甘油酯，Spantm，卵磷酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备一种流体在另一种流体中的分散体的方法，包括：将一种作为分散相的流体经膜孔口挤出到另一种作为连续相的流体中，其特征在于，在分散流体从孔口排出之前、之中或之后，挤出发生中断。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：H克拉雷，CA皮森，IA香克斯，
申请(专利权)人：荷兰联合利华有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]