ما هي المستحلبات: أمثلة، خصائص، تحضير وقياس
المقدمة
المستحلبات عبارة عن معلقات من سائلين غير قابلين للامتزاج. وهي ذات أهمية في العديد من التطبيقات العملية الهامة في مجالات الأغذية، ومستحضرات التجميل، وإنتاج النفط، والزراعة، والصناعات الكيميائية، والنفط والغاز، والأدوية، والعديد من الصناعات التحويلية الأخرى.
توجد نوعان من المستحلبات: مستحلبات الزيت في الماء (O/W)، حيث يشكل الزيت الطور المنتشر (القطرات) والماء الطور المستمر؛ ومستحلبات الماء في الزيت (W/O)، حيث يشكل الماء الطور المنتشر (القطرات) والزيت الطور المستمر. وبدون مُثبِّت فعال للسطح البيني، تكون المستحلبات أنظمة غير مستقرة، وتنفصل بسهولة إلى طوري الزيت والماء عند توقف التحريك الميكانيكي.
من أهم خصائص المستحلبات عدم استقرارها المتأصل. فرغم صغر حجم القطرات المتناثرة، إلا أن الجاذبية تؤثر عليها بقوة ملحوظة، ومع مرور الوقت تتحد لتشكل قطرات أكبر تميل إما إلى الاستقرار في قاع المزيج أو الصعود إلى سطحه. وتؤدي هذه العملية في النهاية إلى انفصال الطورين الداخلي والخارجي إلى مكونيهما الأصليين. وبحسب تركيبة المستحلب والبيئة الفيزيائية التي يتعرض لها، قد يستغرق هذا الانفصال دقائق أو شهورًا أو حتى آلاف السنين.
مجالات التطبيق والصناعات - المستحلبات
- الحليب هو مستحلب من دهن الحليب في محلول مائي يحتوي على العديد من البروتينات المختلفة واللاكتوز والأملاح. في الحليب الخام، يوجد الدهن على شكل كريات دهنية محاطة بغشاء. عند تجنيس هذا الحليب في المصنع، تتفكك هذه الكريات، وينتشر الدهن إلى قطرات أصغر، مثبتة أيضاً بالبروتينات.
- السمن النباتي هو مستحلب من قطرات الماء في الدهون، يتم تثبيته بواسطة تعبئة بلورات تشبه الإبر من الدهون داخل طور الدهون المستمر.
- كريمي هو مستحلب مركز من دهون الحليب في طور مائي؛ ويعتمد التركيز على نوع القشدة.
- ايس كريم هو منتج معقد للغاية؛ فهو يحتوي من بين أمور أخرى على قطرات من دهون الحليب، ولكنه يحتوي أيضًا على بلورات من السكر وبلورات الثلج وفقاعات من الهواء.
- مرقة للسلطة تُصنع هذه المستحلبات عن طريق استحلاب الزيت النباتي في مزيج مائي يحتوي على الخل. عند تحضيرها منزلياً، يكون هذا المستحلب غير مستقر نسبياً، إذ تتكتل القطرات بسرعة، لذا يجب رجّه قبل الاستخدام. أما الأنواع التجارية، فتُثبّت عادةً بمكونات أخرى.
- مايونيز المايونيز عبارة عن مستحلب شديد التركيز من قطرات الزيت في الماء، مثبت ببروتينات صفار البيض. يتميز هذا المستحلب بتركيزه العالي (70-80% حجمًا) لدرجة أن قطرات الزيت تتراص معًا، مما يُكسبه قوام المايونيز المميز.
- صفار البيض هو مستحلب من دهون البيض (والكوليسترول) في محلول مائي، يتم تثبيته بواسطة خليط من الفوسفوليبيدات.
- منتجات الطعام. تُعدّ تتبيلات السلطة، والمرق، والصلصات الأخرى، وكريمة التزيين المخفوقة للحلويات، وزبدة الفول السوداني، والآيس كريم أمثلةً على مستحلبات الدهون والزيوت الصالحة للأكل. إضافةً إلى تأثيرها على الشكل الفيزيائي للمنتجات الغذائية، تؤثر المستحلبات أيضاً على المذاق، إذ تُغطي الزيوت المستحلبة اللسان، مما يُضفي إحساساً مميزاً في الفم.
- الدهانات المائية والطلاءات عادةً ما تكون مستحلبات من جزيئات رابطة أساسها البوليمر. تُصنع هذه المستحلبات عن طريق تكوين مستحلب من قطرات المونومرات في الماء، ثم تُبلمر المونومرات لتشكيل جزيئات صلبة. عند الاستخدام، يتبخر الماء وربما مذيبات أخرى، وتندمج جزيئات الرابطة لتشكيل طبقة صلبة.
- قارالبيتومين، وهو جزء ثقيل ينتج عن تكرير البترول، يكون عادةً شديد اللزوجة بحيث لا يمكن استخدامه مباشرةً. لذلك، يُستحلب البيتومين في الماء عند درجات حرارة عالية. تتميز مستحلبات الزيت في الماء الناتجة بلزوجة أقل بكثير، وبالتالي يسهل تطبيقها. عند تطبيقها (على الطريق أو على السطح)، يتفكك المستحلب، وتندمج جزيئات البيتومين لتشكل طبقة واحدة.
- الأدوية والعقاقير. تُحضّر الجسيمات الدقيقة من مزيج النشا/الجيلاتين باستخدام طريقة الانتشار المذيب في مستحلب الماء في الزيت. يعتمد محتوى إطلاق الدواء في المختبر بشكل كبير على نسبة مزيج النشا ونسبة عامل الربط المتشابك. تُعدّ الجسيمات الدقيقة من مزيج النشا/الجيلاتين وسيلة فعّالة لإيصال الأدوية القابلة للذوبان في الماء مع التحكم في إطلاقها. في صناعة الأدوية، تُستخدم المستحلبات لتحسين مذاق الأدوية، وتعزيز فعاليتها من خلال التحكم في جرعة المكونات النشطة، وإبطاء إطلاق الأدوية، وتحسين المظهر الجمالي للأدوية الموضعية مثل المراهم.
- الزيوت والهيدروكربونات. يتم إنتاج ثلثي النفط الخام العالمي بطريقة مستحلبة؛ وهذه المستحلبات هي في الغالب من نوع الماء في الزيت بسبب عمليات الإنتاج.
- المبيدات الحشرية ومبيدات الآفات. في الصناعة الزراعية، تُستخدم المستحلبات كوسائل توصيل للمبيدات الحشرية والفطرية ومبيدات الآفات، ويتم تطبيقها عادةً عن طريق الرش من خلال المعدات الميكانيكية.
- In مستحضرات التجميلتُعدّ المستحلبات وسيلةً لنقل العديد من مُرطّبات الشعر والبشرة. تُستخدم المستحلبات الأنيونية وغير الأيونية لنقل مختلف الزيوت والشموع التي تُضفي الترطيب والنعومة على الشعر والبشرة. ومن الأمثلة الأخرى كريمات الوجه، ولوشن الجسم، والشامبو، وجل الاستحمام، ومعاجين الأسنان، والعطور.
- مواد التشحيم، والملاط، والمواد المضافة، وزيوت الآلات، ومستحلبات البوليمر، والمواد اللاصقة، ومحاليل النشا، وملاط الحشو المعدني، ومستحلبات النسيج، والمستحلبات دون الميكرونية، ومستحلبات السيليكون.
- مواد البطاريات تُطوَّر مواد الربط المائية للبطاريات باستخدام تقنيات البوليمرات المتقدمة، لتمكين تكوين الأقطاب السالبة في بطاريات الليثيوم أيون الثانوية وبطاريات النيكل-هيدروجين الثانوية. وبالمقارنة مع مواد الربط التقليدية للبطاريات (PVDF)، تتميز هذه المواد بخصائص ربط ممتازة، ومقاومة عالية للإلكتروليت، وخصائص دورة شحن وتفريغ فائقة.
النقاط الرئيسية وخصائص المستحلبات
- المستحلب هو نوع من الغرويات يتكون من خلال دمج سائلين لا يمتزجان عادةً.
- في المستحلب، يحتوي أحد السوائل على تشتت من السائل الآخر.
- تُسمى عملية خلط السوائل لتكوين مستحلب بالاستحلاب.
- على الرغم من أن السوائل التي تشكلها قد تكون شفافة، إلا أن المستحلبات تبدو غائمة أو ملونة لأن الضوء يتشتت بواسطة الجزيئات المعلقة في الخليط.
- يتم ضمان السلامة والملاءمة البيئية باستخدام الماء كمذيب
- يمكن تعديل اللزوجة بسهولة
- تُعزى ملاءمة هذا المنتج لتطبيقات اللصق والطلاء إلى خاصية المستحلب في تكوين طبقة رقيقة عند جفافه.
- قابلية امتزاج ممتازة مع الأصباغ والمذيبات والمواد المضافة، إلخ.
تحضير المستحلبات
تُحضّر المستحلبات برجّ مزيج السائلين بقوة أو بتمرير المزيج عبر مطحنة غروانية تُعرف بالمجانس. عادةً ما تكون المستحلبات المُحضّرة من السوائل النقية غير مستقرة، وينفصل السائلان عند تركهما. وللحصول على مستحلب مستقر، تُضاف كميات صغيرة من مواد أخرى أثناء التحضير. تُسمى هذه المواد المُضافة لتثبيت المستحلبات بالمستحلبات أو عوامل الاستحلاب. ومن المواد الشائعة الاستخدام كعوامل استحلاب: أنواع مختلفة من الصابون، وأحماض السلفونيك طويلة السلسلة، أو الغرويات المحبة للماء مثل البروتينات والصمغ والأجار.
يمكن تحضير المستحلبات بعدة طرق، تبعًا لطبيعة المكونات والمعدات المستخدمة. على نطاق صغير، كما هو الحال في المختبرات أو الصيدليات، يمكن تحضير المستحلبات باستخدام هاون ومدقة جافين من نوع ويدجوود أو الخزف، أو باستخدام خلاط ميكانيكي. أما على نطاق واسع، فيمكن استخدام خزانات خلط كبيرة لتكوين المستحلب بواسطة محرك عالي السرعة.
لزوجة المستحلبات
- تختلف لزوجة المستحلبات تبعاً لدرجة الحرارة.
- مع انخفاض درجة الحرارة، تزداد اللزوجة.
- بإضافة الماء، يمكن تعديل اللزوجة إلى لزوجة أقل.
- لزيادة اللزوجة، يمكن استخدام مواد تكثيف المستحلب
قياسات لزوجة المستحلبات لأغراض مراقبة الجودة
يُعد قياس اللزوجة تقنية مفيدة للغاية لمراقبة الجودة.
- أثناء عملية التجنيس، تشهد العديد من المستحلبات زيادة كبيرة في اللزوجة نتيجة لانخفاض حجم القطرات. ولذلك، يُعد مقدار هذه الزيادة مؤشراً جيداً على جودة المستحلب.
- يرتبط تركيز المستحلب ارتباطًا وثيقًا بلزوجة المستحلب، وبالتالي يمكن استخدام معلومات اللزوجة بشكل فعال للتنبؤ بالتركيزات باستخدام نماذج محددة مسبقًا أو نماذج يحددها المستخدم.
- أثناء عملية الخلط، يُعدّ قياس اللزوجة أثناء العملية مفيدًا لتحديد استقرار المستحلب، ونقطة النهاية المطلوبة لنظام الخلط، وضمان استمرارية العملية. عند الحاجة، يمكن إجراء تعديلات على شدة التحريك، وسرعة الدوران، والمعدات بناءً على بيانات اللزوجة المقاسة وتفسيراتها.
- تُعدّ المستحلبات أنظمة معقدة ذات نطاق واسع من التطبيقات والاستخدامات التجارية. ويُعدّ التوصيف الدقيق للمستحلبات باستخدام بيانات اللزوجة أمرًا بالغ الأهمية لضمان استقرارها وأدائها.
يُمكن أن يوفر قياس اللزوجة باستخدام مقياس اللزوجة المدمج معيارًا ممتازًا لمراقبة الجودة، ويضمن ضمان الجودة/مراقبة الجودة للعملية والمنتج النهائي. يُرجى الاطلاع على مذكرة التطبيق الخاصة بنا.
Rheonics تتوفر أجهزة قياس الكثافة واللزوجة على شكل مجسات وأنظمة تدفق لتركيبها في وحدات الخلط، وخزانات التخزين، ومحطات التحميل، وخطوط المعالجة، وفي سفن النقل. Rheonics صُممت المنتجات لتحمل أقسى بيئات العمليات، ودرجات الحرارة العالية، ومستويات الصدمات العالية، والاهتزازات، والمواد الكاشطة والمواد الكيميائية.
مزايا فريدة مع SRV/SRD
ثبات عالٍ وعدم تأثر بظروف التركيب: أي تكوين ممكن
Rheonics يستخدم كل من SRV وSRD رنانًا محوريًا فريدًا حاصلًا على براءة اختراع، حيث يلتف طرفا المستشعرين في اتجاهين متعاكسين، مما يلغي عزم الدوران الناتج عن تركيبهما، وبالتالي يجعلهما غير حساسين تمامًا لظروف التركيب ومعدلات التدفق. يوضع عنصر المستشعر مباشرة في السائل، دون الحاجة إلى غلاف خاص أو قفص واقٍ.
قراءات فورية ودقيقة لجودة الإنتاج – نظرة عامة كاملة على النظام وتحكم تنبؤي
Rheonics' ريوبولس البرنامج قوي وسهل الاستخدام وبديهي. يمكن مراقبة سائل العملية في الوقت الفعلي على وحدة التحكم الصناعية المدمجة أو على جهاز كمبيوتر خارجي. تتم إدارة العديد من أجهزة الاستشعار المنتشرة في جميع أنحاء المصنع من لوحة تحكم واحدة. لا يؤثر نبض الضغط الناتج عن الضخ على عمل أجهزة الاستشعار أو دقة القياس. كما لا يؤثر الاهتزاز.
القياسات مباشرة، لا حاجة لخط جانبي
قم بتثبيت المستشعر مباشرةً في مجرى العملية لإجراء قياسات اللزوجة (والكثافة) في الوقت الفعلي. لا حاجة لخط جانبي: يمكن غمر المستشعر في الخط؛ ولا يؤثر معدل التدفق والاهتزازات على استقرار القياس ودقته.
الامتثال لمعايير ATEX و IECEx
يُعدّ كلٌّ من SRV وSRD مستشعرات آمنة جوهريًا، حاصلة على شهادتي ATEX وIECEx للاستخدام في البيئات الخطرة. تتوافق هذه المستشعرات مع متطلبات الصحة والسلامة الأساسية المتعلقة بتصميم وبناء المعدات وأنظمة الحماية المُخصصة للاستخدام في الأجواء القابلة للانفجار. وقد حصلت هذه المستشعرات على شهادات الأمان الجوهري ومقاومة الانفجار من قِبل Rheonics كما يتيح تخصيص المستشعرات الموجودة. ويمكن توفير مستشعرات مخصصة للتطبيقات التي تتطلب وحدة واحدة أو آلاف الوحدات، مع فترات تسليم تتراوح بين أسابيع وأشهر.
Rheonics SRV & SRD كلاهما حاصل على شهادتي ATEX و IECEx.اقراء المزيد)
محتوى المدونة ذات الصلة
