Тезисы
апрель 2017

Стабілізація емульсій на основі триглецерідів кабонових кислот твердими наночастинками


Каширіна Я. О. , Муратов О. С. , Сокольський Г. В.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

Вступ. Явище стабілізації емульсій без додавання ПАР за допомогою твердих наночастинок відомо вже понад століття (так звані емульсії Пікерінга), але лише останнім часом виникли нові можливості щодо стабілізації емульсій завдяки створенню нових наноматеріалів та прогресу в галузі нанотехнологій. Харчові емульсії є одними з найбільш перспективних систем для застосування методу стабілізації Пікерінга.

Матеріали та методи. Методика розрахунків залежності енергії наночастинок, що знаходяться на межі розділу з водою таких рідин: триглецеріди карбонових кислот (С4, С6, С12, С14, С18), парфумерне масло, естери кислот льняного масла (переважно естери ленолевої кислоти), викладені в роботі [1]. Невідомі величини поверхневих натягів розраховувались за методикою, викладеною в [2, 3]. Розрахунки проводились з використанням програмного забезпечення Mathcad – 2000.

Результати та обговорення. Розраховані нами значення вільної енергії сферичної наночастинки (в одиницях kT, T = 298 К), розташованої на границі води і масла (триглецерідів), представлені на рисунку 1.

Рис. 1. Квадратична енергетична яма для наночастинок неполярного гідрофобного парафіну (r = 12 nm), стабілізуючих емульсії тригліцерідів карбонових кислот: трібутірін (С4), трімірістін (С14), трипальмитин (С16), тристеарин (С18). W – вода з лівого, O – масло (триглецеріди) – з правого боку; границя масло-вода знаходиться в точці z = 0; z0 – відношення координати центру сферичної наночастинки відносно границі масло – вода до її радіусу. 

Положення мінімуму можна також розрахувати за формулою , де  – поверхневі натяги масло – вода, парафін – масло, парафін – вода.

Таблиця 1 – Параметри енергетич-ної ями наночастинки парафіну (r = 12 нм)

Триглецеріди    
Трібутірін (С4) 0.79 150 1040
Трікапроін (С6) 0.81 100 1020
Трілаурін (С12) 0.73 248 1050
Трімірістін (С14) 0.67 467 1150
Трипальмитин (С16) 0.59 821 1230
Тристеарін (С18) 0.57 938 1240

В таблиці 1 для різних триглецерідів в одиницях  наведено параметри енергетичної ями  та , які відповідають перенесенню частинки парафіну з точки  в масло (), та в воду (). Як і очікувалось, за нашими розрахунками більша частина поверхні наночастинки парафіну знахо-диться з боку масла. Найбільший енергетичний бар'єр в одиницях kT на границі парафін-масло спостері-гається для емульсії В/М (вода в маслі) з тристеаріном (С18).

Параметри для розрахунків поверхневого натягу парафін – масло та парафін–вода, брались з роботи Саіто [4]. На рис. 2(a) представлені енергетичні ями для твердих наночастинок (r = 12 нм) в естерах кислот льняного масла для вугілля E(z); гідрофiльного E1(z), 50% гідрофільного E2(z) та гідрофобного E3(z) кремнезему на поверхні поділу «ефіри кислот льняного масла – вода» На Рис. 2(б) – ті ж самі залежності для парфумерного масла.

 

Рисунок 2 – Квадратична енергетична яма для наночастинок неполярного гідрофобного парафіну (r = 12 nm), стабілізуючих водні емульсії льняного (a) , парфумерного масел (b)

Висновки. Показано з термодинамічних міркувань, що наночастинки парафіну найкраще стабілізують емульсії вода в маслі на основі тристеаріну (С18). Оптимальним вибором матеріалу наночастинок для естерів кислот льняного та парфумерного масел є стабілізуючі наночастинки, що складаються з 50% гідрофільного кремнезему.

References
  1. Particle-Stabilized Emulsions and Colloids: Formation and Applications. Editors: To Ngai, Stefan Bon. 2015. DOI:10.1039/9781782620143
  2. Binks B. P., Clint J.H. Langmuir. 18, 1270-1273, 2002
  3. Sokolsky G., Muratov O., Miroshnikov O. Are Nanoparticles of Food Additives Good Candidates for Pickering Stabilization of Emulsions? Theses of 8th Central Europеan Congress on Food. Food Science for Well-being. 23-26 May, 2016, Kyiv, Ukraine
  4. Saito M., Otani M. and Yabe A. Textile Research Journal 55, 157-164, 1985