专利名称：混合或分散液体的方法
技术领域：
本发明涉及混合或分散液体的方法，特别是生产细散的液体分散体的方法，以及实施该方法的混合器。
欧洲专利申请EP 0776997A1描述了生产细散的固体分散体的方法，其中预分散体通过一个或多个开槽喷嘴喷吹。分散相的颗粒大小是0.01μm-20μm。喷嘴孔直径是0.05mm-1mm。孔长度与孔直径的比例是1∶1-1∶10。优选的组合器件具有两个喷嘴体，它们的出口与其相对。还描述了用两个或更多个有相等孔径或较小孔径的喷嘴来喷吹粗分散体或预分散体的一些器件。该开槽喷嘴比较合适的是由陶瓷材料(例如氧化锆)或涂有陶瓷的金属构成。
在国际专利申请WO 97/17964中，描述了生产脂质体分散体的方法，其中一种或多种两性物质的含水预分散体通过至少一个直径为0.1mm-0.5mm的均匀分散的喷嘴在600bar-900bar下喷吹。该均化喷嘴有入口通道和出口通道，由硬陶瓷片构成，陶瓷片上有孔，喷嘴压入钢体中。入口通道和出口通道也装在钢体中。在使用几个喷嘴时，相对排列，并行流入。在循环系统中预分散体通过均化喷嘴喷吹，直到脂质分散体平均颗粒大小约35nm-约80nm为止。
构成本发明基础的问题是要解决一种混合或分散液体的方法，该方法与现有技术方法比较，改进了混合，使其具有较低的能量消耗。
本发明解决上述问题的方法是在温度约20℃-约250℃，优选约20℃-约200℃，和压力约50bar-约2500bar，优选约100bar-约800bar下，通过一个混合器喷吹液体使其混合或分散，该混合器由一个或多个入口喷嘴，一个或多个湍流室和一个或多个出口喷嘴构成，其中入口喷嘴、湍流室入出口喷嘴按顺序压入圆筒形支座中，并且入口喷嘴和出口喷嘴孔的轴线相互平行排列。
该方法特别适用于生产平均颗粒大小约10nm-约1000nm，优选约50nm-约400nm的细散的分散体。
为了生产液体分散体，在温度约20℃-约250℃，优选约20℃-约200℃，和压力约50bar-约2500bar，优选约100bar-约800bar下，通过上述混合器(分散器)喷吹预制乳液。
在混合器中被混合或被分散的液体的停留时间是约10-6秒-约10-1秒。
术语“预制乳液”表示下列系统中的一个系统a)水包油乳液(O/W乳液)，b)油包水乳液(W/O乳液)，c)水包油乳液，其中亲油活性物质溶于所述油中，d)水包不混溶于水的溶剂的乳液，其中亲油活性物质溶于所述溶剂中。
水包油乳液优选其中分散相的粘度是约0.01mPas-10,000mPas，优选约0.1mPas-约2000mPas。
术语“亲油活性物质”包括维生素A、D、E和K、类胡萝卜素或食品添加剂例如PUFAs(聚不饱和脂肪酸)和生育三烯酚类。
为了生产预制乳液，被分散的液体最好在乳化剂水溶液中搅拌，可以同时加热或不加热。
生产细散液体分散体的方法不仅与使用相应的食品乳化剂的食品制造领域中所使用的方法有关，而且与所使用的相应工业乳化剂的一般工业分散方法有关。在食品制造领域使用的那些方法是优选的。
可以加入食品中的用于分散的合适乳化剂/稳定剂是，例如，抗坏血酸棕榈酸酯、卵磷酸、聚三梨酸酯、糖酯、脂肪酸酯、柠檬酸酯、山梨醇硬脂酸酯；以及胶体，例如明胶和鱼胶；碳水化合物，例如淀粉和淀粉衍生物例如糊精、果胶或阿拉伯胶；乳蛋白和植物蛋白。也可以使用上述物质的混合物。抗坏血酸棕榈酸酯、鱼胶或淀粉衍生物是优选的，抗坏血酸棕榈酸酯特别优选。
合适的工业乳化剂是，例如，十二烷基氧化乙烯(LEO)-9和(LEO)-10。
本发明的方法特别适合于从油(例如玉米油、棕榈油、向日葵油等)生产液体分散体；以及从亲油活性物质(例如，维生素A、D、E和K)、类胡萝卜素、或食品添加剂(例如PUFAs和生育三烯酚类)生产液体分散体。
合适的类胡萝卜素是，例如，β-胡萝卜素、β-阿朴-4′-胡萝卜醛、β-阿朴-8′-胡萝卜醛、β-阿朴-12′-胡萝卜醛、β-阿朴-8′-胡萝卜酸、虾黄质、鸡油菌黄质、玉米黄质、稳黄质、柠檬黄质、叶黄素、番茄红素、圆红酵母素醛、圆红酵母素乙酯、脉孢菌黄质乙酯、ζ-胡萝卜素、脱氢红盘菌黄质，等等。
上述亲油活性物质可以直接使用，因为其是油性物质。固体活性物质，例如类胡萝卜素，以在油或水不溶的溶剂中溶解形式使用。
合适的水溶混的溶剂是卤代脂肪烃，例如二氯甲烷；水不溶混的酯例如羧酸二甲酯(碳酸二甲酯)、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯或乙酸异丙酯；或水不溶混的醚例如甲基叔丁基醚，等等。
本发明的方法是一种很有效地混合或分散液体的方法。
本发明的混合或分散方法也适合于在几秒内或倾刻的很短反应时间内进行的一些化学反应。
与上述已知设备比较，本发明的混合器入口和出口喷嘴的孔轴线的排列相互平行。借此和用位于喷嘴间的湍流室而提高了混合物特别是分散体的短期稳定性。结果形成更均匀的液体分散体。
以下根据
本发明。
图1表示实施本发明方法的设备流程图。
图2表示通过本发明的具有入口喷嘴和出口喷嘴的混合器的截面图。
图3表示本发明的混合器的透视图。
图4表示可能放大的结构。
图5表示另一种可能放大的结构。
在图1中，供料容器1后面是高压泵2，其后任选连接在热交换器3上。混合器4在后面。
图2和图3表示由入口喷嘴6，湍流室7，出口喷嘴8构成的混合器4。其中入口喷嘴6孔直径约0.05mm-约1mm，优选约0.05mm-约0.5mm；湍流室7直径约0.5mm-约10mm，优选约1mm-约10mm，特别是约1mm-约5mm；出口喷嘴8孔直径约0.05mm-约1.5mm，优选约0.05mm-约0.8mm。入口喷嘴6，湍流室7和出口喷嘴8顺序压入圆筒形支座5中。入口喷嘴和出口喷嘴的轴线相互平行排列。
关于入口喷嘴或出口喷嘴，喷嘴孔长度与直径的比例是约1-10，优选约1-5。
湍流室长度与直径的比例是约0.5-约50，优选约0.5-约20，特别是约0.5-约10。
湍流室直径必须大于出口喷嘴直径。
入口喷嘴和出口喷嘴孔直径可以相同或不同。但是，入口喷嘴孔直径小于出口喷嘴孔直径的实施方案是优选的。例如，入口喷嘴孔直径约0.2mm，而出口喷嘴孔直径约0.25mm。
喷嘴适合于用耐磨材料制造。耐磨材料有例如兰宝石、金刚石、不锈钢、陶瓷、碳化硅、碳化钨、锆，等等。
喷嘴的孔可以是圆的或长方形的或者可以有椭圆的形的。口上锥形的孔也较为合适。
支座5同样由耐磨材料制成，合适的是由不锈钢制成。
图4表示混合器4放大的一种可能性。
图4a部分表示本发明的许多喷嘴和插件11，它们拧入支承板10中。支承板位于管道9中。
截面4b仅表示一个喷嘴插件11′。喷嘴插件11′，支承板10以及管道9均由耐磨材料制造，优选由不锈钢制造。
截面4c表示本发明的装有喷嘴的可拧紧的喷嘴支座11″。
图5表示另一种可能的放大。混合器由按顺序安装在管道15中的支承圆板12，湍流室13和支承圆板14构成，其中第一支承圆板12装有多个入口喷嘴16，其孔直径约0.05mm-约1mm，优选0.05mm-约0.5mm，第二支承圆板14装有多个出口喷嘴17，其孔直径约0.05mm-约1mm，优选约0.05mm-约0.8mm。喷嘴16和17的轴线相互平行排列。
喷嘴的数目确定了湍流室13的直径。湍流室的长度与直径的比例的设计应使在分散器中被分散的液体的停留时间是约10-6秒-约10-1秒。
为了生产细散的液体分散体，如图1所示，预制乳液首先在供料容器1中用已知方法生产，然后在温度约20℃-约250℃，优选约20℃-约200℃，和压力约50bar-约2500bar，优选50bar-约800bar下，用高压泵2通过分散器4喷吹。在需要时将预制乳液可以在热交换器3中短时间加热。在分散器中被分散液体的停留时间是约10-6秒至约10-1秒。
下列实施例更详细地说明本发明，但是不是用来限制本发明的范围。在这些实施例中，除了食品乳化剂抗坏血酸棕榈酸酯外还使用工业乳化剂十二烷基氧化乙烯(LEO)-9和(LEO)-10。这是所谓“较快的”乳化剂，其很快地稳定新生成相的界面。
实施例1玉米油和十二烷基氧化乙烯这种乳液具有下列组成87wt％去离子水，10wt％玉米油和3wt％十二烷基氧化乙烯-9。
将去离子水加入釜中，加热至40℃。乳化剂十二烷基氧化乙烯(LEO)-9溶于所述水中。然后，将玉米油搅拌入其中，并用Ultra Turrax混合器在1000rmp下细分散。在分散相的含量是10wt％时，玉米油与十二烷基氧化乙烯的重量比是10∶3。预制乳液用本发明图2的分散器在压力600bpr下均匀化3次。表1中给出了使用的分散器的几何尺寸。颗粒大小用已知的光子相关能谱法测定。
实施例2玉米油和抗坏血酸棕榈酸酯在这里，使用抗坏血酸棕榈酸酯作为乳化剂。乳液的定量组成与实施例1的相当。
将去离子水加入釜中，加热至40℃。将抗坏血酸棕榈酸酯溶于pH7-8的所述水中。按照实施例1的方法进行预制乳状液的生产和均匀化。
实施例3dl-α-维生素E和抗坏血酸棕榈酸酯实施例3按照实施例2进行。
实施例4dl-α-维生素E和抗坏血酸棕榈酸酯预制乳状液按照实施例2生产。分散相的含量是30wt％。dl-α-维生素E与抗坏血酸棕榈酸酯的重量比是10∶1。用图2所示的本发明的分散器在压力100bar，200bar，300bar，400bar和500bar下将预制乳状液各均化一次。
实施例5dl-α-维生素E，玉米油，抗坏血酸棕榈酸酯和鱼胶含有65wt％去离子水、6wt％抗坏血酸棕榈酸酯、4wt％鱼胶、18wt％dl-α-维生素E和7wt％玉米油的乳液用下述方法生产。
将去离子水加入釜中，加热至60℃。将鱼胶溶于所述水中，然后抗坏血酸棕榈酸酯溶于上述的pH值7-8的溶液中。接着，按照实施例1描述的方法将含有dl-α-维生素E和玉米油的分散相搅拌进入其中。预制乳液按照实施例4的方法均匀化。
实施例6-10是用单孔喷嘴的对比实施例。
实施例6玉米油和十二烷基氧化乙烯预制乳液按照实施例1的方法生产，用单孔喷嘴在压力600bar下均化3次，所述单孔喷嘴指的是有锐角入口和出口的喷嘴。单孔喷嘴的几何尺寸在表1中给出。
实施例7玉米油和抗坏血栓棕榈酸酯预制乳液按照实施例3的方法生产和用实施例6所述方法均化。
实施例8dl-α-维生素E和抗坏血酸棕榈酸酯预制乳状液按照实施例3的方法生产和用实施例6所述方法均化。
实施例9dl-α-维生素E和抗坏血酸棕榈酸酯预制乳液按照实施例4的方法生产和用实施例6中描述的单孔喷嘴在压力100bar，200bar，300bar，400bar和500bar下各均化一次。颗粒大小用已知的激光衍射能谱法和光子相关能谱法测定。
实施例10dl-α-维生素E，玉米油，抗坏血酸棕榈酸酯和鱼胶预制乳液按照实施例5的方法生产和用实施例6中描述的单孔喷嘴在压力100bar，200bar，300bar，400bar和500bar各均化一次。
表1使用的分散器的几何尺寸
实施例1-6得到的细散的液体分散体的平均颗粒大小见表2和3。
表2实施例1，2，3，6，7和8的平均颗粒大小(nm)
从表2可看出用本发明的喷嘴I和II均化比用单孔喷嘴均化得到更少粒度的液体分散体。在使用喷嘴I和II时比使用单孔喷嘴得到的粒度小三分之一。
用喷嘴I得到最好的均化。在三次均化后颗粒大小减少至200nm。实施例1的数值表明结果的可再现性也好。
在实施例4，5，9和10中得到的细散的液体分散体的平均颗粒大小见表3。
表3实施例4，5，9和10的平均颗粒大小(nm)
从表3可看出用喷嘴I和喷嘴I/长均化比用单孔喷嘴均化得到更少颗粒大小的液体分散体。用喷嘴I/长得到最好的均化。
权利要求
1.混合或分散液体的方法，该方法包括在温度约20℃-约250℃，优选约20℃-约200℃，和压力约50bar-约2500bar，优选约100bar-800bar下，通过一个混合器喷吹液体使之混合或分散，该混合器由一个或多个入口喷嘴、一个或多个湍流室和一个或多个出口喷嘴构成，该入口喷嘴、湍流室和出口喷嘴按顺序压入圆筒形支座中，并且入口喷嘴和出口喷嘴孔的轴线相互平行排列。
2.根据权利要求1的方法，其中被分散的是液体。
3.根据权利要求1或2的方法，其中在混合器中混合或分散液体的停留时间是约10-6秒-约10-1秒。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中生产的液体分散体的平均颗粒大小约10nm-约1000nm，优选约50nm-约400nm。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中在温度约20℃-200℃和压力约50bar-约2500bar，优选约100bar-约800bar下，通过混合器4喷吹预制乳液。
6.根据权利要求5的方法，其中预制乳液是水包油乳液，其分散相的粘度是约0.01mPas-约10,000mPas，优选约0.1mPas-约2,000mPas。
7.根据权利要求5或6的方法，其中预制乳液是通过将要分散的液体搅拌入乳化剂水溶液中来生产的，同时可以任选加热或不加热。
8.根据权利要求7的方法，其中乳化剂是抗坏血酸棕榈酸酯。
9.根据权利要求1-8中任一项的方法，其中被分散的是油或亲油活性物质。
10.根据权利要求9的方法，其中亲油活性物质是维生素A、D、E和K、类胡萝卜素或食品添加剂包括聚不饱和脂肪酸和生育三烯酚类。
11.实施根据权利要求1-10中任一项方法的混合器，所述混合器由入口喷嘴6、湍流室7和出口喷嘴8构成，该入口喷嘴6，湍流室7和出口喷嘴8按顺序压入圆筒形支座5中，并且入口喷嘴和出口喷嘴的轴线相互平行排列。
12.根据权利要求11的混合器，其中入口喷嘴6孔直径是约0.05mm-约1mm，优选约0.05mm-约0.5mm，湍流室7直径是约0.5mm-约10mm，优选1mm-约5mm，特别是约1mm-约5mm，出口喷嘴8的孔直径是约0.05mm-约1.5mm，优选约0.05mm-约0.8mm。
13.根据权利要求11或12的混合器，其中入口喷嘴孔直径小于出口喷嘴孔直径。
14.根据权利要求11-13中任一项的混合器，其中所述喷嘴由兰宝石、金刚石、不锈钢、陶瓷、碳化硅、碳化钨或氧化锆制造。
15.根据权利要求11-14中任一项的混合器，其中入口喷嘴和出口喷嘴的长度与直径的比例是约1-约10，优选约1-约5。
16.根据权利要求11-15中任一项的混合器，其中所述湍流室的长度与直径的比例是约0.5-约50，优选约0.5-约20，特别是约0.5-约10。
17.根据权利要求11-16中任一项的混合器，其中湍流室的直径大于出口喷嘴的直径。
18.实施权利要求1-10中任一项方法的混合器，其中本发明的多个喷嘴与插件11拧入支承板10中，支承板10安装在管道中。
19.实施权利要求1-10中任一项方法的混合器，其中混合器由安装在管道15中的支承圆板12、湍流室13和支承圆板14构成，其中第一支承圆板12含有孔直径约0.05mm-约1mm，优选0.05mm-约0.5mm的多个入口喷嘴16，和第二支承圆板14含有孔直径约0.05mm-约1mm，优选约0.05mm-约0.8mm的多个出口喷嘴17，喷嘴16和17的轴线相互平行排列。
20.根据权利要求11-19中任一项的混合器用于混合或分散液体的用途。
21.权利要求11-19中任一项的混合器在几秒或倾刻内的很短反应时间完成化学反应的用途。
全文摘要
本发明涉及混合和分散液体的方法,其中在温度约20℃—约250℃,优选约20℃—约200℃,和压力约50bar—约2500bar,优选约100bar—约800bar下,通过一个混合器喷吹要混合或要分散的液体,该混合器由一个或多个入口喷嘴、一个或多个湍流室和一个或多个出口喷嘴构成,该入口喷嘴、湍流室和出口喷嘴是按顺序压入圆筒形支座中的,并且入口喷嘴和出口喷嘴孔的轴线相互平行排列;以及实施所述方法的混合器。
文档编号B01F5/08GK1256168SQ9912287
公开日2000年6月14日 申请日期1999年12月6日 优先权日1998年12月7日
发明者古德朗·科尔布, 赫尔曼·斯坦, 克劳斯·维多特 申请人:霍夫曼-拉罗奇有限公司