مستحلب

A. سائلين غير مزوجين لم يستحلبا بعد.
B. مستحلب من طور II مستعلق في الطور I
C. مستحلب غير مستقر ينفصل تدريجيًا.
D. الفاعلات بالسطح (الخط الخارجي للجزيئات المدورة) متوضعة على السطح الفاصل بين الطور II والطور I تؤدي إلى استقرار المستحلب.

المستحلبات Emulsions شكل صيدلاني سائل لزج ذومظهر حليبي معـد للاستعمال الداخلي عن طريق الفم. يتكون من طورين يتم توزيع أحدهما داخل الآخر لتكوين المستحلب. وباستعمال عامل الاستحلاب Emulsifying، يسمى السائل المعلق بشكل قطيرات بالطور المُبعثَر Dispersed phase، أوالطور الداخلي Internal phase، أما السائل الذي تتبعثر فيه القطيرات الدقيقة فيسمى بالطور المستمر Continueos phase، أوالطور المُبعثِر Dispersing phase، أوالطور الخارجي External phase.

المستحلب هوخليط من مادتين سائلتين أوأكثر عادةً ما يتعذر مزجهم، مثل الدهون والماء. المستحلبات جزء من فئة عامة من نظام الطورين للمادة يسمى بالغروانيات. بالرغم حتى مصطلح المادة الغروانية والمستحلب تستخدمان عادة بالتبادل، مصطلح المستحلب ينبغي حتى يستخدم عندماقد يكون الطور المبعثر والطور المستمر في الحالة السائلة. في المستحلب، إحدى المادتين السائلتين (الطور المبعثر) يتناثر في الطور الآخر (الطور المستمر). من الأمثلة على المستحلبات صلصة الخل والحليب والمايونيز وبعض السوائل المستخدمة في الأشغال المعدنية. مصطلح مستحلب يعود أصله إلى المصطلح اللانكليزي "to milk", وذلك لان الحليب هومستحلب من الماء والدهون ، ومن هنا نشأ تعبير مستحلب.

مادتين سائلتين تستطيعان تكوين انواعh مختلفة من المستحلبات. من الأمثلة على ذلك، الماء والزيت يستطيعان تكوين، أولاً, مستحلب الزيت في الماء، حيث حتى الزيت هوتعبير عن الطور المبعثَر والماء هوالوسط المُبَعثِر. ثانياً, يستطيعان تكوين مستحلب الماء في الزيت، حيث حتى الماء هوالطور المبَعثَر والزيت هوالطور الخارجي. المستحلبات المتعددة ممكنة أيضا، تتضمن مستحلب "الماء في مُسْتَحْلَبُ الزَّيتِ بالمَاء " اومستحلب "الزيت في مُسْتَحْلَبُ الماءِ بالزَّيت ".

المستحلبات، لكونها سوائل، لا تَظهر لها بنية داخلية. القطرات التي تتبعثر في السائل (وسط التبعثر) عادة ما يفترض حتى تتوزع إحصائيا.

يستخدم مصطلح "المستحلب" أيضاً للإشارة إلى الجانب الحساس للصورة لفيلم فوتوغرافي. مثل مستحلب التصوير الفوتوغرافي الذي يتكون من جزيئات هاليد الفضة المبعثرة في مصفوفة الجيلاتين. المستحلبات النووية مماثلة للمستحلبات الفوتوغرافية لكنها تستخدم في فيزياء الجسيمات للكشف عن الجسيمات الأولية ذات الطاقة العالية.

مزايا المستـحلبات

إن تجزئية المـواد الدوائـية إلى قطيـرات صغيـرة تـزيد من مـعدل امتصاصها في الأمـعاء.
إخفاء الطعم والرائـحة الغيـر مقبـولين للـزيت كمـا في مستـحلبات زيـت الخـروع.
إطالة مفـعول الـدواء وتـزيد من تأثيـره المطـري تبـعاً لسـواغاتها.
إن الماء سـواغ رخيـص الكلـفة ولـه قـدرة عـالية على حـل المـواد الـدوائية.

المظهر والخصائص

المستحلب يتكون من الطورين المستمر والمبعثَر، وبوجود حد بين الطورين يسمى "سطح بيني". تميل المستحلبات لتمتلك المظهر القاتم لان السطح البيني يعمل على تشتيت الضوء عند مروره من المستحلب. المستحلبات تظهر باللون الأبيض عندما يتشتت جميع الضوء بالتساوي. إذا كان المستحلب مخفف بما فيه الكفاية، سيتشتت الضوء ذوالتردد العالي والأطوال الموجية المنخفضة، ويكون لون المستحلب مائل إلى الزرقة وهذا ما يسمى "تأثير تيندال". أما إذا كان المستحلب مركز بما فيه الكفاية، يفترض أن ينحرف لونه نحوالأطوال الموجية العالية ويظهر باللون الأصفر. تسهل ملاحظة هذه الظاهرة عندما تتم مقارنتها مع حليب خالي الدسم، الذي يحتوي على القليل من الدهن، لاحتوائها على هجريز أعلى بكثير من دهن الحليب. ومن الامثلة على ذلك خليط الماء والزيت.

هناك فئتين خاصتين من المستحلبات- microemulsions and nanoemulsions – مع أحجام قطرات أقل من 100 نانومتر- تظهر شفافة. هذه الخاصية تعود إلى حقيقة حتى الأطوال الموجية تنتشر بواسطة القطرات التي تتجاوز أحجامها فقط ربع الطول الموجي للضوء الساقط. منذ ذلك الحين فان الطيف المرئي للضوء يتكون من الأطوال الموجية بين 390- 750 نانومتر، إذا كانت احجام القطرات في المستحلب اقل من 100 نانومتر يستطيع الضوء اختراق المستحلب من غير ان يتشتت. نتيجةً للتشابه في المظهر يتم الخلط بين مستحلبات النانوالشفافة ومستحلبات المايكرو. على عكس مستحلبات النانوالشفافة، والتي تتطلب معدات خاصة ليتم إنتاجها، فان مستحلبات المايكروتتكون بطريقة عفوية عن طريق "الانحلال" جزيئات الزيت مع خليط من السطح البيني ومساعدات الانحلال . هجريز السطح البيني المطلوب في مستحلبات المايكروأعلى عدة مرات منه في مستحلبات النانوالشفافة، وأيضا تتجاوز هجريز الطور المبعثَر. بسبب وجود الكثير من الصفات غير المرغوب فيها التي يسببها السطح البيني، فان وجودها غير ملائم في الكثير من التطبيقات. بالإضافة إلى ذلك فان استقرار مستحلبات المايكرويمكن حتى يصبح خطراً عند التخفيف أوالتسخين أوتغيير مستويات الحموضة.

المستحلبات الشائعة بطبيعتها غير مستقرة وبالتالي لا تميل إلى ان تتشكل بعفوية. مدخلات الطاقة- من خلال الهز، الاثارة، المجانسة أوالتعرض للموجات فوق الصوتية -هوما نحتاجه لتشكيل المستحلب. مع مرور الوقت تميل المستحلبات الي العودة الي حالة الاستقرار للاطوار التي تشكلها. ومن الامثلة على ذلك ما نراه من انفصال للخل والزيت في صلصة الخل، المستحلب غير المستقر من شأنه ان ينفصل بسرعة مالم يهتز باستمرار. هناك استثناءات هامة لهذه القاعدة فمستحلبات المايكرومستقرة الديناميكيا الحرارية اما مستحلبات النانوالشفافة فهي مستقرة حركيا.

سواء أكان مستحلب الزيت والماء يتحول إلى مستحلب "الزيت في الماء" أو"الماء في الزيت" فان ذلك يعتمد على نسبة حجم كلا الطورين ونوع المستحلب. بشكل عام يتم تطبيق قاعدة بانكروفت. المستحلبات وجزيئات الاستحلاب تميل إلى تعزيز تبعثر الطور الذي لا يذوب بشكل جيد. مثال على ذلك, البروتينات تذوب في الماء أفضل من ذوبانها في الزيت لذلك تميل لتكوين مستحلب "الزيت في الماء" (وهذا هو، لانها تعزز تبعثر قطرات الزيت في الطور المستمر وهوالماء). الهيكل الهندسي للمستحلب هوخليط من اثنين من السائل الكاره للمذيب مع هجريز كبير من العنصر الثانوي :جزيئات المستحلب تشكل حتما الهياكل الحيوية غير المتجانسة على مقياس طول صغير. حجم المخالفات الاولية يُحكم بواسطة وظيفة عالمية تعتمد على محتوى الحجم للمكونات. البعد الكسوري لهذه المخالفات هو2.5 .

عدم الاستقرار

استقرار المستحلب يعود إلى مدى قدرته على مقاومة التغير في صفاته . هناك اربعة انواع من عدم الاستقرار في المستحلب: التلبد flocculation, التقشد creaming, الالتحام coalescence ونضوج اوستوالد Ostwald ripening. يحصل التلبد عند وجود قوة جذب بين القطرات، بالتالي تتشكل تكتلات مثل عناقيد العنب. اما الالتحام فيحصل عندما تضخ القطرات على بعضها البعض وترتبط لتكون قطرات كبيرة، بالتالي معدل حجم القطرات يرتفع مع زيادة الوقت. يخضع المستحلب ايضا للتقشد حيث ان القطرات ترتفع إلى اعلى المستحلب تحت تاثير الطفوأوتحت تاثير قوة الجاذبية التي يسببها استخدام جهاز الطرد المركزي. استخدام سطح بيني مناسب يزيد من الاستقرار الحركي للمستحلب بالتالي حجم القطرات لا يتغير بشكل كبير وبالتالي تكون مستقرة.

مراقبة الاستقرار المادي

يمكن ان يوصف استقرار المستحلب من خلال عدة تقنيات منها تقنية تشتت الضوء، قياس هجريز الشعاع المنعكس، الطرد المركزي والريولوجيا. جميع طريقة لها ايجابيات وسلبيات.

طرق التنبؤ بمدة الصلاحية

العملية الحركية لزعزعة الاستقرار يمكن ان تكون طويلة نوعا ما، تصل لعدة شهور أوسنوات لبعض المنتجات. في كثير من الاحيان يقوم المنتج بتسريع هذه العملية من اجل اختبار المنتجات في فترة زمنية معقولة خلال تصميم المنتجات. الطرق الحرارية هي الأكثر استخداماً- تتضمن زيادة درجة حرارة المستحلب لتسريع زعزعة الاستقرار (إذا كانت اقل من درجات الحرارة الحرجة للتدهور الكيميائي). لا تؤثر الحرارة فقط باللزوجة وانما تؤثر ايضا في التوتر السطحي في حالة السطح البيني غير الايوني، أوعلى نطاق اوسع تفاعلات القوى داخل النظام. تخزين المستحلب على درجات حرارة عالية تمكنه من محاكاة الظروف الواقعية للمنتج (مثال: انبوب مستحلب واقي شمس في السيارة تحت حرار الصيف) ولكن أيضا لتسريع عمليات زعزعة الاستقرار ما يصل إلى 200 مرة. الطرق الميكانيكية للتسريع تتضمن الاهتزاز، الطرد المركزي، والاثارة يمكن ان تستخدم ايضاً. هذه الاساليب تجريبية من دون اساس فهمي سليم.

المستحلِب

المستحلب (المعروف أيضا باسم "emulgent"هي المادة التي تعمل على استقرار المستحلَب عن طريق زيادة استقرارها الحركي. هناك فئة من المستحلِبات تعهد باسم "عناصر السطح النشطة" أوالسطح البيني. امثلة على مستحلِبات الطعام: صفار البيض- عنصر الاستحلاب الرئيسي هو"الليسيتين" (حدثة يونانية تعني صفار البيض) الخردل- حيث ان هناك تنوع في المواد الكيميائية في الصمغ المحيط بالبذرة يعمل بمثابة مستحلِبات. فول الصويا- هومستحلِب اخر ومُخَثّر . استقرار بيركينغ- يستخدم الجزيئات في ظل ظروف معينة. فوسفات الصوديوم صوديوم ستيرويل لاكتيليت DATEM (ثنائي اسيتيل التاتريك(حمض) استر من احادي الغليسريد) – مستحلب يستخدم في المقام الأول في الخبز. المنظفات هي فئة اخري من السطح البيني، تتفاعل فيزيائيا مع الماء والزيت وبالتالي تحقق استقرار السطح بين جزيئات الماء والزيت، يتم استغلال هذا المبدأ في الصابون، لإزالة الشحوم لغرض التنظيف. وتستخدم الكثير من المستحلِبات المتنوعة في الصيدلية لتحضير المستحلَبات مثل الكريمات والمستحضرات. ومن الأمثلة الشائعة شمع الاستحلاب، كحول الكيتيريل, بوليسوربات20 , وستيريث20. في بعض الاحيان الطور الداخلي" الطور المبعثر" يمكن انقد يكون بمثابة مستحلِب والنتيجة هي مستحلبات النانوحيث يتشتت الطور الداخلي إلى قطرات بحجم النانوبداخل الطور الخارجي. ومن الأمثلة المعروفة لهذه الظاهرة، "تأثير اوزو"، يحدث عندما يتم سكب الماء إلى المشروبات الكحولية المستندة الي اليانسوني مثل اوزو(خمرة بطعم اليانسون), فاتح للشهية بطعم اليانسون، الاراك( عرق مشروب مسكر), أوراكي( كحول قوي في أوروبا الشرقية والشرق الأوسط). هذه المركبات قابلة للذوبان في الإيثانول، ثم تشكل قطرات بحجم النانووتستحلب داخل المياه. اللون الناتج من المشروب غير واضح وهوأبيض حليبي.

طرق الاستحلاب

هناك عدد من العمليات والطرق الفيزيائية والكيميائية المتنوعة التي تساهم في الاستحلاب :

-نظرية التوتر السطحي- بناءً على هذه النظرية يتم الاستحلاب بتقليل التوتر السطحي بين الطورين.

-نظرية التنافر- مادة الاستحلاب تصنع فيلم خلال الطور الذي يشكل الكريات التي تتنافر مع بعضها. تؤدي قوة التنافر الي بقاء الكريات معلقة في وسك التشتت.

-تعديل اللزوجة- المستحلب مثل صَمْغُ السَّنْط (=الصَّمْغُ العَرَبِيّ)صمغ الشجر والكثيراء التي هي تعبير عن هيدروكولويدس. إضافة الي بولي ايثيلين غلايكول والغليسيرين ومبلمر اخر من كاربوكسي ميثيل سيليلوز، جميع هذا يزيد من لزوجة الوسط مما يساعد في التكوين والحفاظ على بقاء جزيئات طور التشتت معلقة.

مزايا المستـحلبات

1. إن تجزئية المـواد الدوائـية إلى قطيـرات صغيـرة تـزيد من مـعدل امتصاصها في الأمـعاء.

2. إخفاء الطعم والرائـحة الغيـر مقبـولين للـزيت كمـا في مستـحلبات زيـت الخـروع.

3. إطالة مفـعول الـدواء وتـزيد من تأثيـره المطـري تبـعاً لسـواغاتها.

4. إن الماء سـواغ رخيـص الكلـفة ولـه قـدرة عـالية على حـل المـواد الـدوائية.

استخداماتها

في الطعام

مستحلب"الزيت في الماء" هوالأكثر استخداما في تصنيع الطعام - الكريما(الرغوة) في الاسبريسو. - المايونيز والصلصة الهولندية- هي تعبير عن مستحلب "زيت في ماء". وما يساعد على استقرارها هوصفار البيض أوانواع اخرى من اضافات الطعام مثل صوديوم سيتيرويل لاكليتليت. - الحليب المتجانس- مستحلب من دهن الحليب في الماء وبروتين الحليب. - مزيج توابل - مستحلب من زيت الخضار في الخل، إذا تم تحضيره فقط باستخدام الزيت والخل بدون وجود المستحلب ينتج مستحلب غير مستقر.

مستحلب "الماء في الزيت" غير رائج في الطعام لكنه موجود: - الزبدة- مستحلب من الماء في زبدة الحليب.

المخاطر الصحية

يستخدم المستحلب باستمرار في الصيدلة، تصفيف الشعر، النظافة الشخصية ومستحضرات التجميل. وهي في الغالب مستحلبات "زيت في ماء", لها اعتماد مستمر على عدة امور في التحضيرات الصيدلانية. هذه المستحلبات تدعى بكريمات، مراهم، مسكنات، معاجين أوسوائل، تعتمد في الغالب على نسبة الزيت الي الماء والاضافات الاخرى وطرق اضافتها. أول خمس جرعات موضعية يمكن ان تستخدم على سطح الجلد أوعبر الجلد أوعبر الشرج أوعن طريق المهبل.

المستحلبات عالية السيولة يمكن ان تؤخذ عن طريق الفم أويمكن حقنها في بعض الاحيان. الادوية الشعبية التي تحدث على شكل مستحلب تتضمن دهون الكالمين, زيت كبد سمك القد، بوليسبورين, كريم الكورتيزول وكانيسيتين . مستحلبات المايكروتستخدم لايصال اللقاحات وقتل المايكروبات. من المستحلبات النموذجية المستخدمة في مثل هذه التقنية مستحلبات النانولزيت الصويا، بحجم جزيئات يتراوح عرضها بين 400-600 نانومتر. العملية ليست كيميائية مثل انواع اخرى من علاجات مقاومة الميكروبات لكنها ميكانيكية. حدثا قل حجم القطرات أوالجزيئات حدثا التوتر السطحي وبالتالي تتطلب قوة أكبر لتدمج بالليبيدات. الزيت يستحلب مع المطهر باستخدام خلاط قص عالي ليساعد على استقرار المستحلب بالتالي عندما تقابل الليبيدات في جدار الخلية أوغلاف البكتيريا أوالفايروس فانها تجبر الليبيدات بان تندمج مع بعضها. على نطاق اوسع، هذا يؤدي إلى تحلل جدار الخلية ويقتل مسببات السقم. مستحلب زيت الصويا لا يسبب الضرر لخلايا الانسان الطبيعية أوخلايا اغلبية الكائنات العليا، باستثناء خلايا الدم وخلايا الحيوانات المنوية التي تكون عرضة لمستحلبات النانونتيجة لخصائص مكونات جدارها. لهذا السبب تعطى مستحلبات النانوعبر الوريد. التطبيق الأكثر فاعلية لهذا النوع من مستحلبات النانوهولتطهير الاسطح. بعض انواع مستحلبات النانوتظهر فاعليتها في تدمير فايروس نقص المناعة البشرية ومسببات سقم السل على الاسطح غير المسامية.

في إطفاء الحرائق

مواد الاستحلاب فعالة في إطفاء الحرائق على التسربات الصغيرة، وعلى الطبقات الرقيقة من السوائل القابلة للاشتعال (حرائق فئة B), هذه المواد تغلف الوقود في مستحلب مياه-الوقود وبالتالي محاصرة الأبخرة القابلة للاشتعال في طور المياه. ويتحقق هذا المستحلب من خلال تطبيق سطح بيني سائل للوقود من خلال فوهة الضغط العالي. المستحلبات ليست فعالة في إطفاء الحرائق الكبيرة شاملة الضخمة / الوقود السائل العميق، وذلك لأن كمية مادة الاستحلاب اللازمة للإطفاء موظفة من حجم الوقود، في حين حتى عوامل أخرى مثل رغوة المائية لتشكيل الأفلام (AFFF) بحاجة تغطية فقط اسطح الوقود من اجل تخفيف البخار

أنواع المـستحلبات

تـصنف المـستحلبات حسـب مـحتويات أطـوارها من الـسوائل إلى نوعـين:

مسـتحلبات زيـت في مـاء ( ز/م ) حيـث يكـون الطـور الخـارجي المـاء والطـور الداخـلي هوالزيـت ومـثال ذلك الحـليب، ولتحضيـر مثـل هذا النوع يستـعمل عـوامل إسـتحلاب محـبة للمـاء مثـل الصـمغ العـربي وصـمغ الكـثيراء وغـيرها.
مسـتحلبات مـاء في زيـت ( م/ز ) حيـث يكـون الطـور الخـارجي الـزيت والطـور الداخـلي هوالمـاء ومثـال ذلك الزبـدة، ولتحـضير مثـل هـذا النـوع يسـتعمل عـوامل إسـتحلاب محـبة للزيـت مثـل دهـن الصوف Wool Fat وشمـع العسـل Beezwax وغيـرها.

أمثلة على المستحلبات

مسـتحلب زيـت الخـروع الذي يسـتعمل مسـهلاً شـديداً بـجرعة 50-100مل، وفي التصـوير الشـعاعي للـجهاز الهـضمي بمـقدار 120مل دفعـة واحـدة.
مسـتحلب زيـت البـرافين الذي يسـتعمل مسـهلاً ومليـناً بمقـدار 30مل.
مسـتحلب زيـت كبـد الحـوت الذي يسـتعمل مصـدراً لفيـتامـين (أ) وفيـتاميـن (د) بمقـدار 15مل.

طالع أيضا

زيت نباتي بروميني
مستعلق

المراجع

^ Multiple emulsions: an overview. Khan AY, Talegaonkar S, Iqbal Z, Ahmed FJ, Khar RK, Curr Drug Deliv. 2006 Oct;3(4):429-43. نسخة محفوظة 19 سبتمبر 2016 على مسقط واي باك مشين.
↑ Mason TG, Wilking JN, Meleson K, Chang CB, Graves SM, "Nanoemulsions: formation, structure, and physical properties", Journal of Physics: Condensed Matter, 2006, 18(41): R635-R666
^ Leong TS, Wooster TJ, Kentish SE, Ashokkumar M, "Minimising oil droplet size using موجة فوق صوتية emulsification", Ultrason Sonochem. 2009, 16(6):721-7.
^ The use of موجة فوق صوتيةs for nanoemulsion preparation نسخة محفوظة 24 سبتمبر 2015 على مسقط واي باك مشين.
^ Ozhovan M.I. Dynamic uniform fractals in emulsions. J. Exp. Theor. Phys., 77, 939-943 (1993).
^ “Food emulsions, principles, practices and techniques” CRC Press 2005.2- M.P.C. Silvestre, E.A. Decker, McClements Food hydrocolloids 13 (1999) 419-424 نسخة محفوظة 06 يوليو2014 على مسقط واي باك مشين.
^ Anne-Marie Faiola (2008-05-21). "Using Emulsifying Wax". TeachSoap.com. TeachSoap.com. مؤرشف من الأصل فيستة أبريل 2012. اطلع عليه بتاريخ 22 يوليو2008.
^ Aulton, Michael E., المحرر (2007). Aulton's Pharmaceutics: The Design and Manufacture of Medicines (الطبعة 3rd). Churchill Livingstone. صفحات 92–97, 384, 390–405, 566–69, 573–74, 589–96, 609–10, 611. ISBN .
^ Troy, David A.; Remington, Joseph P.; Beringer, Paul (2006). Remington: The Science and Practice of Pharmacy (الطبعة 21st). Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins. صفحات 325–336, 886–87. ISBN .
^ "Adjuvant Vaccine Development". مؤرشف من الأصل في 18 مايو2017. اطلع عليه بتاريخ 23 يوليو2008.
^ "Nanoemulsion vaccines show increasing promise". Eurekalert! Public News List. University of Michigan Health System. 2008-02-26. مؤرشف من الأصل في 18 فبراير 2018. اطلع عليه بتاريخ 22 يوليو2008.
^ Principles of Fire Protection Chemistry and Physics By Raymond Friedman ISBN 0-87765-440-9