ЭМУЛЬСИИ

ЭМУЛЬСИИ (emulsio, единственное число; латинский emulsum выдоенный) — дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой и жидкой дисперсной фазой. Процесс получения эмульсии — эмульгирование — имеет большое физиологическое значение при всасывании и усвоении организмом жиров (см.), которые лишь в виде эмульсии могут гидролитически расщепляться липазами (см.), а также при образовании биологических мембран (см. Мембраны биологические), обеспечении нормального функционирования многих ферментов (см.) и др. Некоторые лекарственные средства подвергают диспергированию (см.) и применяют в виде эмульсий (см. Лекарственные формы). Эмульсии широко используются в пищевой промышленности, при изготовлении косметических средств, пестицидных препаратов, в рентгенологии, фотографии, мыловарении, производстве красителей, смазочно-охлаждающих жидкостей и др. Цельное молоко, сливки, млечный сок каучуконосов, сырая нефть представляют собой эмульсии.

Различают лиофильные и лиофобные эмульсии. Лиофильные эмульсии — коллоидные системы (см. Коллоиды), для которых характерно равновесное, не изменяющееся во времени распределение частиц по размерам, то есть термодинамическая устойчивость (см. Термодинамика). Типичным примером лиофильных эмульсий являются мицеллярные растворы коллоидных поверхностно-активных веществ и растворы высокомолекулярных соединений (см.), имеющих резко различающиеся по полярности участки; к таким системам относятся, например, белки (см.). Лиофильные эмульсии образуются самопроизвольно.

Лиофобные эмульсии характеризуются неустойчивым состоянием частиц (капель) жидкой дисперсной фазы. Они делятся, в свою очередь, на два типа: прямые — с каплями неполярной жидкости в полярной среде (типа «масло в воде») — и обратные, или инвертные (типа «вода в масле»). Изменение состава лиофобных эмульсий или внешнее воздействие на них могут привести к превращению прямой эмульсии в обратную и наоборот. Определить тип эмульсии можно по ее электропроводности (у эмульсии, в которой дисперсионной средой является вода, электропроводность на много порядков выше электропроводности обратных эмульсий), по способности смешиваться с полярными и неполярными растворителями (см.) или растворять полярные и неполярные красители (см.). Лиофобные эмульсии образуются при эмульгировании или вследствие конденсационного образования капель дисперсной фазы в пересыщенных растворах или расплавах.

Эмульгирование может быть произведено путем диспергирования или поликонденсации (см. Конденсация в химии). Лиофобные эмульсии возникают также при электрическом эмульгировании. Механическое диспергирование эмульсий осуществляется перемешиванием с помощью мешалок, пропусканием смесей фаз эмульсии через узкие зазоры между твердыми поверхностями в так наз. коллоидных мельницах. Широко применяется диспергирование с помощью ультразвука. При конденсационном эмульгировании дисперсная фаза эмульсий образуется из частиц жидкости, постепенно укрупняющихся сначала до размера частицы коллоидов (0,001—0,1 мкм) и далее до размеров крупных капель. Это происходит в результате пересыщения гомогенного раствора жидкости в жидкости (см. Растворы) вследствие снижения их взаимной растворимости при добавлении к такому раствору третьей жидкости или при его охлаждении до температуры ниже критической.

Лиофобные прямые эмульсии термодинамически неустойчивы, капельки жидкости, образующие в таких эмульсиях дисперсную фазу, при столкновении неизбежно сливаются. Этот процесс, называемый коалесцепцией (см.), продолжается до тех пор, пока капельки не сольются в сплошной слой. Стабилизация таких эмульсий производится веществами-эмульгаторами, действие которых основано на уменьшении величины межфазного поверхностного натяжения (см.) и увеличении дисперсности капель дисперсной фазы. Эмульгаторами обычно служат ионогенные поверхностноактивные вещества (см. Детергенты), к которым относятся мыла (см.) с ионогенной группой СО О Na, сульфонаты, с ионогенной группой S03Na, углеводородные радикалы с длиной углеродной цепи от 12 до 18 атомов углерода. Молекулы таких эмульгаторов дифильны, то есть обладают одинаковым сродством к полярной (вода) и неполярной (масло) жидкости. Они адсорбируются на поверхности раздела двух фаз так, что углеродная цепь углеводородного радикала погружена в масло, а его полярная группа находится в воде. Ионогенная группа эмульгатора, диссоциируя в воде, образует органический анион, напр. R—СОО“, где R — углеводородный радикал. Вследствие этого на поверхности капелек масла возникает двойной электрический слой, обусловливающий устойчивость разбавленных эмульсий — неструктурированных жидкостей, дисперсная фаза в которых составляет около 1%. В концентрированных эмульсиях— структурированных системах — слой молекул эмульгатора на поверхности капель дисперсной фазы является фактором устойчивости: высокая вязкость и механическая прочность адсорбированного на них слоя молекул эмульгатора мешают слиянию капель. Такой слой может быть образован как ионогенными (анионоактивными, катионоактивными, амфолитными), так и неионогенными эмульгаторами. Эмульгаторы делят на две группы в зависимости от того, образование какого типа эмульсии они вызывают. Эмульгаторы для эмульсий прямого типа обычно более гидрофильны и лучше растворяются в воде, чем в масле. Ими являются длинноцепочечные гидрофильные соединения как полярного, так и неполярного типа: соли щелочных металлов и карбоновых кислот, алкилсульфаты, алкилсуль-фонаты, растительные клеи, белки, углеводы (полисахариды). Олео-фильные эмульгаторы, растворимые в органических средах,— жирные кислоты, спирты жирного ряда, этилцеллюлоза, алкидные смолы — обычно образуют эмульсии обратного типа. Эмульгаторами могут быть также тонко измельченные вещества, не растворимые в жидкостях обеих фаз. Твердые гидрофильные эмульгаторы для эмульсий прямого типа — это глины и гидроксиды, карбонаты и сульфаты металлов, для эмульсий обратного типа эмульгаторами служат порошок сажи, образующейся при сжигании газа, и сульфиды тяжелых металлов (олеофильные твердые эмульгаторы). Принцип действия твердых эмульгаторов заключается в образовании слоя на поверхности частиц дисперсной фазы, препятствующего коалесценции.

Тип и устойчивость эмульсий зависят от природы эмульгатора. Если в эмульсии вводить реагенты, изменяющие природу эмульгатора, то может произойти обращение эмульсии. Устойчивость эмульсии зависит также от количественного соотношения дисперсионной среды и дисперсной фазы. Эмульсии, содержащие незначительное количество дисперсионной среды, обладают повышенной устойчивостью, так как капли дисперсной фазы, разделенные лишь тонкой пленкой дисперсионной среды, практически неподвижны. Разрушению эмульсий способствуют добавление дезэмульгаторов, изменение реакции среды (см. Водородный показатель) и ее электролитного состава (см. Электролиты), воздействие на эмульсии электрическим полем, гравитацией и нагреванием. В технике процесс разрушения эмульсий не менее важен, чем их получение, его используют, например, в нефтехимической промышленности при переработке сырой нефти.

Эмульгирующие свойства желчных кислот (см.) позволяют им осуществлять одну из своих главных функций — перенос липидов в водной среде. Уже в тканях печен и (см.) при участии желчных кислот образуются (или окончательно формируются) мицеллы, получившие название липидного комплекса желчи (см.). Благодаря включению в этот комплекс секретируемые печенью липиды и некоторые другие плохо растворимые в воде вещества переносятся в кишечник в составе желчи в виде гомогенного раствора. В кишечнике в эмульгировании жира участвуют соли желчных кислот. Они входят в состав эмульгирующей системы (насыщенный моноглицерид + ненасыщенная жирная кислота + соль желчной кислоты), играя в ней роль стабилизирующего эмульгатора. После расщепления жира липазой продукты этого расщепления — моноглицериды и жирные кислоты — образуют мицеллярный раствор. Благодаря эмульгаторам — солям желчных кислот — в кишечнике возникает устойчивая эульсия, мицеллы которой содержат продукты расщепления жира, холестерин и фосфолипиды. В таком виде эти вещества с частиц дисперсной фазы эмульсии (то есть с места гидролиза липидов) переносятся к всасывающей поверхности кишечного эпителия (см. Всасывание). В виде мицеллярного раствора в желудочно-кишечный тракт поступают и жирорастворимые витамины (см.). При экспериментальном отведении желчи от кишечника и невозможности переведения жира пищи в эмульгированное состояние всасывание липидов в кишечнике снижается на 50%, кроме того, развиваются явления витаминной недостаточности (см.), в том числе гиповитаминоза К.

Биологические мембраны живых организмов строятся в соответствии с механизмом образования лиофильных эмульсий. Основные структурные элементы биологических мембран — фосфолипиды (см. Фосфатиды) в водной среде представляют собой мицеллярные растворы. При обработке таких растворов ультразвуком образуются так называемые липосомы, двойной липидный слой которых (бислой) подобен структуре бимолекулярного слоя природных мембран. Липосомы широко используют для изучения свойств биологических мембран, а также для введения в организм недостающих ферментов при заместительной энзимотерапии (см.).

Сыворотка крови при ряде физиологических и патологических состояний представляет собой жировую эмульсию. Степень устойчивости такой эмульсии служит информативным тестом в лабораторной диагностике при фенотипировании гиперлипопротеинемий (см. Липопротеиды).

К этим состояниям относят алиментарную липемию (см.) или липемию, явившуюся следствием усиленной мобилизации жирных кислот из жировых депо (при голодании, кровопотере, тяжелых анемиях, сахарном диабете, панкреатите, поражениях почек, сопровождающихся нефротическим синдромом, гликогенозах), при стимуляции синтеза липопротеидов очень низкой плотности или замедлении их катаболизма, а также при генетически обусловленной недостаточности фермента ли-попротеидлипазы (см.).

Библиогр.: Клейтон В. Эмульсии,пер. с англ., М., 1950; Л и п а т о в Ю. С. Коллоидная химия полимеров, Киев, 1984; Фенотипирование гиперлипопротеидемий, сост. А. Н. Климов и др., М., 1975; Щ у-кин Е. Д., Перцов А. В. и Амелина Е. А. Коллоидная химия, М., 1982.

Н. В. Проказова.


Популярные статьи

Источник: Большая Медицинская Энциклопедия (БМЭ), под редакцией Петровского Б.В., 3-е издание

Поделиться: