Il crescente interesse verso appropriate formulazioni di prodotti finali in varie aree industriali, dalla farmaceutica alla cosmesi, agroalimentare, biotecnologia, carburante, etc., hanno attirato l'attenzione della possibilità di produrre emulsioni stabili e monodisperse usando membrane microporose, realizzando i così detti emulsificatori a membrana. I vantaggi di questa metodologia sono: bassi costi energetici, assenza di stress meccanico delle soluzioni trattate, condizioni operative blande, miglior controllo delle dimensioni delle gocce, ecc.
Tale approccio è stato già usato nella produzione di emulsioni olio-in-acqua ed acqua-in-olio. Sono stati osservati interessanti relazioni lineari tra il diametro delle particelle ed il diametro dei pori nominali delle membrane, per dimensioni di particelle nell'intervallo tra 5 e 20 mm.
Nei precedenti studi, però, sono state usate membrane da microfiltrazione, principalmente di natura ceramica, ottenendo emulsioni con particelle di dimensioni dell'ordine di pochi micron (3 - 10 mm). Esiste un interesse significante per la produzione di emulsioni sub-micron con particelle dell'ordine di 0.1 - 1 mm e più piccole se possibile (per esempio, microemulsioni con dimensioni delle particelle minori di 50 nm).
Utilizzando un nuovo approccio basato sull'utilizzo di membrane polimeriche da ultrafiltrazione e nanofiltrazione, sono state preparate emulsioni olio-in-acqua stabili e monodisperse dell'ordine di 0.1 - 1 mm (Fig. 1).
Tali risultati sono possibili grazie ad un appropriato pre-trattamento delle membrane idrofiliche che permette il passaggio della fase organica attraverso la fase polimerica della membrana. Il pre-trattamento consiste nel rimuovere la fase liquida interna polare (acqua) e sostituirla con il solvente apolare. Ciò è stato ottenuto facendo permeare attraverso la membrana solventi miscibili a polarità gradualmente decrescente, in tal modo, l'acqua è stata lavata via ed è stata sostituita con solvente organico puro.
La potenzialità di tali sistemi è stata confermata nella produzione di elevati eccessi enantiomerici dell'acido (S)-naproxene (anti-infiammatorio non steroideo, NSAID) da miscele racemiche di (R, S)-naproxene metilestere, in reattori enzimatici a membrana in emulsione (Fig. 2).
Questi risultati sono correlati al miglioramento del trasferimento di massa nel reattore enzimatico a membrana in emulsione realizzato, dove l'emulsione monodispersa riproduce perfettamente l'interfaccia organico/acquosa all'interno dei pori della membrana. In queste condizioni, i pori funzionano come microreattori continui a miscelazione completa, dove la lipasi immobilizzata può essere attivata dall'interfaccia organico/acquosa e quindi vengono preservate non solo la stabilità, ma anche l'attività catalitica e la enantioselettività.
La stessa metodologia può essere utilizzata nella preparazione di microemulsioni stabili di oli per processi di combustione, nella formulazione di farmaci, cosmetici, cristalli liquidi ed in generale in una ampia varietà di casi significativi.
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