Dienstag, 11. Juni 2013

Hochtouriges Rühren im Labormaßstab

In diesem Artikel berichte ich euch über eine Möglichkeit, selbst Emulsionen hochtourig im Labormaßstab mit Hife eines Rührmotors herzustellen. Wenn ihr Chemie studiert habt, kennt ihr diese Geräte mit Sicherheit: in der organischen Chemie werden sie dafür verwendet, Reaktionsmischungen gut durchzumischen. Dazu werden oft Rundkolben verwendet in welche der Rührer hineingesteckt wird. Angetrieben wird der Rührer durch einen Rührmotor. Wir wollen hier jedoch keine Präparate herstellen, sondern Emulsionen. Im Folgenden Artikel erfahrt ihr deshalb mehr über hochtouriges Rühren und die daraus resultierende Qualität der Emulsion.



Wieso hochtourig rühren?

Eine Emulsion ist eine Verbindung zweier Phasen, der Fett- und der Wasserphase. Um diese dauerhaft zusammenzubringen verwenden wir Emulgatoren, welche einen hydro- und einen lipophilen Teil haben. Man stelle sich also einen Fettropfen in Wasser vor (OW Emulsion): an der Grenzschicht des Tropfens zum Wasser befindet sich in der Emlsion der hydrophile Kopf des Emulgators, im Fettropfen selbst die lipophilen "Beinchen" des Emulgators. Dadurch, dass die Fettropfen außen nun hydrophil sind (wasserliebend) können diese nicht mehr zusammenfließen und bleiben in kleinen Tröpfchen in der Wasserphase. Eine Emulsion ist enstanden. Weiterführende Lektrüre gibt es bei olionatura oder in "Naturkosmetik selber machen - Das Handbuch" von Heike Käser.
Gut, nun wissen wir, dass in einer Emulsion Fetttropfen vorliegen. Nun liegt es relativ nahe, warum man möglichst stark rühren sollte: je stärker man rührt, desto kleiner werden die Fettröpfchen der Fettphase zerschlagen. Das bewirkt zum Einen eine höhere Stabilität der Emulsion, zum anderen ein angenehmeres, feineres Auftrageverhalten der Creme. Rührt man jedoch nur schwach, z.B. mit einem Milschaufschäumer oder ähnlichem, werden die Fettröpfchen nicht klein genug und das Auftrageverhalten der Creme fühlt sich häufig unangenehm wachsig an, die Emulsion stoppt auf der Haut. Dies gilt es in jedem Fall zu vermeiden.

Kettenklemme zur Befestigung des Becherglases

Was ist denn nun hochtourig?

Hochtourig bedeutet, dass das Rührgerät mind. 2000 Umdrehungen die Minute aufweisen sollte, auch rpm (rounds per minute) genannt. Gewöhnliche Stabmixer haben oft mehrere Tausend rpm und eignen sich somit zur Cremeherstellung. Der Nachteil: an den großen Aufsätzen bleibt sehr viel Creme hängen, sodass 50 g Produkt mit normalen Stabmixern unmöglich sind. Daher habe ich sehr lange und gerne mit meinem ESGE G200 gerührt, der 12.000 - 17.000 rpm aufweist. Das ist wirklich sehr hoch. Da er einen abnehmbaren Spritzschutz hat ist er super geeignet, um auch 50 g Creme herzustellen. Nachteil: Man darf nicht zu stark gegen die Becherglaswand kommen (das stellte bei mir nie ein Problem dar) und man muss ihn die ganze Zeit festhalten. Außerdem kann er nur hochtourig rühren und nicht sanft kalt rühren. Das waren für mich die entscheidenden Argumente, mir einen Laborrührer zuzulegen. Ihr glaubt gar nicht was es für ein Luxus ist, wenn ein Gerät völlig selbständig die Emulsion 3-4 Minuten lang hochtourig rüht und anschließend 10-20 Minuten sanft kalt rührt - und die Hände hat man dabei völlig frei.

Wozu kaltrühren?

Das Kaltühren ist ebenfalls ein entscheidender Punkt für die Qualität der Emulsion: die festen Bestandteile der heißen Emulsion müssen aukristallisieren. Das sollten sie übrigens ganz langsam machen, ganz ohne eine Kühlung im Wasserbad. Wenn die Emulsion bei Erkalten nicht gerührt wird (und zusätzlich vllt. noch gekühlt wird), kristallisieren die festen Bestandteile ungleichmäßig aus. Folge sind anschließend Klümpchen in der Creme. Wenn man jedoch beim Erkalten stets langsam (!) bei 200-300 rpm rührt, so wird 1. die Creme gleichmäßiger und 2. können die beim hochtourigen Rühren eingerührten Luftbläschen entweichen. Vielleicht kennt ihr das: ihr lasst eure Creme bis zum nächsten Tag stehen und auf einmal habt ihr ein Mousse, in der Creme sind viele kleine Luftblasen. Diese haben sich beim starken Rühren "eingeschlichen". Wenn ihr langsam und lange kalt rührt, wird genau diese Luft hinausgerührt und eure Emulsion ist durch den geringen Kontakt mit Luft auch länger haltbar.


Sonderanfertigung eines Ankerrührers

Womit rühre ich hochtourig, womit rühre ich kalt?

links Flügelrührer, rechts Ankerrührer

Der optimale Aufsatz zum hochtourigen Rühren ist der "Standard Flügelrührer" von Unguator. Diese stammen aus der Apothekenpraxis und man kann sie in vielen Größen kaufen. Als Universalrührer für jegliche Mengen wird der 50 mL angesehen, ich besitze den 100 mL und habe damit bereits erfolgreich 30-100g Emulsion hergestellt. Es gibt: 15-30 mL, 50 mL, 100 mL (und weitere größere Modelle). Eine Größtentabelle findet ihr hier auf olionatura. Ich verwende derzeit (Juni 13) den 100 mL in der tiefen Form der 250 ml Bechergläsern (für 30-50g) und in 400 mL Bechergläsern (für 100g Creme). Die Kosten belaufen sich auf ca. 40€ / Rührer. Kaufen könnt ihr sie in diversen Onlineapotheken, wie bspw. meinpharmaversand.

der SFR 100ml im 250er Becherglas

Zum Kaltrühren solltet ihr euch einen Ankerrührer oder Flächenrührer zulegen. Flächenrührer bekommt ihr bei OKohl Chemie, diese waren mir persönlich jedoch zu groß. Also ließ ich mir bei einem beliebigen Schlosser/Metallbauer (meiner war dieser hier aus Bendorf) für 50€ einen Ankerrührer ganz nach meinen Vorstellungen anfertigen und ich bin sehr von ihm überzeugt. Er ist sehr robust und bewegt durch die große Oberfläche des U-s sehr viel an Masse, was beim Kaltrühren sehr wichtig ist.

Rührmotor mit Ankerrührer zum kaltrühren

Welcher Rührmotor ist geeignet?


Das beliebteste Gerät in dem Forum "Die Rührküche" stellt der RW 20 der Firma IKA dar. Neu und auf der Firmenseite kostet er 990€, was ich mir jedoch nie leisten könnte. Daher habe ich, wie viele andere auch, auf ein Schnäppchen bei ebay gewartet und für 120€ meinen Schatz ersteigert - völlig funktionsfähig. Schaut mal öfter bei ebay rein, den IKA RW20 gibt es dort recht häufig. Der RW20 rührt bis zu 2000 rpm - bei dieser Geschwindigkeit solltet ihr auch eure Cremes emulgieren. Zum Kaltrühren geht ihr dann in Bereich 2 des Gerätes (siehe Video) und rührt bei 200-300 rpm langsam weiter.

IKA RW20 mit Standardflügelrührer 100ml

von der Seite, mit Flügelrührer

Wo ist hochtourig tabu?


Die meisten WO Emulsionen sollten nur langsam mit Fantaschale und Pistill gerührt werden, z.B. bei Verwendung von Lanolin als Emulgator oder bei Wollwachsalkoholen. Lest euch daher immer zunächst das Emulgatorportrait in einem geeigneten Buch durch, bevor ihr das Rührgerät wählt.

Gibt es ein besseres Gerät zur Herstellung von Emulsionen?


Ohja, das gibt es! Sie nennen sich "Dispergierer", so ist z.B. der Ultra Turrax T18 der Firm IKA ein solches Traumgerät. Sie funktionieren mit dem Rotor-Stator Prinzip und machen die feinsten Emulsionen möglich, von denen man nur träumen kann. Diese Geräte werden auch in den Laboren der Kosmetikindustrie zur Herstellung von Emulsionen genutzt. Neu kostet ein solches Gerät ebenfalls um die 1000€, gebraucht bekommt man sie, mit Dispergierwerkzeug (S18N 19G), für ca. 400€. Heike Käser von olionatura rührt ihre Cremes hochtourig mit dem Turrax, zum Kaltrühren verwendet sie ebenfalls den RW20. Wer sich einen Turrax jedoch nicht leisten möchte oder kann, der ist sehr gut mit dem RW20 bedient, da er beides beherrscht, sowohl hochtourig als auch langsames kaltrühren.

Was brauche ich noch an Zubehör?


Ich habe mein Zubehör bei Laborbedarf Kohl (O.Kohl) bestellt, dort war es sehr günstig und sie liefern auch an Privatpersonen. Ihr benötigt für den Aufbau:
-Stativplatte 25x16cm (0363)
-Stativstab M10, 75cm (7022006500)
-2 Doppelmuffen (7022000200)
-Becherglashalterung (Kettenklemme, 7008001100)
Dafür habe ich bei OKohl ca. 70€ ausgegeben. Zusammen mit dem Flügenrührer (aus einer Online Apotheke für 40€) kam ich beim Zubehör somit auf 110€.

Somit habe ich um die 330€ für den kompletten Aufbau mit 2 Rühraufsätzen ausgegeben (Wenn man bedenkt, dass nur das Gerät neu alleine 1000€ kostet, ein Schnäppchen).

Das grüne ist die Stativplatte (oben mit einer Silikonmatte abgedeckt)

Hier stelle ich euch meinen RW20 vor und zeige euch die verschiedenen Geschwindigkeiten anhand meines Flügelrührers 100 mL.
Bitte beachtet: ich sage dort, ihr sollt bei 60-120 rpm kalt rühren. Ich habe noch einmal recherchiert und herausgefunden, dass ihr besser bei 200-300 rpm kalt rührt.



Kommentare:

  1. Das hast Du wirklich ganz prima erklärt!
    Ich habe auch die "IKA Schwestern", der Turrax ist ein Traum!

    Grüßle Luna

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  2. Hach die Frau Sprudelspass hätte auch so gerne dies und das ... ;)

    und beneidet Dich grade *gg* :)

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  3. Toller und sehr informativer Blogbeitrag.
    lg michi

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