{"id":8317,"date":"2026-04-03T13:33:23","date_gmt":"2026-04-03T13:33:23","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/kelly-muijlwijk\/"},"modified":"2026-04-23T08:53:29","modified_gmt":"2026-04-23T08:53:29","slug":"kelly-muijlwijk","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/kelly-muijlwijk\/","title":{"rendered":"Kelly Muijlwijk"},"content":{"rendered":"","protected":false},"excerpt":{"rendered":"","protected":false},"author":8,"featured_media":13966,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-8317","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"Microfluidic methods to study emulsion formation","samenvatting":"Emulsies zijn dispersies van een vloeistof in een andere die worden gebruikt in verschillende producten, en om emulsies te maken worden methodes zoals hogedruk homogenisatoren en collo\u00efdmolens gebruikt die ervoor zorgen dat druppels verkleind worden. Behalve opbreken van druppels treedt ook snelle coalescentie van druppels op tijdens emulgeren, en dit vergroot de druppelgrootte en -distributie. Deze eigenschappen zijn belangrijk voor de uiteindelijke emulsie-eigenschappen en moeten daarom worden beheerst.\n\nOm de stabiliteit van de gevormde emulsies te verhogen worden emulgatoren toegevoegd, en die adsorberen idealiter op het olie-wateroppervlak voordat de druppels met elkaar in contact komen. Voor emulgatoradsorptie is typisch een tijdsbestek van sub-milliseconden tot seconden nodig, en om het emulgeerproces te optimaliseren moet emulgatoradsorptie en coalescentiestabiliteit worden gemeten op deze tijdschaal, en dat kan met de microflu\u00efdische methoden beschreven in deze thesis.\n\nHoofdstuk 2 verschaft een overzicht van de bestaande literatuur op het gebied van langsstroom-emulgeren met microflu\u00efdische systemen. De effecten van verschillende parameters zoals het microflu\u00efdisch design, afschuif-, en grensvlakspanningskrachten op druppelvorming en de uiteindelijke druppelgrootte worden bediscussieerd, alsmede het gebruik van microflu\u00efdische methoden om emulsies te produceren geschikt voor toepassing in levensmiddelen. Gebaseerd op deze evaluatie zijn methodes gekozen om grensvlakspanning en coalescentiestabiliteit te meten, en deze zijn beschreven in de volgende hoofdstukken.\n\nOm emulgatoradsorptie te meten in de sub-milliseconden tijdschaal is een tensiometrische methode ontwikkeld waarbij een langsstroom-microflu\u00efdische Y-splitsing wordt gebruikt, zoals beschreven in Hoofdstuk 3. Deze methode is gebaseerd op de relatie tussen druppelgrootte en de grensvlakspanning op het moment van druppelvorming, de heersende grensvlakspanning genaamd. De heersende grensvlakspanning is succesvol gemeten voor een systeem bestaande uit hexadecaan (disperse fase) en natriumdodecylsulfaat (SDS, een model emulgator) oplossingen (continue fase) voor druppelvormingstijden vari\u00ebrend van 0.4 tot 9.4 milliseconden en met hoge expansiesnelheden (100-2000 s-1). Vergelijking van deze resultaten met data verkregen met een druppeltensiometer (een conventionele, statische methode die meet in het seconden bereik) duidt aan dat massatransport in de microflu\u00efdische Y-splitsing dusdanig snel is dat die waarschijnlijk niet gelimiteerd wordt door diffusie.\n\nDe massatransportcondities zijn verder onderzocht in Hoofdstuk 4. De viscositeit en snelheid van de continue fase zijn systematisch gevarieerd en het effect op de heersende grensvlakspanning in de aanwezigheid van wateroplosbaar SDS is gemeten. We hebben gevonden dat de heersende grensvlakspanning onafhankelijk is van de viscositeit, en omgekeerd evenredig met de snelheid van de continue fase. Door beide aspecten concluderen wij dat convectief emulgatortransport de acterende oppervlaktespanning in de Y-splitsing bepaalt. Voor het olie-oplosbare Span 20 (opgelost in hexadecaan) daalt de acterende oppervlaktespanning bij toenemende snelheid van de continue fase, en dat geeft aan dat ook massatransport van emulgatoren opgelost in de te dispergeren fase door convectie wordt gedomineerd.\n\nDe Y-splitsing methode is gebruikt in Hoofdstuk 5 om het effect van de disperse fase-viscositeit op adsorptie van emulgatoren geschikt voor toepassing in levensmiddelen, Tween 20 (opgelost in de continue waterfase) en Span 20 (opgelost in de disperse oliefase), te verhelderen. Bij lagere viscositeit van de disperse fase neemt adsorptie van Tween 20 toe, waarschijnlijk omdat de kortere koolwaterstofketen intercalatie op het emulsieoppervlak vergemakkelijkt. De viscositeit van de disperse fase heeft een additioneel effect omdat convectief transport van Span 20 naar het emulsieoppervlak verhoogd wordt bij lagere viscositeit.\n\nNaast de grensvlakspanning kan ook coalescentie worden gemeten met microflu\u00efdische methoden en in Hoofdstuk 6 wordt de coalescentiestabiliteit kort na druppelvorming onder stroming bepaald. Coalescentie van emulsies gestabiliseerd met eiwitten is gemeten voor verschillende concentraties, pH waarden, en adsorptietijden. We hebben gevonden dat oppervlakken die naar verwachting een bedekking hebben die net onder monolaag bedekking ligt al effectief beschermd worden tegen coalescentie. \u03b2-lactoglobuline-gestabiliseerde emulsies waren het meest stabiel. Emulsies gestabiliseerd met wei eiwit isolaat (met als hoofdbestanddeel \u03b2-lactoglobuline) waren minder stabiel, en als deze eiwitten waren geoxideerd leidde dit tot een verdere reductie van stabiliteit. Dit geeft aan dat ook de oxidatieve staat van eiwitten van belang is voor emulsieformulering.\n\nDe relevantie van ons werk voor microflu\u00efdisch onderzoek en industri\u00eble emulgeerprocessen is bediscussieerd in Hoofdstuk 7. Microflu\u00efdische methoden kunnen worden gebruikt om emulsievorming en -stabiliteit onder condities relevant voor industri\u00eble emulgeerprocessen te onderzoeken; dat wil zeggen gebruikmakend van korte tijdschalen en met convectief massatransport. In dit proefschrift zijn verschillende ingredi\u00ebnten gebruikt die geschikt zijn voor toepassing in levensmiddelen, en daarmee is toepassing in dat veld dichterbij gekomen. We verwachten dat deze vindingen ook kunnen worden toegepast op schuim. Met de besproken microflu\u00efdische methoden kunnen verschillende aspecten die van belang zijn tijdens emulsievorming ontkoppeld worden: bijvoorbeeld grensvlakspanning tijdens druppelvorming en stabiliteit van emulsies tegen coalescentie. Verder zijn er microflu\u00efdische methoden waarmee bijvoorbeeld inzicht kan worden verkregen in oppervlaktemobiliteit en emulsiestabiliteit tijdens opslag, en we voorzien dat al deze microflu\u00efdische methoden zullen leiden tot snellere ingredi\u00ebntscreening, verlaging van ingredi\u00ebntgebruik, en een effici\u00ebntere emulsieproductie.","summary":"Emulsions are dispersions of one liquid in another that are commonly used in various products, and methods such as high-pressure homogenisers and colloid mills are used to form emulsions. The size and size distribution of emulsion droplets are important for the final product properties and thus need to be controlled. Rapid coalescence of droplets during emulsification increases droplet size and widens the size distribution, and therefore needs to be prevented.\n\nTo increase stability of emulsions, emulsifiers are added to adsorb at the oil-water interface before droplets collide. The time allowed for emulsifier adsorption is typically in the range of sub-milliseconds to seconds and to optimise emulsification processes, emulsifier adsorption and coalescence stability need to be measured in this time-scale, for which the microfluidic methods described in this thesis were developed.\n\nChapter 2 provides an overview of existing literature on cross-flow microfluidic emulsification. The effects of various parameters such as microfluidic design, shear forces, and interfacial tension forces on droplet formation and the resulting droplet size are discussed, as well as the use of microfluidics to produce food-grade emulsions. Based on this evaluation, the methods to elucidate interfacial tension and coalescence stability are chosen, and these are presented in the next chapters.\n\nTo measure emulsifier adsorption in the sub-millisecond time-scale, a tensiometric method was developed using a cross-flow microfluidic Y-junction, which is described in Chapter 3. This method is based on the relation between droplet size and interfacial tension at the moment of droplet formation, which is referred to as the acting interfacial tension. The acting interfacial tension of a system with hexadecane as the dispersed phase and sodium dodecylsulfate (SDS, a model surfactant) solutions as the continuous phase was successfully measured for droplet formation times ranging from 0.4 to 9.4 milliseconds and with high expansion rates (100-2000 s-1). Comparison of these results with data from a drop tensiometer (a conventional, static, and supra-second time-scale method) indicates that mass transport in the microfluidic Y-junction is fast and probably not limited by diffusion.\n\nEmulsifier mass transport conditions were further investigated in Chapter 4. The continuous phase viscosity and velocity were systematically varied and the effect on the acting interfacial tension in presence of water-soluble SDS was measured. We found that the acting interfacial tension was independent of the continuous phase viscosity, but was inversely dependent on continuous phase velocity. Both aspects led us to conclude that convective emulsifier transport in the continuous phase determines the acting interfacial tension in the Y-junction. When using oil-soluble surfactant Span 20 (dissolved in hexadecane), the acting interfacial tension also decreased with increasing continuous phase velocity, and we therefore concluded that convection also dominated mass transport of emulsifiers dissolved in the to-be-dispersed phase.\n\nThe Y-junction method was used in Chapter 5 to elucidate the effect of the dispersed phase viscosity on adsorption of the food-grade emulsifiers Tween 20 (dissolved in the continuous water phase) and Span 20 (dissolved in the dispersed oil phase). A reduction in dispersed phase viscosity sped up adsorption of Tween 20, probably because the shorter hydrocarbon made intercalation of the hydrophobic surfactant tail at the interface easier. Dispersed phase viscosity had an even greater effect on adsorption of Span 20 because convective transport towards the interface was increased.\n\nNext to interfacial tension, also coalescence can be measured with microfluidics and a microfluidic collision channel was used in Chapter 6 to measure emulsion coalescence stability shortly after droplet formation under flow. Coalescence of emulsions stabilised with proteins was measured at various concentrations, pH values, and adsorption times. We found that protein concentrations just below the concentration needed for monolayer surface coverage may be used effectively. \u03b2-lactoglobulin-stabilised emulsions were most stable. Emulsions stabilised with whey protein isolate (with as main component \u03b2-lactoglobulin), were less stable and when these proteins were oxidised, this led to reduced stability, therewith indicating that also the oxidative state of proteins needs to be considered in emulsion formulation.\n\nThe relevance of our work for microfluidic research and industrial emulsification processes is discussed in Chapter 7. Microfluidic devices can be used to study emulsion formation and stability under conditions relevant to industrial emulsification processes; at short time-scales and with convective mass transport. In this thesis we used various food-grade ingredients, and with that application in that field has come closer. We expect that the findings on emulsions can also be applied on foams. With the discussed microfluidic devices different aspects that are important for emulsion formation can be decoupled: for example interfacial tension during droplet formation and emulsion coalescence stability. Furthermore, microfluidic methods are available to for example gain insight in emulsion interface mobility and emulsion storage stability, and we envision that all these microfluidic methods will lead to faster ingredient screening, lower ingredient usage, and more energy efficient emulsion production.","auteur":"Kelly Muijlwijk","auteur_slug":"kelly-muijlwijk","publicatiedatum":"1 juni 2017","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/kellymuijlwijk?iframe=true","url_download_pdf":"","url_epub":"","ordernummer":"FTP-202604031330","isbn":"978-94-6343-071-5","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Wageningen University","afbeeldingen":13966,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Wageningen University","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/8317","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/8"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=8317"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/8317\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":8320,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/8317\/revisions\/8320"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/13966"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=8317"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=8317"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}