干貨分享丨一文了解高壓均質機

專欄：技術交流

發(fā)布日期：2024-03-01

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作者：JZ

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　　高壓均質機是一種使用高壓來乳化、分散和粉碎的設備，且高壓均質機適用于流體，不適用于固體和氣體。它通常通過在高壓下迫使流體通過均質閥來工作，從而產(chǎn)生可以分散或粉碎流體中的顆粒或液滴的高能沖擊。高壓均質機是多功能且高效的機器，可用于提高各行各業(yè)各種產(chǎn)品的質量和穩(wěn)定性，在生物制藥、納米材料、食品及化妝品中均有廣泛的應用。今天，有著20多年均質機生產(chǎn)研發(fā)經(jīng)驗的金宗企業(yè)，來給大家介紹下高壓均質機。

　　01

　　高壓均質機的主要部件

　　?傳動系統(tǒng)–用于提供動力源，將電能轉化成機械能，驅動柱塞泵工作；

　　?柱塞泵–利用柱塞往復運動產(chǎn)生高壓流體，將物料輸送到均質腔；

　　?均質腔–即物料進行均質處理的部位，通過高壓流體對物料產(chǎn)生剪切、空化、撞擊等作用，將物料分散成均勻的狀態(tài)；

　　?均質閥–進行均質處理的關鍵部件，又由閥座、閥芯和撞擊環(huán)等組成，由耐高壓、耐腐蝕的材料制成，通常采用陶瓷、司太立合金、金剛石等，閥體內部具有特定的幾何形狀，以產(chǎn)生強烈的剪切、空化、撞擊等作用。均質機可以配置一個均質閥﹙一級﹚或兩個均質閥（二級），對于大多數(shù)項目，一級均質就足夠了。一般二級均質主要應用于乳化體系。二級壓力一般為總壓力的6-12%，主要目的是分散乳化后的顆粒大小，使粒度分布的更窄。

　　?調壓裝置–用于調節(jié)閥芯及閥座之間的距離以調節(jié)均質的壓力，可以控制物料的均質程度。對于實驗室設備一般采用手柄調節(jié)的方式，對于中試及生產(chǎn)的設備一般采用氣推油的方式，可以通過旋鈕或PLC程序控制。

　　02

　　高壓均質機的工作流程

　　物料由泵輸送到均質腔，并在高壓的作用下，物料通過均質閥。在均質閥中，物料受到高速剪切、空化、撞擊等作用，物料中的大分子和顆粒被破碎成小分子和微粒，然后，均質后的物料從均質閥中排出。高壓均質過程主要受三種作用的影響，即撞擊力、剪切力以及空穴作用，其中，撞擊力是指物料在高壓下流經(jīng)撞擊環(huán)時，與撞擊環(huán)壁或與其它物料相互碰撞時產(chǎn)生的力，是高壓均質機中重要的均質作用力。剪切力是通過均質閥中的狹窄通道來產(chǎn)生的。在均質閥的狹窄通道中，物料的流速會急劇增加，從而產(chǎn)生強烈的剪切力。空穴作用是指物料在高壓力流經(jīng)均質閥時，在其狹窄的通道中，物料的流速會急劇增加，從而導致壓力降低，當壓力降低到臨界值時，物料中的溶解氣體會發(fā)生氣化，形成空穴，空穴在高壓流體的沖擊下會迅速膨脹，并產(chǎn)生強烈的沖擊力和剪切力，進而破壞物料中的顆粒，達到均質的目的。高壓均質機中的剪切力與撞擊力以及空穴作用具有協(xié)同作用，可以相互促進，從而提高均質效果。

　　03

　　高壓均質機的關鍵參數(shù)

　　壓力-壓力是高壓均質機最重要的參數(shù)之一，決定了均質效果。一般來說，壓力越高，均質效果越好；

　　均質次數(shù)–即物料通過均質機的次數(shù)。一般來說，均質次數(shù)也是越多，均質效果越好。

　　均質閥組結構–不同體系的物料需要的能量是不同的。對于乳化體系，需要提供足夠強的剪切力以達到減小顆粒大小并且分布均勻的效果。乳化體系和粉碎體系需要能量不同，ATS提供不同類型的均質閥以滿足不同的應用體系。

　　溫度–均質過程是把機械能轉化成動能及熱能的方式，在乳化和破碎過程中會伴隨著熱量的產(chǎn)生，同時長時間的工作也會積聚熱量，會影響到均質機的使用效果及使用壽命。ATS均質機帶內置控溫模塊，在均質點就可進行控溫，有效保證物料活性，且ATS生產(chǎn)型均質機帶油泵風冷系統(tǒng)、柱塞冷卻系統(tǒng)、物料換熱系統(tǒng)，從動力端到工作端均可保證設備的穩(wěn)定運行。

　　此外，還要考慮進樣流量，流量決定了均質機的生產(chǎn)效率。流量越大，生產(chǎn)效率越高。

　　04

　　高壓均質機的應用及優(yōu)勢

　　高壓均質機在生物制藥中有著廣泛的應用，最常見的應用的各種細胞的破碎，以釋放存在于細胞內的產(chǎn)物。如使用大腸桿菌表達重組蛋白時，產(chǎn)物常以包涵體形式存在于細胞內，如胰島素，需要使用高壓均質機裂解細胞，以釋放包涵體，以進行后續(xù)的純化工作。在基于病毒的疫苗生產(chǎn)工藝中，由于很多病毒顆粒不能在培養(yǎng)過程中有效地釋放到細胞外的培養(yǎng)基中，也需要使用高壓均質機進行細胞裂解，以釋放病毒顆粒。在使用大腸桿菌或酵母進行基于病毒樣顆粒技術的疫苗生產(chǎn)中，也需要使用高壓均質機進行菌體裂解，以釋放生產(chǎn)的病毒樣顆粒。

　　其次可用于一些復雜制劑，如脂質體、白蛋白納米粒、微球、乳劑及混懸劑等。用于控制粒度大小及粒徑的均勻分布。

　　高壓均質機在化妝品中也有多方面的應用。包括從化妝品原料到化妝品成品均需使用到高壓均質機。

　　如乳化-乳液、乳霜、膏霜等化妝品都是乳化體系。在乳化過程中，高壓均質機可以通過強大的剪切力和空穴作用將油相和水相均勻分散，從而制備出穩(wěn)定性好的乳化體系；

　　分散-色素、香精、活性成分等物質在化妝品中具有重要的作用，但這些物質需要均勻分散，才能發(fā)揮其應有的效果。高壓均質機可以將色素、香精、活性成分等物質均勻分散，從而提高化妝品的使用效果。

　　破壁–一般用于做化妝品原料。許多化妝品的活性成分是通過生物發(fā)酵的方式大規(guī)模生產(chǎn)的，這些活性成分有些存在于細胞中，需要破壁才能釋放出來。高壓均質機即可將細胞破開，從而釋放出細胞中的活性成分。

　　包埋–有些化妝品活性成分會存在易氧化,光不穩(wěn)定等特點，需要使用脂質體或其他材料進行包裹。高壓均質機可以起到脂質體包裹控制粒徑大小均一的效果。

　　高壓均質機在食品中也是一種常用的技術，如用于將牛乳中的脂肪球均勻分散，從而提高牛乳的穩(wěn)定性和口感；用于將果汁中的果肉顆粒均勻分散，從而提高果汁的口感和營養(yǎng)價值；以及一些腸內營養(yǎng)乳，微膠囊包埋等應用。

　　高壓均質機的另一個應用領域是材料科學，如納米材料的制備，包括制備納米纖維素，制備納米碳材料如用于導電漿料的炭黑、碳納米管及石墨烯的分散用于電催化的Pt/C催化劑，制備拋光液如一些納米氧化鋁漿料等。

　　綜上所述，高壓均質機在各種應用中的主要優(yōu)點包括：

　　均質效果好-高壓均質機可以產(chǎn)生強大的剪切力、撞擊力和空穴作用，從而使物料尺寸有效降低或均勻分散；

　　操作簡單-高壓均質機的操作相對簡單，易于自動化，提高了生產(chǎn)效率；

　　高性價比–相比超聲等技術，高壓均質機的成本相對較低，提高了生產(chǎn)過程的經(jīng)濟性。