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【仪器设备笔记】均质机 - 原理、程序、组成、类型、用途、示例

日期：2023-08-11 08:34:40 来源：网络整理作者：本站编辑浏览：27 评论：0

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通过均质化将样品分成相同的部分，即使样品的一部分被移除，也能保留样品其他部分的分子组成。它还经常用于充分混合不混溶的材料。均质化的目的是减小颗粒尺寸，破坏细胞壁和/或细胞膜，破坏病原体，并形成稳定的乳液和分散体。对此的一个经典例证是牛奶的均质化，它分布并浓缩乳脂球，使它们均匀地分散在剩余的牛奶中。

均质机

使用均质机/均质器的机械装置实现均质化。奥古斯特·高林 (Auguste Gaulin) 开发了均质机来混合牛奶。该装置由安装在出口处的带有毛细管的正排量三活塞泵组成。

机械均质设备的通用名称包括均质机、均质器、匀化器、匀浆器、细胞裂解仪、高剪切混合器、转子定子均质器、分散器、超声波发生器和组织破碎器等。一系列过程（包括使用均质器）经常用于完成 DNA、RNA 或 mRNA 提取以及需要在不降解核酸的情况下均质样品的其他操作。均质器经常使用装有陶瓷珠的预填充微管来帮助破碎和混合细胞。通过均质器的振荡或往复运动，这通常会变得更容易。

均质机原理

均质机操作流程

均质机的组成

均质机的类型

机械均质机

高压均质机

超声波均质机

均质机的应用

优点

局限性

防范措施

均质机示例（待投放）

均质机原理

剪切、空化和湍流这三个基本物理原理共同作用，产生均化作用。

剪切：流体剪切的主要原因是粘度引起的流体分子之间的摩擦。大颗粒和液滴的尺寸因剪切力而减小。当大颗粒或液滴被困在以不同速度移动的流体层之间时，它会经历剪切。

空化：当流体压力显着降低时，就会发生空化。在较大压力下引入流体的泵通常在上游具有均质器阀。这使得微小的气穴可以短暂地形成空腔。当这些空腔塌陷或内爆时，会产生冲击波，破坏混合物中的颗粒和液滴。

湍流：当流体达到高速时，就会变成湍流。由于高速，流体的运动不稳定。这些不稳定的运动是一种能量耗散，其中流体的动能以涡流和少量热量的形式转化为内能。颗粒的尺寸因产生的涡流而减小。

均质机操作流程

启动均质机之前

验证压力控制器的位置以确保它们处于闲置状态。
为了润滑和冷却活塞，需要打开水。

均质机启动

电机已打开。
通水运行约5分钟后，停止均质机，松开入口接头将水排出，然后将其拧紧。
检查该装置是否有泄漏。
通过适当设置三通阀将样品供应至均质器。
一旦机器开始以其最大容量进行泵送，第二级阀的压力调节手柄就会设置为所需的压力。然后调节第一级压力。
机器的产品排放被改变方向，直到达到必要的均化压力。
一旦实现正常功能，旁通阀就会转动，将产品流送入处理系统。

关闭均化操作

产品流在运行结束时被转移。
产品均质并清空后，立即将水倒入料斗中进行冲洗。
第一级阀压力和第二级阀压力被释放。
通过切换到清洁顺序，您现在可以清洁均质机。
清洁完成后，关闭均质机。

均质机的组成

均质器包括一个高压泵，该泵配有一个小孔，该小孔具有可调节的开口，通过该开口以非常高的压力驱动流体。泵、均质阀、破碎环、张力弹簧和阀座构成均质机的主要部件。

均质阀：是均质机的心脏。该阀门由张力可调的强力弹簧固定。均质机有单级、双级、甚至多级等多种类型。单级均质机中只有一个均质阀。通常，均质阀由阀门、阀座和冲击环组成。相反，双级均质机有一个额外的均质阀。

均质泵：均质泵提供均质所需的压力。

阀座：均质机的开口由阀座和均质阀共同形成。

破碎环：破碎环是阀门的主要部件。流经阀门和阀座形成的开口的流体垂直撞击破碎环的内壁。较大的颗粒或球体的尺寸进一步减小为更细的形式。

张力弹簧：阀门应保持在可调节的张力下。随着作用在阀门上的流体压力增加，流体压力会上升数千英寸，从而导致孔口形成。

均质机的类型

机械均质器、高压（或活塞泵）模型和声波破坏器是三种最常见的类型。

机械均质机

在机械均化器中破碎预混物成分的主要能量来源是机械功。采用桨、锥体和叶片等旋转部件代替阀门。通过将转子与适当的定子耦合来产生均化的理想环境。运动部件产生的机械撕裂是驱动均化过程的原因。胶体磨、转子-定子均质机和珠磨机是最流行的机械均质机类型。

图：机械均化器。图片来源：Mondal等人。(2019)

1、胶体磨

均化过程是由运动部件引起的机械撕裂引发的。转子-定子原理控制着胶体磨的运行。通过在液体中分散成分，机器可以分解材料。在静态锥体（定子）和快速旋转锥体（转子）之间，存在一个发生剪切的小间隙。胶体磨最常见的应用是粉碎固体和产生悬浮液，特别是那些包含未被分散介质润湿的固体的悬浮液。

2、转子定子均质机

在转子-定子均质化中，使用金属轴（转子）在固定金属壳体（定子）内旋转。通过转子的旋转，样品被吸入转子和定子之间的空间。由于转子和定子之间的限制区域内速度的剧烈变化，它受到极强的剪切力。转子-定子均质机非常适合混合液体或用液体制成乳液。

3、珠磨机

珠磨机是通过在圆柱形容器中搅拌研磨介质（珠子）来研磨或分散浆料中的微小颗粒。研磨机的转子产生珠子运动，使颗粒受到强烈的剪切力和碰撞。

4、叶片式均质机

这些均质机具有由叶片制成的转子。只有刀片的高速旋转才能产生剪切效果。

高压均质机

均质阀和高压泵组成高压均质机，通常称为活塞均质机。这些通常与液体和类似材料一起使用。这种方法最常用于均质牛奶。通过在极高压力下运行的活塞泵（连续满量程运行时压力高达 1,500 bar / 21,750 psi），它们迫使物质通过微小的管道或阀门。

图：高压均质器。图片来源：Cho 等人。（2012）

超声波均质机

超声波均质器通常称为超声波发生器或声波破坏器，利用超声波空化物理原理。通过在超声波频率下交替产生稀疏和压缩周期，产生空化。气蚀是部件损坏的主要原因。

图：超声波均质器。图片来源：巴巴吉德等人。（2010）

加热板的应用

微生物灭活：高压均质主要通过由于湍流、冲击、空间压力和速度梯度而机械破坏细胞壁来杀死营养细菌。

乳化：生产食品和药品的关键目标之一是灭活微生物。由于热处理或巴氏灭菌都有可能损害产品质量，因此均质化成为重要的替代方案，因为它使用机械作用来消灭细菌。

细胞分级分离：生物技术公司经常使用细胞内成分回收来生产药用和农业生物产品。因此，控制均质化程度能够破坏细胞并保存细胞内成分。

酶活化/失活：可以仔细调节均质压力以针对某些酶进行活化或失活。饮料和酒精饮料的制造可以利用这种能力。

化合物提取：当生物物质通过均质器承受动态压力时，多酚、类黄酮、番茄红素和其他类似化合物等高价值化学物质更加稳定，更容易提取。

均质机的注意事项

压力需要逐渐增加。
切勿让均质机干燥。为了防止机器缺料，必须保持充足的饲料。
启动均质机时，应始终松开均质阀上的手柄。
在再次使用均质器之前，需要将流入室的过滤器取出、清洁并重新安装。
均质机运行时，切勿关闭产品输送线上的三通阀，因为这样做可能会严重损坏设备。

均质机的优点

不需要经常混合。
它通过均质过程中产生的热量有效杀死食品样品中的微生物。
它导致微/纳米乳液的形成和粒径减小。
它确保了同质性、稳定性和再现性。

均质机的局限性

在一些乳液/分散体配方中，均质化的能量效率较低，这意味着大约一半的能量以热量的形式损失掉。
由于均质化工艺会缩小液体的颗粒尺寸，因此无法有效地生产固体食品或大颗粒食品。

加热板示例

待投放

参考资料

https://www.beei.com/blog/purpose-of-homogenization

https://www.biocompare.com/Protein-Biochemistry/12986-Laboratory-Homogenizers/

https://www.iqsdirectory.com/articles/mixer/homogenizer.html

https://www.pharmapproach.com/colloid-mill-2/

https://homogenizers.net/pages/ac-rotor-stator-homogenization

https://www.centri-force.co.uk/products/homogenizers/

https://ouat.nic.in/sites/default/files/7-homogenisation_of_milk_dairy_and_food_engineering.pdf

https://microbeonline.com/homogenizer-parts-types-and-function/

http://ecoursesonline.iasri.res.in/mod/page/view.php?id=6146

https://www.medicalexpo.com/prod/cole-parmer/product-98375-663584.html

https://www.medicalexpo.com/prod/pro-scientific-inc/product-100430-662692.html

Mondal, P. K., & Mandal, B. K. (2019, November). A comparative study on the performance and emissions from a CI engine fuelled with water emulsified diesel prepared by mechanical homogenization and ultrasonic dispersion method. Energy Reports, 5, 639–648. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2019.05.006

Cho, S. C., Choi, W. Y., Oh, S. H., Lee, C. G., Seo, Y. C., Kim, J. S., Song, C. H., Kim, G. V., Lee, S. Y., Kang, D. H., & Lee, H. Y. (2012). Enhancement of Lipid Extraction from Marine Microalga,ScenedesmusAssociated with High-Pressure Homogenization Process. Journal of Biomedicine and Biotechnology, 2012, 1–6. https://doi.org/10.1155/2012/359432

Babajide, O., Petrik, L., Amigun, B., & Ameer, F. (2010). Low-Cost Feedstock Conversion to Biodiesel via Ultrasound Technology. Energies, 3(10), 1691–1703. https://doi.org/10.3390/en3101691

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