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高壓均質(zhì)機(jī)是一種使用高壓來(lái)乳化,、分散和粉碎的設(shè)備，且高壓均質(zhì)機(jī)適用于流體,，不適用于固體和氣體,。它通常通過(guò)在高壓下迫使流體通過(guò)均質(zhì)閥來(lái)工作，從而產(chǎn)生可以分散或粉碎流體中的顆?；蛞旱蔚母吣軟_擊,。高壓均質(zhì)機(jī)是多功能且高效的機(jī)器,，可用于提高各行各業(yè)各種產(chǎn)品的質(zhì)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(yīng)用,。

01

高壓均質(zhì)機(jī)的主要部件

?傳動(dòng)系統(tǒng) – 用于提供動(dòng)力源,，將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)柱塞泵工作,；

?柱塞泵– 利用柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生高壓流體，將物料輸送到均質(zhì)腔,；

?均質(zhì)腔 – 即物料進(jìn)行均質(zhì)處理的部位，通過(guò)高壓流體對(duì)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(zhì)閥 – 進(jìn)行均質(zhì)處理的關(guān)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(nèi)部具有特定的幾何形狀，以產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切,、空化,、撞擊等作用。均質(zhì)機(jī)可以配置一個(gè)均質(zhì)閥﹙一級(jí)﹚或兩個(gè)均質(zhì)閥（二級(jí)）,，對(duì)于大多數(shù)項(xiàng)目,，一級(jí)均質(zhì)就足夠了。一般二級(jí)均質(zhì)主要應(yīng)用于乳化體系,。二級(jí)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(diào)壓裝置 – 用于調(diào)節(jié)閥芯及閥座之間的距離以調(diào)節(jié)均質(zhì)的壓力,，可以控制物料的均質(zhì)程度。對(duì)于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備一般采用手柄調(diào)節(jié)的方式,，對(duì)于中試及生產(chǎn)的設(shè)備一般采用氣推油的方式,，可以通過(guò)旋鈕或PLC程序控制。

02

高壓均質(zhì)機(jī)的工作流程

物料由泵輸送到均質(zhì)腔,，并在高壓的作用下,，物料通過(guò)均質(zhì)閥。在均質(zhì)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(zhì)后的物料從均質(zhì)閥中排出,。高壓均質(zhì)過(guò)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(shí),，與撞擊環(huán)壁或與其它物料相互碰撞時(shí)產(chǎn)生的力,，是高壓均質(zhì)機(jī)中重要的均質(zhì)作用力。剪切力是通過(guò)均質(zhì)閥中的狹窄通道來(lái)產(chǎn)生的,。在均質(zhì)閥的狹窄通道中,，物料的流速會(huì)急劇增加，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切力,?？昭ㄗ饔檬侵肝锪显诟邏毫α鹘?jīng)均質(zhì)閥時(shí)，在其狹窄的通道中,，物料的流速會(huì)急劇增加,，從而導(dǎo)致壓力降低，當(dāng)壓力降低到臨界值時(shí),，物料中的溶解氣體會(huì)發(fā)生氣化,，形成空穴，空穴在高壓流體的沖擊下會(huì)迅速膨脹,，并產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊力和剪切力,，進(jìn)而破壞物料中的顆粒，達(dá)到均質(zhì)的目的,。高壓均質(zhì)機(jī)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(jìn),，從而提高均質(zhì)效果。

高壓均質(zhì)機(jī)工作流程示意圖

03

高壓均質(zhì)機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)

壓力 - 壓力是高壓均質(zhì)機(jī)最重要的參數(shù)之一,，決定了均質(zhì)效果,。一般來(lái)說(shuō)，壓力越高,，均質(zhì)效果越好,；

均質(zhì)次數(shù) – 即物料通過(guò)均質(zhì)機(jī)的次數(shù)。一般來(lái)說(shuō),，均質(zhì)次數(shù)也是越多,，均質(zhì)效果越好。

均質(zhì)閥組結(jié)構(gòu) – 不同體系的物料需要的能量是不同的,。對(duì)于乳化體系,，需要提供足夠強(qiáng)的剪切力以達(dá)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(zhì)閥以滿足不同的應(yīng)用體系,。

溫度 – 均質(zhì)過(guò)程是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能及熱能的方式，在乳化和破碎過(guò)程中會(huì)伴隨著熱量的產(chǎn)生,，同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間的工作也會(huì)積聚熱量,，會(huì)影響到均質(zhì)機(jī)的使用效果及使用壽命。ATS均質(zhì)機(jī)帶內(nèi)置控溫模塊,，在均質(zhì)點(diǎn)就可進(jìn)行控溫,，有效保證物料活性，且ATS生產(chǎn)型均質(zhì)機(jī)帶油泵風(fēng)冷系統(tǒng),、柱塞冷卻系統(tǒng),、物料換熱系統(tǒng)，從動(dòng)力端到工作端均可保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行,。

此外,，還要考慮進(jìn)樣流量，流量決定了均質(zhì)機(jī)的生產(chǎn)效率,。流量越大,，生產(chǎn)效率越高。

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高壓均質(zhì)機(jī)的應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)

高壓均質(zhì)機(jī)在生物制藥中有著廣泛的應(yīng)用,，最常見(jiàn)的應(yīng)用的各種細(xì)胞的破碎,，以釋放存在于細(xì)胞內(nèi)的產(chǎn)物。如使用大腸桿菌表達(dá)重組蛋白時(shí),，產(chǎn)物常以包涵體形式存在于細(xì)胞內(nèi),，如胰島素，需要使用高壓均質(zhì)機(jī)裂解細(xì)胞，以釋放包涵體,，以進(jìn)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(guò)程中有效地釋放到細(xì)胞外的培養(yǎng)基中,，也需要使用高壓均質(zhì)機(jī)進(jìn)行細(xì)胞裂解,，以釋放病毒顆粒。在使用大腸桿菌或酵母進(jìn)行基于病毒樣顆粒技術(shù)的疫苗生產(chǎn)中,，也需要使用高壓均質(zhì)機(jī)進(jìn)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(fù)雜制劑,，如脂質(zhì)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(zhì)機(jī)在化妝品中也有多方面的應(yīng)用,。包括從化妝品原料到化妝品成品均需使用到高壓均質(zhì)機(jī),。

如乳化 - 乳液、乳霜,、膏霜等化妝品都是乳化體系,。在乳化過(guò)程中，高壓均質(zhì)機(jī)可以通過(guò)強(qiáng)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(zhì)在化妝品中具有重要的作用，但這些物質(zhì)需要均勻分散,，才能發(fā)揮其應(yīng)有的效果,。高壓均質(zhì)機(jī)可以將色素、香精,、活性成分等物質(zhì)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(guò)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(xì)胞中，需要破壁才能釋放出來(lái),。高壓均質(zhì)機(jī)即可將細(xì)胞破開(kāi),，從而釋放出細(xì)胞中的活性成分。

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

高壓均質(zhì)機(jī)在食品中也是一種常用的技術(shù)，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(yíng)養(yǎng)價(jià)值,；以及一些腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)乳,，微膠囊包埋等應(yīng)用。

高壓均質(zhì)機(jī)的另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是材料科學(xué),，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(dǎo)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(zhì)機(jī)在各種應(yīng)用中的主要優(yōu)點(diǎn)包括：

均質(zhì)效果好 - 高壓均質(zhì)機(jī)可以產(chǎn)生強(qiáng)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(jiǎn)單 - 高壓均質(zhì)機(jī)的操作相對(duì)簡(jiǎn)單,，易于自動(dòng)化，提高了生產(chǎn)效率,；

高性價(jià)比 – 相比超聲等技術(shù),，高壓均質(zhì)機(jī)的成本相對(duì)較低，提高了生產(chǎn)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性,。

未來(lái),，高壓均質(zhì)機(jī)將可能進(jìn)一步提升可實(shí)現(xiàn)的壓力、流量,，并優(yōu)化均質(zhì)腔的結(jié)構(gòu)以及控制系統(tǒng),，從而應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域。