Гомогенизация высоким давлением — максимально производительный метод получения однородных субстанций и разрушения биологических объектов

Гомогенизатор, YC-NANO10, Yocell

Гомогенизация — это процесс равномерного распределения и измельчения частиц в объеме. Существует две основные причины применения методов гомогенизации для целей промышленности и науки:

• получение однородных субстанция для улучшения потребительских характеристик продукта, где главную роль играют размер и распределение частиц во всем объеме;
• измельчение тканей и разрушение биологических объектов для подготовки образцов к исследованиям, в том числе для выделения конкретных молекул, например, белков или ДНК.

Существует несколько принципиально различных способов получения однородных субстанций, все они различаются по типам взаимодействия с образцами: механические, физические, химические и ферментативные.

Химический и ферментативный метод используется для лизиса клеток, бактерий, дрожжей, грибов и выделения определенных клеточных компонентов. Однако, данный метод может быть агрессивен, приводит к денатурации белков, сильно загрязняет суспензию, повышает бионагрузку при очистке, и подразумевает расходование реактивов. Обычно проводится неорганическими и органическими растворителями, ПАВами, специфическими ферментами и солями.

Ультразвуковой метод имеет очень широкую область применения: лизис клеток, фрагментация ДНК, эмульгирование химических веществ, наноматериалов, металлов, дегазация жидкостей, увеличение скорости реакций при химическом синтезе, повышение скорости экстракции из растительного сырья и т.д. Ультразвук генерируется зондом в жидкости с частотой в 20 кГц, эти колебания провоцируют образование кавитационных пузырей, энергия взрыва которых приводит к дроблению и уменьшению частиц. Данный метод имеет свои особенности: активные процессы внутри жидкости нагревают её и поэтому требуют обязательного охлаждения образца, ультразвуковые установки очень шумные и требуют защиты органов слуха, звукопоглощающих камер и даже отдельных помещений, а сам зонд склонен к разрушению из-за высокой частоты колебаний.

Механические методы: перетирание в ступе, встряхивание с шариками, перемалывание диспергаторами типа ротор-статор. Такие гомогенизаторы оказывают прямое физическое действие на образец ударами, силой трения, напряжением сдвига, которые приводят к измельчению и дроблению частиц. Некоторые шаровые мельницы позволяют исследовать сразу несколько образцов, что может быть полезно для лабораторий, но при их использовании шарики могут оставлять заряд на поверхности частиц. Для промышленных нужд используют проточные диспергаторы типа ротор-статор, у них высокая производительность (до 1000 л/ч), но размер получаемых частиц достаточно крупный – 1-3 мкм.

Давление — это эффективный, относительно мягкий и производительный способ получения стабильных эмульсий и суспензий для целей фармацевтики, биотехнологии, химической, пищевой и косметической отраслей.

Гомогенизаторы высокого давления отлично подходят для биотехнологии, благодаря эффективному разрушению стенок клеток млекопитающих, бактерий и дрожжей без повреждения целевых молекул. Являются отличным инструментом для получения однородных эмульсий, паст, кремов, липосом для целей фармацевтики и косметологии. Получение гомогенных продуктов питания в пищевой промышленности, не обходится без гомогенизаторов высокого давления, с их помощью получают молоко, соки, соусы, сыры, йогурты и т.д., в общем сфера применения таких приборов чрезвычайно широка.

В основе конструкции — клапан гомогенизатора с возможностью регулировки зазора, через который, мощный насос непрерывно прокачивает весь поток жидкости. Уменьшение зазора в клапане приводит к возрастанию давления и появлению физических эффектов (напряжение сдвига, кавитация, турбулентность), совокупное воздействие которых приводит к дроблению частиц.

Принцип действия гомогенизатора	Устройство гомогенизатора высокого давления

Преимущества гомогенизаторов высокого давления

• Относительно мягкая обработка без разрушения целевых молекул;
• возможность обработки больших объемов в непрерывном режиме;
• широкие возможности для масштабирования;
• возможность работы в закрытой, чистой среде;
• гибкость процесса за счет настройки давления, температуры, скорости подачи, количества циклов;
• простота очистки и стерилизации;
• получение липосом.

Компания Yocell предлагает широкую линейку гомогенизаторов высокого давления с разной производительностью от лабораторных до промышленных масштабов.

Зазор в клапанных гомогенизаторах регулируется вручную с помощью винта давления. Система простая и надежная, но благодаря наличию движущихся частей в конструкции, клапан подвержен микроколебаниям во время работы, что приводит к небольшим перепадам давления, в результате чего, незначительно усиливается разброс частиц по размеру. К тому же, чем выше давление, тем тяжелее становится вращать ручку винта для его повышения и контроля на одном уровне.

Существует разновидность гомогенизаторов высокого давления, конструктивно отличающаяся и лишенная таких недостатков — это микрофлюидизаторы высокого давления.

Микрофлюидизаторы являются разновидностью классический клапанных гомогенизаторов высокого давления. В отличие от клапана с регулируемым зазором в них используются камеры с фиксированными размерами тонких каналов (75 - 300 мкм), благодаря чему давление в таких камерах будет постоянным. Фиксированный размер каналов дает стабильно высокие результаты, Вы получаете меньший разброс частиц по размеру и улучшенное распределение по объему. Кроме того, камеры могут быть с охлаждением, что особенно важно для термочувствительных образцов. Отсутствие движущихся частей решает общие проблемы клапанных гомогенизаторов и делает микрофлюидизаторы лучшим выбором там, где требуется максимальная эффективность. Обычно они используются при работе с дорогостоящими, современными материалами, где размер и распределение частиц оказывают существенное влияние на эксплуатационные характеристики продукта.

Преимущества микрофлюидизаторов

• Получение частиц порядка 100 нм;
• отличная однородность по размеру и распределение по объему;
• возможность охлаждения в процессе разрушения;
• автоматическая установка давления;
• простая масштабируемость;
• возможность получения нанолипосом.

Пилотные и промышленные модели подбираются индивидуально под задачи пользователя.

Таким образом, наиболее универсальными по применению, эффективными, производительными, надежными и относительно тихими будут гомогенизаторы и микрофлюидизаторы высокого давления. Они подходят практически для любых применений, неприхотливы в использовании, имеют широкие возможности по масштабированию, гарантируют отличное качество суспензии и повторяемость результатов.

См. также:

Колбы качалочные, культуральные, Эрленмейера, Фернбаха, Томсона

Фильтрация ультра, микро, фильтродержатели, насадки, системы

Хроматография

Центрифуги

Ниже вы можете задать вопрос или оставить запрос в свободной форме: