專業(yè)乳化解決方案一一均質(zhì)、剪切、超聲

　　乳化(Emulsification)是一種液-液界面現(xiàn)象，向兩種互不相溶的液體加入表面活性劑后進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌就可形成乳化液，如水和油，通常乳化體的類型有O/W、W/O型，另外還有W/O/W、O/W/O型多重乳化體系。

圖一 水包油型乳液(O/W)和油包水型乳液(W/O)示意圖

Figure 1. Schematic diagram of oil-in-water emulsion (O/W) and water-in-oil emulsion (W/O)

圖二 水包油包水型乳液(W/O/W)和油包水包油型乳液(O/W/O)示意圖

Figure 2. Schematic diagram of water-in-oil emulsion (W/O/W) and oil-in-oil emulsion (O/W/O)

　　溶液是由至少兩種物質(zhì)組成的均一、穩(wěn)定的混合物，被分散的物質(zhì)(溶質(zhì))以分子或更小的質(zhì)點(diǎn)分散于另一物質(zhì)(溶劑)中;而乳化得到的乳化液是指由兩種不相溶的液體所組成的分散系，即一種液體以小液滴的形式分散在另外一種液體之中形成的混合物，且在乳化液中各組分的功能依舊正常。乳化液通常由水和油所組成，習(xí)慣上將不溶于水的有機(jī)液體，如苯、煤油等統(tǒng)稱為油。如果是油分散在水中，稱為水包油(油/水或O/W)型乳化液，如牛奶和某些農(nóng)藥制劑等;如果是分散在油中，稱為油包水(水/油或W/O)型乳化液，如石油、原油和人造黃油。

圖三 機(jī)油乳化液

Figure 3. Engine oil emulsion

表一 溶液、乳化液與懸浮液的區(qū)別

Table 1. The difference between solution, emulsion and suspension

　　由于形成乳化液時(shí)由于兩種液體的界面積增大，所以這種體系在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，而不同的乳化方法得到的乳化液穩(wěn)定性不同。目前，用于乳化的方法包括物理化學(xué)乳化法和機(jī)械法，其中均質(zhì)法、剪切法和超聲法已在食品、制藥、化妝品等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。

均質(zhì)法

　　所謂均質(zhì)(Homogenizing)，就是將液態(tài)物料中的固態(tài)物質(zhì)打碎，使固態(tài)顆粒實(shí)現(xiàn)超細(xì)化，并形成均勻的懸浮乳化液的工藝過(guò)程。在高壓條件下，流體流經(jīng)均質(zhì)閥微小的流道時(shí)所產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流和剪切效應(yīng)會(huì)將流體中顆粒或滴液分解成微小的粒子。

　　新芝生物的SCIENTZ-207A超高壓均質(zhì)機(jī)是一種小型化的臺(tái)式生物樣品處理裝置，可實(shí)現(xiàn)生物實(shí)驗(yàn)室和小規(guī)模生產(chǎn)中的細(xì)胞粉碎或物料均質(zhì)。不同的樣本通過(guò)控制壓力、流量、氣蝕、沖擊、剪切和過(guò)程持續(xù)時(shí)間來(lái)達(dá)到破碎、乳化和分散效果。另設(shè)有冷卻循環(huán)系統(tǒng)接口，搭配恒溫槽有效控制溫度，提升均質(zhì)效果?？蛇m應(yīng)于制藥、生物技術(shù)、化妝品、食品飲料、石墨烯等領(lǐng)域的高校、研究所、企業(yè)研發(fā)實(shí)驗(yàn)室。

產(chǎn)品特點(diǎn)

樣品范圍廣：菌種、果汁、高分子材料。

壓力可調(diào)節(jié)：設(shè)計(jì)均質(zhì)壓力0~180Mpa任意可調(diào)。

自動(dòng)化操作：自動(dòng)進(jìn)樣，連續(xù)工作，在線排氣。

衛(wèi)生級(jí)別高：采用復(fù)合食品藥品要求的316L不銹鋼材料。

溫度可控：冷卻接頭進(jìn)出口與恒溫槽相接，有效控制均質(zhì)物料溫度上升。

破碎效率高：生物樣品物料粒徑可均勻細(xì)化到10nm以下，破碎率大于95%。

剪切法

　　剪切(Shearing)法中的剪切頭由轉(zhuǎn)子和定子組成，轉(zhuǎn)子與定子相互嚙合,每級(jí)定轉(zhuǎn)子又有數(shù)層齒圈。轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力，形成強(qiáng)負(fù)壓區(qū)，物料被吸入工作腔，在定、轉(zhuǎn)子間隙內(nèi)受到剪切、離心擠壓、撞擊撕裂和湍流等綜合作用，而產(chǎn)生分裂液滴的張力。液體離開(kāi)定子小孔后壓力又回升，由此產(chǎn)生了空穴效應(yīng)。均質(zhì)頭高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)物料進(jìn)行剪切、分散、撞擊。這樣物料就會(huì)變得更加細(xì)膩，完成乳化。

　　新芝生物的XHF-DY高速分散器可用于醫(yī)學(xué)、生物工程、細(xì)胞、食品工業(yè)、化妝品制造業(yè)等多種實(shí)驗(yàn)室。對(duì)動(dòng)植物組織均能達(dá)到勻漿和混和作用。在不同的速度下，能破碎不同的細(xì)胞膜。用于不相溶的兩液相之間的高效分散，乳化、萃取。經(jīng)過(guò)高速分散后，可以使樣品處理時(shí)間大大縮短。從而提高工作效率。在最低速度時(shí)，可當(dāng)作攪拌器使用。

產(chǎn)品特點(diǎn)

參數(shù)靈活：速度2000-28000rpm，無(wú)級(jí)變速，支持在線調(diào)速。

結(jié)構(gòu)靈活簡(jiǎn)單：可以任意調(diào)節(jié)刀具和臺(tái)面距離，方便更好地接觸樣品。

參數(shù)記憶功能：參數(shù)可自動(dòng)記憶，快速調(diào)取，方便查看更改。

超聲法

　　超聲波(Ultrasonic)技術(shù)作為一種物理方法，在工作時(shí)產(chǎn)生聲空化效應(yīng)以及高溫與高壓現(xiàn)象，超聲產(chǎn)生的氣泡在樣品表面迅速形成和破裂，氣泡破裂產(chǎn)生的微射流和沖擊波會(huì)形成高剪切力和機(jī)械力，在提取與分離、殺菌、乳化、干燥等領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

　　新芝生物的SCIENTZ-IID超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)是一款利用超聲波的空化效應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行處理的多功能、多用途儀器。它適用于100 μl-600 mL容量的樣本，具有超聲時(shí)間、功率連續(xù)可調(diào)等優(yōu)勢(shì)，能夠破碎各類動(dòng)植物組織、細(xì)胞、細(xì)菌，同時(shí)可用來(lái)乳化、分離、分散、提取及加速化學(xué)反應(yīng)等等。廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、材料科學(xué)和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。

　　該儀器配備超聲電源、換能器、隔音箱和聚能式變幅桿，超聲波電源產(chǎn)生的電振蕩信號(hào)經(jīng)功率放大器進(jìn)行放大，經(jīng)過(guò)阻抗匹配器后到達(dá)換能器，使壓電陶瓷與電極片發(fā)生振動(dòng)，從而產(chǎn)生振動(dòng)位移。經(jīng)過(guò)變幅桿的振幅變換后在其端面產(chǎn)生振動(dòng)面，使作用的彈性介質(zhì)發(fā)生振動(dòng)，產(chǎn)生超聲波的傳播。由于使用了聚能式換能器，因此具有以下特點(diǎn)：

聚能作用：具有擴(kuò)大振幅的作用，有效提高換能器振子效率。

固定作用：固定機(jī)械系統(tǒng)，降低系統(tǒng)能量的損耗。

阻絕作用：阻絕換能器與介質(zhì)產(chǎn)生的化學(xué)與熱學(xué)作用。

阻抗轉(zhuǎn)換器：對(duì)聲負(fù)載與換能器進(jìn)行阻抗匹配，使負(fù)載與換能器之間進(jìn)行能量傳輸。

同時(shí)，超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)使用時(shí)具有以下優(yōu)勢(shì)：

1. 中央微機(jī)集中控制多個(gè)模塊，模塊聯(lián)動(dòng)流暢、反應(yīng)迅速;

2. 超聲最大功率可達(dá)1000W，百分比控制輸出功率，20-1000W功率可調(diào)，效果穩(wěn)定;

3. 可選配多種規(guī)格變幅桿，滿足不同處理量需求;

4. 超聲工作方式為間歇脈沖和連續(xù)工作，超聲時(shí)間和間歇時(shí)間均為0.1-99.9s區(qū)間可調(diào)，超聲頻率為20-25KHz;

5. 儀器使用觸摸控制方式，可創(chuàng)建并儲(chǔ)存多達(dá)20組操作程序;

6. 工作過(guò)程可即時(shí)屏顯樣品溫度、報(bào)警溫度、功率、超聲時(shí)間、間歇時(shí)間、總工作時(shí)間及操作程序組別等七種相關(guān)信息;

7. 儀器具有自我診斷功能，可進(jìn)行程序自動(dòng)糾錯(cuò)、過(guò)載與超溫保護(hù)等功能，通過(guò)復(fù)位功能可重新設(shè)置并啟動(dòng)。

　　乳化存在于生活的各個(gè)方面，各種各樣的中間體和消費(fèi)品，如化妝品和護(hù)膚品、藥品膏劑、油漆、潤(rùn)滑油和燃料都是完全或部分的乳液，但各類乳液的制造工藝差異很大，這些差異包括樣品組分、乳化劑種類和乳化方式。因此，對(duì)于不同的樣品您可選用合適的新芝儀器以滿足乳化需求，我們會(huì)針對(duì)您的樣品特點(diǎn)和處理體積提供最佳解決方案，歡迎您的咨詢。