專業(yè)乳化解決方案一一均質、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行強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組成的均一、穩(wěn)定的混合物，被分散的物質(溶質)以分子或更小的質點分散于另一物質(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，習慣上將不溶于水的有機液體，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

　　由于形成乳化液時由于兩種液體的界面積增大，所以這種體系在熱力學上是不穩(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乳化法和機械法，其中均質法、剪切法和超聲法已在食品、制藥、化妝品等行業(yè)得到了廣泛應用。

均質法

　　所謂均質(Homogenizing)，就是將液態(tài)物料中的固態(tài)物質打碎，使固態(tài)顆粒實現(xiàn)超細化，并形成均勻的懸浮乳化液的工藝過程。在高壓條件下，流體流經(jīng)均質閥微小的流道時所產(chǎn)生強烈的湍流和剪切效應會將流體中顆?；虻我悍纸獬晌⑿〉牧Ｗ印?/p>

　　新芝生物的SCIENTZ-207A超高壓均質機是一種小型化的臺式生物樣品處理裝置，可實現(xiàn)生物實驗室和小規(guī)模生產(chǎn)中的細胞粉碎或物料均質。不同的樣本通過控制壓力、流量、氣蝕、沖擊、剪切和過程持續(xù)時間來達到破碎、乳化和分散效果。另設有冷卻循環(huán)系統(tǒng)接口，搭配恒溫槽有效控制溫度，提升均質效果?？蛇m應于制藥、生物技術、化妝品、食品飲料、石墨烯等領域的高校、研究所、企業(yè)研發(fā)實驗室。

產(chǎn)品特點

樣品范圍廣：菌種、果汁、高分子材料。

壓力可調節(jié)：設計均質壓力0~180Mpa任意可調。

自動化操作：自動進樣，連續(xù)工作，在線排氣。

衛(wèi)生級別高：采用復合食品藥品要求的316L不銹鋼材料。

溫度可控：冷卻接頭進出口與恒溫槽相接，有效控制均質物料溫度上升。

破碎效率高：生物樣品物料粒徑可均勻細化到10nm以下，破碎率大于95%。

剪切法

　　剪切(Shearing)法中的剪切頭由轉子和定子組成，轉子與定子相互嚙合,每級定轉子又有數(shù)層齒圈。轉子高速旋轉產(chǎn)生強大的離心力，形成強負壓區(qū)，物料被吸入工作腔，在定、轉子間隙內受到剪切、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。液體離開定子小孔后壓力又回升，由此產(chǎn)生了空穴效應。均質頭高速旋轉，對物料進行剪切、分散、撞擊。這樣物料就會變得更加細膩，完成乳化。

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

產(chǎn)品特點

參數(shù)靈活：速度2000-28000rpm，無級變速，支持在線調速。

結構靈活簡單：可以任意調節(jié)刀具和臺面距離，方便更好地接觸樣品。

參數(shù)記憶功能：參數(shù)可自動記憶，快速調取，方便查看更改。

超聲法

　　超聲波(Ultrasonic)技術作為一種物理方法，在工作時產(chǎn)生聲空化效應以及高溫與高壓現(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形成高剪切力和機械力，在提取與分離、殺菌、乳化、干燥等領域具有廣闊的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

　　新芝生物的SCIENTZ-IID超聲波細胞粉碎機是一款利用超聲波的空化效應對實驗樣品進行處理的多功能、多用途儀器。它適用于100 μl-600 mL容量的樣本，具有超聲時間、功率連續(xù)可調等優(yōu)勢，能夠破碎各類動植物組織、細胞、細菌，同時可用來乳化、分離、分散、提取及加速化學反應等等。廣泛應用于生命科學、材料科學和環(huán)境保護等領域。

　　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)生的電振蕩信號經(jīng)功率放大器進行放大，經(jīng)過阻抗匹配器后到達換能器，使壓電陶瓷與電極片發(fā)生振動，從而產(chǎn)生振動位移。經(jīng)過變幅桿的振幅變換后在其端面產(chǎn)生振動面，使作用的彈性介質發(fā)生振動，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：

聚能作用：具有擴大振幅的作用，有效提高換能器振子效率。

固定作用：固定機械系統(tǒng)，降低系統(tǒng)能量的損耗。

阻絕作用：阻絕換能器與介質產(chǎn)生的化學與熱學作用。

阻抗轉換器：對聲負載與換能器進行阻抗匹配，使負載與換能器之間進行能量傳輸。

同時，超聲波細胞粉碎機使用時具有以下優(yōu)勢：

1. 中央微機集中控制多個模塊，模塊聯(lián)動流暢、反應迅速;

2. 超聲最大功率可達1000W，百分比控制輸出功率，20-1000W功率可調，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，超聲時間和間歇時間均為0.1-99.9s區(qū)間可調，超聲頻率為20-25KHz;

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

6. 工作過程可即時屏顯樣品溫度、報警溫度、功率、超聲時間、間歇時間、總工作時間及操作程序組別等七種相關信息;

7. 儀器具有自我診斷功能，可進行程序自動糾錯、過載與超溫保護等功能，通過復位功能可重新設置并啟動。

　　乳化存在于生活的各個方面，各種各樣的中間體和消費品，如化妝品和護膚品、藥品膏劑、油漆、潤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，我們會針對您的樣品特點和處理體積提供最佳解決方案，歡迎您的咨詢。