細(xì)胞破碎設(shè)備的認(rèn)知與操作-常見細(xì)胞破碎設(shè)備

高壓均質(zhì)機(jī)高壓均質(zhì)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理高壓均質(zhì)機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用高壓均質(zhì)機(jī)的操作

1）高壓均質(zhì)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

（1）高壓均質(zhì)機(jī)的結(jié)構(gòu)

高壓均質(zhì)機(jī)由高壓泵和均質(zhì)頭兩部分組成。

高壓泵一般采用柱塞式往復(fù)泵，由活塞柱、進(jìn)料閥和排料閥等部件組成，其結(jié)構(gòu)與一般柱塞泵相同；均質(zhì)頭由手柄、調(diào)節(jié)彈簧、均質(zhì)閥三部分組成，其中均質(zhì)閥的組成部件有閥桿、閥座、撞擊環(huán)，均質(zhì)閥安裝在細(xì)胞懸浮液的排出管路上，閥桿與閥座之間形成狹窄的縫隙，從而構(gòu)成細(xì)胞懸浮液的流動(dòng)通道。如圖10.3-1、10.3-2所示。通常，為了獲得更高的破碎效率，高壓均質(zhì)機(jī)一般都設(shè)計(jì)了串聯(lián)的兩級均質(zhì)閥，可使細(xì)胞懸浮液受兩次破碎。

（2）高壓均質(zhì)機(jī)的工作原理

當(dāng)細(xì)胞懸浮液被高壓泵吸入后獲得很高的靜壓力，在高壓泵的作用下，細(xì)胞懸浮液以100m/s～400m/s的速度經(jīng)排料閥直接沖擊到閥桿上，然后沿閥座與閥桿之間的環(huán)形縫隙再次撞擊到撞擊環(huán)上，隨后從細(xì)胞勻漿排料口排出。

細(xì)胞懸浮液在兩次撞擊和經(jīng)過環(huán)形縫隙時(shí)，將從柱塞泵獲得的靜壓能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，因而流動(dòng)速度快。在高速通過時(shí)，細(xì)胞懸浮液承受了強(qiáng)大的撞擊力、剪切作用力和空穴爆破力，細(xì)胞被拉伸延長而變形，隨后被破碎。

在細(xì)胞破碎過程中，由于各種力的作用產(chǎn)生了熱效應(yīng)，容易使細(xì)胞懸浮液溫度升高，生物活性成分受熱失去活性，因而需要冷卻。通常在高壓均質(zhì)機(jī)的均質(zhì)頭設(shè)計(jì)有循環(huán)冷卻裝置，以保證破碎過程中活性成分的活性。

圖10.3-1高壓均質(zhì)機(jī)圖10.3-2高壓均質(zhì)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1—高壓泵；2-柱塞；3—出料閥；4—進(jìn)料閥；5—細(xì)胞懸浮液進(jìn)口；6—撞擊環(huán)；7—手柄；8—調(diào)節(jié)彈簧；9—?jiǎng)驖{出口；10—閥座；11—均質(zhì)頭

2）高壓均質(zhì)機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用

（1）高壓均質(zhì)機(jī)的特點(diǎn)

相對于離心式分散乳化設(shè)備（如膠體磨、高剪切混合乳化機(jī)等）.

高壓均質(zhì)機(jī)的特點(diǎn)是：

①細(xì)化作用更為強(qiáng)烈，這是因?yàn)楣ぷ鏖y的閥芯和閥座之間在初始位是緊密貼合的，只是在工作時(shí)被料液強(qiáng)制擠出了一條狹縫；而離心式乳化設(shè)備的轉(zhuǎn)定子之間為滿足高速旋轉(zhuǎn)并且不產(chǎn)生過多的熱量，必然有較大的間隙（相對均質(zhì)閥而言）；同時(shí)，由于均質(zhì)機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是容積式往復(fù)泵，所以從理論上說，均質(zhì)壓力可以無限地提高，而壓力越高，細(xì)化效果就越好；

②均質(zhì)機(jī)的細(xì)化作用主要是利用了物料間的相互作用，所以物料的發(fā)熱量較小，因而能保持物料的性能基本不變；

③均質(zhì)機(jī)能定量輸送物料，因?yàn)樗揽客鶑?fù)泵送料；

④均質(zhì)機(jī)耗能較大；

⑤均質(zhì)機(jī)的易損件較多，維護(hù)工作量較大，特別在壓力很高的情況下；

⑥均質(zhì)機(jī)不適合于黏度很高的情況。

（2）高壓均質(zhì)機(jī)的應(yīng)用

高壓均質(zhì)是一種制備超細(xì)液-液乳化物或液-固分散物的通用設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于：

①生物工程產(chǎn)品的細(xì)胞破碎、胞內(nèi)外物質(zhì)的提取和均質(zhì)（如對大腸桿菌、酵母菌、細(xì)胞進(jìn)行破碎，提取其細(xì)胞內(nèi)酶、蛋白質(zhì)等活性產(chǎn)物）；

②制藥行業(yè)中制備脂肪粒、微乳、脂質(zhì)體和納米粒（如抗生素、各種乳劑、漿液制劑、中藥制劑、脂肪乳輸液、花粉破碎及各種營養(yǎng)保健液）；

③食品和飲料工業(yè)產(chǎn)品的均質(zhì)和乳化，以提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性（如豆奶、花生奶、松子奶、大豆蛋白等各種植物蛋白和飲料；橙汁、蘋果汁、核桃露、蓮子汁、椰子汁等各種懸浮果汁飲料；酸奶、均質(zhì)牛奶、純牛奶、甜牛奶、乳酸飲料、冰淇淋、豆奶粉等各種乳品和乳制品；

④精細(xì)化工等行業(yè)產(chǎn)品的均質(zhì)分散（如香精香料、化妝品、乳化硅油、感光劑、增亮劑、增稠劑、高級涂料、顏料、染料、重油滲水等）；

⑤用于納米制備技術(shù)。納米顆粒的制備關(guān)鍵是控制粒子大小和較窄均勻的顆粒分布，減少和消除粒子團(tuán)聚現(xiàn)象。用高壓均質(zhì)機(jī)利用空穴爆破法，為目前較為適當(dāng)?shù)募{米制備技術(shù)。

3）高壓均質(zhì)機(jī)的操作

①啟動(dòng)時(shí)均質(zhì)機(jī)壓力不穩(wěn)，應(yīng)在起動(dòng)后將其調(diào)整到預(yù)定值。在壓力穩(wěn)定之前流出的料液回流，以保證均質(zhì)的質(zhì)量；

②均質(zhì)機(jī)正常工作時(shí)要注意觀察壓力表，保證壓力處于正常工作范圍內(nèi)；

③高壓均質(zhì)機(jī)不得空轉(zhuǎn)，啟動(dòng)前應(yīng)先接通冷卻水

④要經(jīng)常在機(jī)體連接軸處加一些潤滑油，以免機(jī)體前端的填料缺油；

⑤柱塞密封圈處于高溫和壓力周期性變化的條件下，很容易損壞，應(yīng)保證柱塞冷卻水的連續(xù)供應(yīng)，以降低柱塞密封圈的溫度，延長其使用壽命。同時(shí)，應(yīng)隨時(shí)檢查密封圈，發(fā)現(xiàn)損壞及時(shí)修復(fù)、更換。

珠磨機(jī)的操作珠磨機(jī)的開、停車操作

注意事項(xiàng)

（1）珠磨機(jī)的開、停車操作

①開機(jī)前首先打開冷卻水閥；

②檢查清洗液，清洗液應(yīng)充足、清晰，否則要予增添或更換，15立升珠磨機(jī)應(yīng)檢查傳動(dòng)溶劑泵的小皮帶是否完好；

③若停機(jī)時(shí)間超過24小時(shí)，開機(jī)前，則應(yīng)打開皮帶防護(hù)罩，用人力反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)皮帶輪10～15次；

④接通電源，啟動(dòng)泵電機(jī)，將需要研磨漿料泵入筒體內(nèi)，等漿料基本充滿筒體時(shí)再啟動(dòng)主電機(jī)開始研磨。一般不允許空機(jī)啟動(dòng)主電機(jī)；

⑤珠磨機(jī)開始工作后，應(yīng)隨時(shí)注意其工作狀態(tài)，觀察壓力表和溫度計(jì)是否工作正常，并注意調(diào)節(jié)泵速；

⑥物料研磨完畢后，如下一班繼續(xù)生產(chǎn)，則直接停泵電機(jī)。主電機(jī)同時(shí)停止工作。如停一天或幾天再開機(jī)生產(chǎn)，則應(yīng)往機(jī)筒內(nèi)泵入2～3kg溶劑后再停泵電機(jī)；

⑦將機(jī)身檫拭干凈（冬天還需放掉殘余冷卻水），切斷電源；

⑧停機(jī)后嚴(yán)禁轉(zhuǎn)動(dòng)無極變速調(diào)節(jié)手柄。

（2）注意事項(xiàng)

①珠磨機(jī)的主要缺點(diǎn)是在破碎期間樣品溫度迅速升高，通過用二氧化碳來冷卻容器可得到部分解決；

②珠體在磨室中的裝量影響破碎程度和所需能量，珠體的大小應(yīng)根據(jù)細(xì)胞大小和濃度以及在連續(xù)流動(dòng)的操作過程中不使珠體帶出來進(jìn)行選擇；

③增加攪拌速度能提高破碎效率，但過高的速度反而會使破碎率降低，能量消耗增大，所以攪拌轉(zhuǎn)速應(yīng)適當(dāng)；

④為降低能耗，減少大分子目的產(chǎn)物的失活，減少由于高破碎率產(chǎn)生的細(xì)胞小、碎片不易分離而給后續(xù)操作帶來的困難，珠磨法的破碎率一般控制在80%以下。

珠磨機(jī)珠磨機(jī)的結(jié)構(gòu)工作原理珠磨機(jī)的結(jié)構(gòu)

珠磨機(jī)由研磨室、攪拌軸、環(huán)形振動(dòng)狹縫珠液分離器、研磨劑、循環(huán)水冷卻系統(tǒng)等部件組成，如圖10.2-1、10.2-2所示。

圖10.2-1WSK臥式高效全能珠磨機(jī)圖10.2-2珠磨機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1—?jiǎng)驖{出口；2—環(huán)形振動(dòng)狹縫分離器；3—細(xì)胞懸浮液進(jìn)口；4—冷卻液進(jìn)口；5—冷卻液出口；6—玻璃珠或鋼珠；7—攪拌軸；8—電動(dòng)機(jī)

珠磨機(jī)的工作原理

進(jìn)入珠磨