هموژنایزر

هموژنایزر چیست؟

هموژنایزر یک دستگاه آزمایشگاهی است که برای مخلوط کردن، امولسیون کردن و همگن کردن مایعات استفاده می شود. می توان از آن برای شکستن ذرات بزرگ در یک مایع و توزیع یکنواخت آنها و ایجاد یک مخلوط همگن استفاده کرد. هموژنایزرها را می توان در کاربردهای مختلفی از جمله تولید غذا و نوشیدنی، داروسازی و بیوتکنولوژی استفاده کرد. رایج ترین انواع هموژنایزرها هموژنایزرهای مکانیکی هستند که از فشار و نیروهای برشی بالا برای شکستن ذرات استفاده می کنند و هموژنایزرهای اولتراسونیک که از امواج صوتی با فرکانس بالا برای ایجاد یک اثر کاویتاسیون استفاده می کنند که ذرات را تجزیه می کند.

تاریخچه همگن سازی را می توان به اواخر قرن نوزدهم، زمانی که اولین هموژنایزر های مکانیکی توسعه یافتند، ردیابی کرد. این هموژنایزرهای اولیه عمدتاً در صنایع لبنی برای تولید شیر همگن استفاده می شدند. فرآیند همگن سازی شامل شکستن گلبول های چربی در شیر برای ایجاد یک محصول صاف تر و سازگارتر است.

هموژنایزر دستی

با فشردن مواد در یک فضای تنگ و محدود، هموژنایزر ترکیبی یکنواخت و یکنواخت ایجاد می کند. علاوه بر فشار زیاد، نیروهای متعددی مانند آشفتگی و کاویتاسیون برای توزیع یکسان محتویات یک محلول استفاده می شود. هموژنایزرها از یک بوستر پمپ همگن و مجموعه دریچه همگن کننده تشکیل شده اند. پمپ مواد را مجبور می کند تا از طریق یک شکاف کوچک بین نشیمنگاه شیر و شیر، تحت فشار پردازش شود. فشار و جریان از طریق شیر باعث ایجاد تلاطم و اختلاط می شود. چندین بخش برای ایجاد کالاهای ثابت، پایدار و همگن به همگن سازها متکی هستند. هموژنایزرها علاوه بر مخلوط کردن، برای امولسیون کردن، تعلیق، آسیاب کردن، پخش کردن و حل کردن نیز استفاده می شوند. صنایع دارویی، نوشابه سازی و شیمیایی برای تولید و کیفیت محصولات خود به هموژنایزرها وابسته هستند.

هموژنایزر ها در پایین دست میکسرهای با برش بالا، میکسرهای دسته ای و میکسرهای پارویی و حفاری قرار می گیرند تا مخلوط های ظریف تری ایجاد کنند. به دلیل خطر مصرف بیش از حد انرژی، کاهش سرعت جریان، تولید گرما و افزایش سایش مواد، برخی از هموژنایزرها قادر به رسیدگی به کالاهایی با اجزای بسیار درشت نیستند. در بالادست هموژنایزر، میکسرها مواد را با مخلوط کردن از قبل آماده و حالت می دهند.

نحوه عملکرد هموژنایزر

هموژنایزر ها برای ترکیب مواد شیمیایی و بیولوژیکی استفاده می شوند. این اغلب شامل لیز سلولی برای ایجاد یک سوسپانسیون همگن است. با افزودن یک هموژنایزر به آزمایشگاه خود، دیگر نیازی به هاون و هاون یا نیروی فیزیکی نخواهید داشت. ابزارهای هموژنایزر اغلب از میکرولوله های از پیش پر شده حاوی دانه های سرامیکی برای تسهیل در هم گسیختگی و اختلاط سلول ها استفاده می کنند. به طور معمول، نوسان یا حرکت متقابل هموژنایزر به این فرآیند کمک می کند. هموژنایزرها اغلب در مراحلی برای تکمیل استخراج DNA، RNA، و mRNA و همچنین سایر روش هایی که نیاز به همگن سازی نمونه ها بدون تجزیه اسیدهای نوکلئیک دارند، استفاده می شوند. انواع مختلفی از هموژنایزرها موجود است. عواملی که باید در نظر گرفته شوند عبارتند از ظرفیت، محدوده سرعت (RPM)، نوع نمونه و کاربردهای پیشنهادی.

هدف از همگن سازی

هموژنیزاسیون فرآیندی است که برای توزیع یکنواخت ذرات یا قطرات در یک مایع و ایجاد یک مخلوط همگن استفاده می شود. اهداف مختلفی از همگن سازی وجود دارد، از جمله:

• بهبود کیفیت محصول: همگن سازی می تواند بافت، ظاهر و قوام محصول را با شکستن ذرات بزرگ و ایجاد مخلوطی صاف و یکنواخت بهبود بخشد. این امر به ویژه در صنعت غذا و نوشیدنی مهم است، جایی که همگن سازی برای تولید محصولاتی مانند شیر همگن، بستنی و سس های سالاد استفاده می شود.
• افزایش راندمان یک فرآیند: همگن سازی می تواند کارایی یک فرآیند را با شکستن ذرات یا قطرات افزایش دهد و آنها را به راحتی مخلوط کند. این می تواند به ویژه در فرآیندهای صنعتی، مانند امولسیون کردن روان کننده ها یا رنگدانه های همگن برای تولید رنگ و جوهر مهم باشد.

هموژنایزر التراسونیک صنعتی

• افزایش ماندگاری محصول: هموژنیزاسیون می تواند به تثبیت محصول با شکستن ذرات یا قطرات بزرگی که می توانند در طول زمان باعث جدا شدن آن شوند، کمک کند. این می تواند به افزایش ماندگاری یک محصول، به ویژه در صنعت غذا و نوشیدنی کمک کند.
• بهبود فراهمی زیستی داروها: هموژنیزاسیون در صنعت داروسازی برای امولسیون کردن داروهای تزریقی یا خوراکی استفاده می شود که می تواند فراهمی زیستی دارو را بهبود بخشد و اثربخشی آن را افزایش دهد.
• تجزیه و تحلیل سلول ها و بافت ها: همگن سازی سلول ها و بافت ها در صنعت بیوتکنولوژی برای آماده سازی نمونه ها برای تجزیه و تحلیل، مانند استخراج DNA یا RNA استفاده می شود.
• کاهش اندازه ذرات: هموژنیزاسیون می تواند اندازه ذرات سوسپانسیون ها، امولسیون ها و سوسپانسیون ها را کاهش دهد. این می تواند عملکرد یک محصول را بهبود بخشد و کارایی یک فرآیند را افزایش دهد.
• افزایش بازده: هموژنیزاسیون می تواند با شکستن ذرات یا قطرات بازده محصول را افزایش دهد و آنها را به راحتی مخلوط کند. این امر می تواند به ویژه در فرآیندهای صنعتی مهم باشد.

قطعات هموژنایزر

قطعات یک هموژنایزر بسته به نوع و مدل خاص هموژنایزر می تواند متفاوت باشد. با این حال، بسیاری از هموژنایزرهای مکانیکی و اولتراسونیک قطعات مشابهی دارند که ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• دریچه همگن کننده
• شیر پخش کننده شعاعی
• نشیمنگاه سوپاپ
• شیر جت شمارنده
• شیر جریان محوری
• دارای سیستم خنک کننده
• دریچه های ورودی و خروجی
• سیستم کنترل فشار
• کنترل کننده سرعت
• موتور
• روتور
• محفظه هموژنایزر

• پمپ های همگن کننده
• میکروسیال‌ساز 
• فنر کششی
• حلقه شکن

رویه عملیاتی هموژنایزر

روش کار یک هموژنایزر می تواند بسته به نوع و مدل خاص هموژنایزر و همچنین موادی که همگن می شود متفاوت باشد. با این حال، یک روش عملیاتی کلی برای هموژنایزر مکانیکی یا اولتراسونیک ممکن است شامل مراحل زیر باشد:

• با اندازه گیری مقدار مناسب و اطمینان از اینکه در درجه حرارت و ویسکوزیته مناسب برای هموژنایزر قرار دارد، مواد را برای همگن شدن آماده کنید.
• هموژنایزر شامل محفظه همگن، روتور و استاتور را مونتاژ کنید.
• هموژنایزر را روشن کنید و تنظیمات سرعت و فشار را در صورت نیاز برای مواد خاص و سطح همگن سازی دلخواه تنظیم کنید.
• مواد را به آرامی وارد هموژنایزر کنید و مطمئن شوید که سرعت جریان ثابتی دارد.
• فرآیند همگن سازی را کنترل کنید و مشکلاتی مانند گرفتگی یا نشت را بررسی کنید.
• پس از اینکه مواد به میزان دلخواه همگن شد، هموژنایزر را خاموش کرده و آن را جدا کنید.
• هموژنایزر و تمام اجزای آن را تمیز و ضدعفونی کنید تا از آلودگی جلوگیری شود و تجهیزات در شرایط کاری مناسب نگهداری شوند.
• نمونه همگن شده را جمع آوری کنید و مراحل بعدی فرآیند یا آنالیز خود را ادامه دهید.

رجوع به دفترچه راهنمای سازنده و پیروی از دستورالعمل های آنها بسیار مهم است، زیرا هموژنایزر های مختلف ممکن است رویه های عملکرد متفاوتی داشته باشند و برخی از هموژنایزرها ممکن است دستورالعمل های خاصی برای کار با مواد خاص داشته باشند.

اهم نکات در مورد هموژنایزر

1. قبل از شروع هموژنایزر موارد زیر باید بررسی شوند:

• پیستون ها روغن کاری شده و با آب خنک می شوند.
• کنترل های فشار برای اطمینان از قرار گرفتن آنها در وضعیت بیکار بررسی می شوند.
• در دسترس بودن محصول را برای دستگاه تأیید کنید.
• در حین راه اندازی دستگاه، بررسی کنید که فشار روغن بیشتر از 1 کیلوگرم بر سانتی متر مربع باشد. در غیر این صورت، استارت قطع می شود.

2. راه اندازی هموژنایزر ماشین

• راه اندازی موتور.
• هموژنایزر قبل از خاموش شدن حدود 5 دقیقه روی آب کار می کند و با شل کردن محل اتصال ورودی و سپس سفت کردن دوباره آن، آب تخلیه می شود.
• نشتی در دستگاه بررسی می شود.
• تنظیم شیر سه طرفه به شیر اجازه می دهد تا به داخل هموژنایزر جریان یابد.
• ابتدا فشار مرحله اول و سپس فشار مرحله دوم با استفاده از دسته تنظیم فشار شیر مرحله دوم تغییر می کند. یک گیج فشار موجود این امر را تایید می کند.
• خروجی محصول دستگاه تا رسیدن به فشار همگن مناسب هدایت می شود.
• هنگامی که به حالت پایدار رسید، شیر بای پس چرخانده می شود تا محصول را به سیستم پردازش تغییر دهد.
• شایان ذکر است که برخی از هموژنایزرها در واقع دارای دریچه ای برای خروج هوا هستند.

3. پایان دادن به فرآیند همگن سازی

• خروجی در انتهای چرخه هدایت می شود.
• هنگامی که قیف تقریباً از محصولی که قرار است همگن شود خالی است، آب برای تمیز کردن سیستم در آن ریخته می شود.
• فشار در دو مرحله تخلیه می شود: ابتدا از شیر مرحله اول و سپس از شیر مرحله دوم.
• برای تمیز کردن هموژنایزر، به سادگی وارد حالت تمیز کردن شوید.
• پس از اتمام فرآیند تمیز کردن، هموژنایزر خاموش می شود.

4. اقدامات امنیتی

• هموژنایزر هرگز نباید بدون مایع کار کند. تغذیه صحیح دستگاه همیشه برای جلوگیری از گرسنگی آن ضروری است.
• قبل از استفاده مجدد از هموژنایزر، صافی ورودی باید خارج شود، تمیز شود و دوباره نصب شود.
• هر دو دسته دریچه همگن کننده باید قبل از روشن کردن هموژنایزر در موقعیت آزاد قرار داشته باشند.
• افزایش تدریجی فشار توصیه می شود.
• اگر شیر سه طرفه در خط تحویل محصول در حین کار کردن هموژنایزر بسته شود، ممکن است باعث آسیب گران شود.

5. مراقبت از هموژنایزرها

• هر روز، سطح روغن را بررسی کنید تا مطمئن شوید که در جایی است که باید باشد.
• سیستم های روغن کاری نیاز به تعمیر و نگهداری معمول دارند. هنگامی که روغن روان کننده امولسیون شد، که بعد از 500 ساعت کار یا 6 ماه اتفاق می افتد، آن را تعویض کنید.
• مهر و موم روغن را بررسی کنید تا مطمئن شوید که آب و روغن نمی توانند وارد آن شوند.
• در صورت وجود نشتی، مهره ها یا کوپلینگ ها را سفت کنید، واشرهای جدید نصب کنید یا پیستون ها را تعویض کنید.
• دقت سنج های هموژنایزر باید به طور منظم با استفاده از یک گیج استاندارد بررسی شود.
• دریچه های هموژنایزر باید به طور مکرر بررسی شوند و در صورت لزوم با یک ساینده ریز پوشانده شوند تا از آب بندی بدون نشتی اطمینان حاصل شود.
• مهم است که اقدامات احتیاطی بیشتری را برای جلوگیری از خراشیدگی هنگام جدا کردن شیرها انجام دهید. یک تشک لاستیکی برای نگهداری آنها مورد نیاز است.

انواع هموژنایزر

هموژنایزرهای مکانیکی

اینها از فشار بالا و نیروهای برشی برای شکستن ذرات در مایع استفاده می کنند. آنها معمولاً توسط یک موتور الکتریکی یا پنوماتیک تغذیه می شوند و می توانند برای تغییر فشار و نیروی برشی تنظیم شوند. به عنوان مثال می توان به هموژنایزر Gaulin و Avestin EmulsiFlex اشاره کرد.

هموژنایزر های مکانیکی از کار مکانیکی به عنوان منبع اولیه انرژی برای جداسازی اجزای پیش مخلوط استفاده می کنند. آنها همان هدف را به عنوان یک مخلوط کن برش بالا خدمت می کنند. سیال یا خوراک از قبل مخلوط شده را می توان در فشار اتمسفر، کم یا متوسط ​​تزریق کرد که به طور قابل توجهی کمتر از هموژنایزر فشار بالا است. به جای دریچه، از اجزای چرخان مانند مخروط ها، تیغه ها و پاروها استفاده می شود. روتورها با یک استاتور مناسب کوپل می شوند تا شرایط همگن سازی بهینه را فراهم کنند. روش همگن سازی وابسته به پارگی مکانیکی ناشی از حرکت قطعات است. با این حال، اصول فیزیکی که قبلاً توضیح داده شد حاکم بر اختلال ذرات هنوز در مورد هموژنایزرهای مکانیکی اعمال می شود.

انواع هموژنایزرهای مکانیکی

در زیر محبوب ترین انواع هموژنایزرهای مکانیکی آورده شده است.

آسیاب کلوئیدی

• آسیاب های کلوئیدی هموژنایزر هایی با روتور و اجزای استاتور مخروطی هستند. فضای کمی بین روتور و استاتور وجود دارد که در اثر نیروهای برشی و گریز از مرکز، پیش مخلوط از طریق آن جریان می یابد.
• از آنجایی که پیش مخلوط به صورت وزن سنجی توسط یک قیف وارد مجموعه روتور-استاتور می شود، به داخل شکاف ها یا سوراخ های خروجی خارج می شود. سرعت چرخش بالای روتور (بین 3000 تا 15000 دور در دقیقه) مقدار زیادی برش ایجاد می کند که اجزای تشکیل دهنده سیال پیش مخلوط را خرد می کند.
• علاوه بر این، به دلیل اینکه سیال توسط روتور به حرکت در می آید، سرعت سیال بالا امکان پذیر است. با سرعت کافی، تلاطم ایجاد می شود.
• با تنظیم شکاف بین روتور و استاتور، می توان میزان برش را تغییر داد. با این حال، کاهش ترخیص کالا از گمرک تاثیر مخربی بر سرعت جریان محصول خواهد داشت. این امر اندازه ذرات حاصل را محدود می کند، ذرات به اندازه ذرات تولید شده توسط هموژنایزرهای فشار بالا و اولتراسونیک کوچک نیستند.
• آسیاب های کلوئیدی برای مواد حاوی ذرات جامد بسیار چسبناک یا به شدت معلق استفاده می شود.

کاربردهای دارویی آسیاب کلوئیدی

• آسیاب‌های کلوئیدی معمولاً برای خرد کردن مواد جامد و ایجاد سوسپانسیون‌ها، به‌ویژه سوسپانسیون‌هایی که شامل جامداتی هستند که توسط محیط پراکندگی خیس نمی‌شوند، استفاده می‌شوند.
• علاوه بر این، از آن برای بهبود پایداری سوسپانسیون ها و امولسیون ها استفاده می شود.
• برای ساختن پراکندگی ها، سوسپانسیون ها، امولسیون ها و پمادهای کلوئیدی استفاده می شود.
• آسیاب های کلوئیدی برای آسیاب کردن، پخش کردن و همگن کردن پماد، کرم، ژل و مایعات با ویسکوزیته بالا در یک فرآیند واحد استفاده می شوند.

مزایای آسیاب کلوئیدی

• طیف وسیعی از کاربردها، از جمله خرد کردن مواد شبه دوغاب را دارد.
• نیازی به فشار برای یونیزاسیون نیست.
• ساخت دستگاه ساده است.
• می توان آن را به راحتی تغییر داد.
• تمیز کردن آسیاب کلوئیدی پس از استفاده آسان است.
• دستگاه خود تخلیه می شود.
• ظرفیت بالا با حداقل نیاز
• کاهش سایش در نتیجه استاتورهای ساخت روتور با فولاد/کوروندوم سخت شده.
• سطح صدای پایین دستگاه

معایب آسیاب کلوئیدی

• در جامدات کاربرد گسترده ای ندارد
• خراب شدن صفحات قابل چرخش
• بدون سنگ زنی بسیار ریز
• با وجود وابستگی به شرایط خاص انرژی مصرف می کند.

سوالات متداوال :

کاربردهای هموژنایزرهای مکانیکی

هموژنایزر های مکانیکی به دلیل توانایی آنها در شکستن ذرات در مایع و ایجاد یک مخلوط همگن، به طور گسترده در بسیاری از صنایع و کاربردها استفاده می شود. برخی از رایج ترین کاربردهای هموژنایزرهای مکانیکی عبارتند از:

• تولید غذا و نوشیدنی: هموژنایزر های مکانیکی برای تهیه شیر، بستنی و سایر محصولات لبنی و همچنین امولسیون کردن سس های سالاد و سایر محصولات غذایی استفاده می شود. آنها همچنین برای ایجاد کنسانتره پروتئین و ایزوله برای مکمل های غذایی و میله های تغذیه استفاده می شوند.
• داروها: هموژنایزرهای مکانیکی برای امولسیون کردن داروهای تزریقی یا خوراکی استفاده می شوند. این می تواند فراهمی زیستی دارو را بهبود بخشد و اثربخشی آن را افزایش دهد.
• بیوتکنولوژی : هموژنایزرهای مکانیکی برای همگن کردن سلول‌ها و بافت‌ها برای تجزیه و تحلیل، مانند استخراج DNA یا RNA استفاده می‌شوند.
• کاربردهای صنعتی : هموژنایزر های مکانیکی برای امولسیون کردن روان کننده ها، همگن کردن رنگدانه ها برای تولید رنگ و جوهر، و تجزیه ذرات موجود در دوغاب و سوسپانسیون ها استفاده می شوند.

هموژنایزر مکانیکی

• مراقبت شخصی و لوازم آرایشی: هموژنایزرهای مکانیکی در تولید کرم ها، لوسیون ها و سایر محصولات مراقبت شخصی استفاده می شود تا اطمینان حاصل شود که مواد به طور مساوی توزیع شده و بافتی صاف و یکدست ایجاد می کنند.
• کاربردهای زیست محیطی: هموژنایزرهای مکانیکی برای همگن سازی نمونه های خاک، تجزیه ذرات موجود در فاضلاب و آماده سازی نمونه ها برای آنالیز استفاده می شود.
• کاربردهای بیولوژیکی: هموژنایزرهای مکانیکی برای همگن کردن بافت حیوانی، بافت گیاهی و میکروارگانیسم ها استفاده می شود.
• کاربردهای نفت و گاز: هموژنایزر های مکانیکی برای همگن سازی نمونه های نفت و گاز و آماده سازی نمونه ها برای آنالیز استفاده می شوند.

ذکر این نکته ضروری است که هموژنایزرهای مکانیکی ابزارهای همه کاره هستند و کاربرد آنها به نمونه های ذکر شده در بالا محدود نمی شود و در بسیاری از زمینه های دیگر قابل استفاده هستند.

مزایای هموژنایزرهای مکانیکی

• همگن سازی با فشار بالا: هموژنایزر های مکانیکی می توانند فشار بالایی ایجاد کنند که برای تجزیه ذرات در مایعات با ویسکوزیته بالا ایده آل است.
• اختلاط با برش بالا: هموژنایزرهای مکانیکی می توانند نیروهای برشی بالایی ایجاد کنند که برای امولسیون کردن و همگن کردن قطرات و ذرات کوچک ایده آل است.
• تطبیق پذیری : هموژنایزرهای مکانیکی می توانند طیف وسیعی از مواد را مدیریت کنند و برای کاربردهای مختلف مانند غذا و نوشیدنی، داروسازی و بیوتکنولوژی مناسب هستند.
• راندمان بالا: هموژنایزرهای مکانیکی می توانند حجم زیادی از مواد را در مدت زمان کوتاهی همگن کنند که باعث افزایش راندمان فرآیند می شود.
• مقرون به صرفه: هموژنایزر های مکانیکی در مقایسه با انواع دیگر هموژنایزرها، به ویژه برای تولید در مقیاس بزرگ، مقرون به صرفه هستند.

معایب هموژنایزرهای مکانیکی

• تعمیر و نگهداری بالا: هموژنایزر های مکانیکی دارای قطعات متحرک هستند که نیاز به تعمیر و نگهداری منظم و تعویض قطعات سایش دارند.
• نویز و لرزش: هموژنایزرهای مکانیکی می توانند نویز و ارتعاش ایجاد کنند که در برخی از محیط ها می تواند مشکل ساز باشد.
• کاهش اندازه ذرات محدود: هموژنایزرهای مکانیکی برای کاهش اندازه ذرات سوسپانسیون ها و امولسیون ها تا حد بسیار ریز مناسب نیستند.
• کنترل دما محدود: هموژنایزرهای مکانیکی ممکن است کنترل دما محدودی داشته باشند که در هنگام کار با مواد حساس به حرارت می تواند مشکل ساز باشد.
• مصرف انرژی بالا: هموژنایزر های مکانیکی می توانند انرژی زیادی مصرف کنند که در برخی موارد می تواند مشکل ساز باشد.

توجه به این نکته حائز اهمیت است که مزایا و معایب هموژنایزر های مکانیکی بسته به مدل و کاربرد خاص می تواند متفاوت باشد و هنگام انتخاب تجهیزات مناسب برای یک فرآیند خاص، توجه به آنها ضروری است.

هموژنایزرهای اولتراسونیک

اینها از امواج صوتی با فرکانس بالا برای ایجاد یک اثر کاویتاسیون استفاده می کنند که ذرات را تجزیه می کند. آنها معمولاً توسط یک ژنراتور اولتراسونیک تغذیه می شوند و می توانند برای تغییر فرکانس و دامنه امواج صوتی تنظیم شوند. به عنوان مثال می توان به هموژنایزر اولتراسونیک Hielscher اشاره کرد.

هموژنایزر های اولتراسونیک که به عنوان سونیکاتور یا مختل کننده صوتی نیز شناخته می شوند، از اصل فیزیکی کاویتاسیون اولتراسونیک استفاده می کنند. فرکانس های اولتراسونیک امواج صوتی با فرکانس حداقل 20 کیلوهرتز هستند. القای کاویتاسیون با فازهای متناوب نادر سازی و فشرده سازی در فرکانس های اولتراسونیک. در نتیجه، اثر کاویتاسیون علت اصلی خرابی قطعات است.

اینهموژنایزر های اولتراسونیک از سه جزء تشکیل شده اند:

• ژنراتور : ژنراتور قطعه ای است که توان الکتریکی ورودی را به شکل مناسبی برای فعال کردن مبدل در فرکانس صحیح تبدیل می کند. فرکانس الکتریکی معمولی شبکه های برق شهری بین 50 تا 60 هرتز (هرتز) است. از آنجایی که فرکانس های اولتراسونیک از 20 کیلوهرتز و بالاتر متغیر است، فرکانس منبع تغذیه باید متناسب با آن تنظیم شود. فرکانس منبع تغذیه باید بر اساس ویژگی های سیال پیش مخلوط تنظیم شود تا حفره هایی با اندازه صحیح ایجاد شود.
• مبدل : مبدل جریان الکتریکی با فرکانس بالا و نوسانی را که توسط ژنراتور تامین می‌شود به ارتعاش اولتراسونیک تبدیل می‌کند. مبدل پیزوالکتریک رایج ترین نوع است. مبدل های پیزوالکتریک از طریق پیزوالکتریک معکوس عمل می کنند، که توانایی یک ماده برای کشیده شدن یا انقباض در هنگام اعمال جریان الکتریکی است.
• پروب : کاوشگر جزئی است که با سیال پیش مخلوط تماس برقرار می کند. اتصال یک سر پروب به مبدل باعث ارتعاش آن در فرکانس مشخص می شود. ارتعاش پروب به سیال پیش مخلوط منتقل می شود، که سپس باعث ایجاد حفره می شود.

هموژنایزر روتور استاتور

هموژنایزر های اولتراسونیک از نظر کاهش اندازه ذرات و بازده انرژی قابل مقایسه با هموژنایزرهای فشار بالا هستند. عملکرد فشار اتمسفر هموژنایزرهای اولتراسونیک مزیت اصلی آن است. علاوه بر این، درجه اختلال با تنظیم خروجی الکتریکی ژنراتور و دمای سیال پیش مخلوط به راحتی قابل تغییر است. این بدون نیاز به قطعات متحرک به دست می آید.

کاربردهای هموژنایزر اولتراسونیک

هموژنایزر های اولتراسونیک دستگاه های آزمایشگاهی هستند که از امواج صوتی با فرکانس بالا برای ایجاد اثر کاویتاسیون که ذرات را تجزیه می کند استفاده می کنند، آنها به طور گسترده در کاربردهای مختلف استفاده می شوند، برخی از رایج ترین کاربردهای هموژنایزر اولتراسونیک عبارتند از:

• امولسیون سازی : هموژنایزر های اولتراسونیک برای ایجاد امولسیون های ظریف استفاده می شوند که دستیابی به آن با روش های مکانیکی سنتی دشوار است. آنها به ویژه برای امولسیون کردن قطرات و ذرات کوچک مفید هستند و می توان از آنها برای ساخت محصولاتی مانند لوسیون ها، کرم ها و سایر محصولات مراقبت شخصی استفاده کرد.
• سوسپانسیون و پراکندگی: هموژنایزر های اولتراسونیک برای ایجاد سوسپانسیون و پراکندگی ذرات جامد در مایعات استفاده می شود. از آنها می توان برای ایجاد سوسپانسیون ذراتی که به سختی پراکنده می شوند، مانند نانوذرات، استفاده کرد و می توان از آنها برای ایجاد سوسپانسیون سلول ها و بافت ها برای تجزیه و تحلیل استفاده کرد.
• لیز سلولی و استخراج پروتئین: هموژنایزر های اولتراسونیک برای لیز سلولی و استخراج پروتئین ها برای تجزیه و تحلیل استفاده می شود. آنها به ویژه برای لیز کردن سلول ها و استخراج پروتئین ها از سلول های سخت لیز مانند باکتری ها، مخمرها و سلول های گیاهی مفید هستند.
• تولید نانوذرات: از هموژنایزرهای اولتراسونیک برای تولید نانوذرات که ذراتی با اندازه کمتر از 100 نانومتر هستند استفاده می شود. آنها به ویژه برای تولید نانوذرات با اندازه و شکل یکنواخت مفید هستند

مزایای هموژنایزرهای اولتراسونیک

• راندمان بالا:  هموژنایزر های اولتراسونیک می توانند ذرات را به طور موثرتری نسبت به سایر انواع هموژنایزر تجزیه کنند، به خصوص در مورد قطرات و ذرات کوچک.
• تطبیق پذیری : هموژنایزرهای اولتراسونیک می توانند طیف وسیعی از مواد را مدیریت کنند و برای کاربردهای مختلف مانند امولسیون سازی، تعلیق و پراکندگی مناسب هستند.
• تولید گرمای کم: هموژنایزرهای اولتراسونیک گرمای بسیار کمی تولید می کنند که آنها را برای استفاده با مواد حساس به حرارت مناسب می کند.
• برش کم: هموژنایزرهای اولتراسونیک نیروی برشی کم ایجاد می کنند که آسیب به نمونه های حساس را کاهش می دهد.
• استفاده آسان و تمیز کردن: استفاده از هموژنایزر های اولتراسونیک آسان است و تمیز کردن و نگهداری آسان است.

معایب هموژنایزرهای اولتراسونیک

1. هزینه بالا: هموژنایزر های التراسونیک گرانتر از انواع دیگر هموژنایزرها هستند، به ویژه برای تولید در مقیاس بزرگ.
2. کاهش اندازه ذرات محدود: هموژنایزرهای اولتراسونیک برای کاهش اندازه ذرات سوسپانسیون ها و امولسیون ها به سطح بسیار ریز مناسب نیستند.
3. نویز و لرزش: هموژنایزرهای اولتراسونیک می توانند نویز و ارتعاش ایجاد کنند که در برخی از محیط ها می تواند مشکل ساز باشد.
4. تعمیر و نگهداری : هموژنایزر های اولتراسونیک برای نگهداری در شرایط کاری خوب نیاز به تعمیر و نگهداری منظم دارند که در برخی موارد می تواند چالش برانگیز باشد.
5. کنترل محدود: هموژنایزرهای اولتراسونیک در مقایسه با انواع دیگر هموژنایزرها کنترل کمتری بر فرآیند ارائه می دهند که در برخی کاربردها می تواند مشکل ساز باشد.

توجه به این نکته ضروری است که مزایا و معایب هموژنایزر های اولتراسونیک بسته به مدل و کاربرد خاص ممکن است متفاوت باشد و در انتخاب تجهیزات مناسب برای یک فرآیند خاص، توجه به آنها ضروری است.

هموژنایزرهای فشار بالا

اینها از فشار بالا برای شکستن ذرات در مایع استفاده می کنند. آنها را می توان در فشار تا 35000 psi (2400 bar) کار کرد و اغلب برای مایعات با ویسکوزیته بالا استفاده می شود. بعنوان مثال می توان به هموژنایزر فشار قوی Niro Soavi اشاره کرد.

هموژنایزر فشار بالا (HPH) اولین نوع هموژنایزر صنعتی است که ساخته شده است و در این مقاله به تفصیل به آن پرداخته شده است. انطباق پذیری و اثربخشی همگن آن را به یکی از پرمصرف ترین هموژنایزرها در محیط های صنعتی و تولیدی تبدیل کرده است.

هموژنایزر های پیستونی که به عنوان هموژنایزر فشار بالا نیز شناخته می شوند، از یک پمپ فشار بالا و یک شیر همگن سازی تشکیل شده اند. پمپ فشار بالا یک نوع رفت و برگشتی با جابجایی مثبت است زیرا این نوع ها ذاتاً برای سیالات چسبناک مناسب هستند و علیرغم نوسانات جریان و فشار کارایی را حفظ می کنند. هموژنایزرهای با فشار بالا دارای سه پیستون یا پیستون یا بیشتر هستند. انتخاب یک پمپ رفت و برگشتی با افزایش تعداد پیستون، جریان سیال را به شیر هموژنایزر تثبیت می کند و لرزش تجهیزات را کاهش می دهد.

فشار وارد شده توسط پمپ به نوع سیال بستگی دارد. اکثر هموژنایزر های مواد غذایی و دارویی در فشارهایی از 8000 تا 40000 psi (550 بار تا 2750 بار) کار می کنند.

کاربردهای هموژنایزرهای فشار بالا

• هموژنایزر های فشار بالا معمولاً در صنایع غذایی و نوشیدنی برای امولسیون کردن، همگن کردن و پخش کردن مایعات استفاده می شوند.
• همچنین در صنایع دارویی و آرایشی و بهداشتی برای تولید امولسیون ها، سوسپانسیون ها و پمادها استفاده می شود.
• علاوه بر این، می توان از آنها در صنایع بیوتکنولوژی و نانوتکنولوژی برای تولید نانوامولسیون ها و نانوذرات استفاده کرد.
• هموژنایزر های فشار بالا را می توان در محیط های تحقیقاتی و آزمایشگاهی برای کاربردهای مختلف مانند اختلال سلولی و خالص سازی پروتئین استفاده کرد.

مزایای هموژنایزرهای فشار بالا

1. راندمان بالا: هموژنایزر های فشار بالا می توانند اندازه ذرات را به اندازه بسیار کوچک کاهش دهند که می تواند ثبات و بافت محصول را بهبود بخشد.
2. توان عملیاتی بالا: هموژنایزرهای فشار بالا می توانند حجم زیادی از مایع را به سرعت و کارآمد پردازش کنند.
3. تطبیق پذیری : هموژنایزرهای فشار بالا را می توان برای طیف وسیعی از کاربردها از جمله امولسیون سازی، همگن سازی و از هم گسیختگی سلولی استفاده کرد.
4. تطبیق پذیری : هموژنایزرهای فشار بالا را می توان به راحتی با نیازهای فرآیندی خاص سازگار کرد و می تواند طیف گسترده ای از ویسکوزیته، دما و فشار را تحمل کند.

معایب هموژنایزرهای فشار بالا

1. هزینه بالا: خرید و نگهداری هموژنایزر های فشار بالا ممکن است گران باشد.
2. پیچیدگی : هموژنایزرهای فشار بالا می توانند ماشین های پیچیده ای باشند که برای کار و نگهداری به دانش و مهارت های تخصصی نیاز دارند.
3. مقیاس پذیری محدود: هموژنایزرهای فشار بالا برای تولید در مقیاس بزرگ مناسب نیستند.
4. محدود به مایع: هموژنایزرهای فشار بالا فقط برای مواد مایع استفاده می شود، نمی توان از آن برای مواد جامد یا نیمه جامد استفاده کرد.
5. ایمنی : هموژنایزر های فشار بالا اگر به درستی کار نکنند یا به درستی نگهداری نشوند، می توانند خطرناک باشند، زیرا فشار و دمای بالا ایجاد می کنند.

میکسرهای برش بالا

اینها از سیستم های روتور-استاتور با سرعت بالا برای ایجاد نیروهای برشی بالا و شکستن ذرات در مایع استفاده می کنند. آنها را می توان برای مخلوط کردن، امولسیون کردن و همگن کردن استفاده کرد. به عنوان مثال می توان به مخلوط کن برش بالا Silverson اشاره کرد.

برندهای موجود در ایران

• Hielscher آلمان
•  Silverson انگلیس
• IKA  آلمان
• MTOPS کره جنوبی
• شرکت مهار فن ابزار در ایران

اجزای دستگاه هموژنایزر التراسونیک

منبع تغذیه کوارتز یا کنترلر

• جریان متناوب الکتریکی با فرکانس ۲۰ کیلوهرتز تولید می کند.
• کنترل ورودی
• نمایش پارامترهای قابل مشاهده
• مدیریت فرایند

پیزو الکتریک یا مبدل فراصوت

• جریان متناوب تولید شده توسط کنترلر، در این قسمت باعث ارتعاش مکانیکی قطعه پیزوالکتریک دستگاه شده که در نهایت سبب ارتعاش تیپ و نمونه می‌ شود.

کاربرد های هموژنایزر

هموژنایزر یک دستگاه مکانیکی است که برای کاهش اندازه ذرات در مخلوط مایع استفاده می شود. معمولاً با اعمال فشار بالا و/یا نیروهای برشی بالا به مخلوط عمل می کند که ذرات بزرگتر را به ذرات کوچکتر و یکنواختتر تجزیه می کند. عملکرد خاص یک هموژنایزر بسته به نوع و طراحی دستگاه می تواند متفاوت باشد، اما برخی از عملکردهای رایج عبارتند از:

• امولسیون‌سازی : هموژنایزر ها اغلب برای ایجاد امولسیون‌های پایدار با شکستن قطرات بزرگ یک مایع به قطرات کوچک‌تر استفاده می‌شوند که سپس در مایع دیگر معلق می‌شوند.
• هموژنیزاسیون : هموژنایزرها را می توان برای همگن کردن یک مخلوط مایع استفاده کرد، به این معنی که می توانند اندازه ذرات را به اندازه یکنواخت کاهش دهند، که می تواند ثبات و بافت محصول را بهبود بخشد.
• پراکندگی : هموژنایزرها را می توان برای پراکنده کردن ذرات جامد در یک محیط مایع استفاده کرد و در نتیجه یک مخلوط همگن ایجاد کرد.
• از هم گسیختگی سلولی: از هموژنایزرها می توان برای شکستن سلول ها یا سایر نمونه های بیولوژیکی با اعمال نیروهای برشی بالا استفاده کرد که می تواند محتویات سلول ها را آزاد کند.
• خالص سازی پروتئین: هموژنایزر ها می توانند برای خالص سازی پروتئین ها با شکستن سلول ها و استخراج پروتئین ها از لیزات سلولی استفاده شوند.
• تولید نانوذرات: از هموژنایزر ها می توان برای تولید نانوذرات با شکستن ذرات بزرگ به نانوذرات کوچکتر استفاده کرد.
• غیرفعال سازی میکروبی: غیرفعال سازی میکروارگانیسم ها غیر فعال سازی میکروارگانیسم ها یکی از اهداف اولیه فرآیند در تولید مواد غذایی و دارویی است. هموژنایزرها این کار را با شکستن ساختار سلولی باکتری های پراکنده انجام می دهند. این امکان رشد میکروبی را از بین می برد و عمر مفید محصول را افزایش می دهد. از آنجایی که همگن سازی به عملیات مکانیکی برای از بین بردن باکتری ها بستگی دارد، جایگزینی حیاتی برای عملیات حرارتی و پاستوریزاسیون است که هر دو می توانند کیفیت محصول را کاهش دهند.
• تقسیم سلولی: شکنش سلولی فرآیند پاره شدن یک سلول با حفظ یکپارچگی اجزای داخلی آن است. کنترل درجه همگن شدن باعث تخریب سلول ها در عین حفظ اجزای درون سلولی می شود. بازیابی اجزای درون سلولی به طور گسترده در صنعت بیوتکنولوژی برای تولید محصولات زیستی کشاورزی و دارویی استفاده می شود.

 خرید هموژنایزر دستی

• فعال سازی/غیرفعال سازی آنزیم: هموژنیزاسیون در فشار بالا می تواند ساختار آنزیم ها را تغییر دهد. آنزیم ها پروتئین هایی هستند که به عنوان کاتالیزور، فرآیندهای بیولوژیکی را تسریع می کنند. با تنظیم دقیق فشار همگن، می توان آنزیم های خاصی را فعال یا غیرفعال کرد. این عملکرد کاربردهای بالقوه ای در تولید نوشیدنی ها به ویژه نوشیدنی های الکلی دارد.
• استخراج ترکیبی: استخراج به کمک هموژنایزر یا HAE به استخراج ترکیبات با استفاده از هموژنایزرها اشاره دارد. مواد شیمیایی با ارزش مانند پلی فنل ها، فلاونوئیدها، لیکوپن و غیره زمانی که در معرض فشار دینامیکی ایجاد و توسط یک هموژنایزر قرار می گیرند پایدارتر و قابل استخراج تر هستند.
• امولسیون روغن در آب
• ساخت نمونه های آزمایشگاهی با سورفکتانت هایی در حد میکرو و نانو
• جداسازی ذرات در حد نانومتر در موارد تحقیقاتی پزشکی
• تولید محلول های ترکیبی مهم صنعتی
• تخریب انواع لایه های بافتی

مزایای هموژنایزر

1. راندمان بالا: هموژنایزر ها می توانند اندازه ذرات را به اندازه بسیار کوچک کاهش دهند که می تواند ثبات و بافت محصول را بهبود بخشد.
2. توان عملیاتی بالا: هموژنایزرها می توانند حجم زیادی از مایع را به سرعت و کارآمد پردازش کنند.
3. تطبیق پذیری: هموژنایزرها را می توان برای طیف وسیعی از کاربردها از جمله امولسیون سازی، همگن سازی و اختلال سلولی استفاده کرد.
4. انطباق پذیری: هموژنایزر ها را می توان به راحتی با نیازهای فرآیندی خاص سازگار کرد و می تواند طیف وسیعی از ویسکوزیته، دما و فشار را تحمل کند.
5. بهبود پایداری محصولات: هموژنایزرها می توانند با کاهش اندازه ذرات و افزایش همگنی پایداری محصولات را بهبود بخشند که می تواند ماندگاری محصول را افزایش دهد.
6. افزایش بازده: همگن سازی می تواند بازده محصول نهایی را افزایش دهد، زیرا می تواند به آزادسازی بیشتر ماده مورد نظر کمک کند.
7. بهبود کیفیت محصول: همگن سازی می تواند کیفیت محصول را با ایجاد بافت و ظاهر ثابت تر در محصول نهایی بهبود بخشد.
8. فراهمی زیستی افزایش یافت: همگن سازی می تواند فراهمی زیستی مواد غذایی و محصولات دارویی را افزایش دهد، زیرا می تواند جذب مواد فعال را برای بدن آسان تر کند.

معایب هموژنایزر

• هزینه بالا: هموژنایزر ها می توانند گران باشند، به خصوص برای مدل های فشار بالا.
• نگهداری و نگهداری: هموژنایزرها به نگهداری منظم از جمله تمیز کردن و کالیبراسیون نیاز دارند تا از عملکرد صحیح آنها اطمینان حاصل شود.
• محدودیت‌های اندازه نمونه: هموژنایزرها ممکن است محدودیت‌هایی در اندازه نمونه‌ای که می‌توانند پردازش کنند داشته باشند، که می‌تواند برای کاربردهای مقیاس بزرگ مشکل‌ساز باشد.
• آلودگی صوتی: هموژنایزر های فشار بالا می توانند بلند باشند، که می تواند در محیط های آزمایشگاهی یا صنعتی که آلودگی صوتی نگران کننده است، مشکل ساز باشد.
• گرمایش نمونه: فرآیند هموژنیزاسیون ممکن است منجر به تولید گرما شود و باعث آسیب حرارتی به نمونه شود.
• نیروی برشی: فرآیند همگن سازی ممکن است نیروی برشی بالایی را روی نمونه اعمال کند که ممکن است منجر به دناتوره شدن یا آسیب به برخی از اجزای حساس شود.