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发酵工程师技能升级:均质破壁处理的10大注意事项

2021.1.12
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天道酬勤

  物理法:如高压匀浆破碎法、超声波破碎法、微波破碎法,反复冻融法等;

  化学法:如酸热法、化学渗透法;

  生物法:如酶溶细胞破壁法等 。

  01、基本原理

  高压均质机依靠多个往复运动的柱塞产生极大的压强,当柱塞向后运动时,进料下阀门开启,将物料吸入,当柱塞向前运动时,下阀门关闭,上阀门被顶开,物料被压入高压均质阀区域,通过一、二级均质阀均质、乳化,物料从出料口出去。

  高压均质机主要由高压均质腔和增压机构构成。高压均质腔的内部具有特殊设计的几何形状,在增压机构的作用下,高压溶液快速的通过均质腔,物料会同时受到高速剪切、高频震荡、空穴现象和对流撞击等机械力作用和相应的热效应,由此引发的机械力及化学效应可诱导物料大分子的物理、化学及结构性质发生变化,最终达到均质的效果。

  空穴作用

  一般情况下液体中总会溶有空气,这些气体随着液流进入高压区时,其体积急剧缩小,形成局部真空,周围液体质点以极大速度来填补这一空间,使气泡凝结处瞬间局部压力可高达数百巴,温度也迅速升高,从而使颗粒之间产生极强的动能并发生撞击。

  对流撞击作用

  物料从超高压降低至大气压的同时,物料速度极高,特别是通过限流缝隙时会以极高的速度撞击到特制的碰撞环上,造成物料粉碎。

  高速剪切作用

  高速物料通过阀腔通道和限流缝隙时会产生强烈的剪切力,使细胞壁破碎。

  细胞破壁效果测定的方法

  取处理前后的细胞悬液,在显微镜下观察,用血球计数板对具有完整形态的细胞进行计数,每个样品计数3次,取平均值。细胞破壁率为破壁前后具有完整形态细胞数之差占破壁前细胞数的百分比。

  02、操作过程描述

  1、开启物料降温系统和均质机循环水,保证物料提前降温。

  2、连接物料进出管道并进行确认,特别注意:出料管线上的阀门要全部打开,均质机开机后管路过压的后果很严重。

  3、检查并确保均质阀手柄处于放松状态后,再打开均质机电源开关。

  4、在开始均质前,需先开启物料泵使物料进入均质机,然后通过出料取样口或物料流出口,确认物料已经开始循环。

  5、 按下启动按纽,机器按顺序启动,然后再逐渐顺时针旋转增压手柄,让均质压力逐渐升高,达到所需均质压力。

  6、建议每一轮均质过程中取样进行分析,判断是否需要下轮均质。 待本轮均质物料将尽时,逆时针旋转增压手柄,使压力降至0Bar,然后停止均质。

  7、切换管道进行下一次均质。

  8、最后一轮均质完成后,需要先清洗物料罐,然后在罐中加入清洗液,再对均质机进行清洗。清洗过程可参照物料均质程序:清洗结束前,对流出的液体进行相关指标检测,符合清洗验证程序要求时,结束清洗。检测指标有电导率,产品残留等。当产品共线时,对清洗验证的程序更加严格(关于均质机的清洗验证,我们会在未来进行经验分享)

  03、注意事项

  1、先确保均质阀手柄处于放松状态,再增压进行均质;

  2、物料均质管道上安装金属过滤器,对物料中的颗粒进行阻挡,防止其对均质阀关键部件造成磨损;

  3、均质过程,均质机本身会发热,当机身温度超过要求温度时,及时停机,待温度下降后,再开机。

  4、均质机在开机之间,需要细心检查管线,特别是均质机的物料出口,防止阻塞或阀门关闭;

  5、在物料之间切换时,要降低压力,待下一个物料稳定时再升高压力,防止混入气体。大量气体会产生强气蚀现象而使机器本身受损。

  6、物料结束后应及时对设备进行清洗,清洗液中需要加入一定量的防腐剂,防止设备中细菌滋生。

  7、破壁不是目的,产物收率和质量以及成本才是目的,切不可为了均质而均质,所以在工艺验证时,建议取不同均质时期的样本进行分析来决定均质的次数。

  8、均质过程物料的温度会上升,所以当产品对温度敏感时,需要对进入均质的物料提前降温。

  9、注意在安全压力范围内运行设备。

  10、按照一般操作,均质压力无法达到要求时,切不可利用杠杆对手柄进行加力提高均质压力,而应该先停下机器分析原因:物料固含量,物料中的晶体,以及均质阀门部件磨损程序都可能影响均质压力。


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