安拓思納米技術(shù)(蘇州)有限公司
已認(rèn)證
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01
高壓均質(zhì)技術(shù)簡介
高壓均質(zhì) (HPH) 于 20 世紀(jì)初由 Auguste Gaulin首次開發(fā),用于使用高達(dá) 30 MPa 的壓力加工牛奶,以提高產(chǎn)品穩(wěn)定性。HPH 的基本工作原理一直保持不變,涉及使用高壓泵迫使流體通過小孔。早期的成功擴(kuò)大了 HPH 的用戶群,并已成為食品和飲料、制藥、廢水處理、材料生產(chǎn)和加工以及生物工藝技術(shù)等多個(gè)行業(yè)液體產(chǎn)品處理的完整單元操作,而且應(yīng)用領(lǐng)域可能還會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大。
隨著新 HPH 應(yīng)用的推出,工業(yè)界和學(xué)術(shù)界都需要做大量工作來更好地了解 HPH 工藝的影響。本文將簡要介紹HPH在以下三個(gè)領(lǐng)域的典型以及創(chuàng)新應(yīng)用:
食品和飲料
?功能性食品
?食品添加物
?替代食品
制藥和生物技術(shù)
?API處理
?賦形劑處理
?治療性納米顆粒
?細(xì)胞破碎
材料和化學(xué)品
?碳納米管/石墨烯處理
?納米流體
?聚合物處理
?納米纖維素
02
高壓均質(zhì)應(yīng)用
食品和飲料
HPH 植根于食品 & 飲料行業(yè),在許多成熟的應(yīng)用中仍然是一個(gè)完整的操作單元,例如確保食品安全和改善果汁和乳制品等食品的理化特性。因此,許多研究仍在探索這些傳統(tǒng)應(yīng)用中需要改進(jìn)的領(lǐng)域。
除了對(duì)食品可持續(xù)性和氣候變化的擔(dān)憂之外,替代食品的發(fā)展還包括植物性乳制品和肉類、實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)肉類、精密發(fā)酵蛋白質(zhì)以及昆蟲蛋白正在獲得消費(fèi)者和商業(yè)層面的興趣。HPH 在加工替代食品中的應(yīng)用在功能上與傳統(tǒng)食品相同,因?yàn)樾枰愃频募庸つ繕?biāo),例如提高產(chǎn)品穩(wěn)定性和感官特性、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)和物理-化學(xué)性能以及改進(jìn)的加工性能。工藝目標(biāo)、技術(shù)要求和實(shí)施方面的相似之處有助于其發(fā)展,因?yàn)閭鹘y(tǒng)食品加工方面的大量先驗(yàn)知識(shí)可促進(jìn)替代食品生產(chǎn)的工藝開發(fā)和規(guī)?;糯?。
HPH 最近被應(yīng)用于將肉類廢料轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)和功能產(chǎn)品,這有助于提高肉類行業(yè)的可持續(xù)性。HPH閥中的強(qiáng)大力量可以顯著改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),例如肌原纖維破壞、解聚、蛋白質(zhì)解折疊等,從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)發(fā)生深刻變化,如表面疏水性和電荷,從而有助于改善各種性能。肉類蛋白的功能特性,例如溶解度和發(fā)泡能力。HPH 還可以使生物聚合物等添加物與蛋白質(zhì)有效分散,從而改善膠體穩(wěn)定性和薄膜水蒸氣滲透性等性能。HPH 實(shí)現(xiàn)的這些改善使原本可能被丟棄的低價(jià)值肉類蛋白質(zhì)能夠轉(zhuǎn)化為高價(jià)值產(chǎn)品。
HPH 還被用于開發(fā)和生產(chǎn)具有更優(yōu)化的健康益處的創(chuàng)新食品,例如功能性食品,其通常具有增強(qiáng)的感官特性和穩(wěn)定性。納米乳液,即用約 100 nm 的液滴乳化的兩種不混溶液體的分散體,促進(jìn)了這一趨勢(shì)。這些納米乳液通過摻入親脂性成分,改善產(chǎn)品外觀和穩(wěn)定性,保護(hù)敏感化合物并增強(qiáng)功能性成分的生物利用度。
制藥和生物技術(shù)
HPH 最近在制藥領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用依賴于 HPH 在新應(yīng)用和改進(jìn)現(xiàn)有產(chǎn)品或工藝中的既定能力。從廣義上講,HPH 的制藥用途可分為兩類:賦形劑的處理,特別是聚合物類型,以及活性藥物成分 (API),特別是納米顆粒系統(tǒng),用于增強(qiáng)藥物遞送。
賦形劑的處理:聚合物和膠類,例如藻酸鹽和纖維素衍生物,是用于藥物遞送系統(tǒng)的常見藥物賦形劑。這些聚合物系統(tǒng)廣泛用作藥物遞送和組織工程載體液體、懸液或透皮產(chǎn)品中的增稠劑或穩(wěn)定劑。HPH 通常用于這些聚合物的生產(chǎn)和改性。在口服固體劑型中,聚合物賦形劑還用作填充劑、粘合劑和崩解劑等。HPH也經(jīng)常應(yīng)用于聚合物和膠類的改性,因?yàn)樗梢酝ㄟ^強(qiáng)烈的高剪切和湍流來改變聚合物的特性,包括流變特性的變化、粘度降低、zeta 電位、分子量和流體動(dòng)力學(xué)半徑減小,從而提高加工性能并實(shí)現(xiàn)新的制劑策略,例如將過于粘稠的聚合物凝膠納入制劑中或通過提高薄膜強(qiáng)度和耐水性來提高產(chǎn)品質(zhì)量。
API 的處理:HPH 用于降低 API 尺寸的能力可賦予最終藥品多種有利的特性。一個(gè)特別值得注意的應(yīng)用是 API 納米晶體和納米懸浮液的形成。通過將 API 制備為納米混懸劑,可增加溶解度,從而提高難溶性藥物的生物利用度。通過提高藥物溶解度,以前因溶解度差而被認(rèn)為不可行的藥物的商業(yè)化將成為可能。雖然這種方式并不新鮮,但越來越多的研究開始側(cè)重于更好地理解產(chǎn)品和工藝之間的關(guān)系,例如配方選擇、HPH 操作條件以及工藝類型和配置的影響。HPH 在 API 處理中的另一個(gè)值得注意的應(yīng)用是納米乳液的制備。疏水性藥物溶解在油相中,然后乳化為水包油(O/W)納米乳劑,用于各種藥物遞送系統(tǒng),如噴霧劑、乳膏劑和膠囊。藥物納米乳劑的優(yōu)點(diǎn)包括提高生物利用度、穩(wěn)定性和控釋效應(yīng)。在制藥領(lǐng)域之外,最近對(duì)納米乳化工藝各個(gè)方面的研究通過優(yōu)化乳化劑類型和使用濃度、HPH操作條件和設(shè)備設(shè)計(jì)、工藝類型和配置獲得了更好的工藝和產(chǎn)品理解。這些研究的許多見解為制藥和相關(guān)行業(yè)使用 HPH 制備納米乳液提供了指導(dǎo)。
納米顆粒系統(tǒng):制藥行業(yè)中的納米顆粒系統(tǒng)形成了實(shí)現(xiàn)一系列臨床和治療目標(biāo)的重要平臺(tái),以實(shí)現(xiàn)靶向藥物遞送或有效且更安全的顯像劑。HPH 已成為處理三類納米顆粒系統(tǒng)的可行機(jī)制:脂質(zhì)納米顆粒、聚合物納米顆粒和無機(jī)/混合型納米顆粒。HPH 在處理治療相關(guān)納米顆粒方面的應(yīng)用不斷增加。大多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)告?zhèn)戎赜陂_發(fā)不同 API 的納米顆粒產(chǎn)品和配方,使用脂質(zhì)和聚合物納米顆粒進(jìn)行基因治療、分子靶向劑和顯像劑。行業(yè)已對(duì)HPH 在納米顆粒生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了大量探索,以便為規(guī)模放大、工藝控制和優(yōu)化提供見解。
生物制藥和生物技術(shù)應(yīng)用:涉及 HPH 的生物制藥和生物技術(shù)應(yīng)用都依賴于其成熟的細(xì)胞破碎/裂解能力。這些應(yīng)用包括通過批次或連續(xù)模式,使用各種細(xì)胞類型生產(chǎn)無細(xì)胞蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)、重組蛋白和病毒樣顆粒生產(chǎn)的下游處理以及從藻類中提取油和其它產(chǎn)品。有研究分析了工藝過程和產(chǎn)品的具體細(xì)微差別,探索提高效率、質(zhì)量和控制的途徑,包括研究上游和下游單元操作之間對(duì)包涵體質(zhì)量和產(chǎn)量的相互作用,改進(jìn)細(xì)胞破碎過程監(jiān)控策略以及工藝優(yōu)化策略。
材料和化學(xué)品
聚合物生產(chǎn)和加工:天然生物聚合物被探索作為多種用途的替代和可持續(xù)材料,例如作為合成聚合物替代品、治療應(yīng)用和電子材料。HPH結(jié)合酶水解等其它技術(shù),已成功應(yīng)用于納米纖維素、淀粉納米顆粒、甲殼素納米纖維和絲納米纖維等生物聚合物的生產(chǎn)。通常,天然生物聚合物不具備后續(xù)加工或最終產(chǎn)品所需的物理化學(xué)性質(zhì)。通過化學(xué)處理來改變流變特性或添加增塑劑等改性劑來形成復(fù)合材料可能是必要的。在大多數(shù)情況下,HPH主要用于生產(chǎn)目的材料,之后再利用其它技術(shù)進(jìn)行后續(xù)加工步驟。在某些情況下,HPH也用于后續(xù)的改性和加工步驟,例如淀粉納米顆粒的改性、聚合物分散體的流變和結(jié)構(gòu)改性以及形成納米原纖化纖維素復(fù)合材料。納米纖維素作為納米級(jí)尺寸的纖維素材料值得特別關(guān)注,其主要有三種形式:納米結(jié)晶纖維素、細(xì)菌納米纖維素和納米原纖化纖維素(NFC)。不同類型的納米纖維素因其許多有利的特性而引起了行業(yè)的極大興趣,例如作為高強(qiáng)度和剛度的可生物降解天然產(chǎn)物以及表面化學(xué)修飾的可能性。納米纖維素已應(yīng)用于許多領(lǐng)域,例如食品、復(fù)合材料和包裝、電子產(chǎn)品、生物醫(yī)學(xué)以及制藥。HPH 已成為加工和生產(chǎn)納米纖維素及其衍生物的便捷、可放大且相對(duì)環(huán)保的技術(shù)。HPH 的應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致纖維素發(fā)生多種物理化學(xué)變化,包括內(nèi)外部原纖化、平均粒徑和結(jié)晶度降低以及聚合物長鏈斷裂而導(dǎo)致的分子量分布影響,HPH 過程中的強(qiáng)烈剪切被認(rèn)為是主要的作用機(jī)制。
納米級(jí)材料和流體:HPH 已應(yīng)用于通過液相剝離大規(guī)模生產(chǎn)許多納米材料,例如氮化硼納米片、過渡金屬二硫化物納米片以及石墨烯及其變體。這些納米材料的后續(xù)應(yīng)用通常需要將納米結(jié)構(gòu)材料分散在某些介質(zhì)中,在某些情況下,可以直接使用液相剝離步驟產(chǎn)生的分散體。相應(yīng)地,HPH適合用于直接生產(chǎn)各種分散體,并已被證明是一種分散和潛在改性納米材料的有效技術(shù)。許多研究成功使用 HPH 作為加工步驟來生產(chǎn)先進(jìn)材料,例如石墨烯薄膜和油墨、融入納米材料的聚合物復(fù)合材料以改善機(jī)械、熱和電性能,以及納米流體。一個(gè)特別值得關(guān)注的應(yīng)用是生產(chǎn)用于電池電極涂層的石墨烯/碳納米管漿料,該應(yīng)用最近獲得了顯著的工業(yè)吸引力。
納米流體在基液中含有各種類型的納米顆粒,例如金屬納米顆粒及其氧化物或碳納米管/石墨。這些流體已成為一種有前景的先進(jìn)熱流體,可提高發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻或建筑溫度管理系統(tǒng)的傳熱性能和熱效率。HPH 已成功用于生產(chǎn)含有碳納米顆粒的納米流體,如碳納米管、金剛石、石墨或石墨烯和金屬氧化物。同樣,均質(zhì)過程已應(yīng)用于相變材料乳液的生產(chǎn),后者目前正被研究用作先進(jìn)的熱流體和儲(chǔ)能介質(zhì)。
03
總結(jié)
在將 HPH 用于新應(yīng)用時(shí),除了考慮均質(zhì)效應(yīng)與計(jì)劃應(yīng)用的相關(guān)性和適當(dāng)性之外,考慮以下因素有助于確定可行性:a) 可泵性,b) 能量消耗,以及 c) 磨損部件的使用壽命(例如,均質(zhì)器/泵閥和墊圈/O 形圈)。第一個(gè)因素與操作 HPH 工藝的技術(shù)可行性有關(guān):具有高粘度或大/硬顆粒等特性的原料通常泵送性較差,無法可靠地送入均質(zhì)機(jī)。另外兩個(gè)因素影響 HPH 工藝的商業(yè)可行性,能耗過高和/或易損件磨損過快,可能導(dǎo)致成本過高和生產(chǎn)停機(jī)。
ATS安拓思二十多年來專注于納米化設(shè)備研發(fā)和生產(chǎn),公司建有全套的復(fù)雜制劑納米化設(shè)備研究中心,支持客戶來樣寄樣,解決工藝痛點(diǎn);提供全系列的高壓均質(zhì)機(jī)產(chǎn)品,可支持從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)的不同規(guī)模應(yīng)用,最高處理流量可達(dá)4,000 L/H。
?破碎率高,一次破碎可達(dá)95%以上
?特殊的進(jìn)料閥設(shè)計(jì),無需排氣,直接進(jìn)料
?內(nèi)置冷卻系統(tǒng),直接吸收破碎產(chǎn)熱
?變頻控制系統(tǒng),可根據(jù)要求調(diào)節(jié)流量
?符合GMP設(shè)計(jì),通過歐盟CE認(rèn)證
?PLC控制屏幕,操作更加簡單
?從實(shí)驗(yàn)到生產(chǎn),可直接放大
END
參考文獻(xiàn):
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