هموژنایزر (همگن ساز)

منظور از همگن سازی چیست؟

همگن سازی به فرایندی گفته می شود که برای یک دست کردن ذرات دو ماده یا گروهی از مواد مرتبط با هم، برای ایجاد یک فرم ثابت به شکل سوسپانسیون و یا امولسیون مخلوط می شوند. به عبارت دیگر، هموژنیزاسیون فرایندی برای دستیابی به یکنواختی در فرم و اندازه ذرات یک محصول است.

باید اذعان کنیم همگن سازی حوزه بسیار گسترده ای از کاربردها و روش ها را در بر می گیرد. وقتی کسی می گوید همگن سازی، باید دقیقا منظور خود را از این کلمه برای شما توضیح دهد.

آیا قرار است امولسیون یا سوسپانسیون بسازیم؟ آیا منظور از همگن سازی ترکیب کردن است یا مخلوط کردن؟ آیا صرفا قرار است چند ماده را با همزن برقی هم بزنیم یا با تکان دادن ظرف حاوی مواد، یک مخلوط ناپایدار پدید بیاوریم؟ همواره لازم است منظور و هدف از هموژنیزاسیون را به طور دقیق بدانیم.

هموژنایزر چیست؟

هموژنایزر یک دستگاه آزمایشگاهی است که برای همگن سازی انواع مختلفی از فلزات، بافت ها، گیاهان، مواد غذایی، خاک و بسیاری مواد دیگر به کار می رود. این دستگاه ها در سال های متمادی پیشرفت صنعت، با مدل های متفاوت تکنولوژی ایجاد آشفتگی، به بازار آمده اند.

تکنولوژی های قدیمی تر فقط به ایجاد آشفتگی در مواد برای به دست آمدن ساختاری یکدست تمرکز داشته اند. اما تکنولوژی های امروزی، جنبه های کیفی و محیطی مواد را نیز در نظر می گیرند. عواملی مانند کاهش خطر عفونت، کاهش ایجاد آلودگی های زیست محیطی و ذرات معلق در هوا و یا به حداقل رساندن آسیب به خواص مواد برای ایجاد همگن سازی مناسب، مهم هستند.

همین حساسیت ها باعث شده تا امروزه همگن سازها برای آماده سازی انواع نمونه های پژوهشی مهم مانند اسید های نوکلئیک، پروتئین ها، سلول ها، متابولیسم، پاتوژن ها و بسیاری از اهداف دیگر کاربرد داشته باشند.

انواع همگن سازهای صنعتی

هموژنایزر فشار قوی

هموژنایزر فشار قوی معمولا برای نمونه های مایع استفاده می شود. کاربرد اصلی این نوع همگن ساز در صنایع غذایی، لبنی، دارویی، شیمیایی و بیوتکنولوژی است. در هموژنایزر فشار قوی، به کمک پیستون های رفت و برگشتی، نمونه ها پشت یک شیر فشار قوی فشرده می شوند. در این شیر فشار قوی، برای عبور ذرات فاصله قابل تنظیمی وجود دارد.

ذراتی که عبور می کنند، به دلیل اختلاف فشاری که بین دو طرف شیر وجود دارد، دچار توربولانس یا تلاطم می شوند. این تلاطم باعث می شود ذرات با سرعت خیلی بالا به هم برخورد کنند و خردایش اتفاق بیفتد. در آخر نیز کامپوزیت های همگن، امولسیون و یا ذرات ریز آسیاب شده تولید می شوند.

گزارش های مختلف از همگن سازی با هموژنایزر فشار قوی، نشان داده است که در خروجی این روش، هیچ تغییری در مشخصات مواد (نظیر رنگ، مقادیر طبیعی، قابلیت حلالی و پایداری) به وجود نمی آید.

هموژنایزر مکانیکی

دستگاه همگن ساز مکانیکی دارای یک مجموعه روتور، استاتور و پره است. در این همگن سازها حرکت چنگک ها با سرعت زیاد باعث له کردن، فشردن و شکستن ذرات نمونه می شود. هموژنایزر مکانیکی قابلیت همگن کردن مواد غلیظ و سوپر ویسکوز در مدت زمان بسیار کمی را دارد.

این همگن ساز با پراکنده کردن ذرات جامد در مایع، امولسیون، سوسپانسیون یا محلول کامل، محیطی یکنواخت ایجاد می کند. هموژنایزر مکانیکی نیز مانند نوع فشار قوی، طیف وسیعی از کاربردها را در صنایع داروسازی، غذایی، بهداشتی، شیمیایی و نساجی برای ساخت محلول ها، روکش های مواد، ساخت رنگ و فراورده های خوراکی داراست.

هموژنایزر التراسونیک

منظور از عبارت التراسونیک، همان امواج مافوق صوت است. فرکانس نوسان این امواج از محدوده شنوایی انسان فراتر است. این محدوده از موج، باعث ایجاد ارتعاش محیطی با سرعت های بالا می شود. این ارتعاشات نیز حفرات متعدد و ریزی درون مایع ایجاد می کنند. به این فرایند کاویتاسیون (Cavitation)  می گویند.

این فرآیند در هموژنایزر التراسونیک، پاشش مایع با سرعتی در حدود 420 کیلومتر در ساعت تولید می کند. پاشش با فشاری معادل 200 بار، در دمای بالای 4500 درجه سلسیوس در انواع پیشرفته! این دستگاه نیز با ایجاد امواج شدید فشاری در یک محیط مایع کار می کند.

امواج فشاری التراسونیک، سبب سیلان در مایع شده و تحت شرایط مناسب موجب تشکیل سریع میکرو حباب هایی می شود. فرایند رشد و یکی شدن این حباب ها تا رسیدن به اندازه ماکزیمم و در آخر ترکیدن آن ها، اغتشاش و حرارت زیادی تولید می کند.

انفجار حباب ها تولید موج ضربه ای با انرژی کافی برای شکستن پیوند کووالانسی می کند که باعث همگن سازی مطلوب و تخریب سلول های بیولوژیکی می شود. هموژنایزر التراسونیک مهم ترین همگن ساز آزمایشگاهی است.

اجزای دستگاه هموژنایزر التراسونیک

• کنترلر: یک جریان متناوب الکتریکی با فرکانس ۲۰ کیلوهرتز تولید می کند. کنترلر دستگاه وظیفه کنترل ورودی و نمایش پارامترهای قابل مشاهده و مدیریت فرایند را نیز دارد.
• 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.
• تیپ (هورن): موج مکانیکی تولید شده در قطعه پیزوالکتریک به تیپ دستگاه انتقال یافته، تشدید شده و در نهایت به محیط نمونه انتقال می یابد.

از هموژنایزر در چه مواردی استفاده می شود؟

بیشترین کاربرد انواع همگن ساز در صنایع غذایی، شیمیایی و دارویی است. مهم ترین استفاده همگن ساز در تولیدات مواد غذایی، همگن سازی شیر است. در همگن سازی شیر، گلبول های شیر از نظر اندازه کاهش داده می شوند و به صورت یکنواخت در سایر بخش های شیر پراکنده می شوند. دیگر کاربردهای با اهمیت هموژنایزر عبارتند از:

• شکستن اجزای سلولی و استخراج سلول
• 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

راهنمای خرید همگن ساز

همگن سازهای مدرن غیر مکانیکی، بهتر است دارای نمایشگر LED رنگی، کنترل آسان، سنسور دمای قابل اتصال و کارت SD برای ثبت داده ها باشند. چرا که هر یک از این مواد در کاربردهای صنعتی و آزمایشگاهی نقش مهمی ایفا می کنند.

یک دستگاه هموژنایزر با ارزش خرید بالا، باید کاربری آسانی داشته باشد و قابلیت همگن سازی حجم نمونه مورد نظر شما را داشته باشد. به همین دلیل لازم است قبل از خرید این دستگاه، با مشورت و تحقیق، تولید کنندگان معتبر در زمینه همزن های آزمایشگاهی، هات پلیت ها و هموژنایزرها را بشناسید.

مهم ترین برندهایی که در ایران حضور دارند Hielscher آلمان، Silverson انگلیس، IKA  آلمان و MTOPS کره جنوبی هستند. البته شرکت های خوب دیگری نیز ممکن است در کشورمان نمایندگی انحصاری داشته باشند و محصولات مطلوبی ارائه دهند. در سال های اخیر، تولیدکنندگان ایرانی نیز همگن سازهای خوبی روانه بازار کرده اند.

شرکت هایی که خدمات پس از فروش خوبی ارائه می دهند ارزش انتخاب بیشتری دارند. این شرکت ها چنانچه دستگاه با نقص و یا هر گونه خرابی مواجه شد، به صورت رایگان  معایب آن را رفع کرده و مجدد در اختیار کاربر قرار می دهند.

فراموش نکنید در انتخاب فرآیند و دستگاه همگن سازی، روشی منطبق با نیاز را انتخاب کنید. پس مطالعه و دقت در موارد گفته شده در این مقاله، در تشریح و انتخاب روش موثر است.