کاربرد هموژنایزر التراسونیک در نانوتکنولوژی
دستگاه های هموژنایزر التراسونیک به عنوان مخلوط‌کن‌هایی عمل می‌کنند که اندازه ذرات را کاهش می‌دهند یا مایعات غیرقابل امتزاج را مجبور به مخلوط شدن می‌کنند. فشاری که هموژنایزر بر محصول وارد می‌کند عمدتاً توسط فشار پمپ یا انحراف جریان از طریق شیرها و نازل‌ها تعیین می‌شود. در مورد هموژنایزرهای کم‌فشار، سرعت سیال افزایش می‌یابد که باعث کاهش فشار کلی می‌شود. علاوه بر هموژنایزرهای شیر که معمولاً در صنعت لبنیات استفاده می‌شوند، تعدادی سیستم امولسیون‌سازی و هموژنیزاسیون که از اصول عملیاتی مختلفی استفاده می‌کنند نیز موجود است. مخلوط‌کن‌ها و بلندرهای با برش بالا کاربرد گسترده‌ای در صنعت لبنیات و صنایع مرتبط برای تهیه پیش‌امولسیون‌های درشت دارند. آسیاب‌های کلوئیدی که بر اساس اصل روتور-استاتور عمل می‌کنند، برای هموژنیزه کردن سیستم‌های با ویسکوزیته متوسط و بالا استفاده می‌شوند، به عنوان مثال در تهیه کازئین‌ها و کازئینات‌ها. امواج اولتراسونیک می‌توانند برای تهیه امولسیون‌ها یا کاهش اندازه امولسیون‌های موجود استفاده شوند. برای تهیه امولسیون‌هایی با گلبول‌های چربی بسیار کوچک و توزیع اندازه بسیار باریک، می‌توان از میکروفلوئیدیزاسیون استفاده کرد، جایی که جریان‌های سیال مجبور به برخورد با فشار بالا می‌شوند. امولسیون‌هایی با توزیع اندازه بسیار یکنواخت نیز می‌توانند با امولسیون‌سازی غشایی تهیه شوند. اصول و کاربردهای بالقوه فناوری‌های هموژنیزاسیون کم‌فشار در این مقاله توضیح داده شده است.در این مطلب به کاربرد هموژنایزر التراسونیک در نانوتکنولوژی خواهیم پرداخت.
اولتراسونیکاسیون چه روشی است
اولتراسونیکاسیون یک روش استاندارد و گسترده برای بازپخش نانوپودرها در مایعات و همگن‌سازی پراکندگی نانوذرات است. یکی از اهداف سونیکاسیون، از بین بردن تجمعات بدون تغییر خواص فیزیکوشیمیایی ذرات اولیه است. با این حال، نتیجه سونیکاسیون اغلب نامشخص است و مدل‌های کمی فراتر از دسترس بوده‌اند. بزرگی این مشکل به دلیل این واقعیت است که کارایی سونیکاسیون نه تنها به پارامترهای دستگاه واقعی بستگی دارد، بلکه به خواص فیزیکوشیمیایی مانند پراکندگی ذرات نیز وابسته است. در نتیجه، سونیکاسیون از تکرارپذیری ضعیفی رنج می‌برد. برای حل این مشکل، ما پیشنهاد می‌کنیم که از یادگیری ماشین استفاده شود.
با تمرکز بر چهار نوع نانوذره در پراکندگی‌های آبی، ما یادگیری ماشین نظارت‌شده و پراکندگی نور دینامیکی را برای تحلیل اندازه تجمعات پس از سونیکاسیون ترکیب می‌کنیم و پتانسیل بهبود قابل توجه طراحی و تکرارپذیری آزمایش‌های سونیکاسیون را نشان می‌دهیم. اولتراسونیکاسیون یک روش استاندارد و گسترده برای بازپخش نانوپودرها در مایعات و همگن‌سازی پراکندگی نانوذرات است. در اینجا، ما از یادگیری ماشین برای پیش‌بینی نتیجه آزمایش‌های اولتراسونیکاسیون بر روی نانوذرات اکسید استفاده می‌کنیم.
کاربرد هموژنایزرهای اولتراسونیک در شیر
هموژنایزرهای اولتراسونیک از امواج صوتی با فرکانس بالا (اولتراسوند) برای ایجاد کاویتاسیون و میکروجریان در شیر استفاده می‌کنند. این فرآیند گلبول‌های چربی را از طریق نیروهای برشی مکانیکی ایجاد شده توسط حباب‌های کاویتاسیون فروپاشیده به اندازه‌های کوچکتر تجزیه می‌کند.
روش کاربرد هموژنایزر التراسونیک در نانوتکنولوژی
آسیاب مرطوب، آسیاب کردن و مخلوط کردن از کاربردهای معمول هستند که در آنها از اولتراسونیکاتورها به عنوان هموژنایزرهای قابل اعتماد استفاده می‌شود. هموژنایزرهای اولتراسونیک برای کاهش ذرات نرم و سخت بسیار کارآمد هستند. برخلاف بسیاری از فناوری‌های هموژنیزاسیون دیگر، هموژنایزرهای نوع پروب اولتراسونیک می‌توانند حتی مواد بسیار سخت، ساینده و فیبری را نیز پردازش کنند. اصل کار هموژنیزاسیون اولتراسونیک بر اساس کاویتاسیون است. هنگامی که مایعات در معرض اولتراسونیکاسیون شدید قرار می‌گیرند، امواج صوتی از طریق مایع منتشر می‌شوند و باعث ایجاد چرخه‌های متناوب فشار بالا و فشار پایین (حدود ۲۰۰۰۰ چرخه در ثانیه) می‌شوند.
در طول چرخه فشار پایین، حباب‌های کوچک وکیوم با شدت بالا در مایع ایجاد می‌شوند، زیرا فشار بخار مایع به دست می‌آید. هنگامی که حباب‌ها به اندازه معینی می‌رسند، در طول چرخه فشار بالا به شدت فرو می‌ریزند. در طول این انفجار، فشارهای بسیار بالا و جت‌های مایع با سرعت بالا به صورت محلی ایجاد می‌شوند. جریان‌ها و تلاطم‌های حاصل تجمعات ذرات را مختل می‌کنند و منجر به برخوردهای شدید بین ذرات منفرد می‌شوند.
انواع هموژنایزرهای التراسونیک
هموژنایزرهای روتور-استاتور: همچنین به عنوان هموژنایزرهای مکانیکی شناخته می‌شوند، این دستگاه‌ها از مکانیزم روتور-استاتور برای ایجاد نیروهای برشی بالا استفاده می‌کنند. شیر از طریق شکاف‌های کوچک بین اجزای چرخان و ثابت عبور می‌کند و به طور مؤثر گلبول‌های چربی را تجزیه کرده و هموژنیزاسیون را به دست می‌آورد.
هموژنایزرهای فشاری: هموژنایزرهای فشاری با اعمال فشار به شیر هنگام عبور از یک سری روزنه‌ها یا دریچه‌های کوچک کار می‌کنند. فشار شیر را از طریق این بازشوها عبور می‌دهد و باعث برش و تلاطم می‌شود که اندازه گلبول‌های چربی را کاهش می‌دهد.
هموژنایزرهای میکروفلویدایزر: میکروفلویدایزرها از پمپاژ با فشار بالا برای عبور شیر از کانال‌ها یا محفظه‌های کوچک استفاده می‌کنند که در آنجا تلاطم و برش شدید رخ می‌دهد. این فرآیند به طور مؤثر گلبول‌های چربی و سایر ذرات را تجزیه کرده و به پراکندگی یکنواخت دست می‌یابد. هر نوع هموژنایزر دارای مزایای خاص خود است و بر اساس عواملی مانند ظرفیت پردازش، درجه مطلوب هموژنیزاسیون، بهره‌وری انرژی و ویژگی‌های خاص شیر انتخاب می‌شود. هموژنایزرهای فشار بالا به دلیل کارایی و اثربخشی در دستیابی به هموژنیزاسیون مداوم، به طور گسترده در عملیات بزرگ مقیاس لبنی استفاده می‌شوند.
پارامترهای هموژنیزاسیون
چندین پارامتر بر اثربخشی هموژنیزاسیون شیر تأثیر می‌گذارند:
فشار: فشار اعمال شده در طول هموژنیزاسیون بسیار مهم است. فشارهای بالاتر منجر به گلبول‌های چربی کوچکتر و هموژنیزاسیون مؤثرتر می‌شود. تنظیمات فشار بر اساس ویژگی‌های مطلوب محصول نهایی، مانند بافت و ویسکوزیته، تنظیم می‌شوند.
دما: هموژنیزاسیون معمولاً در دماهای بالا (همانطور که قبلاً ذکر شد) انجام می‌شود تا تجزیه گلبول‌های چربی بهینه شود. دما همچنین بر ویسکوزیته شیر تأثیر می‌گذارد و فرآیند را آسان‌تر می‌کند.
تعداد مراحل: برخی از هموژنایزرها دارای مراحل متعدد هستند که در آن شیر به ترتیب در فشارهای مختلف هموژنیزه می‌شود. این فرآیند چند مرحله‌ای می‌تواند امولسیون‌های ریزتر و نتایج یکنواخت‌تری را به دست آورد. فشارها و دماهای مورد استفاده در هموژنیزاسیون شیر می‌تواند بسته به محصول خاصی که پردازش می‌شود و نتایج مطلوب متفاوت باشد. در اینجا محدوده‌های فشار و دمای معمولی که برای محصولات مختلف شیر استفاده می‌شود، آمده است:
سخن پایانی در خصوص کاربرد هموژنایزر التراسونیک در نانوتکنولوژی
هموژنایزر نانو اولتراسونیک، نسخه مدرن “هاون و دسته هاون”، می‌تواند با استفاده از کاویتاسیون و امواج اولتراسونیک بافت‌ها و سلول‌ها را تخریب کند. به طور کلی، یک هموژنایزر اولتراسونیک دارای نوکی است که با سرعت بسیار بالا می‌لرزد و باعث می‌شود حباب‌ها در محلول اطراف به سرعت تشکیل و فروپاشی کنند.
هموژنیزاسیون یک فرآیند حیاتی در صنعت شیر است که به طور قابل توجهی کیفیت، یکنواختی و ماندگاری شیر را بهبود می‌بخشد. با درک نحوه کار هموژنایزرها و عواملی که باید در انتخاب آنها در نظر گرفته شود، فرآوری‌کنندگان لبنیات می‌توانند اطمینان حاصل کنند که بهترین تجهیزات را برای نیازهای خود انتخاب می‌کنند و در نهایت محصولات شیر با کیفیت برتر را به مصرف‌کنندگان ارائه می‌دهند.
دیدگاهتان را بنویسید
می خواهید در گفت و گو شرکت کنید؟خیالتان راحت باشد :)