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摘要：針對(duì)海藻粉末溶液粒徑不均一、大顆粒過(guò)多的行業(yè)痛點(diǎn)，本文以PSI-20微射流均質(zhì)機(jī)作為核心設(shè)備，制備了一批海藻粉末溶液。同時(shí)利用動(dòng)態(tài)光散射（DLS）、Flowcam流式成像、空間時(shí)間消光圖譜法（STEP）等對(duì)均質(zhì)后的海藻樣品進(jìn)行粒度及穩(wěn)定性的表征。結(jié)果表明：原液D50在6606.5nm，經(jīng)過(guò)七次均質(zhì)后，D50達(dá)到了213.9nm，PI值從1.433下降到0.094，分散體系均一性得到顯著提升；同時(shí)大顆粒去除能力很強(qiáng)，相比于傳統(tǒng)剪切或均質(zhì)技術(shù)， PSI-20 高壓微射流均質(zhì)機(jī)依托獨(dú)特的高壓微射流均質(zhì)技術(shù)與優(yōu)異的參數(shù)控制能力，實(shí)現(xiàn)海藻粉末“高效均質(zhì) + 納米級(jí)穩(wěn)定出料"。

關(guān)鍵詞：微射流均質(zhì)機(jī)、PSI、海藻粉末

海藻是生活在海洋中的含有葉綠素或其它輔助色素的低等自養(yǎng)植物 ，也是能進(jìn)行光合作用、把海洋中的無(wú)機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為有機(jī)質(zhì)的海洋植物。海藻中除含有大量的海藻膠、淀粉和甘露醇等 非含氮有機(jī)化合物以外，還富含蛋白質(zhì)、多糖、脂肪、多種維生素、礦物質(zhì)與微量元素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，具有增強(qiáng)機(jī)體免疫力、抗菌、抗病毒、促生長(zhǎng)等生物活性，是提供食品、飼料和藥 物的天然原料寶庫(kù)。海藻與甘草相反，屬于十八反反藥組合之一。含有海藻甘草反藥組合的海藻玉壺湯是臨床常用方，源于明代陳實(shí)功所著《外科正宗》云：“治癭瘤初起，或腫或硬，或赤或不赤，但未破者"，為治療氣滯痰凝之癭瘤代表方。臨床常用于治療肉癭、甲狀腺瘤、小兒瘰疬等。

海藻粉末富含多糖、多酚等活性成分，在制藥領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。可作為天然藥用輔料，用于緩釋、靶向制劑及藥物載體，提升藥物穩(wěn)定性與生物利用度；其活性成分具有免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤作用，可輔助腫瘤治療，抑制腫瘤轉(zhuǎn)移并降低化療副作用。同時(shí)，海藻粉末在降糖、調(diào)脂、抗炎等慢病管理中效果明顯，還能通過(guò)阻斷病毒吸附實(shí)現(xiàn)廣譜抗病毒、抗菌作用，適合開(kāi)發(fā)抗感染制劑。此外，海藻基水凝膠與支架材料已用于傷口護(hù)理、組織工程，臨床應(yīng)用成熟。

未來(lái)，隨著提取與制劑技術(shù)升級(jí)，海藻粉末將從傳統(tǒng)輔料向創(chuàng)新原料藥、靶向制劑、再生醫(yī)學(xué)材料升級(jí)，在腫瘤、慢病、創(chuàng)面修復(fù)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

海藻作為一種富含多糖、蛋白質(zhì)、色素等活性成分的天然資源，其粉末溶液在食品、醫(yī)藥、化妝品、新能源等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。傳統(tǒng)剪切或均質(zhì)技術(shù)存在顯著局限：一是難以兼顧粒徑細(xì)化需求與分散體系長(zhǎng)期穩(wěn)定性；二是粒徑均一性不足且細(xì)胞完整率低——海藻細(xì)胞一旦破裂、破損會(huì)造成有效成分流失 / 結(jié)構(gòu)破壞且加工損耗大、得率低。

針對(duì)上述行業(yè)痛點(diǎn)，上海奧法美嘉生物科技有限公司引入的意大利 PSI-20 高壓微射流均質(zhì)機(jī)，其依托獨(dú)特的高壓微射流均質(zhì)技術(shù)與優(yōu)異的參數(shù)控制能力，實(shí)現(xiàn)海藻粉末“高效均質(zhì) + 納米級(jí)穩(wěn)定出料"的核心目標(biāo)，同時(shí)配合納米激光粒度儀、Flowcam顆粒流式成像分析儀以及分散體系穩(wěn)定性分析儀等檢測(cè)設(shè)備，為海藻溶液提供從制備到表征的一體化解決方案。

1. 實(shí)驗(yàn)樣品：海藻粉末溶液；

2. 均質(zhì)方法：2000bar壓力下均質(zhì)十次，出料溫度控制在25-35℃；

3. 表征方法：

• 采用Nicomp Z3000納米粒度儀測(cè)試粒徑分布

• 采用LUMiSizer分散體系穩(wěn)定性分析儀評(píng)估均質(zhì)前后穩(wěn)定性

• 采用Flowcam顆粒流式成像分析儀評(píng)估尾端大粒子破碎情況

表3.1粒徑測(cè)試結(jié)果

圖3.1均質(zhì)前后粒徑分布變化疊加對(duì)比圖

• 表3.1中呈現(xiàn)數(shù)據(jù)為樣品原液及不同均質(zhì)次數(shù)的粒徑分布，PI值為多分散系數(shù)，主要反映體系的均一性，PI值越小，粒徑越均一，即譜圖會(huì)更窄。藻粉溶液樣品經(jīng)過(guò)均質(zhì)處理后，整體粒徑顯著下降，原液D50在6606.5nm，經(jīng)過(guò)七次均質(zhì)后，D50達(dá)到了216.6nm，說(shuō)明高壓微射流均質(zhì)機(jī)對(duì)于藻粉樣品處理有明顯效果，并且，PI值從1.433下降到0.091，粒度分布更加均一。

  
  

• 圖3.1為均質(zhì)前后粒徑分布變化疊加對(duì)比圖，圖中分別為原液（粉）、處理一次（藍(lán)）、處理三次（綠）、處理五次（紅）、處理七次（淺綠），可以清晰看到，隨著均質(zhì)次數(shù)的增加，粒徑變?。ㄏ蜃筮w移），同時(shí)在第七次，分布變窄。

圖3.2.1 原液--流式成像圖

圖3.2.2 處理七次--流式成像圖

• 根據(jù)圖3.2.1和圖3.2.2，隨著均質(zhì)過(guò)程的進(jìn)行，尾端過(guò)大顆粒顯著減少。原液中存在很多50μm以上的團(tuán)聚體及粒子，在處理七次后，尾端大粒子及團(tuán)聚體明顯減少，僅僅余存少量大于3μm的部分。均質(zhì)效果明顯。

LUMiSizer分散體系穩(wěn)定性分析儀

• 圖3.3為不穩(wěn)定指數(shù)隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖：橫坐標(biāo)為測(cè)試時(shí)間（s），縱坐標(biāo)為不穩(wěn)定指數(shù)（范圍為0-1，數(shù)值越高代表體系越不穩(wěn)定），藍(lán)、紅、深綠、淺綠、青分別代表原液、一次、三次、五次、七次；

• 初始階段所有樣品不穩(wěn)定性快速上升，其中藍(lán)色（原液）上升最快，說(shuō)明初始穩(wěn)定性差，而青色（七次）上升最慢，初始穩(wěn)定最好。均質(zhì)處理能夠提升海藻溶液的穩(wěn)定性，且七次的穩(wěn)定性最好，樣品的初始穩(wěn)定性越好，后期保持穩(wěn)定的時(shí)間就越長(zhǎng)。

1. 參數(shù)配置：本次實(shí)驗(yàn)使用Z型交互容腔（100μm），均質(zhì)壓力2000bar，外接冷水循環(huán)裝置，控制出料端溫度范圍為25-35℃；

   
   

2. 工作原理：通過(guò)氣動(dòng)或電液傳動(dòng)的增壓器使物料在高壓作用下以極大的速度流經(jīng)固定幾何結(jié)構(gòu)均質(zhì)腔中的微管通道，物料流在此過(guò)程中受到超高剪切力、超高碰撞力、空穴效應(yīng)等物理作用，使得平均粒徑降低、體系分散更加均一，由此獲得理想的均質(zhì)或乳化結(jié)果。

   
   

3. 核心優(yōu)勢(shì)：

• 固定孔徑的純金剛石交互容腔：通過(guò)穩(wěn)定壓力輸出超高剪切力、超高碰撞力，可以保證出料穩(wěn)定均一。并且交互腔內(nèi)壁光滑度高，小試結(jié)果可以線性放大到生產(chǎn)型設(shè)備，同時(shí)保證生產(chǎn)效果。

• 材質(zhì)潔凈度高且合規(guī)性強(qiáng)：機(jī)身通體采用316不銹鋼材質(zhì)，符合醫(yī)藥領(lǐng)域衛(wèi)生要求，數(shù)據(jù)可通過(guò)機(jī)身后側(cè)U盤導(dǎo)出，符合相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。

• 操作便捷： 搭載數(shù)字化顯示屏，便于操作，并且對(duì)物料不會(huì)產(chǎn)生污染。

圖2.1 PSI-20微射流均質(zhì)機(jī)

 圖2.2 高壓微射流工作原理

• 表征設(shè)備 1 - 粒度分布：Nicomp Z3000納米激光粒度儀

• 原理：Nicomp®3000系列納米激光粒度儀采用動(dòng)態(tài)光散射原理檢測(cè)分析樣品的粒度分布。其主要用于檢測(cè)納米級(jí)別及亞微米級(jí)別的體系，粒徑檢測(cè)范圍0.3nm-10μm。動(dòng)態(tài)光散射方法（DLS）從傳統(tǒng)的光散射理論中分離，關(guān)注瑞利散射區(qū)的小顆粒，主要用于檢測(cè)納米級(jí)別的分散體系。動(dòng)態(tài)光散射是通過(guò)光強(qiáng)值的波動(dòng)得到自相關(guān)函數(shù)，從而獲得衰減時(shí)間常量τ，進(jìn)而計(jì)算獲得粒子的擴(kuò)散速度D（Diffusion Coefficient，擴(kuò)散系數(shù)），代入Stokes-Einstein方程式，就可以計(jì)算得到顆粒的半徑。

圖2.3 Nicomp Z3000納米激光粒度儀

• 表征設(shè)備 2-  穩(wěn)定性：LUMiSizer分散體系穩(wěn)定性分析儀

• 原理：STEP技術(shù)（Space and Time-resolved Extinction Profiles），即空間時(shí)間消光圖譜法。憑借此技術(shù)，可以對(duì)樣品進(jìn)行全面、實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)從樣品頂部至底部的全流程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，精準(zhǔn)捕捉樣品在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的狀態(tài)變化。LUMiSizer單次最多可同時(shí)對(duì)12個(gè)不同樣品進(jìn)行測(cè)試。它采用近紅外或藍(lán)光平行照射整個(gè)樣品管，利用超過(guò)2000個(gè)CCD傳感器，精確記錄不同時(shí)間點(diǎn)整個(gè)樣品管內(nèi)的透光率變化，進(jìn)而生成樣品的消光圖譜。

圖2.4 LUMiSizer分散體系穩(wěn)定性分析儀

• 表征設(shè)備 3 - 尾端粒子圖像：Flowcam顆粒流式成像分析儀

• 原理：使用手動(dòng)或自動(dòng)的方式把樣品加入到系統(tǒng)中。在系統(tǒng)內(nèi)部會(huì)有一個(gè)高精度的注射泵，把樣品自上而下，經(jīng)過(guò)流通池引入到光路系統(tǒng)中。在光路系統(tǒng)中，左側(cè)是LED高頻的一個(gè)光源，然后右側(cè)是物鏡以及相機(jī)。只要流體流經(jīng)它的光學(xué)成像區(qū)域，相機(jī)就會(huì)對(duì)它進(jìn)行一個(gè)高速的頻閃的拍照。在這個(gè)過(guò)程中，軟件就會(huì)實(shí)時(shí)的把這些顆粒從背景中分割出來(lái)，呈現(xiàn)出圖像，圖像最后也可以轉(zhuǎn)化為顆粒數(shù)、顆粒濃度、尺寸以及分布等其他參數(shù)。

圖2.5 Flowcam顆粒流式成像分析儀

• PSI-20高壓微射流均質(zhì)機(jī)相比于傳統(tǒng)剪切或均質(zhì)技術(shù)，在粒徑控制、去除尾端顆粒以及穩(wěn)定性強(qiáng)化上表現(xiàn)出更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)；

• 本次實(shí)驗(yàn)中，原液D50在6606.5nm，經(jīng)過(guò)七次均質(zhì)后，D50達(dá)到了213.9nm，PI值（多分散系數(shù)）從1.433下降到0.094，粒徑均一性顯著提升；

• 本次實(shí)驗(yàn)中，均質(zhì)對(duì)于海藻粉末溶液的尾端大顆粒去除較強(qiáng)，圖像顯示，已無(wú)過(guò)大顆粒。

• 本次實(shí)驗(yàn)中，均質(zhì)處理過(guò)后，穩(wěn)定性明顯提升，樣品的初始穩(wěn)定性越好，后期保持穩(wěn)定的時(shí)間就越長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)

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