Homogenisator
Ein Homogenisator ist ein Mischgerät, das eine konsistente und gleichmäßige Mischung erzeugt. Ein Homogenisator zerlegt die Mischungsbestandteile und verteilt sie gleichmäßig in der Lösung. Die zu mischenden Materialien sind entweder nicht mischbar, haben unterschiedliche Größen oder befinden sich in unterschiedlichen Phasen.
Aufgrund ihrer Effizienz beim Mischen von Materialien spielen Homogenisatoren eine entscheidende Rolle in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie.
Bei der Homogenisierung wird die Probe durch eine enge Öffnung gepumpt. Starke Scherkräfte (einschließlich Kavitation und Turbulenz) können zusätzlich zum hohen Druck auf die Probe einwirken und ein hochwertiges Produkt erzeugen. Obwohl es zahlreiche andere Mischmaschinen gibt, ist der Homogenisator aus mehreren Gründen vorzuziehen. Es kann schnell vergrößert werden und arbeitet mit mehreren mechanischen Kräften (im Gegensatz zu einer, wie bei den meisten Mischanlagen) – diese Qualitätsleistung führt zu einem gleichmäßigen, stabilen und konsistenten Produkt.
Lebensmittelanwendungen
Einsatz des Homogenisators in der Lebensmittelindustrie
Der Einsatz von Homogenisatoren in der Lebensmittelindustrie bietet sowohl für die Industrie als auch für die Verbraucher, die die Ergebnisse erhalten, mehrere Vorteile.
Verlängerte Haltbarkeitsdauer
Das Verfahren zur Verringerung der Partikelgröße erfordert unter anderem den Einsatz von Hochdruckhomogenisatoren. Dieser Druck auf Lebensmittel führt häufig zu stabileren chemischen Strukturen. Das Ergebnis ist ein frischeres und länger haltbares Endprodukt.
Lebensmittelkonservierung
Die Haltbarmachung von Lebensmitteln hängt mit dem Vorteil der längeren Haltbarkeit zusammen, den die Homogenisierung bietet. Die Wärmebehandlung ist zwar speziell darauf ausgerichtet, verschiedene Arten von schädlichen Mikroorganismen und Bakterien abzutöten, kann aber auch nützliche Organismen, Vitamine und Nährstoffe abtöten. Andererseits wird Hochdruck eingesetzt, um das gleiche Ziel zu erreichen wie sein zerstörerischeres Gegenstück. Dadurch werden die Lebensmittel haltbar und gesund.
Verbesserte Lebensmittelqualität
Die Lebensmittelqualität wird durch den Homogenisierungsprozess verbessert. Die Reduzierung der Produktpartikelgröße führt zu einem Produkt mit besserem Geschmack, besserer Textur, besserem Aussehen und besserer Gesamtqualität als bei nicht homogenisierten Produkten.
Anwendungen
Homogenisierung in der pharmazeutischen Industrie
In der pharmazeutischen Industrie führt die Hochdruckhomogenisierung zu stabileren Produkten mit besserer Wirkstoffdispersion als herkömmliche Rührwerke, Kolloidmühlen und Rotor-Stator-Geräte. Dies wird durch die Verringerung der Partikelgröße und der Gleichmäßigkeit unter hohem Druck und Stress erreicht. Dadurch ist das Produkt klinisch wirksam und hat eine längere Haltbarkeit.
Reduzierung der Partikelgröße
Da durch die Homogenisierung eine einheitliche Konsistenz und eine geringe Partikelgröße erreicht werden kann, ist sie das beliebteste Verfahren zur Partikelzerkleinerung. Diese Eigenschaften können pharmazeutischen Produkten erheblich zugute kommen, indem sie die Bioverfügbarkeit und die chemische Stabilität erhöhen, die Einnahme von Tabletten erleichtern und das Erscheinungsbild verbessern.
Mechanische Homogenisatoren
Diese Homogenisatoren zerkleinern die Bestandteile der Vormischung mit mechanischer Arbeit als primärer Energiequelle. Sie funktionieren auf die gleiche Weise wie ein Schnellmischer. Das Material kann bei atmosphärischem, niedrigem oder mittlerem Druck zugeführt werden, der deutlich niedriger ist als der Druck eines Hochdruckhomogenisators.
Anstelle eines Ventils werden rotierende Teile wie Kegel, Flügel und Schaufeln verwendet. Um die gewünschten Bedingungen für die Homogenisierung zu schaffen, werden die Rotoren mit einem geeigneten Stator gekoppelt. Das durch die Wirkstoffe verursachte mechanische Zerreißen treibt den Homogenisierungsprozess an. Nichtsdestotrotz gelten die zuvor erwähnten physikalischen Prinzipien, die für den Partikelaufschluss erforderlich sind, auch für mechanische Homogenisatoren.
Kontakte des Homogenisators
Tom Pruymboom
Verkaufsleiter
Gebiet weltweit
Bart Brouwer
Area Sales Manager
Gebiet weltweit
Sijko van der Veen
Anwendungstechniker
Technischer Spezialist
Beliebte mechanische Homogenisatoren
Rotor-Stator-Homogenisatoren
Diese Homogenisatoren kommen den Hochschermischern von der Konstruktion her am nächsten. Ihre Rotor-Stator-Baugruppe wird häufig als Mischkopf, Sonde oder Generator bezeichnet. Die Baugruppe wird in einen Dosiertank, ein Rohr, ein Gefäß oder einen Behälter fallen gelassen, um die Vormischflüssigkeit zu homogenisieren.
Rotor-Stator-Homogenisatoren arbeiten durch tangentiale Beschleunigung der Flüssigkeit, die jedoch aufgrund der Trägheit der Flüssigkeit nicht vollständig mit dem Rotor-Stator fließt. Die Flüssigkeit strömt in Richtung des Scherspaltes, d.h. des Bereichs zwischen der Rotorspitze und dem Rotor-Stator. Hohe Scherraten werden durch das Vorhandensein hoher Geschwindigkeitsunterschiede und turbulenter Flüssigkeitsströmungen innerhalb des Scherspaltes erzeugt.
Das Rotor- und Statorprofil, der Trennungsabstand und andere Merkmale wie Schlitze und Löcher tragen alle zur Kontrolle der Partikelgröße bei.
Kolloidmühle
Eine Kolloidmühle ist eine Art Homogenisator, der aus einem konischen Rotor-Stator besteht. Rotor und Stator sind durch einen schmalen Spalt getrennt, durch den die Scher- und Zentrifugalkräfte das Vorgemisch fließen lassen. Die Vormischung wird nach außen zu den Austrittslöchern oder -schlitzen geschleudert, während sie durch einen Trichter gravimetrisch in die Rotor-Stator-Einheit geladen wird.
Die hohe Rotationsgeschwindigkeit des Rotors (ca. 3.000-15.000 U/min) verursacht eine erhebliche Scherung, die die Bestandteile der Vormischflüssigkeit aufbricht. Da der Rotor das Lösungsmittel beschleunigt, sind außerdem hohe Flüssigkeitsgeschwindigkeiten möglich – bei ausreichender Geschwindigkeit entstehen Turbulenzen.
Durch die Veränderung des Spiels zwischen Rotor und Stator kann das Ausmaß der Scherung verändert werden. Eine Verkleinerung des Spielraums führt jedoch zu einer Verringerung der Durchflussmenge des Produkts. Die resultierende Partikelgröße ist begrenzt; sie ist nicht so fein wie die von Hochdruckhomogenisatoren erzeugten Partikel.
Perlmühle Homogenisatoren
Perlmühlen (auch als Kugelmühlen bekannt) sind Homogenisatoren, die mit Hilfe von Perlen große, in der Vormischflüssigkeit verstreute Partikel mechanisch zerkleinern und brechen. Die Perlmühlen sind Mahlkörper, die hohe Schlag- und Scherkräfte zur Zerkleinerung der Partikel einsetzen.
Die Perlmühlen werden in den Behälter eingesetzt und kommen mit der Vormischflüssigkeit in Kontakt. Interne rotierende Komponenten wie Schaufeln und Paddel rühren sie dann um. Die Umwälzung kann auch durch Schleudern des Behälters mit hoher Geschwindigkeit erreicht werden. Das Rühren mit rotierenden Teilen ist bei größeren Rotor-Stator-Homogenisatoren üblich, die parallel zum Produktionsstrom angeordnet sind. In Laboratorien wird das Zentrifugalrühren üblicherweise zur Vorbereitung und Homogenisierung von Proben verwendet.
Homogenisatoren mit Schaufeln
Diese Homogenisatoren haben Schaufeln als Rotor. Im Gegensatz zu Rotor-Stator-Homogenisatoren und Perlmühlen haben sie keinen durch einen Stator gebildeten Scherspalt. Erst die Hochgeschwindigkeitsrotation des Messers erzeugt die Scherwirkung. Ihre Funktionsweise und ihr Aufbau sind dem eines Mixers sehr ähnlich.
Homogenisatoren mit Schaufeln sind weniger effizient als solche mit Rotoren und Statoren. Ihre Homogenisierungskraft reicht aus, um ein gut emulgiertes und dispergiertes Gemisch herzustellen. Die resultierende Partikelgröße ist jedoch nicht so fein wie bei den anderen Arten von Homogenisatoren. Um die Homogenisierungswirkung zu erhöhen, werden abrasive Medien, wie z. B. Perlen, eingesetzt.
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