其他行業應用專題 | PSI微射流均質機在海藻粉末中的應用

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摘要：針對海藻粉末溶液粒徑不均一、大顆粒過多的行業痛點，本文以PSI-20微射流均質機作為核心設備，制備了一批海藻粉末溶液。同時利用動態光散射（DLS）、Flowcam流式成像、空間時間消光圖譜法（STEP）等對均質后的海藻樣品進行粒度及穩定性的表征。結果表明：原液D50在6606.5nm，經過七次均質后，D50達到了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；同時大顆粒去除能力很強，相比于傳統剪切或均質技術， PSI-20 高壓微射流均質機依托獨特的高壓微射流均質技術與優異的參數控制能力，實現海藻粉末“高效均質 + 納米級穩定出料"。

關鍵詞：微射流均質機、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植物 ，也是能進行光合作用、把海洋中的無機質轉化為有機質的海洋植物。海藻中除含有大量的海藻膠、淀粉和甘露醇等 非含氮有機化合物以外，還富含蛋白質、多糖、脂肪、多種維生素、礦物質與微量元素等營養物質，具有增強機體免疫力、抗菌、抗病毒、促生長等生物活性，是提供食品、飼料和藥 物的天然原料寶庫。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，在制藥領域應用前景廣闊。可作為天然藥用輔料，用于緩釋、靶向制劑及藥物載體，提升藥物穩定性與生物利用度；其活性成分具有免疫調節、抗腫瘤作用，可輔助腫瘤治療，抑制腫瘤轉移并降低化療副作用。同時，海藻粉末在降糖、調脂、抗炎等慢病管理中效果明顯，還能通過阻斷病毒吸附實現廣譜抗病毒、抗菌作用，適合開發抗感染制劑。此外，海藻基水凝膠與支架材料已用于傷口護理、組織工程，臨床應用成熟。

未來，隨著提取與制劑技術升級，海藻粉末將從傳統輔料向創新原料藥、靶向制劑、再生醫學材料升級，在腫瘤、慢病、創面修復等領域實現產業化轉化，發展潛力巨大。

海藻作為一種富含多糖、蛋白質、色素等活性成分的天然資源，其粉末溶液在食品、醫藥、化妝品、新能源等領域的應用日益廣泛。傳統剪切或均質技術存在顯著局限：一是難以兼顧粒徑細化需求與分散體系長期穩定性；二是粒徑均一性不足且細胞完整率低——海藻細胞一旦破裂、破損會造成有效成分流失 / 結構破壞且加工損耗大、得率低。

針對上述行業痛點，上海奧法美嘉生物科技有限公司引入的意大利 PSI-20 高壓微射流均質機，其依托獨特的高壓微射流均質技術與優異的參數控制能力，實現海藻粉末“高效均質 + 納米級穩定出料"的核心目標，同時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定性分析儀等檢測設備，為海藻溶液提供從制備到表征的一體化解決方案。

1. 實驗樣品：海藻粉末溶液；

2. 均質方法：2000bar壓力下均質十次，出料溫度控制在25-35℃；

3. 表征方法：

• 采用Nicomp Z3000納米粒度儀測試粒徑分布

• 采用LUMiSizer分散體系穩定性分析儀評估均質前后穩定性

• 采用Flowcam顆粒流式成像分析儀評估尾端大粒子破碎情況

表3.1粒徑測試結果

圖3.1均質前后粒徑分布變化疊加對比圖

• 表3.1中呈現數據為樣品原液及不同均質次數的粒徑分布，PI值為多分散系數，主要反映體系的均一性，PI值越小，粒徑越均一，即譜圖會更窄。藻粉溶液樣品經過均質處理后，整體粒徑顯著下降，原液D50在6606.5nm，經過七次均質后，D50達到了216.6nm，說明高壓微射流均質機對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為均質前后粒徑分布變化疊加對比圖，圖中分別為原液（粉）、處理一次（藍）、處理三次（綠）、處理五次（紅）、處理七次（淺綠），可以清晰看到，隨著均質次數的增加，粒徑變小（向左遷移），同時在第七次，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

• 根據圖3.2.1和圖3.2.2，隨著均質過程的進行，尾端過大顆粒顯著減少。原液中存在很多50μm以上的團聚體及粒子，在處理七次后，尾端大粒子及團聚體明顯減少，僅僅余存少量大于3μm的部分。均質效果明顯。

LUMiSizer分散體系穩定性分析儀

• 圖3.3為不穩定指數隨時間變化趨勢圖：橫坐標為測試時間（s），縱坐標為不穩定指數（范圍為0-1，數值越高代表體系越不穩定），藍、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定性快速上升，其中藍色（原液）上升最快，說明初始穩定性差，而青色（七次）上升最慢，初始穩定最好。均質處理能夠提升海藻溶液的穩定性，且七次的穩定性最好，樣品的初始穩定性越好，后期保持穩定的時間就越長。

1. 參數配置：本次實驗使用Z型交互容腔（100μm），均質壓力2000bar，外接冷水循環裝置，控制出料端溫度范圍為25-35℃；

   
   

2. 工作原理：通過氣動或電液傳動的增壓器使物料在高壓作用下以極大的速度流經固定幾何結構均質腔中的微管通道，物料流在此過程中受到超高剪切力、超高碰撞力、空穴效應等物理作用，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或乳化結果。

   
   

3. 核心優勢：

• 固定孔徑的純金剛石交互容腔：通過穩定壓力輸出超高剪切力、超高碰撞力，可以保證出料穩定均一。并且交互腔內壁光滑度高，小試結果可以線性放大到生產型設備，同時保證生產效果。

• 材質潔凈度高且合規性強：機身通體采用316不銹鋼材質，符合醫藥領域衛生要求，數據可通過機身后側U盤導出，符合相關法規標準。

• 操作便捷： 搭載數字化顯示屏，便于操作，并且對物料不會產生污染。

圖2.1 PSI-20微射流均質機

 圖2.2 高壓微射流工作原理

• 表征設備 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態光散射原理檢測分析樣品的粒度分布。其主要用于檢測納米級別及亞微米級別的體系，粒徑檢測范圍0.3nm-10μm。動態光散射方法（DLS）從傳統的光散射理論中分離，關注瑞利散射區的小顆粒，主要用于檢測納米級別的分散體系。動態光散射是通過光強值的波動得到自相關函數，從而獲得衰減時間常量τ，進而計算獲得粒子的擴散速度D（Diffusion Coefficient，擴散系數），代入Stokes-Einstein方程式，就可以計算得到顆粒的半徑。

圖2.3 Nicomp Z3000納米激光粒度儀

• 表征設備 2-  穩定性：LUMiSizer分散體系穩定性分析儀

• 原理：STEP技術（Space and Time-resolved Extinction Profiles），即空間時間消光圖譜法。憑借此技術，可以對樣品進行全面、實時的動態檢測，實現從樣品頂部至底部的全流程實時監測，精準捕捉樣品在各個時間點的狀態變化。LUMiSizer單次最多可同時對12個不同樣品進行測試。它采用近紅外或藍光平行照射整個樣品管，利用超過2000個CCD傳感器，精確記錄不同時間點整個樣品管內的透光率變化，進而生成樣品的消光圖譜。

圖2.4 LUMiSizer分散體系穩定性分析儀

• 表征設備 3 - 尾端粒子圖像：Flowcam顆粒流式成像分析儀

• 原理：使用手動或自動的方式把樣品加入到系統中。在系統內部會有一個高精度的注射泵，把樣品自上而下，經過流通池引入到光路系統中。在光路系統中，左側是LED高頻的一個光源，然后右側是物鏡以及相機。只要流體流經它的光學成像區域，相機就會對它進行一個高速的頻閃的拍照。在這個過程中，軟件就會實時的把這些顆粒從背景中分割出來，呈現出圖像，圖像最后也可以轉化為顆粒數、顆粒濃度、尺寸以及分布等其他參數。

圖2.5 Flowcam顆粒流式成像分析儀

• PSI-20高壓微射流均質機相比于傳統剪切或均質技術，在粒徑控制、去除尾端顆粒以及穩定性強化上表現出更強的優勢；

• 本次實驗中，原液D50在6606.5nm，經過七次均質后，D50達到了213.9nm，PI值（多分散系數）從1.433下降到0.094，粒徑均一性顯著提升；

• 本次實驗中，均質對于海藻粉末溶液的尾端大顆粒去除較強，圖像顯示，已無過大顆粒。

• 本次實驗中，均質處理過后，穩定性明顯提升，樣品的初始穩定性越好，后期保持穩定的時間就越長。

參考文獻

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