Hochdruckhomogenisation

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    Hochdruckhomogenisation

    Die Hochdruckhomogenisation wird eingesetzt zur Herstellung von Dispersen Systemen. Durch ihre Anwendung können zum Beispiel Emusionen mit besonders kleiner Tröpfchengröße erzeugt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass dadurch zusätzlich eine hohe physikalische Stabilität entsteht. Hochdruckhomogenisatoren werden in Abhängigkeit von der Strömungsführung in Radialdiffusoren, Gegenstrahldispergatoren und axial durchströmte Düsenaggegate unterteilt [4].


    Funktionsweise

    Die Tropfenbildung bei der Hochdruchhomogenisation beruht auf mehreren Mechanismen [4]:

    1. laminare Dehnströmung
    2. Querschnittsverengung
    3. Zähigkeits- und Trägheitskräfte in turbulenter Strömung
    4. Kavitation
    5. Scherkräfte in laminaren Strömungen

    Kavitation in einem Hochdruckhomogenisator macht sich das Prinzip nach BERNOULLI zu Nutze. Dieses Prinzip besagt, dass in einem durchströmten System die Summe aus dynamischem und statischem Druck konstant bleibt. Wird nun eine Flüssigkeit mit hohem Druck durch einen engen Spalt gepresst, steigt der dynamische Druck, und der statische Druck fällt ab. Sinkt der Druck unter den Dampfdruck der Flüssigkeit, so beginnt diese zu sieden und Gasbläschen entstehen. Beim Austritt aus dem engen Spalt implodieren die entstandenen Gasbläschen. Hierbei werden starke Kräfte frei, die Emulsionströpfchen oder Feststoffpartikel zerreißen. Abhängig von der Art des Produktes (Suspension, Emulsion etc.) sind Strömungs- bzw. Scherkräfte sowie Kavitation die Hauptzerkleinerungsmechanismen bei der Hochdruckhomogenisierung. [1]

    Das Ergebnis der Homogenisierung kann beurteilt und bewertet werden anhand der Partikelgröße und der Partikelgrößenverteilung.


    Anwendung in der Pharmazeutischen Industrie

    Herstellung von Miniemulsionen

    Zur Herstellung von Miniemulsionen werden in der pharmazeutischen Industrie häufig Hochdruckhomogenisatoren eingesetzt. Eine modellhafte Beschreibung des Prozesses zur Herstellung von Miniemulsionen liegt mit dem Energiedichtekonzept vor. Die Einflussgrößen für die erzielbare Partikelgröße sind hierbei neben dem mechanischen Energieeintrag, die Viskositäten, Volumenanteile sowie die wirkende Grenzflächespannung der beteiligten Phasen. [4]


    Industrielle Anwendung der Hochdruckhomogenisation

    • Stabilisierung von Milchprodukten, Säften etc.
    • In der kosmetischen Industrie: Produktion Körperlotionen, Cremes etc. eingesetzt.
    • pharmazeutische Industrie: Herstellung von Emulsionen (z.B. Mini-, Nanoemulsionen)

    Anwendung im Zellkultur-Labor

    • Zerstörung von Baktrienzellen zur Analyse der Stoffwechselprodukte

    Videos zum Thema


    Homogenisatoren Hersteller

    1. IKA-Werke GmbH & Co. KG LINK


    Literatur & Quellen

    1. Claudia Jacobs „Nanosuspensionsformulierungen für verschiedene Applikationsformen“ (2003) Inaugural-Dissertation zur Erlangung der Doktorwürde im Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie der Freien Universität Berlin LINK
    2. „Hochdruckhomogenisator“ iPAT LINK
    3. „Kontinuierliche Herstellung von Emulsionen mit kristallinen Dispersphase in einem Hochdruckhomogenisator“ LINK
    4. Gramdorf, S. (2011) „Schmelzeemulgieren im Hochdruckhomogenisator zur Herstellung von koloidalen festen Triglyceridpartikeln“ Von der Fakultät III – Prozesswissenschaften der Technischen Universität Berlin zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Ingenieurwissenschaften LINK

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