Гомогенизатор растительных и животных тканей

Биохимическое и морфологическое изучение тканей животных и растений невозможно без предварительного разрушения. В то же время необходимо сохранить интактными клеточные структуры и биохимическую активность биополимеров. Методы гомогенизации являются предшед-ствующей стадией биотехнологических процессов (выделение белков, биополимеров, органелл).

В практике отечественных и зарубежных исследований использовались гомогенизаторы "В.Braun" (ФРГ) [1], "Gomogenizer" (Польша) [2], "Гомогенизатор тканей" (США) [3], "Omni Mixer Homoniser Systems" [4], гомогенизатор MSE [5] и другие зарубежного производства.

Актуальность разработки "Гомогенизатора растительных и животных тканей", далее Гомогенизатор, — отсутствие на рынке приборов для научных исследований недорогого отечественного гомогенизатора (отсутствовал выпуск лабораторного гомогенизатора и в СССР).

КОНСТРУКЦИЯ РАЗРАБОТАННОГО

ГОМОГЕНИЗАТОРА И ЕГО ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Принцип работы Гомогенизатора основан на разрушении растительных и животных тканей в жидкости режущим ножом, турбулентными потоками и кавитацией, создаваемыми вращением ножа с высокой скоростью.

В комплект прибора (см. рис.) входит стойка (а) с двигателем, пультом управления, системой крепежа и трансмиссией и сменные камеры (б, в). Имеется камера [6], обеспечивающая проточный режим и фильтрацию биоматериала (в). Охлаждение камеры Гомогенизатора обеспечивается с помощью внешнего термостата или ванны со льдом.

Технические характеристики.

• ■    Частота вращения вала с ножами устанавливается плавно в пределах от 1000 до 15000 об/мин.

• ■    Объем одноразовой загрузки камер измельчения не более, см³:

камера 1 —600;

камера 2 —100;

камера с фильтром — 600.

• ■    Масса Гомогенизатора не более 8 кг.

• ■    Габариты Гомогенизатора не более, мм: длина —350;

ширина —300;

высота —550.

• ■    Питание Гомогенизатора осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 ± 22 В, частотой 50 ± 1 гц.

• ■    Суммарная мощность, потребляемая Гомогенизатором, не более 400 ВА.

Область применения Гомогенизатора: биотехнология, биология, биохимия, экология, медицина, химическая, фармацевтическая, косметическая, пищевая промышленности. Гомогенизатор можно использовать для приготовления суспензий, эмульсий и растворов.

Конструкция Гомогенизатора.

а — стойка прибора (сменная камера снята); б — непроточная сменная камера; в — проточная сменная камера. 1 — каркас стойки; 2 — электродвигатель; 3, 4 — фланец и штанга для крепления сменной камеры; 5 — вал, передающий вращение от электродвигателя ножу сменной камеры; 6 — каркас сменной камеры; 7 — нож; 8 — фильтр проточной камеры; 9, 10 — входной и выходной штуцеры проточной камеры

ИСПЫТАНИЕ ГОМОГЕНИЗАТОРА

Направления исследований выбирались, исходя из назначения гомогенизатора. Экспериментально исследовалась эффективность разрушения растительного материала в обычной камере (б) и камере с фильтром (в). Выяснялось влияние угла заточки и угла наклона ножей 7 режущего устройства на измельчение материала. Выбранная общая методика исследований включала работу на Гомогенизаторе и проверку результатов работы последующим визуальным и приборным контролем гомогената.

Перечисление операций испытаний приводится на примере наиболее трудно измельчаемого растительного материала — листьев двухнедельных проростков пшеницы:

• ■    взвешивание, резка ножницами, загрузка в камеру обрабатываемого материала, навеска 25 г;

• ■    разрезка листьев на частицы 1-3 см;

• ■    промывка материала холодной водой;

• ■    заполнение камеры гомогенизатора буфером, охлажденным предварительно до 4 ^оС (или холодной кипяченой водой для получения питьевого сока) до уровня выхода жидкости из верхнего штуцера камеры; загрузка материала;

• ■    навинчивание камеры на привод;

• ■    включение и плавное выведение за 10-15 с частоты вращения ножа гомогенизатора до максимального значения (12000–15000 об/мин);

• ■    гомогенизация в течение 4 мин; камера охлаждается ванной с хладоагентом;

• ■    после остановки гомогенизатора — слив гомогената через нижний штуцер в центрифужный

стакан; визуальное определение степени измельчения, величины частиц;

• ■    центрифугирование при 3500-4000 об/мин, время центрифугирования 5 мин;

• ■    определение содержания хлорофилла [7] в надосадочной жидкости;

• ■    определение в осадке фотохимической активности хлоропластов с дихлорфенолиндофено-лом по методу (по реакции) Хилла [8];

• ■    определение под микроскопом степени повреждения хлоропластов, класса хлоропластов; использован исследовательский биологический микроскоп Биолам И-1, ЛОМО.

При выполнении испытаний в проточном режиме операции аналогичны операциям для метода периодической загрузки с обеспечением протока 100 мл/мин через камеру от верхнего штуцера к нижнему.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Показатели гомогенизации двухнедельных проростков пшеницы

Название показателя	Режим разрушения
	Непроточный	Проточный
Визуальная и микроскопная оценка качества измельчения в % содержания освобожденных из клеток целых хлоропластов	25.0–30.0	85.0–95.0
Оценка эффективности разрушения листьев по содержанию хлорофиллов в фильтрате в % к содержанию хлорофиллов в листьях	15.0–20.0	75.0–80.0
Оценка активности хлоропластов по фотохимическому восстановлению дихлорфенолиндофенола (ДХФНФ) в мкмоль/хл.·ч	86.0	185.0
Определение % выхода активного материала хлоропластов	30.0–40.0	90.0–95.0
Определение степени повреждения хлоропластов, класс* хлоро-	II: 75.0–80.0;	I: 20.0–30.0
пластов в %	III: 20.0–25.0	II: 70.0–80.0

Примечание. ^* I класс — более 80 % хлоропластов имеют оболочки; II класс — все хлоропласты потеряли оболочки и примерно 30 % из них набухшие; III класс — все хлоропласты увеличены в объеме, они набухшие.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Гомогенизатор обеспечивает измельчение растительных и животных тканей в соответствии с его назначением:

полученный гомогенат высокого качества (табл.);

гомогенизация листьев пшеницы в проточном режиме имеет преимущество по выходу неповрежденных и высокоактивных хлоропластов по сравнению с гомогенизацей в режиме периодической загрузки, а также имеет преимущество перед миксерами бытового назначения при получении питьевого сока (биологически активной добавки).

Наиболее эффективное измельчение материалов происходит при углах заточки ножей от 7о до 15о и углах отклонения ножей от горизонтали в верх и вниз от 5о до 30о.

В результате испытаний установлено, что Гомогенизатор пригоден для измельчения растительных и животных тканей в жидких средах с целью последующего использования гомогенатов в исследовательских, аналитических и препаративных работах.

Гомогенизатор можно использовать для приготовления суспензий, эмульсий и растворов.

Камера Гомогенизатора обеспечивает работу в проточном режиме.

В комплекте Гомогенизатора имеется камера, обеспечивающая фильтрацию органелл и биополимеров из зоны измельчения, что позволяет сохранять их высокое качество.

В Гомогенизаторе обеспечен быстрый и удобный доступ внутрь камеры для ее загрузки, разгрузки, смены ножа и мешалки, смены камеры.

В Гомогенизаторе обеспечена возможность качественной промывки, химической и паровой стерилизации деталей.

Если в камеру с фильтром (рис., в) Гомогенизатора вместо ножа установить дисковую мешалку и загрузить камеру мелющими телами (микрошариками диаметром 0.1–0.5 мм), то гомогенизатор превращается в дезинтегратор микроорганизмов. Незначительное дооснащение разработанного гомогенизатора мешалками значительно расширит области его применения. Это — дезинтеграция микроорганизмов, эмульгирование, смешение, экстракция, сверхтонкое измельчение и другое.

Результаты разработки Гомогенизатора дают возможность их использования для выпуска опытных партий этих приборов и широкого применения в различных областях хозяйства, а при небольшой доработке — в быту для получения биологически активных добавок.