工业超声波均质器是混合微生物培养物中细胞破碎的主要工具。它利用高频机械振动产生强烈的空化效应，从而破坏微生物细胞壁。这个过程会释放细胞内的增值产品——特别是聚羟基脂肪酸酯 (PHA) 颗粒——同时降低混合物的密度和粘度，以便实际应用。
通过将致密的生物悬浮液转化为均匀、低粘度的配方，超声波均质可确保生物产品有效渗透到再生混凝土等孔隙材料中。
提取的力学原理
产生空化效应
超声波均质器的核心机制不是简单的搅拌，而是空化。高频振动会在液体中产生微小的气泡，这些气泡会剧烈膨胀和破裂。
破坏细胞壁
破裂的气泡产生的冲击波会物理性地破坏微生物培养物坚韧的外膜。这种机械破碎对于获取否则会被锁在细胞内的细胞内物质是必需的。
释放 PHA 颗粒
一旦细胞壁被破坏，系统就会释放聚羟基脂肪酸酯 (PHA) 颗粒。这些细胞内物质是生物产品功能性能所需的活性成分。
优化物理特性
降低粘度和密度
原始微生物培养物通常粘稠且不均匀。均质过程显著降低了悬浮液的密度和粘度。
创建均匀的配方
该过程消除了结块，并创建了一个一致、均匀的混合物。这种转化将原始生物浆料转化为稳定、工程化的配方，可供工业使用。
应用优势
提高渗透性
粘度的降低服务于特定的下游目的：渗透性。与致密的悬浮液相比，更稀薄、更均匀的液体能够更有效地渗透到再生混凝土表面的微孔中。
易于应用
均质后的液体更容易喷涂或铺展。这确保了生物产品均匀覆盖目标表面，最大限度地提高了处理混凝土的功效。
理解权衡
能源密集型
超声波均质是一个能源密集型过程。虽然它能有效地破碎细胞，但高频振动会产生大量热量，必须对其进行管理，以防止生物产品降解。
剪切敏感性
该过程依赖于高剪切力。虽然这对于破坏细胞壁是必需的，但如果监测不当，过度的加工时间可能会损坏释放的 PHA 的聚合物链。
为您的目标做出正确的选择
为了最大限度地提高微生物生物产品的价值，请根据您的最终目标调整您的加工参数：
- 如果您的主要重点是提取效率：优先考虑足够的空化强度，以确保细胞壁完全破裂，从而最大限度地回收 PHA。
- 如果您的主要重点是混凝土处理：专注于实现尽可能低的粘度，以确保流体与再生骨料形成深层、持久的结合。
超声波均质弥合了原始生物潜力和实际工业应用之间的差距。
总结表：
| 特性 | 机械机制 | 对生物产品的影响 |
|---|---|---|
| 细胞破碎 | 声空化 | 破坏坚韧的细胞壁以释放细胞内的 PHA 颗粒。 |
| 粘度降低 | 高剪切力 | 将致密的微生物浆料转化为稀薄、低粘度的配方。 |
| 配方均匀性 | 微观搅拌 | 消除结块，形成稳定、均匀的悬浮液。 |
| 材料渗透性 | 物理精炼 | 提高渗透性，适用于混凝土表面处理等应用。 |
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参考文献
- Lorena Serrano-González, Andrés Juan-Valdés. Use of Bioproducts Derived from Mixed Microbial Cultures Grown with Crude Glycerol to Protect Recycled Concrete Surfaces. DOI: 10.3390/ma14082057
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
