Ultraäänihomogenointi

Ultraäänihomogenointi on homogenointimenetelmä, jossa seoksia käsitellään ultrasiään avulla. Tyypillinen taajuus on noin 20–40 kHz, ja prosessissa hyödynnetään cavitaatiota: ultraääniaalto muodostaa ja nopeasti romuttuu erittäin pieniä kaavitaatiosuihkuja, jotka aiheuttavat voimakkaita paikallisia virtauksia ja iskuaamuita. Näiden ilmiöiden seurauksena dispersion asetusten hiukkaset murskautuvat, emulsio jakautuu pienempiin faaseihin ja solut rikkoutuvat halutusti.

Käytettävät laitteet voivat olla joko kärjellä varustettuja sondaimureita (probe) tai kyseeseen käyviä altaanmuotoisia järjestelmiä. Prosessi voidaan toteuttaa jatkuvana tai pulsoituna, ja sen aikana syntyvä lämpö voi nousta nopeasti, joten jäähdytys tai jäähdytysraidat ovat yleisiä. Tärkeät parametrit ovat taajuus, amplitudi ja tehonkulutus sekä käsittelyaika; lisäksi liuoksen viskositeetti, lämpötila ja määrä vaikuttavat cavitaation tehokkuuteen. Sopiva kärjen koko ja muoto sekä paineolosuhteet vaikuttavat tuloksiin ja laitteiston kulutukseen.

Sovellukset ulottuvat elintarviketeollisuudesta biotieteisiin ja materiaalitieteeseen. Elintarvikkeissa ultraäänihomogenointia käytetään emulsion muodostukseen ja stabilointiin sekä koostumusten suhteiden parantamiseen. Biotieteissä sitä hyödynnetään solujen hajotukseen, uuttamiseen ja molekyylien rikastamiseen; lääke- ja kosmetiikkateollisuudessa se soveltaa dispergointia, proteiinin denaturoinnin hallintaa sekä nanopartikkelien valmistusta. Materiaalitieteessä ultraääni auttaa esimerkiksi hiukkasten dispersioissa ja nanokomposittien valmistuksessa.

Etujen joukossa ovat nopeus, tehokkuus ja kyky käsitellä erilaisia faaseja. Rajoitteita ovat runsaasti lämpeneminen, mahdollinen rakenteiden vauriointi sekä epätoivottu kontaminaatio metallista tai oksidatiivinen herkkyys. Suunnittelussa ja turvallisuudessa korostuvat jäähdytys, puhdistus, sekä oikeanlaisen laitteiston ja prosessin valinta.