[發明專利]一種水力空化細胞破壁裝置

有效

• 申請號: 201310289082.1
• 申請日: 2013-07-10
• 公開（公告）號: CN103343089A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 曹寧;劉明磊;張園
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: C12M1/33
• 分類號: C12M1/33
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 苗峻

技術領域

本發明屬于細胞破壁裝置領域，尤其涉及一種水力空化細胞破壁裝置。

背景技術

冬蟲夏草、靈芝孢子粉、微藻的細胞提取物含有大量的有益成分，被廣泛應用于藥品、保健品、生物柴油添加劑等。但是，冬蟲夏草、靈芝孢子粉、微藻等細胞都含有堅硬的細胞質外殼，不易被人體直接吸收利用。為了能夠有效提取此類細胞的有效成分，需要對其進行細胞破壁處理。

目前國內常用的細胞破壁的方法有高壓均質法、凍融法、有機溶劑法、酸堿法、超聲波法等。這些方法存在破壁時間長、破壁率低、破壁成本高、破壞細胞的有效成分、化學試劑大量使用且污染嚴重等問題，無法實現細胞的規模化破壁生產。所以，發明一種能夠高效、大規模細胞破壁的裝置就顯得尤為必要。

基于上述原因，本發明提供了一種新型的細胞破壁裝置。雖然，目前關于細胞破壁裝置的也有報道，但是關于水力空化的細胞破壁裝置卻未見報道。

發明內容

本發明的目的針對目前已有破壁技術的不足，提出一種實現細胞破壁的裝置，該裝置結構簡單、設計合理、能耗低，適用于規模化生產。

為了實現這樣的目的，利用多孔板、文丘里管、尾渦產生的水利空化作用，將與氣體同向運動，處理待處理液。待處理液流經多孔板、文丘里管以及凸起時，由于孔板、文丘里管限流作用以及凸起的尾渦化都會使流體的流速發生改變而產生水力空化，流速的改變形成部分低壓區，當待處理液中的空化泡由低壓區流向高壓區時就會破裂，空化泡破裂時產生局部高溫高壓和射流，沖擊細胞表面，破壞空泡附近的細胞壁。通過循環系統使待處理液中的空化泡與待處理液中的細胞一起做整體運動，相繼在多孔板后端、文丘里管、轉軸凸起的兩翼產生水力空化作用，實現細胞破壁。此外，供氣裝置通過高壓將氣體壓進流體中，增加流體的初始含氣量，增強破壁效果。由于空化泡細小且均勻的分布在流體中，物料流體經5～15min處理可實現細胞的充分破壁。

優選的，送氣裝置輸出的氣體為空氣或二氧化碳。

作為優選，流體入口處的壓力高于0.5Mpa，壓力瓶壓力高于0.5Mpa。

一種實現水力空化破壁工藝的裝置，流體入口通過管路與循環泵相連，循環泵通過管路與空化器的出口相連，空化器的入口通過管路與流體出口相連，流體出口通過管路與循環泵相連，空化器的一端連有電動機。

作為優選，所述的循環泵為揚程在40-50m的單級離心泵。

作為優選，所述電動機轉速為3000-6000rpm。

一種水力空化細胞破壁裝置包括箱體，在箱體內設置有轉軸，轉軸一側穿出箱體與電動機連接，轉軸的另一端為膨大部，該膨大部是與轉軸相連的同心圓柱體，膨大部中心為空腔，空腔外側為軸壁，在軸壁上有貫穿軸壁的文丘里管，軸壁外側有凸起，在箱體的內側有該凸起相對應的凸起，轉軸的膨大部通過密封圈與空化器的入口相連，在空化器入口處裝有多孔板，箱體的另一側連有空化器的出口。

所述箱體內側有凸緣，箱體右下角連接循環流體出口。箱體通過密封圈與轉軸連接。凸緣的高度不超過3cm，其高度與寬度之比為1:1，箱體與轉軸之間的距離大于10cm。

作為優選，所述多孔板是一組或是多組，孔的總面積要小于管橫截面積的1/3。

作為優選，所述多孔板為不銹鋼、塑料或有機玻璃材質。

作為優選，所述箱體為不銹鋼、塑料或有機玻璃材質。

作為優選，密封圈的材質為聚四氟乙烯或橡膠。

為了實現這樣的目的，使用本發明所提供的細胞破壁裝置的工藝路線是：

本發明是將多孔板水力空化、文丘里管水力空化及尾渦空化等技術融為一體的細胞破壁處理裝置。其技術方案是：利用孔板限流作用、文丘里管限流作用以及凸起的尾渦空化作用和機械作用這三種不同的水力力學條件，通過改變流體速度形成部分低壓區，空化泡由低壓區流往高壓區時破裂來完成破壁。通過循環系統使空化泡與細胞一起做整體運動，相繼在多孔板后端、文丘里管、轉軸凸起的兩翼產生水力空化，隨著流體流速的提高，壓強降低，流體氣化產生空泡，空泡破裂時在空泡附近產生局部高溫高壓和射流，沖擊細胞表面，破壞空泡附近的細胞壁。另外，轉軸的純機械剪切力也對細胞壁起到了破壁作用。供氣裝置通過高壓將氣體壓進流體中，增加流體的初始含氣量，增強破壁效果。由于空化泡細小且均勻的分布在流體中，物料流體經5～15min處理可實現細胞的充分破壁。

本發明的有益效果可概括為以下個方面：

1．相比于傳統的化學破壁法，本發明采用的細胞破壁裝置不使用任何化學試劑，不會造成環境污染。