CN101705182B - 基于脉冲放电等离子体技术的生物细胞破壁系统及生物有效成分提取系统 - Google Patents
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Abstract
基于脉冲放电等离子体技术的生物细胞破壁系统及生物有效成分提取系统，它涉及一种生物细胞破壁系统和一种生物有效成分提取系统，它解决了目前传统药材加工方法对生物细胞破壁的不足以及目前对生物有效成分的提取方法中存在的提取率低的问题。生物细胞破壁系统，先利用高压放电产生等离子体，再利用产生的冲击波和活性自由基破坏生物细胞壁；生物有效成分提取系统，先利用生物细胞破壁系统破坏生物细胞壁，使生物有效成分从细胞中分离，再经过滤、浓缩即得生物有效成分。本发明的生物细胞破壁系统可用于对生物细胞的破壁技术领域，生物有效成分提取系统可用于生物有效成分提取领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物细胞破壁系统和一种生物有效成分提取系统。
背景技术
天然药物中所含有的有效成分决定了其药效，而这种有效成分主要存在于细胞内和细胞质当中。植物细胞的细胞壁和动物细胞的细胞壁成为这些有效成分的保护层，传统的加工方法无法有效击碎这些有效成分的保护层，这样就不能充分发挥天然药物资源的药效，给原料造成极大的浪费。而对生物有效成分提取时通常采用的煎煮法、回流法、浸渍法以及渗漉法等提取方法，存在着生物有效成分损失大、周期长、工序复杂，提取率不高等缺点。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前传统药材加工方法对生物细胞破壁的不足以及目前对生物有效成分的提取方法中存在的提取率低的问题，提供了一种基于脉冲放电等离子体技术的生物细胞破壁系统及生物有效成分提取系统。
基于脉冲放电等离子体技术的生物细胞破壁系统，它包括处理装置和高压脉冲发生装置，所述处理装置包括处理室、第一电极和第二电极，第一电极和第二电极均置于处理室内，且第一电极的极板与第二电极的极板相对、平行放置，所述第一电极通过导体与高压脉冲发生装置的高压脉冲发生端相连接，第二电极接地；处理装置中还包括一个一维移动架，一维移动架与处理室内壁连接，一维移动架的移动臂与第一电极连接以实现带动第一电极在垂直第一电极的极板的方向上做一维移动。
基于脉冲放电等离子体技术的生物细胞破壁系统，它包括处理装置和高压脉冲发生装置，所述处理装置包括处理室、第一电极和第二电极，第一电极和第二电极均置于处理室内，且第一电极的极板与第二电极的极板相对、平行放置，所述第一电极通过导体与高压脉冲发生装置的高压脉冲发生端相连接，第二电极接地；处理装置中还包括一个第一搅拌器，第一搅拌器的搅拌桨叶置于处理室内并位于处理室底部；处理装置中还包括一个一维移动架，一维移动架与处理室内壁连接，一维移动架的移动臂与第一电极连接以实现带动第一电极在垂直第一电极的极板的方向上做一维移动。
基于脉冲放电等离子体技术的生物有效成分提取系统，它包括进料装置、处理装置、充气装置、高压脉冲发生装置、过滤装置和浓缩装置，所述处理装置包括处理室、第一电极、第二电极和第一搅拌器，所述进料装置的出料口连通处理室的进料口，充气装置的出气口连通处理室的进气口，第一电极和第二电极均置于处理室内，且第一电极的极板与第二电极的极板相对、平行放置，所述第一电极通过导体与高压脉冲发生装置的高压脉冲发生端相连接，第二电极接地，第一搅拌器的搅拌桨叶置于处理室内并位于处理室底部，处理室的出料口连通过滤装置的进料口，过滤装置的出液口连接浓缩装置的进液口。
利用本发明的基于脉冲放电等离子体技术的生物有效成分提取系统对生物有效成分进行提取时，具有提取率高的优点，比现有技术提高10％～20％。
附图说明
图1是具体实施方式一的结构示意图；图2是图1中处理装置2的剖面图；图3是具体实施方式二的结构示意图；图4是图3中处理装置2的剖面图；图5具体实施方式三中的处理装置2的剖面图；图6为针板电极的正视图；图7为针板电极的侧视图；图8为具体实施方式七的结构示意图；图9为图8中处理装置2的剖面图；图10为具体实施方式八的结构示意图；图11为具体实施方式九的结构示意图；图12为图11中处理装置2(除取样口203外)的剖面图；图13为图11中处理装置2(除取样口203外)的A-A剖视图；图14是丝网电极的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式的基于脉冲放电等离子体技术的生物细胞破壁系统，它包括处理装置2和高压脉冲发生装置4，所述处理装置2包括处理室201、第一电极206和第二电极207，第一电极206和第二电极207均置于处理室201内，且第一电极206的极板与第二电极207的极板相对、平行放置，所述第一电极206通过导体与高压脉冲发生装置4的高压脉冲发生端相连接，第二电极207接地。在本具体实施方式中，待处理的生物体材料为植物体、动物体或微生物材料构成，第一电极206的极板和第二电极207的极板间形成空间放电区域，粉碎好的物料和溶剂置于处理室201内的空间放电区域内，高压脉冲发生装置4将产生的高压脉冲输给第一电极206，使得第一电极206和接地的第二电极207之间发生高压放电，从而将空间放电区域内的气体电离并产生等离子体，放电瞬间产生的强冲击波以及等离子体中的活性自由基会使生物细胞的细胞壁被破坏。
具体实施方式二：结合图3、图4说明本实施方式，与实施方式一不同的是，本实施方式的处理装置2中还包括一个第一搅拌器204，第一搅拌器204的搅拌桨叶置于处理室201内并位于处理室201底部。第一搅拌器204的搅拌桨叶能够对处理室201内的生物体材料进行搅拌，使其能够与搅拌室201内的空气均匀混合，可使后续进行的高压放电在空间上更加均匀，从而能够使生物体材料中的细胞能够更加充分的被破坏。将第一搅拌器204的搅拌桨叶置于第二电极207与处理室201底部之间，可避免因材料沉积在处理室底部而导致的材料在处理室201内分布不均的问题。
具体实施方式三：结合图5说明本实施方式，与实施方式一或二不同的是，本实施方式的处理装置2中还包括一个一维移动架210，一维移动架210与处理室201内壁连接，一维移动架210的移动臂与第一电极206连接以实现带动第一电极206在垂直第一电极206的极板的方向上做一维移动。图5为本实施方式中处理装置2的剖面图。本实施方式利用一维移动架210，使得第一电极206和第二电极207两电极的极板之间的距离能够进行调整。
具体实施方式四：结合图6、图7以及图14说明本实施方式，与实施方式一、二或三不同的是，本实施方式的第一电极206为针板电极、第二电极207为丝网电极。针板电极使得第一电极206和第二电极207之间的放电更容易实现，即利用相对较小的电压即可实现放电，使气体电离；丝网电极使得物料可由处理室201底部通过第二电极207进入空间放电区域。
具体实施方式五：与实施方式一至四不同的是，本实施方式的第一电极206和第二电极207的材料均选用316不锈钢。选用316不锈钢材料的第一电极206和第二电极207，具有卫生、安全、防腐等优点，能够用于食品领域。
具体实施方式六：与实施方式一至五不同的是，本实施方式的处理室201的材料为安全无毒透明绝缘材料。由安全无毒透明绝缘材料构成的处理室201具有透明度高、机械强度高、重量轻及绝缘等特性。
具体实施方式七：结合图8、图9说明本实施方式，本实施方式的基于脉冲放电等离子体技术的生物有效成分提取系统，它包括进料装置1、处理装置2、充气装置3、高压脉冲发生装置4、过滤装置5和浓缩装置6组成，所述处理装置2包括处理室201、第一电极206、第二电极207和第一搅拌器204，所述进料装置1的出料口连通处理室201的进料口，充气装置3的出气口连通处理室201的进气口，第一电极206和第二电极207均置于处理室201内，且第一电极206的极板与第二电极207的极板相对、平行放置，所述第一电极206通过导体与高压脉冲发生装置4的高压脉冲发生端相连接，第二电极207接地，第一搅拌器204的搅拌桨叶置于处理室201内并位于处理室201底部，处理室201的出料口连通过滤装置5的进料口，过滤装置5的出液口连接浓缩装置6的进液口；所述进料装置1用于向处理室201提供待处理的生物体材料，充气装置3用于向处理室201中充入待电离的气体，高压脉冲发生装置4用于向处理室201提供高压脉冲，使处理室201中的气体被电离后产生等离子体，过滤装置5用于将处理室201处理过的生物体材料进行过滤，浓缩装置6用于将过滤装置5过滤后得到的溶液进行浓缩并得到生物有效成分。在本具体实施方式中，首先进料装置1将待处理的物料输入到处理室201中，所述物料由生物体材料和提取溶剂混合而成，然后充气装置3将待电离的气体充入到处理室201中，使得气体与物料充分、均匀地混合，然后高压脉冲发生装置4将产生的高压脉冲输给处理室201中的第一电极206，使得第一电极206和接地的第二电极207之间发生高压放电，从而将处理室201中的气体电离并产生等离子体，放电瞬间的强冲击波作用以及等离子体中的活性自由基均会破坏生物细胞的细胞壁，使得生物有效成分从生物细胞中分离出来，分离后的生物有效成分可溶于提取溶剂中，并伴随剩余物料一起进入过滤装置5，然后过滤装置5对其进行过滤处理，过滤后的溶液部分将进入浓缩装置进行浓缩、烘干等处理，从而得到生物有效成分。其中，所述高压脉冲的电压应满足以下条件：能够使气体电离并产生等离子体。
具体实施方式八：结合图10说明本实施方式，与实施方式七不同的是，本实施方式还包括一个三向阀门211，三向阀门211的三个端口分别与处理室201的出料口、过滤装置5的进料口以及进料装置1的循环进料口相连通。图10为本实施方式的结构示意图。在本实施方式中，处理室201处理后的物料通过一个三向阀门211后，既可进入过滤装置5，也可返回到进料装置1中。控制三向阀门211，使得处理室201输出的物料进入到进料装置1中，然后进料装置1再将物料送入处理室201中进行处理，如此往复，物料可经过多次的循环处理。三向阀门211的使用使得本实施方式成为一个循环系统，由此可解决因处理装置2容量小而导致其处理能力有限的问题，该循环系统可在循环过程中对材料进行处理，即随时将处理后的物料输送回进料装置1中，节省了空间。处理室201对物料进行处理，是指在处理室201中，通过脉冲放电产生等离子体、进而使物料中生物细胞的细胞壁被破坏而获得生物有效成分的过程。具体实施方式九：结合图11-图14说明本具体实施方式，本具体实施方式为具体实施方式八的一个具体实施例，进料装置1包括第二搅拌器101、搅拌罐102、输料泵103、液体流量计104和液体流量控制阀105，搅拌罐102下部置有一个搅拌罐出料口106，搅拌罐102的上部置有一个搅拌罐循环进料口107，进料装置1中还包括一个用于对搅拌罐内的材料进行冷却的冷却装置；处理装置2包括处理室201、取样口203、第一搅拌器204、第一电极206、第二电极207、曝气膜208和一维移动架210，处理室201上部置有一个处理室出料口202，所述处理室出料口202用于输出处理后的物料，处理室201下部置有一个处理室进料口205和一个处理室进气口209，处理室201包括处理室盖2011、处理室侧壁2012、处理室底座2013、第二电极支架2015和连接件2014；充气装置3包括气瓶组301、气体混合器302、气体流量计303和气体流量控制阀304；第一搅拌器101的搅拌桨叶置于搅拌罐102内，搅拌罐出料口106连通输料泵103的进料口，输料泵103的出料口依次经液体流量计104、液体流量控制阀105后再与处理室进料口205相连通；第一搅拌器204与处理室201固定连接，且第一搅拌器204的搅拌桨叶置于处理室201底部，处理室出料口202经取样口203后与三向阀门211的一个端口连通，三向阀门211的另两个端口分别与搅拌罐循环进料口107及过滤装置5的进料口相连通，所述取样口203用于对处理后的混合物材料进行取样，一维移动架210固定于处理室201内且其移动臂与第一电极206相连接，第一电极206位于处理室201内的上部，第二电极207固定于处理室201内的下部且第二电极207为丝网电极，第一电极206和第二电极207的极板相对放置且均与地面平行，曝气膜208固定于处理室201内部且置于搅拌器204的搅拌桨叶与第二电极207之间，第一电极206与高压脉冲发生装置4的高压脉冲输出端通过导体相连，处理室盖2011与处理室侧壁2012相扣接，处理室侧壁2012、处理室底座2013和第二电极支架(2015)通过连接件(2014)相连；气瓶组301依次经气体混合器302、气体流量计303和气体流量控制阀304后，再通过处理室进气口209与曝气膜208连通。在本具体实施方式中，第一电极206和第二电极207的材料均为316不锈钢，处理室201的材料为安全无毒透明绝缘材料，第一电极206为针板电极。物料中的生物体材料选用市售黑木耳，提取溶剂选用水，待提取的生物有效成分为水溶性多糖。事先利用粉碎机将黑木耳粉碎，并取一定量黑木耳粉末和水浸泡2小时后，再将黑木耳粉末和水的混合物放入搅拌罐102中搅拌，使二者充分、均匀混合，并利用搅拌系统1中的冷却装置对搅拌罐102内的物料进行冷却；搅拌均匀后，输料泵103将物料输入处理室201内，液体流量计104用于指示输入流量，流量由液体流量控制阀105控制；气瓶组301的各个气瓶分别装有不同待电离的气体，各个气瓶的阀门分别用于控制各自充入到气体混合器302内的气体流量，由此可控制气体混合器302内的各气体成分的比例，各种气体在气体混合器302内充分混合，并由气体流量控制阀304控制进入到处理室201内的混合气体的流量，气体流量计303用于指示混合气体的流量，第二搅拌器204的搅拌桨叶搅拌处理室内的物料，使物料与混合气体能够均匀混合，且能够使物料的流动性增强而不沉淀于处理室底部。第一电极206与第二电极207的两极板之间形成一个放电区域，混匀后的物料及混合气体可穿过由丝网电极构成的第二电极207后进入该放电区域；高压脉冲发生装置5提供高压脉冲，在第一电极206与第二电极207之间进行放电，击穿物料中的气泡，产生脉冲放电等离子体。处理后的物料通过处理室出料口(202)回到搅拌罐102中，进行冷却降温及搅拌，等待进入下一个循环的处理。另外，处理后的物料可通过取样口203取样，从而可实现对处理过程中的物料的实时观察和检测。经过多次循环处理后的物料由处理室201输出到过滤装置5中进行过滤，过滤后的溶液部分包含有生物有效成分(水溶性多糖)，将过滤后的溶液输入到浓缩装置6中进行浓缩处理，即可获得水溶性多糖。
本发明利用了脉冲放电等离子体技术，在生物有效成分的提取技术领域中尚属首次，对生物有效成分的提取率比现有技术能够提高10％～20％，且具有工序简单、耗能低、耗时短等优点。
Claims (5)
1.基于脉冲放电等离子体技术的生物细胞破壁系统，它包括处理装置(2)和高压脉冲发生装置(4)，所述处理装置(2)包括处理室(201)、第一电极(206)和第二电极(207)，第一电极(206)和第二电极(207)均置于处理室(201)内，且第一电极(206)的极板与第二电极(207)的极板相对、平行放置，所述第一电极(206)通过导体与高压脉冲发生装置(4)的高压脉冲发生端相连接，第二电极(207)接地；其特征在于处理装置(2)中还包括一个一维移动架(210)，一维移动架(210)与处理室(201)内壁连接，一维移动架(210)的移动臂与第一电极(206)连接以实现带动第一电极(206)在垂直第一电极(206)的极板的方向上做一维移动。
2.基于脉冲放电等离子体技术的生物细胞破壁系统，它包括处理装置(2)和高压脉冲发生装置(4)，所述处理装置(2)包括处理室(201)、第一电极(206)和第二电极(207)，第一电极(206)和第二电极(207)均置于处理室(201)内，且第一电极(206)的极板与第二电极(207)的极板相对、平行放置，所述第一电极(206)通过导体与高压脉冲发生装置(4)的高压脉冲发生端相连接，第二电极(207)接地；处理装置(2)中还包括一个第一搅拌器(204)，第一搅拌器(204)的搅拌桨叶置于处理室(201)内并位于处理室(201)底部；其特征在于处理装置(2)中还包括一个一维移动架(210)，一维移动架(210)与处理室(201)内壁连接，一维移动架(210)的移动臂与第一电极(206)连接以实现带动第一电极(206)在垂直第一电极(206)的极板的方向上做一维移动。
3.基于脉冲放电等离子体技术的生物有效成分提取系统，其特征在于它包括进料装置(1)、处理装置(2)、充气装置(3)、高压脉冲发生装置(4)、过滤装置(5)和浓缩装置(6)，所述处理装置(2)包括处理室(201)、第一电极(206)、第二电极(207)和第一搅拌器(204)，所述进料装置(1)的出料口连通处理室(201)的进料口，充气装置(3)的出气口连通处理室(201)的进气口，第一电极(206)和第二电极(207)均置于处理室(201)内，且第一电极(206)的极板与第二电极(207)的极板相对、平行放置，所述第一电极(206)通过导体与高压脉冲发生装置(4)的高压脉冲发生端相连接，第二电极(207)接地，第一搅拌器(204)的搅拌桨叶置于处理室(201)内并位于处理室(201)底部，处理室(201)的出料口连通过滤装置(5)的进料口，过滤装置(5)的出液口连接浓缩装置(6)的进液口。
4.根据权利要求3所述的基于脉冲放电等离子体技术的生物有效成分提取系统，其特征在于它还包括一个三向阀门(211)，三向阀门(211)的三个端口分别与处理室(201)的出料口、过滤装置(5)的进料口以及进料装置(1)的循环进料口相连通。
5.根据权利要求4所述的基于脉冲放电等离子体技术的生物有效成分提取系统，其特征在于进料装置(1)包括第二搅拌器(101)、搅拌罐(102)、输料泵(103)、液体流量计(104)和液体流量控制阀(105)，搅拌罐(102)下部置有一个搅拌罐出料口(106)，搅拌罐(102)的上部置有一个搅拌罐循环进料口(107)，进料装置(1)中还包括一个用于对搅拌罐内的材料进行冷却的冷却装置；处理装置(2)包括处理室(201)、取样口(203)、第一搅拌器(204)、第一电极(206)、第二电极(207)、曝气膜(208)和一维移动架(210)，处理室(201)上部置有一个处理室出料口(202)，处理室(201)下部置有一个处理室进料口(205)和一个处理室进气口(209)，处理室(201)包括处理室盖(2011)、处理室侧壁(2012)、处理室底座(2013)、第二电极支架(2015)和连接件(2014)；充气装置(3)包括气瓶组(301)、气体混合器(302)、气体流量计(303)和气体流量控制阀(304)；第二搅拌器(101)的搅拌桨叶置于搅拌罐(102)内，搅拌罐出料口(106)连通输料泵(103)的进料口，输料泵(103)的出料口依次经液体流量计(104)、液体流量控制阀(105)后再与处理室进料口(205)相连通；第一搅拌器(204)与处理室(201)固定连接，且第一搅拌器(204)的搅拌桨叶置于处理室(201)底部，处理室出料口(202)经取样口(203)后与三向阀门(211)的一个端口连通，三向阀门(211)的另两个端口分别与搅拌罐循环进料口(107)及过滤装置(5)的进料口相连通，所述取样口(203)用于对处理后的混合物材料进行取样，一维移动架(210)固定于处理室(201)内且其移动臂与第一电极(206)相连接，第一电极(206)位于处理室(201)内的上部，第二电极(207)固定于处理室(201)内的下部且第二电极(207)为丝网电极，第一电极206和第二电极207的极板相对放置且均与地面平行，曝气膜(208)固定于处理室(201)内部且置于搅拌器(204)的搅拌桨叶与第二电极(207)之间，第一电极(206)与高压脉冲发生装置(4)的高压脉冲输出端通过导体相连，处理室盖(2011)与处理室侧壁(2012)相扣接，处理室侧壁(2012)、处理室底座(2013)和第二电极支架(2015)通过连接件(2014)相连；气瓶组(301)依次经气体混合器(302)、气体流量计(303)和气体流量控制阀(304)后，再通过处理室进气口(209)与曝气膜(208)连通；第一电极(206)和第二电极(207)的材料均为316不锈钢，处理室(201)的材料为安全无毒透明绝缘材料，第一电极(206)为针板电极。
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