CN103203265B - 一种用于生物细胞破壁的超声波高能量密度珠磨机 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于细胞破壁的超声波高能量密度珠磨机，含有一个破碎超声波发射头，多个清洗超声波发射头，若干个带凸销的涡轮。涡轮的涡流槽驱使物料及磨珠作强力径向循环运动及凸销的强力搅拌作用，使得磨珠之间、磨珠与涡轮及缸壁之间产生强大的剪切力，迅速把细胞壁破碎。经过研磨腔仍未破碎的少量的细胞交织团聚体，在出料通道里经超声波的集中辐射，细胞聚团被分散和破壁。另外，超声波可降低含细胞脂肪物料的粘度，减轻细胞脂肪对磨珠及研磨腔的粘附包裹，并有优良的清洗功能。本发明由于加强了珠磨机的研磨强度，辅助超声波的分散及破碎功能，使细胞破壁率大幅度提高，可广泛应用于生物细胞破壁领域。

Description

一种用于生物细胞破壁的超声波高能量密度珠磨机

技术领域

本发明属于立式或卧式珠磨机领域，具体涉及一种用于生物细胞破壁的超声波高能量密度珠磨机。

背景技术

现有用于生物细胞壁破碎的常用方法有三种：其一是利用珠磨机破碎；其二是利用超声波技术破碎；其三是利用200公斤/cm2以上的高压技术破碎（如高压流体对撞）。现有应用于细胞破壁的多数是盘式或棒销式珠磨机，由于其结构的原因，研磨腔内流体循环流动性差、分散、研磨强度低，致使破壁效率低，破壁率不足90%，要提高破壁率必须延长研磨时间，但研磨时间长时，物料易被乳化，细胞壁内的有用物质在后续作业中难以分离。另外，更为不利的缺点是，细胞破壁后，细胞内的饱和及不饱和脂肪粘附包裹在研磨珠、研磨腔筒体及搅拌转子表面，由于表面的脂肪厚积，脂肪层的润滑及弹性减震作用，会大大地减弱了磨珠之间，磨珠与转子及缸筒之间的剪切及挤压作用，使珠磨机的破壁效率大幅下降，机器工作半小时至一小时后必须清洗一次，而且清洗时间较长、清洗剂用量大，使得生产效率低、生产成本大。单纯用超声波技术破壁处理量小，要大量处理则需要很大功率，使用大功率破碎，由于能量分布不均匀，能量不足的区域，达不到破壁效果，或破壁率低；能量过大的区域，升温过高，对细胞物质造成破坏，整体破壁有用物质可用率低。利用高压技术破壁，设备成本高昂，使用及操作都必须很严谨、稍有疏忽或有泄漏及破裂情形，都会发生重大安全事故，危及操作者人身安全，有关企业均难以推广使用。因此，发明一种应用超声波技术作为辅助功能的高能量密度珠磨机，对应用生物细胞破壁工艺的企业有着重要的意义，并有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于生物细胞破壁的超声波高能量密度珠磨机，本发明含有一个用于细胞破碎的超声发射头、多个清洗用超声波发射头、若干个凸销涡轮，还有出料缸盖、料珠分离网、研磨腔筒体、入料缸盖。

所述凸销涡轮，每个涡轮的圆周上有若干圈均布的凸销，凸销在轴向上等距直线排列，两排凸销之间开一条斜槽与涡轮内圆连通形成涡流槽，涡流槽的条数和凸销的排数相同。转动的涡轮产生强大的离心力，驱使流体作径向循环运动；涡轮上的凸销产生很强的搅拌力，使流体作圆周循环流动。

所述用于细胞破碎的超声波发射头，装在缸盖的出料管上，所有排出的物料在出料通道里集中受超声波的辐射，经过珠磨机仍未被破碎的少数细胞交织团聚体被超声波分散，并把细胞击破，大大提高了破壁率。

所述多个清洗用超声波发射头，均布装在研磨缸的上方。这可以降低含细胞脂肪物料的粘度，清洁粘附在磨珠、研磨腔筒体和涡轮表面上的细胞脂肪。以恢复珠磨机的研磨效率，提高排料率也可缩短清洗机器时间，减少清洗剂用量、提高生产效率。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1）由于本发明的凸销涡轮有若干条涡流槽、转动时产生强劲的离心力，驱使物料及珠磨机作高速的径向循环运动及圆周运动。磨珠之间产生强大的剪切力及挤压力使细胞更易破碎。

2）由于涡轮的凸销使得涡轮的搅拌力大幅度增大，流体作圆周运动更强烈，磨珠与磨珠之间、磨珠与涡轮之间、磨珠与缸壁之间产生的剪切力及挤压力更大，细胞更易被破碎。

3）有凸销的圆周范围，磨珠的速度较大，两圈凸销之间的范围磨珠速度较低，两个区域速度差的增大，磨珠间的剪切力也增大，破壁的效果更佳。

4）本发明综合了涡轮式珠磨机及棒销式珠磨机的优点，转动时产生了一个更复杂、更强力的流场，能量密度更高、能量分布更均匀，实现短时间内处理量大，防止物料在研磨腔内长时间逗留而被乳化。

5）在出料管上装一个破碎超声发射头，排出的物料在出料通道里受超声头的集中辐射，能量密度高，能量分布均匀。由于超声波的空化作用-——超声波在液体中传播时，由于液体微粒的剧烈振动，会使液体内部产生许多小空洞，这些小空洞迅速胀大及闭合，使液体微粒之间产生猛烈的撞击作用，可生产几千至上万个大气压的压强，从而把细胞击破。同时由于超声波的活化、溶解及分散作用，使交织团聚的细胞团分散，并把细胞壁击破，从而可提高其破碎率。另外，还可降低含细胞脂肪物料的粘度，提高排料率。

附图说明

图1是本发明的用于生物细胞破壁的超声波高能量凸销涡轮珠磨机的结构示意图。图中：1—破碎用超声波发射头、2—出料缸盖、 3—料珠分离网、4—研磨缸体、5—清洗用超声波发射头、6—凸销涡轮、7—入料缸盖、8—涡轮凸销、9—涡流槽。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

如图1所示，本发明的用于生物细胞破壁的超声波高能量珠磨机，含有用于破碎细胞的超声波发射头1、出料缸盖2、料珠分离网3、研磨缸筒4、清洗用超声波发射头5、凸销涡轮6、入料缸盖7。

 如图1所示，物料从入料缸盖7进入研磨缸内，所述凸销涡轮的外圆上有若干均布的凸销，凸销在轴向上直线排列，两排凸销之间开一条有一定斜度的涡流槽，旋转的涡轮其凸销起搅拌作用，使磨珠作高速的旋转的圆周运动，涡轮的斜槽产生强力的离心力，驱使物料及磨珠作径向循环运动，高速运动的磨珠与磨珠间、与涡轮间、与缸体间产生强力的剪切力及挤压力把细胞壁打破，经过整个研磨流程的物料进入料珠分离网流向出料口，进入料珠分离网的物料尚有少量的交织团聚的细胞未被破碎，在流向出口的过程中受超声波的辐射，团聚的细胞团被超声波分散，并把细胞壁击破。另外，超声波还可降低含细胞脂肪物料的粘度，提高排料率。整个过程中，珠磨机起主要作用，超声波起辅助作用，进一步提高了破壁率。

如图1所示，所述清洗超声波发射头5，其作用是发射起洁净作用的超声波，在珠磨机的工作过程中连续或间歇性地工作，可减少细胞脂肪对磨珠、涡轮及缸体的粘附。由于细胞脂肪对介质、涡轮及缸壁的粘附包裹，有润滑、弹性减震的作用，大大减弱了磨珠间、磨珠与涡轮间、磨珠与缸壁间的剪切力及挤压力。因此，增加超声波的清洁功能是很有必要的。超声波清洁功能还可以使洗机时间缩短、减少清洗剂的用量，清洗效果更好。

由于本发明的用于生物细胞的超声波高能量珠磨机具有高能量密度、高剪切力及挤压力、大处理量、高产量的特点，物料进入研磨腔后细胞迅速被分散和破碎，并降低含细胞脂肪物料的粘度，使物料快速排出，防止长时间滞留在研磨腔内被反复研磨导致升温过高破坏细胞物质。也防止了长时间被反复研磨导致破壁后细胞内的有用物质被乳化而无法分离。高产能的同时，破壁率也达到了极高水平。如果在生物细胞破壁领域里推广，将获得巨大的经济效益。因此本发明有很大的推广价值及应用前景，可广泛应用于生物细胞破壁领域。

Claims (1)

1.一种用于生物细胞破壁的超声波高能量密度珠磨机，其特征在于：包括用于破碎细胞的超声波发射头（1）、出料缸盖（2）、料珠分离网（3）、研磨缸筒（4）、清洗用超声波发射头（5）、凸销涡轮（6）、入料缸盖（7）；所述用于破碎细胞的超声波发射头（1），装在出料缸盖的出料管上，所有排出的物料在出料通道里集中受超声波的辐射，经过珠磨机仍未被破碎的少数细胞交织团聚体被超声波分散，并把细胞击破；所述凸销涡轮的外圆上有若干均布的凸销，凸销在轴向上直线排列，两排凸销之间开一条有一定斜度的涡流槽，旋转的凸销涡轮其凸销起搅拌作用，使磨珠作高速的旋转的圆周运动，凸销涡轮的斜槽产生强力的离心力，驱使物料及磨珠作径向循环运动，高速运动的磨珠与磨珠间、与凸销涡轮间、与缸体间产生强力的剪切力及挤压力把细胞壁打破；所述清洗用超声波发射头（5），其作用是发射起洁净作用的超声波，在珠磨机的工作过程中连续或间歇性地工作，可减少细胞脂肪对磨珠、凸销涡轮及缸体的粘附。