CN114470856B - 常压水离子植物细胞破壁萃取方法及其结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种常压水离子植物细胞破壁萃取方法及其结构，多孔容器内放入植物材料后，置入反应装置内，反应装置的水离子蒸气模块作动产生常压的水离子蒸气，水离子蒸气穿过所述多孔容器，随后渗入所述植物材料内，并穿透所述植物材料的植物细胞，将所述植物细胞的细胞壁破壁，且残余的所述水离子蒸气经所述排气管对外排出，达成构造简单、且在常压状态下，水离子蒸气利用湿度及温度方式，使植物的细胞壁极度膨胀后，令水离子穿透细胞壁，快速将植物细胞壁进行破壁萃取的结构。
Description
技术领域
本发明涉及植物细胞破壁萃取方法与结构，特别是指一种构造简单、且在常压状态下操作的常压水离子植物细胞破壁萃取方法及其结构。
背景技术
植物萃取，是近几年来非常热门的技术，例如：药材可以取得更纯的成份，藻类可以制成生质柴油，茶叶可以取得茶多酚等，而为了提高萃取率，在萃取之前，都会将细胞壁进行破壁。
目前已发展了多种细胞破碎方法，以便适应不同用途和不同类型的细胞壁破碎。破碎方法可规纳为机械法和非机械法两大类；机械法，例如高压匀浆破碎法(homogenization)、振荡珠击破碎法(Shaking Bead)、高速搅拌珠研磨破碎法(finegrinding)、或超声波破碎法(ultrasonication)等；非机械法，例如：渗透压冲击破碎法(osmotic shock)、冻融破碎法(freezing and thawing)、酶溶破碎法(enzyme lysis)、或化学破碎法(chemical treatment)等；然，不论是机械法、或非机械法，植物细胞破壁的过程中，都需要将植物切碎到一定的程度后，放入液体中后再进行破壁处理，因此，需要考虑液体的成份，是否会与植物细胞内待萃取的成份产生化学反应，以及，还需要考虑回收率等问题，因此，近几年便有业者应用超临界流体法(Supercritical fluid)，属于非机械法的一种，例如中国台湾专利公告第M288511号「绿藻细胞壁之高压破裂装置」，利用高温蒸气使细胞内水分子达气化临界点，并瞬间降压使细胞内水分子汽化冲破细胞壁，缺点在于：高温制程能耗高，且高温易使细胞所含有效成分破坏分解。
如中国台湾专利公告第I411677号「连续式微藻萃取装置、连续萃取与脱水破裂的方法」，先利用脱水机构将微藻水分移除，再利用超临界CO2使压力达到临界点，利用瞬间降压方式使微藻细胞破裂；缺点在于：原料需先干燥脱水，制程处理能耗高，且利用瞬间降压，在大规模设备中不易排出，破壁效率低。
如美国专利公告第US6479277号「Method and apparatus for disruption ofbiological material」，利用高压CO2渗入经过干燥处理的细胞，并利用瞬间降压，使CO2在细胞内来不及完全渗出，并在细胞内膨胀使细胞破裂；缺点在于：干燥处理能耗高，且细胞对CO2、O2等气体具高通透性，为减少CO2在降压时由细胞通透孔排出，使CO2膨胀破裂细胞效果变差，需维持高速降压。
上述各专利都是应用了超临界流体、或亚临界流体，而超临界流体的属性介于气体和液体之间，具有气体与液体的两种特性，但，不论是哪一种化合物，都需要一定程度的压力、与温度环境，才会进入超临界流体的状态，因此，商业上大量生产需要在厚重承压构造设备内进行高压气体快速降压，大量膨胀气体瞬间不容易完全排出，降压速度不够快，以致CO2气爆破裂细胞装置于放大实施时效率不佳，且其设备建置与维护成本高，亦不利商业运转之制程放大使用。
有鉴于习用有上述缺点，发明人乃针对所述缺点研究改进之道，终于有本发明产生。
发明内容
本发明主要目的在于，提供一种构造简单、且在常压状态下操作常压水离子植物细胞破壁萃取方法。
本发明次要目的在于，提供一种构造简单、且在常压状态下操作常压水离子植物细胞破壁萃取结构。
为达成上述目的及功效，本发明所实行的步骤包括：
一植物材料放置在一多孔容器内；
多孔容器置入一反应装置内；
一水离子产生器产生常压的一水离子蒸气；
水离子蒸气穿过多孔容器并渗入植物材料内；
水离子蒸气穿透一植物细胞，将植物细胞的一细胞壁破壁。
优选的，「一植物材料放置在一多孔容器内」的步骤，更包括：「植物材料清洗并干燥」的步骤。
优选的，「植物材料清洗并干燥」的步骤，更包括：「植物材料细化」的步骤。
优选的，「水离子蒸气穿透一植物细胞壁将其破壁」的步骤，更包括：「水离子蒸气吸附植物细胞内的水分，将植物材料形成干燥状态」的步骤。
优选的，「水离子蒸气吸附植物细胞内的水分，将植物材料形成干燥状态」的步骤，更包括：「植物材料经萃取液萃取出复合物」的步骤。
为达成上述目的及功效，本发明具有一反应装置，其包括：一箱体、一水离子蒸气模块、与一多孔容器，其中：
所述箱体一侧具有一箱门，内部设有复数的支撑架，顶部设有与内部相通联的一排气管。
所述水离子蒸气模块，包括：一蒸气产生器、一增压器、与一水离子产生器，其中：
所述蒸气产生器产生一饱和蒸气；
所述增压器与所述蒸气产生器连接，接收并将饱和蒸气再加热为过热蒸气；以及，
所述水离子产生器与所述增压器连接，接收并将过热蒸气解离转化为常压的一水离子蒸气。以及，
所述多孔容器收容一预设的植物材料并放置在所述支撑架上。
借此，所述水离子蒸气穿过所述多孔容器，随后渗入所述植物材料内，并穿透所述植物材料的一植物细胞，将所述植物细胞的一细胞壁破壁，且残余的所述水离子蒸气经所述排气管对外排出，形成构造简单、且在常压状态下，水离子蒸气利用湿度及温度方式，使植物的细胞壁极度膨胀后，水离子穿透细胞壁，快速将植物细胞壁进行破壁的结构。
优选的，水离子蒸气模块包括：一电磁加热器、与一控制器，其中：
所述电磁加热器与所述蒸气产生器、所述增压器电性连接，经电磁加热产生热能；以及，
所述控制器，与所述电磁加热器电性连接，使其控制所述蒸气产生器、所述增压器、与所述电磁加热器的作动参数。
优选的，箱体顶部进一步设有可活动的一壳体。
优选的，箱体与壳体之间形成一预干燥空间，所述多孔容器收容所述植物材料，放置在预干燥空间，达成植物材料预先干燥表面多余水分的结构。
优选的，水离子蒸气吸附植物材料、植物细胞内的水分，将植物材料形成干燥状态。
为使本发明的上述目的、功效及特征可获得更具体的了解，依各附图说明如下：
附图说明
图1为本发明较佳实施例的系统架构图；
图2为本发明较佳实施例的结构示意图；
图3为本发明较佳实施例的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属本发明保护的范围。
请参阅图1至图2，可知本发明具有一反应装置1与一萃取容器7，所述反应装置1包括：一箱体2、一水离子蒸气模块3、与一多孔容器5，其中：
所述箱体2一侧具有一箱门21，内部设有复数的支撑架22，顶部设有与内部相通联的一排气管23，并在顶部设有可活动的一壳体24。
所述水离子蒸气模块3包括：一蒸气产生器31、一增压器32、一水离子产生器33、一电磁加热器34、与一控制器35，其中：
所述蒸气产生器31将水加热到130度至160度或更高，产生一饱和蒸气；
所述增压器32与蒸气产生器连接，接收并将所述饱和蒸气再加热为过热蒸气；
所述水离子产生器33与增压器32连接，接收并将过热蒸气(H2O)解离(Dissociation)后，成为一水离子[H+OH-]；
所述电磁加热器34与蒸气产生器、增压器32电性连接，经电磁加热产生热能；以及，
所述控制器35与电磁加热器34电性连接，使其控制所述蒸气产生器、所述增压器32、与所述电磁加热器34的作动参数，例如：分别设定各自的加热时间、加热温度等，或者，饱和蒸气、水离子的流通状态、或增压器的压力动作状态等等，应注意的是，控制器35包括但不限定于计算机、终端机、服务器、人机接口或嵌入式系统等等，以及，电磁加热器34即利用线圈产生磁场，磁场与金属材质的管路或容器等之间产生许多的涡流(Eddy Current)让金属材质的管路、容器等产生热能，电磁加热的技术，其并非本案技术特征，在此仅概略说明，举凡利用电能产生热能的技术或结构，皆应属本发明电磁加热器34的范畴。
所述多孔容器5收容一预设的植物材料6并放置在所述支撑架22上。
借此，所述水离子蒸气4穿过所述多孔容器5，随后渗入所述植物材料6内，并穿透所述植物材料6的一植物细胞，将所述植物细胞的一细胞壁破壁，且残余的所述水离子蒸气4经所述排气管23对外排出，形成构造简单、且在常压状态下，水离子蒸气利用湿度及温度方式，使植物的细胞壁极度膨胀后，水离子穿透细胞壁，快速将植物细胞壁进行破壁萃取的结构。
植物材料6经反应装置1完成植物细胞的细胞壁破壁后，放入萃取容器7中并混入萃取液71，经由萃取液71将植物材料6中的复合物(COMPOUND)取出，达成萃取的目的。
请同时配合参阅图3，本发明常压水离子植物细胞破壁萃取的步骤包括：
(100)一植物材料放置在一多孔容器内。
(101)植物材料清洗并干燥。
(102)植物材料细化。
上述步骤进行时，将植物材料6清洗并干燥后，放入多孔容器5内；为了能够加速后续步骤中细胞壁破壁的过程，植物材料6可以先进行干燥的步骤，减少植物细胞内的水分，而依照不同植物的特性，干燥的程度也不相同，在一个较佳的干燥程度范围中，可以包括：植物材料6洗净后的表面干燥，到植物材料6呈脱水状态等干燥的程度区间。
应注意的是，植物材料6依照不同的品种、使用的部位，都会有不同的大小于形状，例如植物表皮类、花类、叶类、全草类，则只要将表面的灰尘、脏污清洗干净并干燥后，就可以放入多孔容器5内；又例如根茎类、茎木类，则需要切片、切丁、切段、或捣碎等处理，将植物材料6细化；更需要说明的是，本案仅是细化植物材料6，并不需要将植物材料6完全粉碎成粉末，也不需要预先将植物材料6融合到任何液体内，而能让植物材料6保持在一定大小的固体形状。
(103)多孔容器置入一反应装置内。
(104)一水离子产生器产生常压的一水离子蒸气。
上述步骤进行时，蒸气产生器31将水加热到130度至160度或更高，产生饱和蒸气传送到增压器32，饱和蒸气经增压器32再加热为过热蒸气，水离子产生器33接收并将过热蒸气(H2O)解离(Dissociation)后，成为一水离子[H+OH-]。
(105)水离子蒸气穿过多孔容器并渗入植物材料内。
(106)水离子蒸气穿透一植物细胞，将植物细胞的一细胞壁破壁。
(107)水离子蒸气吸附植物材料、植物细胞内的水分，将植物材料形成干燥状态。
(108)植物材料经萃取液萃取出复合物。
上述步骤进行时，水离子蒸气4穿过多孔容器5，随后渗入植物材料6内部，在植物材料6内部接触到植物细胞后，水离子蒸气4能够大量的穿透植物细胞的细胞壁，将细胞壁进行破壁的动作，且残余的水离子蒸气4经排气管23对外排出；同时，水离子蒸气4渗入植物材料6并穿透植物细胞后，会一并吸附植物材料、植物细胞内的水分，而能够同时将植物材料6完全脱水成干燥的状态，而植物材料6破壁并干燥后，植物细胞内的成份会完整保留，接着，将植物材料6放入萃取容器7中，即可利用萃取液71将植物材料6中的复合物(COMPOUND)取出，达成萃取的目的。
又，前述提到，植物材料6清洗后需要先将表面干燥处理，而箱体2与壳体24之间形成一预干燥空间，多孔容器5收容洗净的植物材料6后，放置在预干燥空间，能够植物材料6预先干燥，去除表面多余水分。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (8)
1.一种常压水离子植物细胞破壁萃取方法，其特征在于：其步骤包括：一植物材料放置在一多孔容器内；
多孔容器置入一反应装置内；
一水离子产生器产生常压的一水离子蒸气；
水离子蒸气穿过多孔容器并渗入植物材料内；
水离子蒸气穿透一植物细胞，将植物细胞的一细胞壁破壁；
水离子蒸气吸附植物细胞内的水分，将植物材料形成干燥状态；
干燥后的植物材料经萃取液萃取出复合物。
2.根据权利要求1所述的常压水离子植物细胞破壁萃取方法，其特征在于：一植物材料放置在一多孔容器内的步骤，更包括：植物材料清洗并干燥的步骤。
3.根据权利要求2所述的常压水离子植物细胞破壁萃取方法，其特征在于：植物材料清洗并干燥的步骤，包括植物材料洗净后的表面干燥，到植物材料脱水状态的干燥程度区间。
4.根据权利要求2所述的常压水离子植物细胞破壁萃取方法，其特征在于：植物材料清洗并干燥的步骤，更包括：植物材料细化的步骤。
5.一种常压水离子植物细胞破壁萃取结构，其特征在于：具有一反应装置与一萃取容器，其包括：
一箱体，一侧具有一箱门，内部设有复数的支撑架，顶部设有与内部相通联的一排气管；
一水离子蒸气模块，其包括：
一蒸气产生器，产生一饱和蒸气；
一增压器，与所述蒸气产生器连接，接收并将所述饱和蒸气再加热为过热蒸气；以及，
一水离子产生器，与所述增压器连接，接收并将所述过热蒸气解离转化为常压的一水离子蒸气；
一多孔容器，收容一预设的植物材料并放置在所述支撑架上；
借此，所述水离子蒸气穿过所述多孔容器，随后渗入所述植物材料内，并穿透所述植物材料的一植物细胞，将所述植物细胞的一细胞壁破壁，且残余的所述水离子蒸气经所述排气管对外排出，达成构造简单、且在常压状态下，利用水离子蒸气将植物细胞壁进行破壁的结构；植物材料经所述反应装置完成植物细胞的细胞壁破壁后，放入所述萃取容器中并混入萃取液，经由萃取液将植物材料中的复合物取出。
6.根据权利要求5所述的常压水离子植物细胞破壁萃取结构，其特征在于：水离子蒸气模块包括：
一电磁加热器，与所述蒸气产生器、所述增压器电性连接，经电磁加热产生热能；以及，
一控制器，与所述电磁加热器电性连接，使其控制所述蒸气产生器、所述增压器、与所述电磁加热器的作动参数。
7.根据权利要求5所述的常压水离子植物细胞破壁萃取结构，其特征在于：箱体顶部进一步设有可活动的一壳体，所述箱体与所述壳体之间形成一预干燥空间，所述多孔容器收容所述植物材料，放置在预干燥空间，达成植物材料预先干燥表面多余水分的结构。
8.根据权利要求5所述的常压水离子植物细胞破壁萃取结构，其特征在于：水离子蒸气吸附植物细胞内的水分，将植物材料形成干燥状态。
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