CN1597932A - 一种细胞破裂、破壁法及其机械装置 - Google Patents

Abstract

一种细胞破裂、破壁法，是刀切细胞破裂、破壁法，属于生物性食物原料或药物原料等的细胞、细胞器原位破裂、破壁加工方法，由锋利的刀片以小于或等于或稍稍大于所要破碎的细胞大小的很细微的刀距、将全部或大多数所要破碎的细胞一切为二、或两切为三地切开所要破碎的细胞，达到细胞破裂、破壁效果。很好地使破碎的细胞内容物各部分基本原位保持原有物质属性，有利于充分和原汁原味地利用细胞内部的营养成分和物质。

Description

一种细胞破裂、破壁法及其机械装置

技术领域

一种细胞破裂、破壁法及其机械装置，属于食物、药物原料加工和加工机械制造领域。A23L1/076

背景技术

是生物给人类提供了大多数的生存资源价值，生物是由细胞构成的，细胞由细胞膜、细胞核、细胞质等等构成，植物细胞一般还具有难以破碎的细胞壁。

当人类要摄取和利用这些细胞内部的物质时，细胞结构的完整会带来阻碍性影响，譬如最典型的就是花粉壁的坚韧使内部的精华物质很难被有效利用，所以人们研究了多种多样的破壁方法。随便举几例中国专利：公开号1377654其工艺流程为花粉溶液杀菌、酶解破壁两步骤完成；公开号1378791其用液氮淬冷的花粉和灵芝孢子破壁；公开号1245718其将灵芝孢子烘干在容器内撞击灵芝孢子粉，由压力容器的流槽排出，得到破壁的灵芝孢子粉；公开号1319654其用对羟基苯甲酸酯进行酵母菌细胞破壁；公开号86106482其蛋壳蛋清引发子液与花粉按一定比例混合，作用一定时间，使花粉破璧等等，不一而足。

其实不止植物花粉破壁有利于内容的溶出合被利用，在人类摄食利用时，其它植物细胞的破壁也是必要的，即使是动物细胞，如果破除了细胞膜、核膜等等的包裹，其内部物质还是能够更好更快的被利用的。这样就引来了如何破碎细胞更有利于保持细胞内容物的物质属性最小被改变的问题。显然现在的许许多多的方法不能够做到这一点。

为什么要做到保持细胞内容物的物质属性最小被改变这一点比较好、比较有特色呢？因为大家知道，细胞内部有各类细胞器，而且是严格分区的，各类物质在原位原态是正常的，如果绞碎，许多酶类都释放出来，特别是自溶酶等等都会对细胞内部自己的原有成分破坏。如果不是绞碎，而是切开，则不会这样，即细胞器破坏少，自溶性酶类放出又少！又是冰冻状态的切片，故而可以最大限度的不破坏营养。再举一个通俗的大家可能更容易有体会的例子，就是饺子馅的制作时，绞肉馅和快刀刀切肉馅，风味是很不相同的，刀切馅会好吃许多，为什么会好吃，道理就是细胞被破坏少，原汁原味多一些。所以在饺子馆其价格也高很多，这就是科学加工增加的附加值了。

涉及到刀切，以往的生物显微镜制片的切片虽然是器官和组织切片，但客观上也会有刀切破细胞和破壁的效果。显然其出发点、目的、用途和处理等等均与本发明不同。简单讲，其不是为了破壁破裂细胞，而是为了对组织切片使变薄便于通透光，尚需染色、分色、脱水、透明、装片、封片等等系列处理以便得到制片，便于显微镜观察。由于目的、思路、效果均不相同，显然也根本不是一个技术领域。

发明内容

以往的技术记载的技术发明大都是破壁，本发明是“破裂、破壁”，意思就是不但包含植物细胞的破壁，也还可以包括动物细胞的破裂，所以统称为破裂、破壁。

本发明提供了一种细胞破裂、破壁法，准确讲是刀切细胞破裂、破壁法，其特征在于该种细胞破裂、破壁法是属于生物性食物原料或药物原料等的细胞、细胞器原位破裂、及细胞破壁加工方法，由锋利的刀片以小于或等于或稍稍大于所要破碎的细胞大小的很细微的的刀距、将全部或大多数所要破碎的细胞一切为二、或两切为三地切开所要破碎的细胞，达到细胞破裂、破壁效果。以利于更好地使破碎的细胞内容物各部分基本保持原有物质属性，更有利于充分、原汁原味利用细胞内部的营养成分和物质。

本发明是由锋利的刀片以微小的刀距密集切、削器官、组织块或将某些单细胞状态的物料添加添加物人工结合为组织样的粘结体、粘结物，然后切、削达到细胞破裂、破壁。尽力做到使细胞破裂、破壁了又不过多破碎细胞器和细胞原位结构是本发明方式方法追求的特色目的和效果之一。

本发明是由锋利的刀片切、削具有一定坚挺度的器官或组织块，或加以冻结，或添加粘结添加物后粘结或冻结，形成整体性坚挺度较强的器官或组织块或单细胞物料粘结体、粘结物、冻结体、冻结物。这个过程中其冻结的方法，是采用直接冻结(主要针对本身已经含水的物料)，或添加粘结添加物——纯水或水溶液后冻结而成。

为了调节冻结后的粘结体使其具有适宜的硬度和粘结坚挺度，冻结用的水或水溶液选择加入下列物质及其组合：a粘结物如胶质物质，纤维素物质等等；b甘油等调节冷冻硬度的醇类物质；c调节冻结硬度和渗透压的盐类物质；d调节冷冻硬度的乳化食物油类物质；e其它有利于刀切破壁和刀切运作的物质。目的使器官或组织块或粘结的单细胞粘结体更适宜于切、削，所以在保证适宜的整体性、坚挺度和硬度的情况下，粘结添加物越少越好。

对单细胞物料也可以用不影响物料加工属性的粘结添加物一胶类粘结物直接粘结，达到形成粘结体、粘结物，方便切、削的目的。如花粉类用糖汁喷雾润湿干结而成整体性较强、较硬粘结体、粘结物。

本发明的细胞破裂、破壁法是由锋利的刀片以微小的刀距密集切、削器官、组织块或将某些单细胞状态的物料人工结合为组织样的粘结体、粘结物，锋利的切、削刀片细微的进刀刀距小于100微米(1～100(大至500)微米)。或者根据需要而定。

本发明提供的细胞破裂、破壁法的加工机械装置，由物料成形定型装置和切、削机械装置组成。

物料成形定型装置分为常温干燥、高温烘烤、模具震荡粘结成形定型装置，和冻结成形定型装置。

常温干燥、高温烘烤、模具震荡粘结成形定型装置。主要由物料喷雾、润湿搅拌装置和模具、模具震荡器、干燥和烘干装置构成。就是单细胞类物料在粘结物汁液(譬如糖液汁)润湿拌匀后，装捣进入模具(模具一般是长条形。形体和大小要便于切、削和固定)，震荡压实，脱模，干燥或烘干，备用(备切)。

物料冻结成形定型装置主要就是普通冰冻装置，主要部分和工艺均类似雪条机。主要由物料喷雾、润湿搅拌装置、模具、装模器械、汁液由制冷机、冷冻槽等等构成。单细胞类物料在冻结物水(或水溶液)润湿拌匀后，装捣进入模具(模具一般是长条形。形体和大小要便于切、削和固定)，震荡压实，进入冷冻槽-20℃以下冻结，脱模，物料冷冻条冷冻保存，备用(备切)。

切、削机械装置主要由物料固定装置、刀片运动装置、进刀刀间距控制装置等等组成；物料固定装置是一个与物料冷冻条大小形状相配合的滑管或有压盖的滑槽，可以依靠顶杆顶着物料冷冻条前进。刀片运动装置有旋转式辊式刀、上下往复式切刀(以往的各类各式切片机均方便借鉴)；刀片的切、削角度可调；切片时吃刀有物料前进“喂料式”，或刀具前进“进刀式”，或二者配合、组合式；刀具前进和物料冷冻条前进一样，都是细微推进，控制前进间距的方法、方式是滑轨固定形式的，利用螺纹、螺旋推进或热胀冷缩运动推进。这两种进料、进刀切片形式及其配合，在传统的生物切片机都有成功使用，完全可以充分参照、借鉴，具体就不多赘述。(注：美国的AO生物切片机可以代表螺纹、螺旋推进方式；瑞典的LKB超薄切片机是热胀冷缩运动推进方式。)

注意原理和装置虽然类似，但是：

(1)本发明涉及的装置规模和加工能力要大许多，规模的提高主要由物料固定装置并列许多，切刀宽度适合，切刀数目多等等来达到。一般旋转式辊式刀由于在圆周上分布有多个刀片，旋转切、削，效率比较高。

(2)和生物切片机重要不同，或者说时重大改进在于切、削机械装置的物料夹持装置，其关键特征在于为了防止物料冷冻条微小形变，在切刀接触物料同时，在切刀前进的对面方向，紧贴着切刀经路，具有一压刀压块贴紧压住物料，使得切、削物料冷冻条的过程是一种精密的剪切，物料冷冻条棒承受的折弯力很少，从而有效防止物料冷冻条在被切、削时微小的形变。

根据待切生物体细胞的统计学大小，决定进刀间距。

对于细胞切破率的计算分析如下：

1、对于细胞一维排布的情况，即细胞只有一行时，设细胞长为a，进刀间距为d，一行细胞的总长度为L，则细胞总数为L/a，进刀总数为L/d，，被切到的细胞就有L/d个，所以切破率为(L/d)/(L/a)＝a/d，完好率为1-a/d。

若细胞长a＝30um，进刀间距d＝50um，则完好率为2/5，破壁、破碎率3/5

2、对于细胞呈二维平面分布的情况，假设细胞有n行，其它同上，则相应细胞总数为nL/a，

进刀总数为L/d，但一个进刀切破n个细胞，所以切破细胞数为nL/d，切破率为(nL/d)/(nL/a)＝a/d，完好率为1-a/d。

3、对于细胞呈三维分布的情况，假设细胞分布在m个平面上，其它同上，则相应细胞总数为mnL/a，

进刀总数为L/d，但一个进刀切破mn个细胞，所以切破细胞数为mnL/d，切破率为(mnL/d)/(mnL/a)＝a/d，完好率仍为1-a/d。

计算表明，如果进刀间距小于或等于细胞直径，破壁率将达到100％。余均可以根据以上例子计算而得。因之，可以用显微镜初步镜检后，确定进刀间距并得到破壁率。

优良效果

冷冻条件下将细胞原位、细胞器原位切开，最大限度保持和暴露了细胞内的有效成分，有利于细胞内资源价值的充分发挥。专用机械的制造，使得本发明工作效果好、效率高。

具体实施方式

实施例1、人参西洋参的破壁超薄切片片的加工。新鲜或复水的参适当冻结或否，置于切、削机械装置的物料固定装置夹持，进刀切、削，得到全部破壁的超薄切片参片。首先显微镜显微切片初步观察，西洋参细胞大小平均在50微米，进刀刀距(进刀间距)在46～66微米，细胞破壁率在100～83％。

实施例2、花粉，。显微镜显微切片初步观察，松花粉是80～100微米大小，平均在88微米。

冻结液配方，氯化钠0.1％，果胶1％，甘油1％，卵磷脂乳化花生油1％，余水。

厚2毫米的不锈钢铁皮制作的冻结模具内腔截面1×1厘米，长18厘米的长条形，震荡压入鱼卵，浸入或注入上述冻结液，低于-20℃冻结，不小于6小时，29℃温水稍浸脱模，集中冷冻，备切。

将冻结物料条夹持固定在切、削机械装置的物料固定装置上，刀距(进刀间距)在76～116微米，破碎率在100～76％。

实施例3，如实施例2，不同在于冻结液配方是100％水。

实施例4、鲤鱼鱼卵，300微米～500微米，显微镜显微切片初步观察，鲤鱼鱼卵，300微米～500微米大小，平均在400微米。

冻结液配方，氯化钠0.1％，明胶1％，褐藻胶1％，甘油1％，卵磷脂乳化花生油1％，余水。

厚2毫米的不锈钢铁皮制作的冻结模具内腔截面1×1厘米，长18厘米的长条形，震荡压入鱼卵，浸入或注入上述冻结液，低于-20℃冻结，不小于6小时，29℃温水稍浸脱模，集中冷冻，备切。

将冻结物料条夹持固定在切、削机械装置的物料固定装置上，刀距(进刀间距)在200～516微米，切、削，破碎率在100～78％。

实施例5，如实施例4，不同在于冻结液配方是100％水。

实施例6、酵母菌，20～60微米。显微镜显微切片初步观察，酵母菌，20～60微米大小，平均在32微米。

冻结液配方，氯化钠0.1％，明胶1％，果胶1％，甘油1％，卵磷脂乳化花生油1％，余水。

厚2毫米的不锈钢铁皮制作的冻结模具内腔截面1×1厘米，长18厘米的长条形，震荡压入鱼卵，浸入或注入上述冻结液，低于-20℃冻结，不小于6小时，29℃温水稍浸脱模，集中冷冻，备切。

将冻结物料条夹持固定在切、削机械装置的物料固定装置上，刀距(进刀间距)在26～46微米，破碎率在100～70％。

实施例7，如实施例6，不同在于冻结液配方是100％水。

实施例8。如实施例6、7，不同在于物料时小球藻，小球藻体积10～20微米，相应刀距要小一些，在10～28微米，破碎率在99～70％。

实施例9，对单细胞物料用不影响物料加工属性的粘结添加物直接粘结，达到形成具有整体性、一定坚挺度的粘结体、粘结物，方便切、削的目的。

松花粉100Kg，50％糖汁10Kg喷雾润湿，模具震荡压实成型，截面1×1厘米，长20厘米的棒条，干结后备切。

实施例10，物料冻结装置就是普通冰冻装置，类似于雪条的冻结装置和工艺，不同在于模具形状不同，物料压紧实等等。脱模后再冻结保存备用。

其冻结物模具的形体和大小的要求是便于切、削和固定；

物料特别是单细胞物料装入模具后，要充分震荡压实，同时使粘结物充分填充剩余空间。

实施例11，切、削机械装置主要由物料固定装置、刀片运动装置、进刀刀间距控制装置等等组成；刀片运动装置有旋转式、上下往复式；进刀有物料前进“喂料式”，或刀具前进“进刀式”，或二者组合式，刀片的切、削角度可调；细微推进、控制进刀刀间距的方法、方式是滑轨固定形式的，利用螺纹、螺旋推进或热胀冷缩运动推进。

Claims (8)

1、一种细胞破裂、破壁法，准确讲是刀切细胞破裂、破壁法，其特征在于该种细胞破裂、破壁法是属于生物性食物原料或药物原料等的细胞、细胞器原位破裂、及细胞破壁加工方法，由锋利的刀片以小于或等于或稍稍大于所要破碎的细胞大小的很细微的刀距、将全部或大多数所要破碎的细胞一切为二、或两切为三地切开所要破碎的细胞，达到细胞破裂、破壁效果。

2、如权利要求1所述的一种细胞破裂、破壁法，其特征在于该种细胞破裂、破壁法是由锋利的刀片以微小的刀距密集切、削器官、组织块或将某些单细胞状态的物料添加添加物人工结合为组织样的粘结体、粘结物，然后切、削达到细胞破裂、破壁。

3、如权利要求1、2述的一种细胞破裂、破壁法，其特征在于该种细胞破裂、破壁法是由锋利的刀片切、削具有一定刚度的器官或组织块，或加以冻结，或添加粘结添加物后粘结或冻结，形成整体性刚度较强的器官或组织块或单细胞物料粘结体、粘结物、冻结体、冻结物；其中其冻结的方法，是采用直接冻结(主要针对本身已经含水的物料)，或添加粘结添加物——纯水或水溶液后冻结而成。

4、如权利要求1、2、3所述的一种细胞破裂、破壁法，其特征在于粘结或冻结主要是冻结，冻结用的粘结、冻结添加物是水或水溶液，水溶液是选择加入下列物质单一添加及其组合添加形成的：a粘结物如胶质物质，纤维素物质等等；b甘油等调节冷冻硬度的醇类物质；c调节冻结硬度和渗透压的盐类物质；d其它有利于刀切破壁和刀切运作、操作的物质。

5、如权利要求1、2、3、4所述的一种细胞破裂、破壁法，其特征在于对单细胞物料也可以用不影响加工物料属性又可以提高其刚度的粘结添加物——胶类粘结物直接粘结，达到形成粘结体、粘结物，方便切、削的目的。

6、如权利要求1、2、3、4、5所述的一种细胞破裂、破壁法，其特征在于该种细胞破裂、破壁法是其锋利的切、削刀片细微的进刀刀间距一般小于100微米(1～100(最大至500)微米)。

7、一种细胞破裂、破壁法的加工机械装置，由物料成形定型装置和切、削机械装置组成。其特征在于：物料成形定型装置分为常温干燥、高温烘烤、模具震荡粘结成形定型装置，和冻结成形定型装置。

物料常温干燥、高温烘烤、模具震荡粘结成形定型装置。主要由物料喷雾、润湿搅拌装置和模具、模具震荡器、干燥和烘干装置构成。就是将单细胞类物料在粘结物汁液(譬如糖液汁)润湿拌匀后，装捣进入模具，震荡压实，脱模，干燥或烘干，制得。

物料冻结成形定型装置主要就是普通冰冻装置，主要由物料喷雾、润湿搅拌装置、模具、装模器械、汁液由制冷机、冷冻槽等等构成。将单细胞类物料在冻结物水(或水溶液)润湿拌匀后，进入模具，震荡压实，浸入冷冻槽-20℃以下冻结，脱模，物料冷冻条冷冻保存，制得。

切、削机械装置主要由物料夹持装置、刀片运动装置、进刀刀间距控制装置组成：物料夹持装置是一个与物料冷冻条大小形状相配合的滑管或有压盖的滑槽，可以依靠顶杆顶着物料冷冻条前进。刀片运动装置有旋转式辊式刀、上下往复式切刀(以往的各类各式切片机均方便借鉴)；刀片的切、削角度可调；切片时吃刀有物料前进“喂料式”，或刀具前进“进刀式”，或二者配合、组合式；刀具前进和物料冷冻条前进都是细微推进，控制前进间距的方法、方式是滑轨固定形式的，利用螺纹、螺旋推进或热胀冷缩运动推进。

8、如权利要求7所述的一种细胞破裂、破壁法的加工机械装置，其特征在于切、削机械装置的物料夹持装置，其关键特征在于为了防止物料冷冻条微小形变，在切刀接触物料同时，在对面方向，紧贴着切刀经路，也具有一压刀压块贴紧压住物料，使得切、削过程是一种精密的剪切，物料冷冻条棒承受的折弯力很少，也有效防止了形变。