[发明专利]一种红外激光加热细胞增容破壁的装置及方法

说明书

本发明公开了一种红外激光加热细胞增容破壁的装置及方法，本发明采用由液氮冷却系统，粉碎机、粉末流量控制阀、真空系统、叠螺机及红外激光器激励干燥机构成的增容破壁的装置；通过液氮冷却系统的两次冷却，保护物料进行无黏附、无氧化传输；通过红外激光器激励干燥机对物料内部水分快速非接触式一次加热并汽化使细胞体积迅速膨胀以致破裂；通过叠螺机进行脱水；通过红外激光器激励干燥机进行二次干燥处理，获取成品。本发明适用于对植物、微生物细胞增容破壁，实现细胞内水分低温升华增容破壁，具有结构简单，配置合理，破壁率高、快速高效且能耗低的优点。

技术领域

本发明涉及植物及微生物加工技术领域，尤其是一种红外激光加热细胞增容破壁的装置及方法。

采用红外超快激光辐射加热与冷却装置通过有选择性的热胀冷缩效应，对植物及微生物细胞实现增容破壁的方法。

背景技术

植物细胞壁主要由纤维素、半纤维素、果胶质、木质素等物质构成的致密结构，保护细胞抵抗低渗环境，使细胞在低渗的环境下不易破裂，对维持固有形态起重要作用。但是，由于植物细胞壁构成原因，细胞内有效成分难以浸出，直接食用，人体对其营养成分吸收率较低。

细胞破壁技术是一种超微粉剂加工技术，植物类药材（中草药材）经过破壁后，细胞壁内的有效成分充分裸露出来，植物的有效成分释放速度及释放量会大幅度提高，从而人体对有效成分吸收率大大提高。在食品、制药领域利用破壁技术，实现植物有效成分高效提取具有重要意义。

目前存在多种植物细胞破壁技术，如机械破碎法、反复冻融、超声破碎、化学渗透、酶溶法等方法，但不同种类细胞的细胞壁的结构与成分有很大差异，破壁的难易程度存在较大差异和难度。如机械破碎法中超微粉碎，虽然可把部分物料粉碎至直径为50μm以下，但对较多的物料其难以实现；而植物细胞的直径一般为20～100 μm，所以对部分物料需要粉碎至更细，才得以破壁，且设备功率较高，耗能较大。反复冻融，如液氮淬冷，热电偶加热升温，需反复冻融，消耗时间较长，效率低下。化学法，其一般会添加某些化合物，影响其使用范围，且效率低。

经研究，对于含水达到70%以上的待加工植物或微生物细胞，通常可以利用红外辐射实现物料水分干燥。因为分子翻动时伴随着三个小而分立的具有强偶极的转动惯量，因此水分子具有大量的转动吸收模式。这些模式覆盖了从近红外到微波谱能量区域的一系列的吸收谱线，这些吸收模式与水分子的三个分子振动模式耦合，形成了一些增强的转动—振动吸收带，因而对近红外区域一直延伸到红外热辐射区具有超乎寻常的吸收能力。

随着激光技术的发展，为红外加热提供了新的途径。红外激光加热相比于一般电阻丝红外线加热具有加热均匀、速度快、能耗低等特点。首先对待加工物料进行低温冷冻，细胞壁收缩，细胞内水分呈现固体状态；然后采用红外激光波长为980nm、1470nm或2940nm进行辐射加热，物料内水份由于其对近红外极强的转动吸收模式直接吸收红外光子能量，电子能级跃迁，由于高能量光子的轰击，水分子中的氢键被打断，产生带电离子，破坏了水分子中的电荷平衡，由于库仑力等进而导致原子们在超强排斥力的作用下，产生剧烈的运动，使细胞内以冰形态存在的水份快速高效地被汽化。细胞内水份急速汽化以至使植物细胞内部压力迅速升高，体积膨胀，实现细胞增容；进而结合干冰淬冷的作用，在热缩冷胀以及低压强环境的作用下，植物细胞壁因无法承受如此巨大的压力变化而破碎，即细胞增容破壁。为此，设计一套采用红外激光加热细胞增容破壁的装置显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种红外激光加热细胞增容破壁的装置及方法，本发明采用由液氮冷却系统，粉碎机、粉末流量控制阀、真空系统、叠螺机及红外激光器激励干燥机构成的增容破壁的装置；通过液氮冷却系统的两次冷却，保护物料进行无黏附、无氧化传输；通过红外激光器激励干燥机对物料内部水分快速非接触式一次加热并汽化使细胞体积迅速膨胀以致破裂；通过叠螺机进行脱水；通过红外激光器激励干燥机进行二次干燥处理，获取成品。本发明适用于对植物、微生物细胞增容破壁，实现细胞内水分低温升华增容破壁，具有结构简单，配置合理，破壁率高、快速高效且能耗低的优点。