一种用于植物孢子无氧化激光破壁生产线中的光能接收区的制作方法

1.本发明涉及激光破壁技术领域，更具体地说，它涉及一种用于植物孢子无氧化激光破壁生产线中的光能接收区。


背景技术：

2.众所周知，孢子的内含物不仅仅是植物的生命源泉，而且还是微型营养宝库。由于这些孢子的内含物都是呈游离状态，且这些游离物的尺寸都是纳米级的微小颗粒，极易被人体吸收。为此，为了充分获取孢子的内含物，人们在不断地追求将孢子其坚硬的壁壳打破。例如灵芝孢子的破壁技术研究已有二十多年，不同阶段流行着化学破壁法、生物酶破壁法、机械破壁法、物理破壁法、综合法等，这些破壁方法虽然都取得了一定进展，但是破壁效果不尽理想，因此大部分研究仅局限于在实验室中开展。
3.此外，在上述的所有破壁方法中，忽略了一个非常重要的问题，即如何尽量减少孢子在破壁过程中其内含物营养的流失。化学破壁法和生物酶破壁法由于这两种方法对孢子内含物营养的破坏太大，已逐步被市场淘汰。目前市场主流的机械破壁法技术门槛低、生产成本低廉，完全依靠机械的剪切力和研磨力等暴力行为来破壁孢子，造成破壁后部分孢子内含物有效成分被焦化和氧化，且不可避免的会出现重金属污染等问题。又例如物理破壁法多采用超低温气流碰撞法；高压(风洞)喷射法等破壁方法，导致部分细微的纳米级内含物营养挥发流失后回收困难。同时，因为破壁设备多为金属制造又不可避免导致被氧化和被重金属污染。
4.离开孢子破壁后内含物的数量和质量来谈论破壁率高低是不太科学的，虽然无论何种破壁技术，对孢子内含物都会有所破坏，但在追求较高破壁率的情况下如何尽量减少破壁工艺对孢子内含物的破坏程度才是需要认真对待的问题。例如破壁灵芝孢子，比较科学的检测方法就是按照mg/g来检测三萜和多糖的含量，来分析哪种破壁工艺技术比较先进。
5.随着激光应用技术的快速发展，利用激光破壁药源植物孢子和花粉孢子的技术也开始发展，但是激光破壁法如何尽可能地提高破壁效率和如何最大限度的防止破坏孢子内含物营养，是广泛推广使用激光应用于破壁药源植物孢子和花粉孢子的难题。激光器发出的激光光束细小，如用透镜聚焦，可将光能集中到微小的面积上，产生巨大能量。激光作为一种在生物、植物机体上引起刺激、烧灼等效应的手段，已在医疗、农业的实际应用上取得了良好效果。但是，将激光应用于破壁孢子，例如灵芝孢子无氧化破壁的技术上，则必须考虑到激光巨大的能量对其孢子内含物活性物质的破坏作用，这种破坏作用体现在以下两个方面：
6.(1)激光过度辐照的热效应引起孢子内含物的烧伤、炭化、汽化等。
7.(2)激光长时间辐照的光效应引起对孢子内含物的刺激、抑制及分解等破坏性作用。
8.同时，应用激光破壁法需要非常注意人体的安全问题，由于各类型常见的激光器
发出的激光波长范围涵盖了从266
‑
1064nm，其中部分激光波长的光对人体有不同程度的伤害。同时，高强度的可见光或近红外光对人体眼睛的伤害非常大，利用光学破壁技术、在激光器出光的加工过程中必须是无人值守的现场。
9.有鉴于此，本发明提供一种用于植物孢子无氧化激光破壁生产线中的光能接收区。


技术实现要素：

10.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于植物孢子无氧化激光破壁生产线中的光能接收区，具体为应用于激光药源植物孢子、花粉孢子的无内含物活性物质破坏、无氧化、无重金属污染破壁生产线中的光能接收区，本光能接收区是激光破壁法生产线上的一个工位。
11.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
12.一种用于植物孢子无氧化激光破壁生产线中的光能接收区，包括激光器、光能接受器和xy限位器；
13.所述光能接受器内流通有待破壁的悬浊液，所述激光器与所述光能接受器一一对应且用于对待破壁的所述悬浊液进行激光破壁；
14.所述光能接受器安装在所述xy限位器上，所述xy限位器用于调节所述光能接受器在x、y轴方向的位置。
15.进一步优选为：包括湍流发生器、光能接受玻璃管和隔离箱式泡沫隔离器；
16.所述湍流发生器、光能接受玻璃管和隔离箱式泡沫隔离器分别沿悬浊液输送方向依次连接。
17.进一步优选为：所述湍流发生器包括湍流促进器和泵，所述湍流促进器、光能接受玻璃管和隔离箱式泡沫隔离器依次连通且一体设置，所述泵与所述湍流促进器管道连接，以将所述悬浊液送入所述湍流促进器中。
18.进一步优选为：所述泵为直流调速型蠕动泵。
19.进一步优选为：所述湍流促进器包括箱体，所述箱体内设置有湍流促进室和第一水槽，所述第一水槽和所述湍流促进室之间开设有通孔，所述第一水槽与所述光能接受玻璃管一端连接且通过所述通孔与所述湍流促进室连通，所述湍流促进室相对于所述通孔的另一端设置有进料口，所述泵与所述湍流促进室进料口管道连接。
20.进一步优选为：所述湍流促进室内部设置有隔板，所述隔板包括第一隔板和第二隔板，所述第一隔板和所述第二隔板分别固定在所述湍流促进室内壁的相对两侧，所述第一隔板和所述第二隔板均设置有多个，多个所述第一隔板、第二隔板交错设置在所述湍流促进室进料口和所述穿孔之间。
21.进一步优选为：所述湍流促进室内部设置有凸条，所述凸条交错设置在所述湍流促进室内壁的相对两侧，所述凸条横截面为三角形且布置在所述湍流促进室进料口和所述穿孔之间。
22.进一步优选为：所述隔离箱式泡沫隔离器包括第二水槽和泡沫隔离室，所述第二水槽和所述泡沫隔离室之间开设有通孔，所述光能接受玻璃管一端与所述第一水槽连接，另一端与所述第二水槽连接，所述第二水槽通过所述通孔与所述泡沫隔离室连通，所述泡
沫隔离室上设置有泡沫出口和混合液出口。
23.进一步优选为：所述光能接受器设置有多个，多个所述光能接受器沿所述悬浊液输送方向依次串联，每一所述光能接受器均设置有与其相对应的一所述激光器和一所述xy限位器。
24.进一步优选为：所述激光器用于水平辐照所述光能接受玻璃管，或所述激光器用于由上往下辐照所述光能接受玻璃管。
25.综上所述，本发明具有以下有益效果：
26.1、极大的减少了药源植物孢子、花粉孢子破壁所需要的激光辐照时间，解决了利用激光技术破壁孢子可能出现的因长时间辐照而导致光污染难题，即激光辐照时的热效应和光效应对孢子内含物营养的破坏性影响。
27.2、光能接收区是生产线控制系统中的一个工位，是一条生产线控制系统的一个下级单元，可以实现模块化，完全可以根据所需要的产能设计多个并联的工位，使得工业化连续生产的全系统自动控制方便可行。
28.3、万一生产线上其中一个工位出现故障，包括光能接受器各组件故障和激光器故障等，生产线可以仅把该工位退出生产线而不影响其它工位，保障了生产线连续生产的可能性。
29.4、因为激光辐照的对象是高透光性玻璃材质的光能接受玻璃管，悬浊液在光能接受玻璃管的狭小夹层内，辐照区域内可以没有任何金属材料和化学材料，破壁后的原液完全在玻璃环境下和密封的管道内导流直至进入成品桶，彻底解决了孢子破壁过程中易于氧化、重金属污染和化学材料污染的难题。
30.5、自动化程度高。每一条生产线都可以实现无人值守(激光器工作时现场不留有工作人员)。同时，也很方便的扩展到对n条生产线进行统一自动化控制。
31.6、有一定的杀菌作用。本发明不但没有重金属污染、没有焦化污染、没有内含物营养流失的现象发生，反而是因为激光光能对大部分细菌有杀灭的功能。
32.7、由于是在纯水中进行植物孢子破壁，几乎不存在孢子内含物营养成分流失的可能，生产线出来的产品是提供给下游企业的破壁孢子原液，下游企业可根据自己的需要将破壁孢子原液和孢子壁壳进行分离、医学提纯等后处理。
附图说明
33.图1是实施例1中的结构示意图，主要用于体现激光器水平辐照时，光能接收区的结构；
34.图2是实施例1中的结构示意图，主要用于体现光能接受器的结构；
35.图3是实施例1中的剖视意图，主要用于体现湍流发生器的结构；
36.图4是实施例1中的剖视示意图，主要用于体现隔离箱式泡沫隔离器的结构；
37.图5是实施例2中的剖视示意图，主要用于体现湍流发生器的结构；
38.图6是实施例2中的剖视示意图，主要用于体现湍流发生器的结构；
39.图7是实施例3中的结构示意图，主要用于体现激光器俯视辐照时，光能接收区的结构；
40.图8是实施例1中松花粉孢子破壁前的电镜图；
41.图9是实施例1中松花粉孢子破壁后的电镜图；
42.图10是实施例1中油菜花粉孢子破壁后的电镜图；
43.图11是实施例1中玫瑰花粉孢子破壁后的电镜图。
44.图中，1、激光打击线；2、光能接受玻璃管；3、隔离箱式泡沫隔离器；31、泡沫隔离室；32、第二水槽；4、混合液出口；5、泡沫出口；61、泵；62、湍流促进器；621、第一水槽；622、湍流促进室；71、第一隔板；72、第二隔板；8、进料口；9、穿孔；10、通孔；111、罐体；112、磁力搅拌装置；113、磁力搅拌子；12、物料输入管；13、物料输出管；14、激光器；15、泡沫沉渣管道；16、xy限位器；17、z限位器。
具体实施方式
45.下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
46.实施例1：一种用于植物孢子无氧化激光破壁生产线中的光能接收区，如图1
‑
4所示，包括激光器14、光能接受器和xy限位器16。光能接受器内流通有待破壁的悬浊液，激光器14与光能接受器一一对应且用于对待破壁的悬浊液进行激光破壁。具体的，上述所说的悬浊液是特指由药源植物孢子、花粉孢子和纯水组成的悬浊液。光能接受器安装在xy限位器16上，xy限位器16用于调节光能接受器在x、y轴方向的位置。
47.参照图1
‑
4，湍流发生器、光能接受玻璃管2和隔离箱式泡沫隔离器3分别沿悬浊液输送方向依次连接。湍流发生器包括湍流促进器62和泵61，湍流促进器62、光能接受玻璃管2和隔离箱式泡沫隔离器3依次连通设置，且湍流促进器62、光能接受玻璃管2和隔离箱式泡沫隔离器3一体连接，从而形成整体。泵61与湍流促进器62管道连接，以将悬浊液送入湍流促进器62中。泵61为低压直流调速型蠕动泵。光能接受玻璃管2表面设置有激光打击线1。
48.参照图1
‑
4，湍流促进器62包括箱体，箱体内设置有湍流促进室622和第一水槽621。第一水槽621和湍流促进室622之间开设有穿孔9，第一水槽621与光能接受玻璃管2一端连接且通过穿孔9与湍流促进室622连通。湍流促进室622相对于穿孔9的另一端设置有进料口8，泵61与湍流促进室622进料口8管道连接，以使悬浊液进入湍流促进室622后再进入第一水槽621。湍流促进室622内部设置有隔板，隔板包括第一隔板71和第二隔板72，第一隔板71和第二隔板72分别固定在湍流促进室622内壁的相对两侧。第一隔板71固定在湍流促进室622相对于第一水槽621的另一侧，第一隔板71一侧与湍流促进室622内壁一侧固定，另一侧与湍流促进室622内壁另一侧非接触设置。第二隔板72固定在湍流促进室622靠近第一水槽621的一侧，第二隔板72一侧与湍流促进室622内壁一侧固定，另一侧与湍流促进室622内壁另一侧非接触设置。第一隔板71和第二隔板72均设置有多个，多个第一隔板71、第二隔板72交错设置在湍流促进室622进料口8和穿孔9之间。
49.在上述技术方案中，湍流发生器是一个控制流体速度、流量和流体形态的组件，由可调速蠕动泵和能够产生湍流的湍流促进器62组成。低压直流调速蠕动泵自身可以实时监控流体的流量和流速，即可以在蠕动泵本体编程控制定速、定流量的输送流体。也可以把蠕动泵的通讯接口作为一条生产线上，与上一级单位通讯的接口，由上级控制系统进行扩展并由上级控制系统来控制流体的流量和流速。蠕动泵的功能之一是能够定速和定流量的向串联在蠕动泵和光能接受玻璃管2之间的湍流促进器62输送流体(悬浊液)；功能之二是与上级控制系统通讯，且蠕动泵本体不接触流体，不会对流体(悬浊液)造成污染。使得流体进
入湍流发生器后流体输出时能够控制流速和流量，以及发生的流态改变，使得进入光能接受玻璃管2的悬浊液实现了在玻璃槽管狭小的流场内微米级固体孢子颗粒能够上下翻动。密集的孢子群以最快的置换率经受激光能量的辐照而破壁，使得孢子做到既能够被激光的能量破壁，又不会因辐照时间过长而焦化孢子的内含物。
50.湍流促进器62串联在蠕动泵和光能接受玻璃管2之间，湍流促进器62设置目的主要在于使进入光能接受玻璃管2的流体产生湍流。湍流促进器62采用定制的二氧化硅单一成分的玻璃制作为薄扁平形的玻璃通道形状，在该玻璃通道内熔接具有一定间隔的玻璃的突起物(第一隔板71、第二隔板72)，当流体流过第一隔板71、第二隔板72时，流体的流动方向会不断改变，从而促进湍流形成。玻璃材质的湍流促进器62不会对物料造成污染。
51.参照图1
‑
4，隔离箱式泡沫隔离器3包括第二水槽32和泡沫隔离室31，第二水槽32和泡沫隔离室31之间开设有通孔10。光能接受玻璃管2一端与第一水槽621连接，另一端与第二水槽32连接，第二水槽32通过通孔10与泡沫隔离室31连通。泡沫隔离室31上设置有泡沫出口5和混合液出口4，泡沫出口5位于泡沫隔离室31相对于通孔10的另一侧。
52.在上述技术方案中，光能接受玻璃管2的形状为薄扁平型空心状，由二氧化硅单一成分高透光性的玻璃制作而成，分为二个接受辐照面和二个侧面。光能接受玻璃管2辐照面之间的间隔距离，由匹配的激光器14类型和其设置的出光参数、以及物料孢子的种类、以及物料流体的速度和流量来共同确定。同理，光能接受玻璃管2的辐照面的尺寸，必须满足接受激光器14出光对其辐照的技术参数要求。由于激光器14的光束是各种不同的单色光，透光性基本就完全取决于玻璃的材质。光能接受玻璃管2的玻璃材质要求是在整个光谱波段都有较好的透光性能、折射性低、热膨胀系数小、化学热稳定性高、光滑且容易消毒清洗的玻璃材质。激光辐照玻璃时，其中一部分透过玻璃、一部分由玻璃表面反射出去，因此，为了提高孢子的破壁效率，必须选择透光性平均高于95％的透光玻璃。由于光能接受玻璃管2是对称设计制作的，在这里把二个光能接受面分为a、b二面。如果a面因长期接受激光辐照、玻璃受辐照部分出现玻璃磨砂现象(被激光的瑞利效应打毛了)，则可以简单的更换b面作为激光辐照接受面。
53.孢子的尺寸各不相同，例如灵芝孢子的平均尺寸是6
×
9um；松花粉孢子的平均尺寸是35
×
50um。在制备悬浊液物料时就已经根据所破壁处理孢子的类型和孢子的尺寸决定了悬浊液里孢子的质量百分比。光能接受玻璃管2接受辐照面的间距可以根据悬浊液里孢子类型事先定制。在湍流发生器的作用下，流体进入光能接受玻璃管2的悬浊液流体呈现出湍流形态、即乱流形态，悬浊液内的固体微粒孢子在光能接受玻璃管2狭小的空间内做翻滚运动，尽量的让每一粒孢子都能够接受激光的辐照而破壁。
54.隔离箱式泡沫隔离器3的功能：微小气泡总是存在于悬浊液流体中，不溶性微小气泡在悬浊液流体中受悬浊液表面较稳定液膜的影响而难以向外逃逸，当物料受到激光辐照时因热量产生的气泡聚集物就会形成泡沫，泡沫的稳定性与流体的黏度大小、表面的弹性作用、表面的流变性都有关系。流体在通过光能接受玻璃管2夹层接受激光光能的辐照后，热效应使得流体中的微小气泡聚集成为泡沫并堆积在流体上层，过多的泡沫严重影响了激光破壁的效率，因此，本发明设置了采用二氧化硅单一成分的玻璃制作而成的隔离箱式泡沫隔离器3。
55.如果从第一个光能接受器流出的流体带有因孢子破壁升温而引起的大量泡沫，这
对该工位以后串联的光能接受器激光辐照孢子的破壁效率带来不好的影响，泡沫隔离器可以比较好的解决该问题。通过用显微镜观看泡沫，可以看到泡沫里面还存在不少细微的孢子壁壳碎渣，把已经破壁的孢子壁壳碎渣通过泡沫隔离器分离出流体，对下一个光能接受器的孢子破壁效率提高有很大的帮助。
56.有边界层的流体系统在流动时，分为层流、过渡流、湍流这三种流态，流体通过生产线输送管路系统流动到本光能接受器输入端时，在经过管路系统的输送后，管道内的物料受重力和其它因素的影响，会逐渐出现层流形态，大部分孢子沉积在管道内流体下部，这时，为了提高激光破壁法的效率和避免激光破壁时对孢子内含物的破坏，非常有必要改变流体的形态为湍流形态。为此本发明先将事先已经制备好的物料，即孢子和纯水的悬浊液由管路系统将物料输送至本光能接受器输入端，由工位控制系统事先编程定速和定流量(或者由蠕动泵事先编程定速和定流量)提取后经湍流促进器62至光能接受玻璃管2的输入端，实现精准的控制进入光能接受玻璃管2流体的流速和流量；湍流促进器62则使得进入光能接受玻璃管2的流体呈现湍流形态。
57.参照图1
‑
4，为起到良好的破壁效果，优选的，光能接受器设置有多个，多个光能接受器沿悬浊液输送方向依次串联，每一光能接受器均设置有与其相对应的一激光器14和一xy限位器16。xy限位器16为电动或手动xy平移台，由于xy限位器16为现有技术，因此xy限位器16的具体结构及工作原理在此不在赘述。光能接受器串联时，上级光能接受器的混合液出口4与下级光能接受器的湍流促进室622的进料口8管道连接，光能接收区内布置有泡沫沉渣管道15，每一光能接受器上的泡沫出口5均与泡沫沉渣管道15单独连接。根据具体破壁情况及需求，一个光能接收区可串联任意数量的光能接受器。激光器14用于水平辐照光能接受玻璃管2，即光能接受玻璃管2为立式安装且激光器14安装在光能接受玻璃管2水平方向的一侧，以便激光器14水平出光。
58.在上述技术方案中，激光破壁法就是利用透镜聚焦将激光光束聚集成激光焦点(光斑)，依靠光斑的能量把孢子的壁壳烧灼穿孔进行破壁。因此，知道破壁各种类孢子所需的激光峰值功率能量数据后，激光光斑的中心定位以及有效光能的充分利用是对孢子进行无损和高效破壁的关键所在。根据瑞利效应，一般激光器14从光斑的峰值功率衰减10％的区间在1
‑
2mm以内、即以光斑为中心
±
0.5
‑
1.0mm的这个区间，孢子进入该区间才能接受到最合适的激光破壁能量。如何实现在薄扁平型的光能接受玻璃槽管内激光光斑的精准定位，使得合适的激光能量能够无损高效的对孢子进行破壁，这是激光破壁法生产线工艺中的一个重要环节。为此本发明通过设置激光器14、光能接受器和xy限位器16，使得在激光器14引导光的引导下，通过xy限位器16以微米级的精度位移来精准定位激光的光斑中心在光能接受玻璃管2内的指定位置。激光器14固定在工位基座台面上合适的位置，该位置与激光器14的聚焦镜参数相关。通过xy限位器16控制光能接受玻璃管2在xy方向的位移行程来配合光斑的中心定位，其中x方向定位光能接受玻璃管2的居中垂直线；y方向定位光斑在薄扁平型的光能接受玻璃管2辐照面内的指定位置。
59.将本激光光能接受区应用到松花粉孢子破壁、油菜花粉孢子破壁和玫瑰花粉孢子破壁试验中，最后得到图8
‑
11。破壁后松花粉孢子、油菜花粉孢子、玫瑰花粉孢子原液经检验，其孢子内含物的主要指标物含量mg/g远高于目前市场主流品牌产品。
60.实施例2，一种用于植物孢子无氧化激光破壁生产线中的光能接收区，参照图5
‑
6，
与实施例的区别在于，湍流促进室622内的第一隔板71和第二隔板72由凸条代替。具体为：湍流促进室622内部设置有凸条，凸条交错设置在湍流促进室622内壁的相对两侧，凸条横截面为三角形且布置在湍流促进室622进料口8和穿孔9之间。
61.实施例3，一种用于植物孢子无氧化激光破壁生产线中的光能接收区，参照图7，与实施例的区别在于，激光器14用于由上往下辐照光能接受玻璃管2，即光能接受玻璃管2为卧式安装且激光器14安装在光能接受玻璃管2上方一侧，以便激光器14俯视出光。激光器14底部设置有z限位器17，z限位器17就是一台z方向电动/手动升降台，z限位器17用于带动通过激光器14上下移动，以定位光斑在薄扁平型的光能接受玻璃管2辐照面内的指定位置。
62.在上述技术方案中，采用激光俯视出光方式时，激光器14出光的方向是向下俯射的，因此为了防止激光反射，光能接受玻璃管2下方的xy限位器16及工位基座需要设置出镂空部分，以使激光通过镂空部分向下穿过xy限位器16及工位基座。
63.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。