一种大幅提高藻蓝蛋白含量的新方法与流程

1.本发明涉及食品加工领域，尤其涉及一种大幅提高藻蓝蛋白含量的新方法。


背景技术：

2.藻蓝蛋白是从螺旋藻中分离出的一种深蓝色粉末。主要存在于螺旋藻、红藻和隐藻中。藻蓝蛋白可以帮助调节、合成人体代谢所需要的多种重要的酶，对抑制癌细胞的生长和促进人体细胞再生、保养卵巢、促进人体内合成弹力蛋白具有重要作用，同时藻蓝蛋白调节人体免疫系统，增强免疫系统功能，提高人体对疾病的抵抗力。现今提取螺旋藻细胞液一般采用冻融法：将细胞置低温下冰冻一定时间，然后取出置室温下融化，如此重复冻融多次，细胞可在形成冰粒和增高剩余胞液盐浓度的同时，发生溶胀破碎。冻融法虽然简单方便，但耗时耗力，易损坏蛋白质活性。因此需要探寻一种新方法来提取螺旋藻细胞液。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种大幅提高藻蓝蛋白含量的新方法，本发明提供一种基于高能脉冲对细胞电穿孔的装置，能够快速提取螺旋藻中的细胞液并尽可能降低对细胞液中藻蓝蛋白的破坏。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种大幅提高藻蓝蛋白含量的新方法，其特征在于：包括高压脉冲发生器、螺旋藻破膜处理室、控制与检测系统、液料输送系统组成；所述高压脉冲发生器具有产生高压脉冲的功能，产生的高压脉冲作用于螺旋藻破膜处理室的电极；所述螺旋藻破膜处理室为螺旋藻破膜后释放藻蓝蛋白的场所；所述液料输送系统与螺旋藻破膜处理室的一侧相连，用以向处理室输送螺旋藻原液；所述控制与检测系统主要负责维持高压脉冲杀菌设备的正常运行。
5.作为本发明的进一步改进，所述高压脉冲发生器配有直流高压源控制平台和升压变压器，将输入的220v交流电转换为高压直流电。
6.作为本发明的进一步改进，所述螺旋藻破膜处理室利用产生的高压脉冲将液料输送系统输送来的螺旋藻细胞膜击穿，使螺旋藻内部的藻蓝蛋白得以释放至细胞外。
7.作为本发明的进一步改进，所述控制与检测系统包括电源电路、fpga stm32接口电路、rs232和rs485通讯电路、脉冲输出电路以及ad采集电路，通过ad采集数据以及设定好的原始参数实现对输出的高压脉冲的控制。
8.作为本发明的进一步改进，所述液料输送系统由蠕动泵构成，将待处理的螺旋藻物料送入螺旋藻破膜处理室，破膜完成后进行冷却收集。
9.本发明所述的一种大幅提高藻蓝蛋白含量的新方法，其特征在于，具体步骤如下：a）将220v的标准交流电压经过逆变压器变成几十kv的交流电，然后通过整流变成高压直流电压，在经过高压半导体开关生成指数衰减波的高压脉冲发生器。；b）利用生成高压脉冲对螺旋藻进行破膜处理的螺旋藻破膜处理室；
c）发出脉冲触发信号控制高压半导体开关驱动器、控制液料输送系统输送物料到螺旋藻破膜处理室、完成对螺旋藻破膜处理室各项监测参数的采集控制与检测系统；d）将待破膜螺旋藻物料送入螺旋藻破膜处理室，破膜完成后进行冷却收集的液料输送系统。
10.相对于现有技术，本发明的有益效果在于：1）针对传统藻蓝蛋白提取方法耗时耗力的情况，本发明通过利用高能脉冲（pef）对细胞电穿孔的现象和机理，采用高能脉冲击破螺旋藻细胞膜，不仅降低了成本，大幅度减少了设备体积，还降低了提取过程中藻蓝蛋白的损耗；2）本发明设计了一块以 stm32f103zet6 为核心的主控板，完成了以下功能：通过控制fpga 输出脉冲控制信号给光纤发射器，通过光纤将脉冲控制信号传输给高压半导体开关驱动器，大幅提高了系统的稳定性和安全性；3）本发明设计了一块以 cpld为核心的高压半导体开关驱动器，驱动高压半导体开关的通断，通过对两种电路进行电路结构的修改，可以进行不同的高隔离度dc-dc电压转换。
附图说明
11.图1为本发明中细胞膜的电穿孔过程图。
12.图2为本发明中主控板硬件电路结构图。
13.图3为本发明中高压半导体开关驱动器硬件电路结构图。
14.图4为本发明中双极性高压脉冲发生器电路示意图。
15.图5本发明中液料输送系统控制结构框图。
具体实施方式
16.下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
17.如图1所示，由于微生物的细胞膜对电场较为敏感，当一定强度的脉冲电场作用于细胞膜上时，细胞膜内外侧就会形成电位差，并引起一系列的电化学反应。这些反应改变了细胞膜磷脂双分子层的性质和结构，造成细胞膜的原膜孔扩大数倍，形成了疏水性更好的新膜孔。随着大膜孔的增多，细胞膜的通透性也逐渐变好，细胞外许多小分子物质（主要是水分子）穿过细胞膜进入细胞内部，细胞体积逐渐变大，最终导致细胞膜膨胀破裂，细胞中的物质外泄，从而达到获取螺旋藻细胞细胞液的目的。
18.如图2所示，主控板硬件电路主要包括电源电路、fpag stm32接口电路、rs232 和rs485通信电路、ad 采集电路、脉冲输出电路以及继电器输出电路。电源电路的功能是为主控板中各个模块电路供电。 fpag stm32接口电路采用stm32f103zet6的可变静态存储控制器(flexible static memory controller，fsmc)并行总线接口的方式实现与 fpga 的通信。rs232 和rs485通信电路与stm32相连，rs232串口用以和人机交互设备嵌入式监控平台进行通信；rs485串口用以和液料输送系统进行通信。ad采集电路接在stm32上用来采集系统运行时螺旋藻破膜处理室中的温度、压力和流量。脉冲输出电路受fpga控制采用光纤传输的方式将脉冲控制电信号转换为光信号发送给开关驱动器。继电器输出电路受stm32控
制用来控制整个系统的电源、制冷压缩机的启停、设备机柜门的开关和报警灯输出。
19.如图3所示，高压半导体开关驱动器硬件电路包括cpld及其外围电路、电源电路、脉冲输入电路、igbt驱动电路。cpld及其外围电路用来处理脉冲控制信号。电源电路采用芯片 ams1117cd-3.3降压得到 3.3v经过电容滤波后给脉冲输入电路和cpld基本外围电路供电。脉冲输入电路的主要功能是接收fpga通过光纤发射器发送过来的脉冲控制信号，将传输过来的光信号转换成电信号，实现信号电-光-电的转换，并由cpld进行接收处理。igbt驱动电路是对脉冲控制信号进行电平转换，将脉冲中的3.3v转换为 15v， 0v转换为-10v，提高其驱动能力，以便能顺利控制 igbt 的导通和关断。
20.如图4所示，图为双极性高压脉冲发生器电路。其中直流高压源控制平台输出可调交流电压 0~220v，直流高压源是一个升压变压器，最高升压倍数可达300倍。对于上半部分正极性脉冲电源，控制平台输出电压经过升压变压器升压，给储能电容c1充电， r1为充电缓冲电阻。高压半导体开关是脉冲电源最关键的器件，输出脉冲的上升沿时间和下降沿时间很大程度上受开关的导通和关断时间影响，可靠的开关也往往决定着高压脉冲发生器的寿命，其实际电路为多个igbt串联而成，由开关驱动器提供的脉冲信号控制其通断。r4和l1为线路自带的电阻和电感，螺旋藻破膜处理室既有阻抗特性，又有容抗特性，故等效为电容c3和电阻r3并联，为防止电感l1和电容c3串联产生lc谐振，影响脉冲波形，在电感l1两端并联续流二极管d1，下半部分负极性脉冲电源同理。
21.如图5所示，液料输送系统受stm32控制，主控制器 stm32 将作为主机通过 rs485 通讯接口，按照modbus通信协议与从机蠕动泵进行通讯，从机收到命令后，实现命令中的相应功能。