一種空化撞擊流微藻細胞破壁裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種空化撞擊流微藻細胞破壁裝置，屬于微藻細胞破壁領域。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著我國經濟的高速發展，全球性化石能源日益短缺和其開發利用產生的相關環境污染問題日益突出，開發利用清潔可再生的生物質能源迫在眉睫。其中，藻類生物質因具有光合效率高、環境適應能力強、生長周期短、易于繁殖、不占用耕地面積、生物量大和高效固炭等諸多優點，已成為制備生物柴油的潛在原料之一。然而，在微藻生物質的開發利用過程中，絕大多數的微藻具有堅韌的纖維素性細胞壁，阻礙細胞油脂的提取，而油脂的有效提取可以顯著降低微藻生物柴油的制作成本，因而需要通過一些特殊的方法對其進行細胞破壁處理。
[0003]目前最為常見的細胞破壁方法有高壓均質法、凍融法、超聲波法、有機溶劑法、研磨法、微波加熱法和復合酶法等。然而上述方法存在著步驟繁多、適用范圍有限、能耗過高、破壁時間長、破壁效率低下、不易實現破壁工業化等諸多問題。如何能夠高效對微藻原料進行破壁處理，克服上述的諸多問題，開發一種新型高效的細胞破壁裝置技術具有重要意義。
[0004]空化撞擊流是基于水力空化和撞擊流兩種技術提出來了，使兩股攜帶大量空化泡的空化射流相向流動并撞擊，空化產生的空泡會在其潰滅時產生瞬時高溫高壓和微射流反復作用于細胞表面，打破分子結構，將有機物分子擊碎，從而使細胞破壁。而相互流動的兩股液體相向撞擊時產生強烈的碰撞、剪切、擠壓等相互作用下使細胞發生破裂，從而使細胞破壁。同時由于強烈的碰撞，部分流體的流動能轉化為振動能，在撞擊區形成強烈的湍動，增大空化發生的湍流條件，進而使空化現象在撞擊區繼續發生，空泡潰滅效果更好，細胞破壁率更高。此外，與傳統的細胞破壁相比，具有能耗低，裝置簡單、維護費用低和易于工業化等顯著優勢。
[0005]雖然，目前關于細胞破壁的裝置種類繁多，但關于空化耦合撞擊流高效進行細胞破壁的裝置卻未見報道，因而，本發明公開了一種新型高效空化撞擊流微藻細胞破壁裝置。
【發明內容】
[0006]為了克服目前已有破壁技術能耗高、效率低和不能規模化放大等不足，本發明提供了一種空化撞擊流微藻細胞破壁裝置，該微藻細胞破壁裝置簡單、維護費用低和易于工業化等顯著優勢。
[0007]本發明的技術方案是:
一種空化撞擊流微藻破壁裝置，包括管路循環系統、空化撞擊流系統和測量系統；所述管路循環系統包括原料箱、循環栗、閥門I ~III;所述空化撞擊流系統包括水力空化反應器、撞擊室、噴嘴；測量系統包括流量計、壓力表；
所述原料箱與循環栗的進口通過管路相連，循環栗的出口通過2N個支路與撞擊室相連，撞擊室的出口與閥門III通過管路相連后回到原料箱，形成一個完整的閉合循環；所述N ^ 1 ；
所述支路上從循環栗的出口到撞擊室的管路上依次設置閥門I1、流量計、壓力表、水力空化反應器、噴嘴；所述噴嘴與撞擊室固定連接，并對稱布置于撞擊室內；
所述循環栗的出口通過管路與到原料箱相連，所述循環栗出口到原料箱的管路上設有閥門I。
[0008]所述支路數量為4，其中，N=2。
[0009]所述原料箱容積為30L ;循環栗揚程為45~60m ;所述管路循環系統均采用316L不銹鋼，規格為i>20mm*2mm ;所述壓力表的范圍為0~0.6MPa，所述流量計為轉子流量計。
[0010]所述水力空化反應器為可嵌入孔板式可拆卸法蘭盤空化反應器，法蘭盤公稱通徑為20mm，外徑為100mm，厚度為14mm。
[0011]所述孔板為單孔或多孔孔板，開孔率為0.02-0.1。
[0012]所述多孔孔板的孔數為5~20個。
[0013]一種空化撞擊流微藻細胞破壁裝置的使用方法，具體包括如下步驟:
A、在原料箱中加入流體和未破壁的微藻細胞原料，并攪拌混合均勻；
B、開啟循環栗，通過調節閥門II和閥門III使流體和微藻細胞混合物充滿整個管道；
C、流體和微藻細胞混合物流經轉子流量計和壓力表后，進入水力空化反應器，隨后在撞擊室內經2N個對稱布置的噴嘴后發生碰撞；
D、撞擊室內碰撞后的流體和微藻細胞混合物經閥門III后流入原料箱，繼續進行下一個循環。
[0014]所述微藻細胞原料為脂質含量較高的富油微藻或可產生生物活性的經濟微藻，所述的流體為水、甲醇、乙醇等流動性較好的液體。
[0015]所述微藻細胞原料為小球藻、杜氏硅藻、鹽藻和扁藻等。
[0016]步驟C所述的流體和微藻循環反應的時間為10~30min。
[0017]本發明所述裝置工作時，壓力最優為(λ 4MPa，
本發明的有益效果是:
(1)相比于傳統的機械破壁和超聲破壁，本發明采用的空化撞擊流微藻細胞破壁裝置能耗低、反應速率快、細胞破壁率高達80%。
[0018](2)本發明采用的空化撞擊流微藻細胞破壁裝置簡單，維護費用低，可連續破壁，易于實現規模化生產。
[0019](3)本發明采用的空化撞擊流微藻細胞破壁裝置無需使用任何化學試劑，不會對環境產生污染。
[0020](4)本發明采用的空化撞擊流微藻細胞破壁裝置，充分利用了空泡潰滅產生的瞬時微射流、沖擊波和撞擊區碰撞、剪切和擠壓形成的強烈湍動和壓力波動，撞擊區的強烈湍動增加了空化發生的湍流條件，使空化在撞擊區繼續發生，大大提高了破壁效果。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明一種空化撞擊流微藻細胞破壁裝置的結構示意圖；
圖2為水力空化反應器的內部結構示意圖(以單孔為例)；
圖3為撞擊室俯視圖； 圖中:1、原料箱；2、循環栗；3、閥門I ;4、閥門II ;5、流量計；6、壓力表；7、水力空化反應器；8、撞擊室；9、噴嘴；10、閥門III。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0023]本發明一種空化撞擊流微藻細胞破壁裝置如圖1所示，主要包括管路循環系統、空化撞擊流系統和測量系統。管路循環系統包括原料箱、循環栗、閥門；空化撞擊流系統包括水力空化反應器、撞擊室、帶液體射流的噴嘴；測量系統包括流量計、壓