本发明专利技术公开了一种基于液电爆轰技术的可控微藻破壁装置，属于脉冲功率与生物提取交叉领域技术领域。该装置包括：高压脉冲形成回路、放电腔、微藻破壁室和微藻存输模块；放电腔为圆柱体，采用声阻抗与水相同的硅胶；高压脉冲形成回路连接放电腔两端的电极，形成高压脉冲对电极间的负载作用，激发出激波；微藻破壁室为圆柱体，嵌套设置在放电腔的外侧；微藻破壁室装载藻液，利用放电腔产生的激波进行破壁处理；微藻存输模块将微藻原液运输至微藻破壁室，并收集储存已处理藻液。利用液电爆轰技术在液体中产生激波直接对微藻原液进行破碎，后续可直接进行提取操作，无需传统的冷冻、干燥步骤，节省了整个微藻提取工艺的能耗和时间，提高了效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于脉冲功率与生物提取交叉领域，更具体地，涉及一种基于液电爆轰技术的可控微藻破壁装置。
技术介绍
1、由于微藻营养丰富，富含微量元素和各类生物活性物质,而且易于人工繁殖、生长速度快、繁殖周期短、占用耕地少,所以在医药、保健品、化妆品、水产养殖饵料、饲料添加剂、化工和环保等方面具有广阔的应用前景。然而，对于微藻资源的有效及可持续利用，仍然存在许多障碍。传统的微藻生物炼制工艺，包括微藻的培养、采收、冷冻、干燥、破碎、提取、纯化，整个工艺复杂且能耗高，严重制约微藻资源的工业化利用。
2、同时，微藻炼制工艺中一个关键步骤就是微藻细胞的破碎，其在整个过程中成本最高，是微藻内活性成分的高效回收等下游加工的焦点和关键。目前最为常见的细胞破壁方法有高压均质法,冻融法、超声波法、有机溶剂法、研磨法、微波加热法和复合酶法等。
3、然而上述方法的微藻生物炼制技术中存在工艺步骤繁多、能耗高和已有破壁技术效率低、污染环境和不能规模化放大等诸多问题。
技术实现思路
1、针对相关技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于液电爆轰技术的可控微藻破壁装置，旨在解决目前微藻生物炼制工艺步骤繁多、能耗高和已有破壁技术效率低、污染环境和不能规模化放大的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于液电爆轰技术的可控微藻破壁装置，包括：高压脉冲形成回路、放电腔、微藻破壁室和微藻存输模块；
3、所述放电腔为圆柱体，其腔体材料采用声阻抗与水相同的硅胶；
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p>4、所述高压脉冲形成回路连接所述放电腔两端的电极，所述高压脉冲形成回路用于形成高压脉冲对所述放电腔的两个电极间的负载进行作用，激发出激波；5、所述微藻破壁室为圆柱体，所述微藻破壁室嵌套设置在所述放电腔的外侧；所述微藻破壁室用于装载藻液，利用所述放电腔产生的激波对微藻细胞进行破壁处理；
6、所述微藻存输模块用于将微藻原液运输至所述微藻破壁室，并收集储存已处理藻液。
7、可选的，所述放电腔内充满去离子水，所述放电腔内产生激波的负载形式为液电效应。
8、可选的，所述放电腔内的两个电极间装设一根金属丝，所述放电腔内产生激波的负载形式为金属丝爆。
9、可选的，所述放电腔内产生的激波随距离呈指数衰减，所述微藻破壁室设置于所述激波的幅值衰减至1/3后的波段处；
10、所述负载形式为液电效应时，所述激波的幅值表达式为：
11、
12、其中，pr1是距离两个电极中心点r1处的冲击波幅值，r1是与激波中心的距离，a1是强度系数，b1是衰减系数；
13、所述负载形式为金属丝爆时，所述激波的幅值表达式为：
14、
15、其中，pr2是距离金属丝r2处的冲击波幅值，r2是与激波中心的距离，a2是强度系数，b2是衰减系数。
16、可选的，所述负载形式为金属丝爆时，可控微藻破壁装置还包括自动换丝装置；
17、所述自动换丝装置设置在所述放电腔的电极位置，用于在每一次金属丝爆完成后，自动替换两个电极间装设的金属丝。
18、可选的，还包括上位机控制模块；
19、所述上位机控制模块与所述高压脉冲形成回路、微藻破壁室和微藻存输模块分别连接；所述上位机控制模块用于协调控制所述高压脉冲形成回路、微藻破壁室和微藻存输模块。
20、可选的，所述上位机控制模块通过控制高压脉冲形成回路的参数来控制所产生激波的强度，所述高压脉冲形成回路的参数包括电容值、电感值、电容电压以及负载形式。
21、可选的，所述微藻存输模块包括第一藻液泵送装置、第二藻液泵送装置和藻液储存罐；
22、所述第一藻液泵送装置的一端通过软管与微藻培养池连接，另一端通过软管与所述微藻破壁室的入口连接，所述第一藻液泵送装置用于将微藻原液运输至所述微藻破壁室；
23、所述第二藻液泵送装置的一端通过软管与所述微藻破壁室的出口连接，另一端通过软管与所述藻液储存罐连接，所述第二藻液泵送装置用于将已处理藻液收集并储存至藻液储存罐。
24、可选的，藻液的流速v和激波的频率f满足下面的公式：
25、
26、其中，v是藻液的流速，s是藻液输送管道的横截面积，f是产生激波的频率，v是藻液破壁室中单次处理的藻液容量。
27、可选的，所述上位机控制模块控制所述第一藻液泵送装置和第二藻液泵送装置的泵送的启停和速度；
28、所述上位机控制模块控制所述高压脉冲形成回路的回路参数触发频率。
29、通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下
30、有益效果：
31、1、本专利技术提供的一种基于液电爆轰技术的可控微藻破壁装置，将放电腔和微藻破壁室嵌套设置，两者均为圆筒型，且中轴线重合，放电腔的腔体材料采用采用声阻抗与水相同的硅胶，将圆筒型结构划分为内外两个腔室，放电腔为内侧腔室，微藻破壁室为外侧腔室，放电腔内产生高压脉冲形成脉冲电流，基于液电效应或者金属丝爆形成激波，产生的激波对微藻破壁室内的微藻细胞进行破壁处理；利用液电爆轰技术即在液体中的脉冲放电产生的激波对微藻细胞进行破壁处理，处理效果好，稳定可控、操作性强；并且在破壁处理过程中，无需使用任何化学试剂，对环境友好。进一步的，处理对象为微藻原液，微藻等生物质细胞内的高价值成分暴露，后续可直接进行提取操作，无需传统提取步骤的冷冻、干燥步骤，大大节省了整个微藻内高价值成分提取工艺的能耗和时间，提高了效率。
32、2、本专利技术提供的一种基于液电爆轰技术的可控微藻破壁装置，由于激波随距离呈指数衰减，微藻破壁室利用衰减至1/3最大值后的波段进行破壁处理，激波幅值相对均一，处理效果一致；使用声阻抗与水相同的硅胶将放电腔和微藻破壁室进行分隔，在不影响激波传播和处理的同时可以解决液电爆轰技术污染的问题，对环境友好，无污染。
33、3、本专利技术提供的一种基于液电爆轰技术的可控微藻破壁装置，通过设置微藻存输模块，可流动式连续对微藻等生物质进行破壁处理，不断将微藻原液从藻液储存罐中运输至微藻破壁室，同时收集并储存已处理藻液至藻液储存罐，具有良好的工业化生产前景。
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【技术保护点】
1.一种基于液电爆轰技术的可控微藻破壁装置，其特征在于，包括：高压脉冲形成回路、放电腔、微藻破壁室和微藻存输模块；
2.如权利要求1所述的可控微藻破壁装置，其特征在于，所述放电腔内充满去离子水，所述放电腔内产生激波的负载形式为液电效应。
3.如权利要求1所述的可控微藻破壁装置，其特征在于，所述放电腔内的两个电极间装设一根金属丝，所述放电腔内产生激波的负载形式为金属丝爆。
4.如权利要求2或3所述的可控微藻破壁装置，其特征在于，所述放电腔内产生的激波随距离呈指数衰减，所述微藻破壁室设置于所述激波的幅值衰减至1/3后的波段处；
5.如权利要求3所述的可控微藻破壁装置，其特征在于，所述负载形式为金属丝爆时，可控微藻破壁装置还包括自动换丝装置；
6.如权利要求1所述的可控微藻破壁装置，其特征在于，还包括上位机控制模块；
7.如权利要求6所述的可控微藻破壁装置，其特征在于，所述上位机控制模块通过控制高压脉冲形成回路的参数来控制所产生激波的强度，所述高压脉冲形成回路的参数包括电容值、电感值、电容电压以及负载形式。
8.如权利要求1所述的可控微藻破壁装置，其特征在于，所述微藻存输模块包括第一藻液泵送装置、第二藻液泵送装置和藻液储存罐；
9.如权利要求8所述的可控微藻破壁装置，其特征在于，藻液的流速v和激波的频率f满足下面的公式：
10.如权利要求9所述的可控微藻破壁装置，其特征在于，所述上位机控制模块控制所述第一藻液泵送装置和第二藻液泵送装置的泵送的启停和速度；
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【技术特征摘要】
1.一种基于液电爆轰技术的可控微藻破壁装置，其特征在于，包括：高压脉冲形成回路、放电腔、微藻破壁室和微藻存输模块；
2.如权利要求1所述的可控微藻破壁装置，其特征在于，所述放电腔内充满去离子水，所述放电腔内产生激波的负载形式为液电效应。
3.如权利要求1所述的可控微藻破壁装置，其特征在于，所述放电腔内的两个电极间装设一根金属丝，所述放电腔内产生激波的负载形式为金属丝爆。
4.如权利要求2或3所述的可控微藻破壁装置，其特征在于，所述放电腔内产生的激波随距离呈指数衰减，所述微藻破壁室设置于所述激波的幅值衰减至1/3后的波段处；
5.如权利要求3所述的可控微藻破壁装置，其特征在于，所述负载形式为金属丝爆时，可控微藻破壁装置还包括自动换丝装...
【专利技术属性】
技术研发人员：李柳霞，彭梓皇，刘毅，高毅凡，徐尤来，林福昌，张钦，李化，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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