专利名称：从生物材料中释放细胞内物质的制作方法
相关申请的相互参照本申请是1999年4月12日提交的待批美国专利申请No.09/290,483的部分继续申请，而后者则是1997年7月18日提交的现在已经放弃的美国专利申请No.08/897,015的继续申请，这两个申请都是属于查尔斯·A·阿诺德(Charles A.Arnold)，并且两者的题目都是“把材料粉碎成小颗粒的装置和方法”。
许多植物、动物、细菌和真菌在其细胞内包括有用的物质。这些物质可以用于药品、营养保健品、洗剂及类似物。其它的可能有农业或者工业上的应用。例如，在卡法植株的细胞内有小的卡法内酯颗粒，卡法内酯有神经活性。太平洋岛民种植卡法植物并且用剁碎的卡法根片做成镇静茶，卡法根含有5-15％干重的卡法内酯。一种用卡法植物制造的粉末以胶囊的形式当作营养品出售。然而，由于卡法植株细胞膜质壁的强度，难于提取卡法内酯的颗粒。
所有的植物和真菌细胞壁主要是细胞膜质组成的，细胞膜质一般是长的交联的细丝的形状。这种为植物和真菌提供机械支撑的细胞壁必然非常地坚实并且不易通过机械或者化学的手段打开或者破碎。
一个破开细胞壁以释放内部物质的方法是研磨植物或者真菌材料。但是，许多细胞壁仅在研磨时压扁而基本上不被破开。许多所需要得到的物质保留在压扁的细胞壁内。研磨植物或者真菌材料把细胞的所有的物质都混合在一起，包括细胞膜质，这使之难于从不需要的残渣分离有用的物质。研磨产品是不纯的一产品保留所有的研磨之前在碎料中的不纯物。因为每种植物样品可含有不同含量的不纯物或者无活性的成分，研磨产品的预期应用上的有效性可有很大的差异。
另一个打开细胞膜质细胞壁以提取细胞内物质的方法是采用分解细胞膜质壁的化学物品。所述的化学物品可包括溶剂或者酸，它们可污染细胞内的所需要的物质。可能需要附加的处理去除这些化学药品，这对提取过程增加了成本。化学药品还可能改变所需要的细胞内物质，使之弱化、无用、甚至会有害。
有些取自细胞内的物质可以通过在热水或者开水中浸泡植物或者真菌材料提取，就像用卡法做茶那样。这种工艺把大部分需要的物质留在了细胞内。植物或者真菌材料受到高温也可能会破坏所需要的物质，使之与细胞内的其它物质反应，或者以其它的方式降低其有效性。
在此方法的其它特征中，随着压力增加和减少从细胞释放的水和挥发物被蒸发掉，从而混合物含的水成分和挥发成分含量低于生物材料的这些成分。快速的压力增加和减少还可以加热生物材料，从而产生温度高于初始的环境温度的混合物，这取决于材料和工作的条件。
用于使生物材料受到压力改变的磨机可以包括一个壳，此壳的特征在于一个包括一个适用于把生物材料引进到此壳内的入口的第一端；一个包括一个适用于取出混合物的出口的第二端；以及纵向延伸的内侧，这些内侧于相遇处形成内角。一个在此壳内的转子组件的特征在于一个在第一和第二端之间纵向地穿过所述的壳延伸的转轴，以及多个转子，耦连于所述的轴用于与之一起转动。所述多个转子的每个转子包括一个转子板，转子板有一个周边，形成多个顶点并且在转子板的侧面形成叶片，这些叶片大致从各自的顶点径向地延伸。在多个转子的相邻地放置的转子对之间放置一个小孔板。每个小孔板从壳的内侧向内伸向一个中心孔，中心孔提供了围绕轴的小孔。每个中心孔小于相应的转子对的转子板。周边间隔构件或者说柱位于每个转子的近端。这些构件从壳的角向内伸向转子，从而在转子组件转动时叶片紧贴所述构件通过。
在转子组件旋转时，典型地以高于2500转/分钟的转速旋转时，生物材料馈送进入口，从而以附壁流的形式经壳进入。使生物材料受到交替的增压和减压包括使生物材料以交替向外和向内地绕转子板的周边流动以及经小孔流动。随着流经每个小孔并且在每个小孔板下的空间膨胀，生物材料上的压力交替地增加和减少。在叶片经过壳侧的平坦和开放角时以及叶片紧贴地经过向内延伸的构件时，在上述流动中也发生压缩和泄压。这些压缩和泄压可以是不同幅度和不同持续时间的。附壁流基本上没有生物材料对转子组件、小孔板或者壳的内侧的大角度冲击。
转子可以在角度上彼此错开，从而压缩和泄压是不同步的。可以用取决于转子数量、每个转子的顶角数量、壳的侧面数和向内延伸构件的数量的频率建立一系列的压缩和泄压。可以把压力的频率调谐到与特定材料共振，并且从而更加有效地分解不同的物质。因此这种类型的磨机可以在本文中称为共振分解(RD)磨机。
根据本发明的再一个方面，从粗植物材料的细胞释放细胞内的树脂样材料的一种方法包括使粗植物受到快速的压力增加和减少，并且用快速的压力增加和减少打开细胞的壁，从而从细胞释放树脂样材料并且产生含有细胞碎片和树脂样材料的异质混合物。此方法还包括把混合物的颗粒放进一种液体、在该液体中沉淀树脂样材料的颗粒，然后取出树脂样材料的沉淀颗粒。
该液体可以是水、有机溶剂，诸如乙醇，或者是水和有机溶剂的混合物。置于液体中的颗粒可以是两个混合物的一个筛选的组分。该方法还可以包括干燥沉淀的颗粒。
植物可以包括麻醉椒(卡法)，其中树脂样材料包括卡法内酯。
根据本发明的另一个方面，从有细胞壁的植物材料释放细胞内物质的一种方法包括使粗植物受到快速的压力增加和减少，并且用快速的压力增加和减少超过细胞壁的弹性极限。这样从而打开细胞细胞壁并且释放细胞内物质。此方法可以进一步包括用快速的压力增加和减少超过细胞间的胞间链接的弹性极限，从而把细胞彼此分离。
应用共振分解处理生物材料，尤其是处理植物和杆菌材料，相对于机械研磨或者冲击粉碎方法有几个优点。RD磨机可以以不同的速度运转并且可以产生大范围的不同频率。因此它是一种产生RD需要的力的通用仪器。在快速的RD处理过程中产生的热是适中的因此不会破坏对热敏感的生物分子。RD磨机还可以容纳有大量水成分的材料。在磨碎的过程中驱走水得到干燥或者较干燥的产品。
加工的产品降低了水含量。在加工植物或者真菌材料时，产物中的细胞膜质一般地较其它产出物的尺寸大。这些特点每个都可以使所需要的物质易于与细胞膜质分离，例如使用空气分类或者筛选。产生较纯和较有效的产品。
当生物材料的水含量约为重量的40％或者以下时，释放的细胞内物质是干粉末的形式，它易于消化吸收。该加工增加细胞内物质的可用暴露表面，以较有效地用水或者有机溶剂提取。
该释放处理可以不用化学药品或者溶剂进行，从而制造较纯的产品并且降低了化学地改变产品的风险。粗材料，包括植物真菌和动物材料，可以用RD磨机加工。根据这些方法可以成本效益高地生产较纯和较浓缩的细胞内物质。
使用RD磨机从生物材料释放细胞内产物的附加优点是可以消灭细菌，从而降低加工后的材料的细菌载荷。
图11是转子部分的平面视图，带有转子叶片的另一个实施；和
图12是经
图11的12-12线的截面图。
本发明详述植物、动物、真菌和细菌的细胞内物质，可以包括蛋白、酶、脂肪、氨基酸、膜链接物质、淀粉储存颗粒和其它类型的颗粒，它们经常被寻求营养或者药用价值的物质。植物和真菌细胞的细胞膜质壁广泛地由细胞膜质的交织和交连的线组成，它们表现为一种对于提取细胞内含物的基本障碍。本发明提供从生物包括从植物或者真菌的粗片提取活性的或者需要的细胞内物质的方法。
生物材料，包括植物、动物或者真菌物质的片可以使用一种共振分解磨机，或者说RD磨机低成本地批量加工，共振分解磨机，或者说RD磨机下文将进行较详细的说明。RD磨机使生物材料在不改变组成物质的特性的温度下受到快速的增加和减少压力，增加和减少压力可以包括振动波。在RD磨机中，当所涉及物体由于快速的压力改变而超过该物体的弹性时，所述物体破裂。在这种磨机中可以产生会分解给定形式物体的某些频率。由于不同的物质有不同的固有共振，不同的材料中理想的分解频率不同。共振分解不是一种随机过程，而随机过程是冲击形的粉碎的特征。当施加给定的一组频率时，由数种不同的弹性的成分组成的材料分解成广泛尺寸范围的颗粒。人们认为，在该磨机内的快速压力改变把植物和真菌物体的各种细胞彼此分开并且进一步分裂，破裂、撕裂、胀破，或者以其它的方式打开并且进一步地破碎细胞壁。这释放了细胞内材料。该磨还从生物材料释放和基本上驱走水及挥发性物质。释放出的细胞内含物更利于在消化道中吸收。
RD磨机产生一种降低了水和挥发性内含物的粉末产品。当加工植物或者真菌材料片时，颗粒是不同尺寸的，因为不同植物或者真菌结构的自然弹性是不同的。产品中的纤维颗粒倾向于相对地大于从细胞内释放的其它物质颗粒的尺寸。我们还观察到，在有些情况下，细胞内物质被磨机加工成对不同的物质不同的尺寸范围。得到的产品是干的异质混合物，包括大的细胞膜质和木质的碎片和较小的细胞内物质的碎片。
在一些情况下，可以使用普通的干颗粒分级法或者筛选法分离不同尺寸和密度的颗粒。某些取自一些细胞内的一些其它的物质可以用水或者有机溶剂提取、沉积或者这些过程的组合，从异质的产品中分离出。颗粒相对于其质量的表面面积越大，溶解度和提取率就越大。植物材料的RD处理破碎了细胞并且提供可以较快地溶解的细颗粒。
大的聚合体分子往往包裹在一起储存在植物和动物细胞内。RD磨机可以释放这些大的分子并且进一步破碎大的分子团块而不引起各个分子的大规模损坏。这可能是因为可以在区分于强的共价化学键和弱的分子间力的力度下进行RD，分子间力把分子结合在一起形成各种尺寸的团块或者晶体。
该过程施加于实际上所有的由细胞组成的生物材料，包括草药、药用和食用植物及真菌。植物的任何部分都可以加工，包括叶、茎、根、和种子。真菌物体，诸如磨菇，可以整体地也可以部分地加工。
可以因此进行加工释放细胞内物质的草药包括，但是不限于紫花苜蓿；扁桃；芦荟(相关的几个品系和物种)；当归；大茴香；山车金；菊芋；紫云英；罗勒、月柱皮；越桔；黑升麻；黑胡桃、圣蓟；接骨草；布枯；牛蒡；金雀花；金盏花；小豆蔻；辣椒；葛缕子；甘菊；常绿阔叶灌；马鞭草；繁缕；细香葱；丁香；紫草；酸果蔓；达米阿那；钩果草；莳萝；当归；刺甘草；麻黄；桉叶；月见草；小米草；茴香；胡芦巴；小白菊；大蓼；蒜；生姜；银杏；人参；白毛茛；积雪草；山楂；蛇麻草；七叶树；茉莉；桧果；卡瓦；熏衣草；柠檬榈；甘草；药属葵；大麻；绣线菊；大蓟；芸苔；没药；荨麻；燕麦草；印度桑；橄榄；洋葱；功劳树；藁；番木瓜；欧芹；西番莲；薄荷；胡椒薄荷；马利筋；欧车前；木莓叶；红丁香；迷迭香；鼠尾草；穿孔金丝桃(St.Johnls wort)；菝葜；锯叶棕；香菇；美黄岑；苏模；百里香；姜黄；熊果；颉草；白柳皮；金缕梅；巴拉圭茶；及丝兰花。
也可以用RD磨机加工释放细胞内物质的普通食品和农产品包括谷物，诸如小麦、大麦、玉米，和大米；亚麻；豆；冰草；芹菜；胡萝卜；欧洲防风；马铃薯；花茎甘蓝；茶叶；咖啡豆；酵母；真菌；及大豆。
在以下各段中，先说明一种RD磨机装置。接着将举例说明使用RD磨机从生物材料诸如植物和真菌粗块释放细胞内物质的方法。
RD磨机装置查尔斯·A·阿诺德(Charles A.Arnold)的1999年4月12日提交的待批美国申请系列号09/290,484中说明了一种RD磨机，该申请的全部内容在本文中引作参考。这种类型的磨机包括用在一个多面的壳中的小孔板交替地安排的多个转子。每个转子有在多边形的转子板的一侧上的叶片。小孔板各有一个中心孔，中心孔小于最近的转子板。诸如竖直柱或者销件之类的构件，从对着转子的壳的角向内伸。在最顶上的转子以上引入壳内的，诸如植物或者真菌片之类的，生物材料以附壁流进入，从而经过每个转子和经过每个小孔的材料，基本上没有高的角度冲击在转子、小孔板或者壳上。转子、小孔板、壳的壁，和销子安排得使流动材料受到一系列的快速压力改变，这种快速的压力改变把材料破碎成较小的片块。
参见
图1和2，RD磨机10包括一个含有一个转子组件38的壳12，转子组件38将在下文详述。壳12受一个圆柱形的档板14包围，档板14用一个在混凝土板19上的自由直立的支承框18从一个环形板16上支承起来。环形板16焊接在档板14上并且用螺栓固定在框18上。
框18还支承一个马达组件22，该马达组件经一个耦连到一个可振动的机械筛26上的单根的四槽皮带24向转子组件传递旋转动力。筛26连接到一个伸过壳12的转子轴28。转子轴28用2英寸直径的4140号钢杆制造。在所述的实施中，马达组件22包括一个25马力、230伏特的三相马达30，此马达30有变速控制器32。马达组件22从一个熔断器34接受电力。可变的机械筛和控制器32使转子轴28的速度可以在每分钟600-3800转之间连续地改变。一个固着在轴28上的齿片轮用于测定轴28的实际转速。可以用一个护罩(未示)盖住皮带组件24。
现在参见图3和4，壳12有九个纵向的侧壁40，在横截面上形成一个规则的多边形。壳12的内表面有一个大约23.5英寸直径的内接圆。侧面40在其相遇处形成40度的顶角或者说内角42。侧面40和内角42在一个顶板44和一个底板46之间纵向地延伸。顶板和底板44、46分隔约30.5英寸。顶板44用三个紧固组件48牢靠地栓在档板14上(
图1和2)。紧固组件48每个包括一个焊接在档板14的外表面上的支架50、一个刚性的箍52、和把箍52分别连接到支架50和顶板44上的螺栓54、56。
侧面40由三块面板60、62、64形成，每个包括两个整侧面40和两个部分侧面40，和三个内角42。现在还参见图4A，每对面板，例如60和62，都与大约位于角42之间的中途的交搭接缝66相遇。支架68焊接在面板60上，支架70焊接在面板62上于邻接缝66处。支架对68、70用螺栓72和74连接在一起。在缝66和壳12的片之间的其它结合处用一种硅密封胶使壳近似地空气密封。
再参见图2和3，底板46由一个从档板14径向向内伸一个短距离的环形板16支承。一个提供液体密封的密封垫(未示)放置于环形板16和底板46之间。用一个J形螺栓装置(未示)保证与密封垫有可靠的封闭。底板46用九个螺纹紧固器65固定到面板60、62、64上，这九个螺纹紧固器65穿过形成在固着在面板60、62、64上的相应的装配部件67上，并且旋入绕底板46的周边排列的螺丝孔58中。顶板44用螺纹紧固器76栓在面板60、62、64上面的带扣的装配部件75上。
向壳12中引入待粉碎的材料的一个馈料斜槽78穿过顶板44中的一个孔80。为了图示清楚，馈料斜槽78在图2中所示的位置与
图1所示的位置不同。料斜槽78包括一个矩形的管82，此管82相对顶板44大约44度角取向。馈料斜槽78在其顶端还有一个漏斗84，还有一个支架86用于附着在顶板44上。管82大约13.25英寸长，伸到顶板44底侧下大约1.375英寸，并且内部尺寸为3×4英寸。管82包括一个法兰缘85，以例如用带扣的紧固件把馈料斜槽78附着在顶板44上。
现在参照
图1和图4-6详细说明转子组件38。转子组件38包括一个纵向穿经壳12的可旋转的轴28。轴28穿经一个用螺栓固定在顶板44上的顶部轴承组件86。齿片速度指示器组件36和筛26在顶轴承组件86的上方置于轴28上。一个底轴承组件88用螺栓固定在底板46的底侧。轴不伸经底轴承组件88。
在壳12内，有六个纵向间隔开的转子90、92、96、98、100，每个转子装到各自相应的轴套102、104、106、108、110、112，这些轴套用两个销键(未示)连接到轴28上。同样用键固定在轴28上的垫片114、116、118、120、122放置于相邻接的轴套102、104、106、108、110、112之间。垫片24和126分别相邻于顶板44和底板46安置。垫片124还用一个制动螺丝(未示)固定到轴28上。轴28可以用2英寸直径的4140合金钢制造。每个垫片的直径大约为3.5英寸。一个或者一个以上的转子90、92、96、98、100的纵向位置可以通过改变一个或多个垫片114、116、118、120、122、126的长度进行调节。
小孔板128、130、132、134和136安置在相邻的转子90、92、96、98、100对之间。每个小孔板128、130、132、134和136伸向壳侧40使得在小孔板的边缘和壳侧面40之间没有间隙。一个密封垫片或者其它的密封装置保证在小孔板128、130、132、134和136与壳12之间没有间隔。每个小孔板128、130、132、134和136包括一个中心孔，中心孔与各自相应的垫片114、116、118、120、122、126一起在其间提供一个环形的小孔138、140、142、144、146。
在所述的实施中，每个档板14、环形板16、顶板44、底板46、转子90、92、96、98、100和小孔板128、130、132、134、136用0.5英寸厚的低碳钢，例如1020号钢制造。
现在参见图7，最顶上的转子90，也称为分配器转子，设置在最靠近材料经馈料槽78馈入壳12处。分配器转子90包括一个分配器转子板148，此分配器转子板148有一个正五边形的边缘，形成五个顶角，或者说外角150。五个分配器转子叶片152从分配器转子板148的顶侧向上伸向顶板44(为了表示清楚，在图7中仅示出三个叶片)。每个分配器转子叶片152从一个外角150大致径向向内伸向轴套102。叶片152可以通过焊接固定到分配器转子板148和轴套102上。变通地，每个分配器转子叶片152可以装在形成在分配器转子板90中的相应的槽缝154中，然后用带扣的紧固器156固定，紧固器156伸经分配器转子板90中的孔158并且旋在分配器转子叶片152中的相应的攻丝的孔160中。每个分配器转子叶片152的上边缘162从一个102处上方1英寸的高度斜向向上伸向一个在板148的周边附近约1.5英寸的高度。一个约1.5英寸宽的，五边形的分配器环164焊接在分配器转子叶片152的上边缘162上。
每个分配器转子板148、分配器环164，和分配器转子叶片152都用0.5英寸的低碳钢板制造。分配器转子由一个17英寸直径的圆圈环绕，并且高度是2.7英寸。分配器环164位于顶板44以下约1.625英寸，并且约在馈料斜槽78的出料开口166以下约0.25英寸。馈料斜槽78的出料开口166安置得使，在分配器环164的弦心与出料开口166对齐时，出料开口166的径向最内缘168径向向内超出分配器环164的内缘170大约0.5英寸。当分配器转子90的角150与馈料斜槽78对齐时，出料开口166的外侧完全地在分配器环164内侧。这为把材料馈入分配器转子叶片152之间的槽隙提供了一个大的面积，并且尽可能径向远离轴套102地把材料从馈料斜槽78放出送到转子90上。出于将于下文讨论的原因，把每个叶片安置得使当转子组件旋转时，每个分配器转子叶片152的后外边缘172的形状为大约对分配器转子板148的周边对齐于顶角的后边缘，或者与分配器转子叶片152不交搭，或者与分配器转子叶片152交搭稍伸对分配器转子板148的边缘。
其它的转子92、94、96、98、100与分配器转子90设计得不同。下面参照图8以转子94为例进行说明。转子94包括一个转子板174，转子板174有一个正的九边形的周边176形成九个顶角178。转子板174焊接或者以其它方式连接到轴套106。转子94还包括九个弯曲的叶片180，每个叶片180从一个各自相应的顶角178大约径向向内地伸向轴套106。叶片180大约6英寸长，并且延伸到转子板174大约一英寸上方，转子板大约为0.5英寸厚。对于磨机10的大多数用途，每个叶片180的内曲面面向转子组件转动的方向。转子板174用0.5英寸厚的低碳钢板制造，而叶片180用0.5英寸壁厚、8英寸外径的钢管制造。叶片180固定在形成在转子板174的上表面上的0.125英寸深的相应的槽隙中，用三个带扣的紧固器(未示)紧固在位，所述紧固器伸过形成在转子板174中的孔(未示)，其方式类似于上文对于图7中的分配器转子90所述的方式。这种安排使得能够简单地拆卸和更换叶片180。叶片180的后边缘182以一个角度斜向对齐转子板174的周边176并且使后边缘182在顶角178的后侧上稍伸过转子板174的边缘176。
其它的转子94、96、98、100与转子94构形相似，每个各有一个九边形的周边176和从一个各自相应的顶角178大约径向向内地伸向各自的轴套104的叶片180。在图5所示的实施中，转子92、94、96、98、100分别由直径为17、19、21、21、21的圆圈围绕。每个叶片180在其外周约为6英寸长，并且在其顶角形成得使叶片180和转子板174在其后边缘182处稍有交搭。每个转子高约1.5英寸。因为转子92小于其它的转子而叶片180在所有的转子92、94、96、98、100上都有相同的尺寸，每个转子92上的叶片180大约伸到轴套104，而转子94、96、98、100叶片却不完全地分别伸到轴套106、108、110、112，在其间提供了间隙。
现在参见
图11，每个叶片180可以安置得在其附着的转子板的边缘176上方提供一个小的下垂220。下垂220不过二十二分之一英寸，并且可以促进经磨机10的流动。注意
图11所示的叶片180也安置得使下垂220形成得类似于转子板174的边缘176，并且其前表面224的外顶尖端222安置得大约在顶角178的上方。图中的箭头示出旋转的方向。
现在参见
图12，叶片180也可以修改得在其相对于旋转方向(箭头)有一个弯曲的断面，类似于涡轮机叶片，以提供有效的泵作用。
现在参见图9，小孔板128可以用0.5英寸厚的低碳钢板制造。其周边184形成一个九边形，尺寸做得紧密地配合于壳12的侧面40。小孔板128包括一个由内缘188形成的中心孔186，与垫片114一起在其间提供一个环形的小孔138。小孔板130、132、134和136是类似地构形的。小孔板128、130、132、134和136各自有直径分别为7、8、9、10和11英寸的孔186。
返回头参见图4和5，以及
图10A和10B，小孔板128、130、132、134和136独立地通过支撑销190支撑在面板60、62、64上。支撑销190可以用直径2英寸的钢杆制造。三个等间隔分隔的销190安置于每个相邻的小孔板对之间。每个支撑销190位于一个小孔板的一个顶角192处使得它邻接壳的一个内角42。如图5和9所示，在小孔板，例如小孔板128的一侧上的支撑销190与在这个小孔板的另一侧上的支撑销190A错开一个顶角(40度)。
支撑销190通过螺纹紧固器194，例如螺栓，固着在小孔板上，所述的螺纹紧固器194伸进形成在小孔板上的埋头通孔(未示)中并进入形成在销190中的螺纹孔196中。固着在小孔板128上侧的三个支撑销190还可以用螺栓56固着在顶板44上，螺栓44还用于固定箍52，如前面参照图2所述。固着在小孔板136底侧的三个支撑销190还可以固着在底板46上。底板46包括三个孔198，紧固器200(示于图5中)可以穿经这三个孔用于固定到这三个销190。
再参照图6，底板46包括一个连结板202，连结板202形成四个孔204，粉碎了的材料通过这四个孔204从壳12中送出。一个23英寸直径的套筒206刚好在孔204外从底板46悬下。连结板202从底轴承组件88支承转子组件38，底轴承组件88用螺栓固定在连结板202上。连结板202的尺寸做得尽可能地小以使套筒206内的孔204的尺寸达到最大。
套筒206的直径大小定得配合进一个位于辊子209上的55加伦开口桶208。在套筒206和桶208之间用一个纤维带210阻止细的粉碎的颗粒逸出。套筒206包括四个孔212(图3中仅示出两个)。每个孔212包括一个螺栓圆圈用于紧固一个相应的6英寸直径管214(在
图1和2中仅示出两个)。管214从套筒206大致地径向向外伸，并且每个管214有一个可拆卸地固着在其上的织物过滤袋216。通过管214从磨机10排出空气。过滤袋216捕捉细颗粒并允许空气通过它。可以阻断一个或多个管214以增加反压力。反压力增加会使得材料较慢地流过RD磨机10，为破碎材料提供更多的时间。
在所述的实施中转子90、92、94、96、98、100和小孔板128、130、132、134、136安置得如下小孔板128、130、132、134、136分别位于各自相应的转子90、92、94、96和98的底表面以下各约2.875、2.125、1.875、1.625和1.375英寸。小孔板128和130间隔约5英寸；小孔板130和132间隔约4.5英寸；小孔板132和134间隔约4英寸；小孔板134和136间隔约3.5英寸。在转子92、94、96、98、100上的叶片180的顶各低于相应的小孔板128、130、132、134和136约1.375、1.187、0.875、0.625和0.5英寸。转子100放置在底板46以上约1.75英寸。转子92、94、96、98、100相对于紧相邻的下一个转子转过约7.2度角。
可以看到转子组件38的转子90、92、94、96、98、100的尺寸随距壳12顶端的距离的增加递增，要经之粉碎或者进行其它加工的材料经壳12的顶端引入。最小的转子90、92位于最紧靠顶板44处，最大的转子96、98、100位于最紧靠底板46处，而中间尺寸的转子94大致位于顶板44和底板46之间的中途处。这样的安排特别适用于粉碎大尺寸的物体。如果馈入的材料含有平均尺寸较小的颗粒，转子可以有较均匀的，较大的尺寸。在某些应用中可能具有尺寸都相同的转子，或者以某种方式大、小转子交替，会有利些。
另外，小孔138、140、142、144和146的尺寸随着距顶端的距离增加递增。这样的安排用于在每一级保持一个负的回压。对于其它的应用，这个安排可以改变，小孔的尺寸可以是较均匀的尺寸，孔的尺寸可以以不同的方式从壳12的一端至另一端变化。
在每个小孔板和它的紧下边的那个转子之间的间隔可以随着从顶到底的距离的增加递减。而且，可以把转子和小孔板安置得使相邻的小孔板之间的间隔从顶到底递减。这降低了在转子组件38的顶和底之间的阶级中的容量。
经小孔流进磨机10中的材料首先经一个速度增加，伴随着压力下降。然后因为在每个阶级可用的容量都下降，流经磨机10的材料受到一种快速的压缩，快速的压缩转而可以引起压力和/或温度的快速上升。随着每下降一个级小孔的尺寸都增加，以提供一个低于直接在小孔上游的压力的直接在小孔下游的压力。这种跨每个小孔保持的负的回压有助于保持流动。
在此时可以较好地理解，引入磨机10的材料随着转子组件38以大约每分钟1000转(rpm)或以上的速度旋转，主要通过压力的改变被粉碎，压力的改变可以包括在壳12中产生的振动波。观测表明馈入馈料斜槽78中的材料，以及经馈料斜槽78进入的空气，被迅速地加速然后经过转子组件38的旋转形成液样流动。明显地在此流动中的材料几乎直接受一种振动波的快速冲击序列，它甚至在材料抵达分配器转子前就可以开始破碎馈入的材料。
旋转的转子90、92、94、96、98、100产生一种流经壳12的非常强大的气流。明显地经馈料斜槽78馈入磨机10的材料夹带在此气流中。材料明显地随着气流流经磨机10，造成对壳12的侧面40或者小孔板128、130、132、134、136极小的接触。据认为这是因为所述流动受到附壁效应的影响，紧贴转子周边174和小孔边缘188流动。因此，经磨机10的材料流动或者气流称为“附壁流”。附壁流有助于降低在流动的材料和磨机10的部件之间的大角度接触。分配器环164起加强附壁效应的罩套的作用。
所述的附壁流在它绕过每个转子的周边和每个小孔的边缘时迅速地改变方向，在一种径向向外的流动和一种径向向内的流动之间交替。小孔的尺寸随着每下降一级而增加，以保持一个经整个转子组件38的负回压，该负回压有助于保持空气和颗粒的速度高到足以保持附壁流。
粉碎较硬和较大的材料，诸如1英寸(2.5厘米)的陶瓷珠时进行的观察表明，当叶片152、180不分别地置于顶角150、178的后侧时，转子板148、174受到磨损，在邻接和下游于固着叶片152、180处在下侧稍有倒圆。这是材料形成紧贴每个转子的周围轮廓流动的附壁流的证据。每个转子叶片152、180的前侧，特别是在紧靠其相应的转子板148、174的区域还表明接近其外边缘处磨损加大。材料还有在被叶片径向向外移动时材料跨在叶片的侧面上的倾向。然而，磨损的式样表现为很少的划伤或者坑点，如果材料不是进入附壁流的话，本来预期出现划伤或者坑点的。这些是转子的发现有磨损的仅有的区域。在粉碎陶瓷珠时侧面40和小孔板128、130、132、134、136显现出某些大颗粒冲击的某些迹象，但是在转子上没有观察到磨损的式样。希望诸如材料或者真菌片之类的较软和密度较小的材料会与磨机10的部件产生较少的碰撞。
为了加强流经叶片152和180和绕转子板148、174的材料的附壁效应，叶片的外边缘可以倾斜并且与相应的转子板150和174的周边对齐。
每个叶片152和180的前缘应当至少达到相应的转子板148、174的各自相应的顶角150、178。把叶片152、180安置得使其外边缘在顶角150、178的后侧应当能够降低磨损量。
快速的压力改变，诸如振动波，可以在流动的材料每次经受快速的加速时，诸如流动的方向快速改变，或者受到压力改变时产生。在材料经受到快速压缩和泄压时，由于材料的压电特性，这种压力改变可能产生高的电压。可发生大的加速的一些位置包括馈料斜槽78的出料开口166处、绕叶片152、180流动处、绕分配器转子板148和绕转子板周边176流动处，以及绕小孔板138、140、142、144、146的边缘188流动处。大的压力改变可以在流经小孔时或者在流动受转子的泵进作用时发生。
在转子组件38旋转时还可能在壳12内产生一种非均匀的电磁场。转子90、92、94、96、98、100以及壳12和小孔板138、140、142、144、146都用有铁磁性的低碳钢制造。旋转的转子会产生一种快速改变的、非均匀的电磁场。这些电磁场可以加强附壁流中的材料的附壁效应。
在转子90、92、94、96、98、100上的叶片152、180轮流地经过壳12的侧面40和角42时还可以产生初级脉冲的驻波振动波。在转子经过壳12的每个空的内角42时会发生泄压，而在叶片经过每个侧面40的中心时会发生压缩。叶片每转动40度就会产生一次这样的振动波。
再者，当叶片152、180经过支撑销190时可能产生次级脉冲的驻波振动波，其中的三个振动波位于接近每个转子处。最大的转子，即转子96、98、100的叶片180以约0.1英寸的间隔在支撑销190之间经过。在叶片经过三个位于转子附近的支撑销的每一个时由于流动的压缩转子上的叶片每转动120度会产生这种振动波。九边形转子每转一次产生27个振动波。从而，支撑销190用于支承小孔板同时也有助于产生振动波。尽管在所述的实施中采用圆柱形的支撑销用于此目的，但可以用不同的安排支承小孔板，可以在对着相应的转子叶片150、180的角42中安置不同形状的构件用于产生次级振动波。
在诸如植物或者真菌片之类的生物馈入磨机10之前，把转子组件38带动到工作转速。旋转的转子产生一种大的带有负压的气流流经馈料管78然后向下流经磨机10。从而，馈进馈料管78的任何材料都将直接地抽入，并且快速地向分配器转子90加速。
如上所述，在沿馈料斜槽78向下加速和转变方向从出料开口166出来时可以把材料破碎开。据认为出料开口166起一种小孔的作用，空气和馈送块料经之流进顶板44和分配转子90之间的大容积区域。经由出料开口166提供的第一开口的流动可以引起压力的改变，这种压力的改变可以伴随温度的改变。与从馈料管78出来的颗粒的快速加速相伴的压力改变，可以引起一个第一振动压缩和/或膨胀，及某些颗粒的初步破裂。
预先切碎至约2英寸或以下的馈送块生物材料，诸如植物或者真菌材料快速地进入到附壁流并且在分配器转子板148和分配器环164之间流过分配器转子90。当附壁流经过小孔138时，颗粒受到快速的方向改变并且增加速度伴随着相应的压力上升。由于小孔板128和转子92之间的容量小于转子90和小孔板128之间的容量，所述的流动直接受到压缩。这也可以产生压力的快速增加并且伴随温度上升。
这种快速加速、膨胀、和泄压的过程由于流动经过每个下降的级和绕转子的小孔时重复。这些压力的改变和流动材料的加速可以对产生粉碎流过磨机10的材料的振动波起作用。另外，在流动中的快速压缩和泄压可以引起压电能量的建立，并且接着释放于材料之中，这可以使材料破碎成较小尺寸的颗粒。据认为，初级和次级脉冲振动波的波阵面被释放进流动中的压电能量产生的振动波加强。材料经过磨机10内的由旋转的转子产生的非均匀电磁场的快速流动，可能也对流动中的材料的压电压缩和泄压起作用，从而也对在流动的材料中产生振动起作用。
磨机10加热粉碎着的材料，从而实际上将所有的游离水湿都驱走。加工前具有约40％或以下的初始水分的植物或者真菌材料从磨机10出来时加热到一个取决于材料和工作条件的温度。可以用一个致冷套帮助限制加工的物体的温度上升。从材料的放电和在流经每个小孔后的迅速膨胀及压缩可以增加流动的材料温度及驱出水分。压电能量释放和流动中的颗粒的磨擦加热类似地对所观察到的受粉碎的材料的普通温度上升起作用。然而仅使空气流过磨机10也引起壳12加温到环境温度以上。因此某些加热效果可能也是因为流动材料中的压力改变和振动波散发的能量。某些热可由蒸发的水及其它挥发物带走。
用RD磨机10从生物材料释放细胞内产物的附加的好处是它降低了加工过的材料的细菌载荷。举例1麻醉椒(卡法)是一种野生物种衍生的种植植物，含有卡法内酯。这些酯缓解疼痛，并且对使用者有放松和镇静的作用。卡法内酯以树脂形式储存于所述植物的根和茎中。
干燥的、粗切的根和茎经RD磨机10用单或双的通道加工。转子以3200rpm的转速转动。单通道产生一种细的粉末加上较大的、肉眼可见的木质颗粒。在用RD磨机加工卡法植物时可以产生三个不同尺寸范围的颗粒。最大的颗粒是细胞膜质，中等尺寸的颗粒是卡法内酯的树脂粒，而最小尺寸的颗粒包括其它的从细胞释放的物质。
对RD加工过的卡法的显微镜检时观察到从约10微米到100微米以上的混杂尺寸范围的颗粒。除了其表明上看去是木质的碎片之外，没有完整的细胞。RD加工的卡法在真空下筛选然后复原成不同颗粒尺寸的组分。对卡法内酯内含进行了分析。发现卡法内酯(六种不同的化学品种)构成RD磨机10加工过的全部卡法根的干重的9.91％。显微镜检指出数种尺寸相当均匀的颗粒。这些颗粒由270目的筛滞留住。
经过270目筛的粉末置于50％的酒精水混合液中。在单位重力下较密的颗粒沉淀得快并且在容器的底上形成一种棕色的软泥。在约5分钟内较慢地沉淀出的颗粒在棕色层的顶上形成一种黄白色的层。这种慢沉淀的物质含有干重67.25％的卡法内酯。
发现经过270目筛的加工过的卡法仅含有干重2.42％的卡法内酯。因此用RD磨机10加工产生出慢速沉淀的和大于270目的颗粒含有大量在存在于卡法根中的卡法内酯。用RD磨机10加工卡法显然打开和破碎卡法植物的细胞壁，从而把卡法内酯释放成小的树脂样颗粒。根据所述方法的卡法加工产生一种卡法产品，这种卡法产品有远高于研磨或者其它已知经济上可行的方法得到的百分比浓度的卡法内酯。由RD磨机10生产的卡法产品基本上没有细胞膜质。因此它有比研磨的卡法高的浓度，后者典型地有高百分比重量的其它细胞物质，包括细胞膜质。另外，用RD磨机10加工的卡法内酯更有效，因为卡法内酯基本上都从细胞释放出来。相反，研磨的卡法产品中的卡法内酯还结合在完整的或者仅部分地破碎了的细胞内，从而不是自由地可利用的。
所述的释放和浓缩卡法内酯的过程还可以用于从其它的植物物种中释放和浓缩其它类型的树脂样物质。举例2一般地公知为印度桑椹的巴戟枸橘是一种医用植物，具有几种有意义和证实过的用途抗菌、放松、降血压、抗炎、和免疫刺激。干的、粗切的印度桑椹的果实或者含有达30％重量的水分的果实馈入进以2950rpm转速工作的RD磨机10。一个穿过RD磨机10的单通道产出含有可见(约0.5-1.0毫米)的颗粒到显微颗粒(约5-30微米直径)的异质产品。许多最小的颗粒集结在一起形成各种尺寸的团块。带有约30％的水含量的印度桑椹从机器中出来时成为干的、从颗粒到细粉末范围的非均质混合物。
当加工过的材料用80℃水提取时复原成可水溶/悬浮的组分。
其它的实施和变形在本发明的范围内，本发明的范围应当由权利要求书及其法律等同确定，而不是仅由本文的举例和特定实施确定。
权利要求
1.一种从具有带细胞壁的细胞的物质材料释放细胞内物质的方法，此方法包含使生物材料受到快速交替的增压和减压；并且用压力的增加和减少打开细胞壁，从而从细胞释放细胞内物质并且产生一种含有细胞壁碎片和细胞内物质的异质的混合物。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物材料包括至少一种植物或真菌材料，其中细胞壁由细胞膜质形成。
3.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物材料包括多个植物、真菌或动物材料。
4.权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括用快速的压力增加和减少把生物材料的细胞彼此分离。
5.权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括用压力增加和减少将从细胞释放的水蒸发掉，从而混合物比生物材料具有较低的水成分含量。
6.权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括用压力增加和减少将从细胞释放的挥发物蒸发掉，从而混合物比材料块具有较低的挥发物成分含量。
7.权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括把生物材料流过一个壳的同时使生物材料受到快速的压力增加和减少。
8.权利要求7所述的方法，其中，此壳的特征在于一个包括一个适用于把生物材料引进到此壳内的入口的第一端；一个包括一个适用于取出混合物的出口的第二端；以及纵向延伸的内侧，这些内侧于相遇处形成内角，其中流动生物材料包括旋转壳内的转子组件，其特征在于一个在第一和第二端之间纵向地穿过所述的壳延伸的转轴，以及多个转子，耦连于所述的轴用于与之一起转动，其中所述多个转子的每个转子包括一个转子板，转子板有一个周边，形成多个顶点并且在转子板的侧面形成叶片，这些叶片大致从各自的顶点径向地延伸，其中，在多个转子的相邻地放置的转子对之间放置一个小孔板，每个小孔板从壳的内侧向内伸向一个中心孔，中心孔提供了围绕轴的小孔，每个中心孔小于相应的转子对的转子板，并且其中向流动的生物材料施加交替的压力增加和减少包括使生物材料交替地向外和向内绕转子板周边缘和经小孔流动。
9.权利要求8所述的方法，其特征在于，所述转子在角度上彼此错开。
10.权利要求9所述的方法，其特征在于，使生物材料受到快速的压力增加和减少还包括把转子的叶片紧贴在每个转子的近端布置的周边间隔构件旋转，其中这些构件从壳的角向内伸向转子。
11.权利要求10所述的方法，其特征在于，流动生物材料包括让生物材料在一种附壁流中流动，所述的附壁流基本上没有对转子组件、小孔板或者壳的内侧的大角度的冲击。
12.一种从粗植物的细胞释放细胞内树脂样物质的方法，所述方法包括使粗植物受到快速的压力增加和减少；用快速的压力增加和减少打开细胞的壁，从而从细胞释放树脂样材料并且产生含有细胞碎片和树脂样材料的异质混合物；把混合物的颗粒放进一种液体中；在该液体中沉淀树脂样材料的颗粒；以及取出树脂样材料的沉淀颗粒。
13.权利要求12所述的方法，其特征在于，所述液体包含水。
14.权利要求13所述的方法，其特征在于，所述液体还包含有机溶剂。
15.权利要求12所述的方法，其特征在于，置于液体中的颗粒可以是混合物的一个筛选的组分。
16.权利要求12所述的方法，其特征在于，还包含干燥沉淀的颗粒。
17.权利要求12所述的方法，其特征在于，植物可以包括麻醉椒(卡法)，其中树脂样材料包括卡法内酯。
18.从有细胞壁的植物材料释放细胞内物质的一种方法，包含使粗植物受到快速的压力增加和减少；用快速的压力增加和减少超过细胞壁的弹性极限，从而打开细胞细胞壁并且释放细胞内物质。
19.权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包含用快速的压力增加和减少超过细胞间的胞间链接的弹性极限，从而把细胞彼此分离。
全文摘要
一种从具有带细胞壁的细胞的物质材料释放细胞内物质的方法,此方法包含:使生物材料受到快速交替的增压和减压;并且用压力的增加和减少打开细胞壁,并从细胞细胞释放出细胞内物质。这产生一种含有细胞壁碎片和细胞内物质的异质的混合物。这里生物材料包括植物或真菌材料块,所述方法还包括在超过细胞间的胞间链接的弹性极限时用压力增加和减少把生物材料的细胞彼此分离。生物中的水和挥发物被释放和蒸发掉,产生水和挥发物成分含量低于原材料的基本上干燥的混合物。
文档编号A23L1/30GK1374887SQ00812127
公开日2002年10月16日 申请日期2000年8月28日 优先权日1999年8月30日
发明者威廉·E·哈恩, 查尔斯·A·阿诺德 申请人:营养增强技术有限责任公司