扫频模式的脉冲多频超声波生物加工装置、方法及其应用的制作方法

专利名称：扫频模式的脉冲多频超声波生物加工装置、方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及农产品精深加工领域，尤其涉及一种扫频模式的脉冲多频超声波生物
加工装置及其在农产品精深加工领域的应用。
背景技术：
通常把频率为20kHz 10MHz的波叫做超声波，是一种在媒质中传播的弹性机械
波，超声波技术作为一种物理手段和工具，能够在化学反应常用的介质中产生一系列接近
于极端的条件，如产生局部的和瞬间的高温、高压等，这种能量不仅能够激发或促进化学反
应、加快化学反应速度，甚至还可以改变某些化学反应的方向。近年来在天然产物有效成分
的提取分离、生物活性肽的制备、多糖降聚等领域得到了较为广泛的应用。 大量的研究表明，超声波促进化学反应与声空化效用、机械效应和热效应有关。声
空化效用是指当一定强度的超声波在液体媒质中传播时，存在于液体中的微小气泡，在超
声场的作用下被激活，表现为泡核的形成、振荡、生长、收縮乃至崩溃等一系列动力学过程，
及其引发的物理和化学效应。 胡爱军等("多频超声辐照的声化学产额研究进展"，《声学技术》22巻1期(2003)， 62页)描述在20kHz 60kHz之间这样的频率范围内，超声频率增高，超声化学反应动力增 强，超声化学产额随之增加；双频或者多频的复合超声辐射产生的声化学产额远大于两个 单频分别辐射的声化学产额之和，能显著促进化学反应、加快化学反应速度。研究还发现选 用间歇式发射超声波的方式，可以强化超声的处理效果。当超声发射器处于工作状态，生物 细胞受到强烈的超声振动；当处于静止状态，物系均化、细胞松弛。间歇式的受力加强了对 细胞的破坏作用、有利于传质过程的进行，也有助于促进化学反应、加快化学反应速度。
中国发明专利"三频超声提取装置及其使用方法"(ZL200610124003. 1)采用三 种频率超声同时工作，确实证实其对中草药有效成分的提取效率明显高于单频的超声提取 设备。该专利使用了探头式超声波发生器，这种发生器的不足之处在于仅适合于实验室中 需要超声强度大的、处理量少的提取物料；探头表面会受到空化腐蚀，会降低超声波的发生 效率，空化腐蚀物会掉入容积中，会污染提取物溶液；存在超声场在液体中分布不均匀的问 题。 为了克服单频和复频存在的不足，张书策设计了一种扫频式超声波发生装置(扫
频范围28 73kHz)，用于对苎麻纤维脱胶效果的研究(山东纺织科技，2006年第3期)，这
里所说的"扫频"指在规定时间内对某一较大的频率段内执行一次扫频操作，即在规定时间
内发出不同频率的连续超声。该文定义的"扫频式"超声波由于频率范围覆盖面大，目的是
使大部分的空化核在较短的时间内达到最佳的空化效果，因而可以同时对不同大小缝隙中
的胶杂质起到去除作用，大大縮短了超声波脱胶时间，提高了脱胶效果。 目前的超声波处理装置尽管使用了多频复合或(和)间歇式工作方式，但多数使
用的是固定频率。对于一个复杂的生物加工系统，固定的超声频率难以激发处理系统产生
与其自身固有频率相匹配的共振频率，不能充分发挥超声波应有的作用效果。目前的"扫频式"超声波从原理上讲，也只是震动的频谱更宽、作用的对象更多而已，达不到最大程度地 达到共振的效果。

发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有超声波发生装置中的不足，开发一种扫频工作 模式的多频组合、脉冲式超声发生、关键参数实时监测与控制的新一代多功能超声波生物 加工装置，可应用于天然产物有效成分的超声辅助提取、生物大分子的超声辅助酶解与改 性处理，以及对农药残留的超声降解等。 本发明设计的"扫频式"超声波是指超声波在一个较窄的范围内以一定的扫频周 期围绕中心频率上下波动(如说明书附图1所示)，用a± S kHz表示(a为中心频率，S上 下变化幅度)。在一个扫频周期中，超声波的频率以一定的速率从a- S kHz增至a+ S kHz, 再以相同的速率从a+ S kHz降至a- S kHz,是一种等腰三角形的扫频模式。不管是上扫，还 是下扫，当超声波通过中心频率a时均会对作用体系产生一个输出能量的峰值，这样将产
生一个两倍于扫频周期的间歇式作用能量脉冲，当超声作用对象的谐振频率等于或者接近 于扫频周期2倍时，系统将会产生大振幅的振动，引起作用对象产生强烈的振动。在工作中
需要根据超声作用对象的不同，寻求最佳的扫频周期，目的是使系统以最小的功率输入实 现最大的超声振荡。本发明对扫频周期的改变通过如下两种方式来实现固定扫描速度改 变频率变化幅度S的大小、固定S值改变扫描速度。本发明设计的扫频式超声波有利于 激发处理系统产生与其自身谐振频率相匹配的共振频率，充分发挥了超声波作用的效果， 克服了固定超声频率在该方面存在的缺陷。本发明另外还包含一种从高频向低频和一种从 低频向高频，进行直角三角形单调扫描的扫频模式(如图2和图3)。 本发明设计的两个不同中心频率的超声波组合对振，通过束波的叠加产生拍频作 用，有幅度叠加的效果(如说明书附图4所示)。这样不但会提高声强，而且还可以避免驻 波的产生，也有助于促进化学反应、加快化学反应速度。 本发明设计的脉冲式超声发生模式不仅有利于增强对生物细胞的破坏作用，也有 利于减少温度的升高和节约系统的能量消耗，可以使超声波处理装置避免处于长时间的工 作状态中，影响超声波发生器的寿命。 主要参数的动态跟踪、监测、调整与控制，可以根据系统的工作状况实时精确调整
工作参数，保证最佳工作效率。 本发明的技术方案 扫频模式的脉冲多频超声波生物加工装置由超声波处理系统、超声波发生系统 和计算机控制系统组成，这三部分由线缆依次连接而成。 所述的超声波处理系统由上超声波换能器即上振板、下超声波换能器即下振板， 超声波处理箱体，循环泵，循环阀门，出料阀门，水浴导热水，电热管，换能器高度调整螺杆 组成。其中超声波处理箱体中装设电热管，可以满足超声处理液不同温度设定；下振板位于 超声波处理箱体的底部，上振板和下振板上下对称放置，上振板通过换能器高度调整螺杆 进行固定，且进行上下对振时，上下振板之间的距离通过换能器高度调整螺杆进行调整，循 环泵位于超声波处理箱体的外部，通过输送管道和阀门与超声波处理箱体的内部连接在一 起，在超声波处理箱体的右下角设置出液口 ，从箱体的左上角设置进液口 ，超声波处理箱体3的右下角部分装有循环阀门和出料阀门。 其中所述的超声波换能器(上振板)和下超声波换能器(下振板)，其中心频率为 24kHz 68kHz，上下变化的幅度S为0 5kHz ;进行上下对振时，上振板和下振板的中心 频率不同； 循环泵位于超声波处理箱体的外部，通过输送管道和阀门与超声波处理槽体内部 连接在一起，在超声波处理箱体的右下角设置出液口 ，从箱体的左上角设置进液口 ，从超声 波处理槽体的右下角出液，从槽体的左上角返回。超声波处理槽体的右下角部分装有循环 阀门和出料阀门，当工作完毕后，关闭循环阀门，打开出料阀门，放出物料溶液。循环泵用于 实现被处理物料溶液的循环流动，强化对流传质，提高超声处理效果。 所述的超声波发生系统就是超声波发生器组，超声波发生器组由一组不同频率超 声波发生器组成，每个频率的超声波发生器与其相应的超声波换能器相对应，用于控制超 生波换能器按照所设定的功率、扫频周期、扫频幅宽(± SkHz)、脉冲超声的超声时间和间 歇时间、整个超声处理时间发出超声波；当进行扫频参数设定时，以S 二2kHz为例，频率变 化幅度(S )可以在0 2kHz之间任意设定；扫频周期(即完成一次频率从a- S kHz增至 a+ S kHz,再从a+ S kHz降至a- S kHz所需的时间)可以在1ms 1000ms之间任意变化。当 S =0时，则为普通的固定频率工作模式。脉冲式超声工作模式主要设定参数包括超声时 间和间歇时间，超声时间和间歇时间均可以在1 1000s之间调整。 所述的计算机控制系统由超声波控制仪，温度控制仪和计算机组成；由线缆连接 在一起；计算机通过超声波控制仪控制每个特定中心频率(a kHz)超声波发生器的功率、 扫频周期、扫频幅宽(± SkHz)、脉冲超声的超声时间和间歇时间、整个超声处理时间。计算 机通过温度控制仪控制超声波处理槽体的水浴温度。可以通过计算机对上述所有参数进行 设定。 基于上述扫频模式的脉冲多频超声波生物加工装置的方法 可以根据实际生产中生产规模以及处理物料的量的不同选择上下振板的对数，上 下四块振板的组合可以实现以下工作方式 (1)单频扫频模式即箱底放置频率相同的两块下振板，注入一定深度的物料溶 液，进行扫频超声处理； (2)多频扫频模式即箱底放置频率不同的两块及以上下振板，注入一定深度的 物料溶液，进行双频及多频扫频超声处理； (3)双频对振扫频模式即箱底放置频率相同的两块下振板，注入一定深度的物 料溶液，在紧贴溶液表面放置频率相同的两块上振板，上振板频率不同于下振板，进行双频 对振扫频超声处理。 其中所述可供选择的中心频率(a)为24kHz 68kHz ，上下变化的幅度(S )为0 5kHz ;当进行扫频参数设定时，频率变化幅度(S )可以在0 5kHz之间任意设定；扫频周 期即完成一次频率从a- S kHz增至a+ S kHz,再从a+ S kHz降至a_ S kHz所需的时间可以在 lms 1000ms之间任意变化；当S = 0时，则为普通的固定频率工作模式；脉冲式超声工 作模式主要设定参数包括超声时间和间歇时间，超声时间和间歇时间均可以在1 1000s 之间调整。 本发明的扫频模式脉冲多频超声波生物加工装置的应用领域包括天然产物有效
6成分的超声辅助提取、生物大分子的超声辅助酶解等，所述的生物大分子的超声辅助酶解 包括对原料的预处理、对水解酶的预处理和在超声波场中进行酶解反应。在天然产物有效 成分的提取中，扫频模式脉冲多频超声波可以在最小输入功率的情况实现对有效成分最大 程度的提取效率。关于生物大分子的超声辅助酶解，在对原料的预处理中，超声波通过改善 原料的溶解性和对原料结构的影响，提高后续的酶解效率；在对水解酶的预处理中，合适的 超声波可显著改善酶的活性；在超声场中进行酶解，有利于加速酶与生物大分子的接触机 会，改善酶解过程的反应动力学特性，提高反应效率。 本发明扫频模式的脉冲多频超声波生物加工装置的工作过程如下在处理槽底部 放入下振板2，向槽体3注入混匀的物料溶液到一定深度后；按照设定的工作方案，当需要 时，紧贴物料溶液的液面着放置上振板l，通过上振板高度调整螺杆15调整上振板1与下 振板2之间的距离；通过计算机设定超声波发生器的功率、扫频周期、扫频幅宽(± SkHz)、 脉冲超声的超声时间和停歇时间、整个超声处理时间、水浴的温度、循环泵的转速；开启电 热管6，通过水浴对物料溶液进行加热；加热至设定的工作温度后，打开循环阀门7和开启 循环泵4进行液体循环，开启超声波发生器开始进行超声处理。工作结束后，关闭循环阀门 7，打开出料阀门8，放出物料溶液。 该设备在农产品精深加工发明的应用研究表明，应用于天然产物有效成分的提取 时，与目前同类技术比较，提取效率提高10-90% ;应用于蛋白酶解制备多肽时，与目前同类 技术比较，酶解效率提高25-65 % 。


图1为扫频模式的超声频率变化曲线(扫频波形呈等腰三角形)；
图2为扫频模式的超声频率变化曲线(扫频波形呈单调下降)，
图3为扫频模式的超声频率变化曲线(扫频波形呈单调上升)，
图4为双频组合对振的超声频率变化曲线， 图5为扫频模式脉冲多频超声波生物加工装置的结构示意图，其中1-上超声波换 能器(上振板)，2-下超声波换能器(下振板)，3-超声波处理箱体，4-循环泵，5-水浴导热 水，6_电热管，7-循环阀门，8-出料阀门，9、14-线缆，10_超声波控制仪、ll-温度控制仪， 12-计算机，13-超声波发生器组，15-换能器高度调整螺杆。
具体实施例方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细描述，但本发明中描述的实施 方式仅用于解释本发明，而不限制本装置的应用。 扫频模式的脉冲多频超声波生物加工装置由超声波处理系统、超声波发生系统 和计算机控制系统组成，这三部分由线缆依次连接而成。如说明书附图5所示的超声波处 理系统由上超声波换能器即上振板1、下超声波换能器即下振板2，超声波处理箱体3，循环 泵4，循环阀门7，出料阀门8，水浴导热水5，电热管6，换能器高度调整螺杆15组成。其中 超声波处理箱体3中装设电热管6，可以满足超声处理液不同温度设定；下振板2位于超声 波处理箱体3的底部，上振板和下振板上下对称放置，上振板1通过换能器高度调整螺杆15 进行固定，当进行上下对振时，上下振板之间的距离可以通过换能器高度调整螺杆15进行调整，满足不同高度装液量的需要； 其中所述的超声波换能器(上振板)l和下超声波换能器(下振板)2，其中心频率 为24kHz 68kHz，上下变化的幅度(S )为0 5kHz ;进行上下对振时，上振板和下振板的 中心频率不同； 可以根据实际生产中生产规模以及处理物料的量的不同选择上下振板的对数，上 下四块振板的组合可以实现以下工作方式 (1)单频扫频模式即箱底放置频率相同的两块下振板，注入一定深度的物料溶 液，进行扫频超声处理； (2)多频扫频模式即箱底放置频率不同的两块及以上下振板，注入一定深度的 物料溶液，进行双频及多频扫频超声处理； (3)双频对振扫频模式即箱底放置频率相同的两块下振板，注入一定深度的物 料溶液，在紧贴溶液表面放置频率相同的两块上振板，上振板频率不同于下振板，进行双频 对振扫频超声处理。 其中所述可供选择的中心频率(a)为24kHz 68kHz，上下变化的幅度(S )为0 5kHz ;当进行扫频参数设定时，频率变化幅度(S )可以在0 5kHz之间任意设定；扫频周 期即完成一次频率从a- S欣2增至￡1+ S欣2，再从￡1+ S kHz降至a- S kHz所需的时间可以在 lms 1000ms之间任意变化；当S = 0时，则为普通的固定频率工作模式；脉冲式超声工 作模式主要设定参数包括超声时间和间歇时间，超声时间和间歇时间均可以在1 1000s 之间调整。 循环泵4位于超声波处理箱体3的外部，通过输送管道和阀门与超声波处理槽体 内部连接在一起，从超声波处理槽体3的右下角出液，从槽体3的左上角返回。超声波处理 箱体3的右下角部分装有循环阀门7和出料阀门8，当工作完毕后，关闭循环阀门7，打开出 料阀门8，放出物料溶液。循环泵4用于实现被处理物料溶液的循环流动，强化对流传质，提 高超声处理效果。 所述的超声波发生系统就是超声波发生器组13，超声波发生器组13由一组不同 频率超声波发生器组成，每个频率的超声波发生器与其相应的超声波换能器相对应，用于 控制超生波换能器按照所设定的功率、扫频周期、扫频幅宽(± SkHz)、脉冲超声的超声时 间和间歇时间、整个超声处理时间发出超声波；当进行扫频参数设定时，以S 二2kHz为例， 频率变化幅度(S)可以在0 2kHz之间任意设定；扫频周期(即完成一次频率从a-SkHz 增至a+ S kHz,再从a+ S kHz降至a- S kHz所需的时间)可以在1ms 1000ms之间任意变 化。当S =0时，则为普通的固定频率工作模式。脉冲式超声工作模式主要设定参数包括 超声时间和间歇时间，超声时间和间歇时间均可以在1 1000s之间调整。
计算机控制系统由超声波控制仪IO，温度控制仪11和计算机12组成。由线缆连 接在一起；计算机12通过超声波控制仪10控制每个特定中心频率(a kHz)超声波发生器 的功率、扫频周期、扫频幅宽(± SkHz)、脉冲超声的超声时间和间歇时间、整个超声处理时 间。计算机12温度通过控制仪14控制超声波处理槽体3的水浴温度。可以通过计算机12
对上述所有参数进行设定。
实施例1 本发明在天然产物有效成分提取中的应用——条斑紫菜蛋白的超声辅助提取。将lkg干紫菜(含蛋白41.3%)粉碎至60目后和40L水混匀后加入超声波处理槽。在处理 槽底放入两只频率为28kHz的换能器，在紧贴液面上方放置两只20kHz的换能器(相距约 20cm)。通过计算机设定每只换能器的输入功率为600W(4只总功率2400W)、扫频周期为 20ms、扫频幅宽为士2kHz、脉冲超声的超声时间100s、停歇时间3s、循环泵的流量5L/min、 提取液初始温度为45°C 。超声辅助提取80min后停止超声。提取液3000r/min离心10min， 取上清液测定其中蛋白含量，计算得到蛋白的提取率为90.2%。 对照试验对照试验包括无超声的常规提取和无扫频的定频超声辅助提取。无超 声的常规提取其它参数与上述相同；无扫频的定频超声辅助提取是指将扫频幅宽整体为 士OkHz，其它参数与上述相同。常规提取和定频超声辅助提取的蛋白提取率分别为78. 1% 和81.3%。扫频式多频脉冲超声提取比常规提取和定频超声辅助提取的蛋白提取率分别增 加了 15. 5%和10. 9%。
实施例2 本发明在天然产物有效成分提取中的应用——油菜籽蛋白的超声辅助提取。将 1.8kg油菜籽饼粕粗蛋白(含蛋白48%)粉碎至90目后和30L水混匀后加入超声波处理 槽，调整pH至9. 8。在处理槽底放入两只频率为28kHz的换能器，在紧贴液面上方放置两只 24kHz的换能器(相距约15cm)。通过计算机设定每只换能器的输入功率为600W(4只总功 率2400W)、扫频周期为18ms、扫频幅宽为士2kHz、脉冲超声的超声时间50s、停歇时间5s、循 环泵的流量16L/min、提取液初始温度为3(TC。超声辅助提取30min后停止超声。提取液 3200r/min离心10min，取上清液测定其中蛋白含量，计算得到蛋白的提取率为24. 2%。
对照试验对照试验包括无超声的常规提取和无扫频的定频超声辅助提取。无超 声的常规提取其它参数与上述相同；无扫频的定频超声辅助提取是指将扫频幅宽整体为 士OkHz，其它参数与上述相同。常规提取和定频超声辅助提取的蛋白提取率分别为12.8% 和19. 8%。扫频式多频脉冲超声提取比常规提取和定频超声辅助提取的蛋白提取率分别增 加了 89. 1%和22. 2%。
实施例3 本发明在天然产物有效成分提取中的应用——米糠蛋白与多糖的超声辅助同步 提取。将200g脱脂米糠和20L水混匀后加入超声波处理槽。在处理槽底放入两只频率 为24kHz和64kHz的换能器。通过计算机设定每只换能器的输入功率为600W、扫频周期为 36ms、扫频幅宽为士2kHz、脉冲超声的超声时间200s、停歇时间5s、循环泵的流量2L/min、 提取液初始温度为45°C 。超声辅助提取80min后停止超声。提取液3000r/min离心10min， 取上清液测定其中蛋白含量，计算得到蛋白与多糖的总提取率为86.2%。
对照试验对照试验包括无超声的常规提取和无扫频的定频超声辅助提取。无超 声的常规提取其它参数与上述相同；无扫频的定频超声辅助提取是指将扫频幅宽整体为 士OkHz，其它参数与上述相同。常规提取和定频超声辅助提取的蛋白与多糖的总提取率分 别为62. 1%和71. 3%。扫频式多频脉冲超声提取比常规提取和定频超声辅助提取的蛋白 提取率分别增加了 38. 8%和20. 9%。
实施例4 本发明在麦胚血管紧张素转换酶(ACE)抑制肽酶法制备中的应用——对原料的 预处理。称取麦胚蛋白300g，和30L水混匀后加入超声波处理槽。在处理槽底放入频率为68kHz的换能器两只，在紧贴液面上方放置24kHz的换能器两只。通过计算机设定每只换 能器的输入功率为600W(4只总功率2400W)、扫频周期为170ms、扫频幅宽为士2kHz、脉冲 超声的超声时间200s、停歇时间4s、循环泵的流量5L/min、料液初始温度为35°C。预处理 20min后停止超声，放出料液，按照3500U/g的加酶量(E/S)加入碱性蛋白酶，调节pH8. 0， 在5(TC下酶解90min，酶解过程中维持温度和pH不变，酶解后煮沸灭酶，酶解液3500r/min 离心10min，上清液经过冷冻干燥后得到麦胚蛋白水解肽粉，测定其对血管紧张素转换酶 (ACE)的抑制效果IC5。值为0. 35mg/mL，这里的IC5。值是指使ACE活性产生50%抑制率所 需要的多肽浓度。 对照试验对照试验包括无超声预处理和无扫频的定频超声预处理。定频模式是 指设定扫频幅宽为士OkHz。无超声预处理和定频超声预处理得到的酶解产物对ACE抑制 IC5。值分别为0. 42mg/mL和0. 39mg/mL，说明本发明的扫频式多频脉冲超声预处理得到的酶 解产物对ACE抑制ICs。值比无超声预处理和定频超声预处理分别提高了 20. 0%和11. 4%。
实施例5 本发明在麦胚ACE抑制肽酶法制备中的应用——对蛋白酶的预处理。蛋白酶 Alcalase用最适pH缓冲液稀释至3000倍，配成0. 033%酶溶液，置于冰浴中备用。在超声 处理槽底放入两块中心频率为24kHz的换能器，量取15L的酶溶液注入处理槽中。通过计 算机设定每只换能器的输入功率为300W、扫频周期为18ms、扫频幅宽为士2kHz、脉冲超声 的超声时间500s、停歇时间5s、循环泵的流量2L/min、酶液初始温度35°C。分别在扫频模 式和定频模式下超声处理30min后停止超声，测定蛋白酶Alcalase的活性。定频模式是指 设定扫频幅宽为士OkHz。扫频模式超声预处理使得Alcalase活力比初始值提高了9.6X、 定频模式超声预处理使得Alcalase活力比初始值提高了 7. 1%。
实施例6 本发明在麦胚ACE抑制肽酶法制备中的应用——在超声场下进行酶解。在超声处 理槽底放入两块中心频率为24kHz的换能器，分别量取浓度为12和24g/L麦胚蛋白水溶液 15L注入处理槽。通过计算机设定每只换能器的输入功率为600W、扫频周期为18ms、扫频 幅宽为士2kHz、脉冲超声的超声时间500s、停歇时间5s、循环泵的流量2L/min、酶解液初始 温度5(TC。用lmol/L NaOH将酶解液pH值调至8.0，按照3500U/g的加酶量(E/S)加入蛋 白酶Alcalase。当加热酶解液温度到50°C时，开启超声发生器，开始进行扫频和定频两种 模式的超声辅助酶解。定频模式是指设定扫频幅宽为士OkHz。整个酶解过程用标定好的 NaOH(O. 539mol/L)维持pH 8. O左右。酶解90min后终止反应，煮沸灭酶，酶解液3500r/min 离心10min，取上清液测定水解产物的ACE抑制活性和蛋白质转化率。
以传统的无超声场酶解为对照，当底物浓度为12和24g/L时，扫频超声辅助酶解 使得酶解产物ACE抑制活性分别比对照组提高了 41. 2%和35. 6%，定频超声辅助酶解使得 酶解产物ACE抑制活性分别比对照组提高了 24. 0%和19. 6% ;当底物浓度为24g/L时，扫 频超声辅助酶解使得麦胚蛋白的产物转化率比对照组提高了 35. 5%，定频超声辅助酶解使 得麦胚蛋白的产物转化率比对照组提高了 30. 1%。
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权利要求
扫频模式的脉冲多频超声波生物加工装置，由超声波处理系统、超声波发生系统和计算机控制系统组成，这三部分由线缆依次连接而成，其特征在于所述的超声波处理系统由上超声波换能器即上振板(1)、下超声波换能器即下振板(2)，超声波处理箱体(3)，循环泵(4)，循环阀门(7)，出料阀门(8)，水浴导热水(5)，电热管(6)，换能器高度调整螺杆(15)组成；其中超声波处理箱体(3)中装设电热管(6)，下振板(2)位于超声波处理箱体(3)的底部，上振板(1)和下振板(2)上下对称放置，上振板(1)通过换能器高度调整螺杆(15)进行固定，且进行上下对振时，上下振板(1、2)之间的距离通过换能器高度调整螺杆(15)进行调整，循环泵(4)位于超声波处理箱体(3)的外部，通过输送管道和阀门与超声波处理箱体(3)的内部连接在一起，在超声波处理箱体(3)的右下角设置出液口，从箱体(3)的左上角设置进液口，超声波处理箱体(3)的右下角部分装有循环阀门(7)和出料阀门(8)。
2. 根据权利要求1所述的扫频模式的脉冲多频超声波生物加工装置，其特征在于所述 的上振板(1)和下振板(2)，其中心频率为24kHz 68kHz，上下变化的幅度S为0 5kHz ; 进行上下对振时，上振板(1)和下振板(2)的中心频率不同。
3. 根据权利要求1所述的扫频模式的脉冲多频超声波生物加工装置，其特征在于所述 的超声波发生系统就是超声波发生器组(13)，超声波发生器组(13)由一组不同频率超声 波发生器组成，每个频率的超声波发生器与其相应的超声波换能器相对应。
4. 根据权利要求1所述的扫频模式的脉冲多频超声波生物加工装置，其特征在于所述 的计算机控制系统由超声波控制仪(10)、温度控制仪(11)和计算机(12)组成；超声波控 制仪(10)和计算机(12)由线缆连接在一起；计算机(12)通过超声波控制仪(10)控制每 个特定中心频率超声波发生器；计算机(12)经温度控制仪(14)控制超声波处理箱体(3) 的水浴温度。
5. 基于上述权利要求1所述的扫频模式的脉冲多频超声波生物加工装置的方法，其特 征在于根据实际生产中生产规模以及处理物料的量的不同选择上下振板的对数，上下四块 振板的组合实现以下工作方式(1) 单频扫频模式即箱底放置频率相同的两块下振板，注入一定深度的物料溶液，进 行扫频超声处理；(2) 多频扫频模式即箱底放置频率不同的两块及以上下振板，注入一定深度的物料 溶液，进行双频及多频扫频超声处理；(3) 双频对振扫频模式即箱底放置频率相同的两块下振板，注入一定深度的物料溶 液，在紧贴溶液表面放置频率相同的两块上振板，上振板频率不同于下振板，进行双频对振 扫频超声处理。
6. 根据权利要求5所述的扫频模式的脉冲多频超声波生物加工装置的方法，其中所述 可供选择的中心频率a为24kHz 68kHz，上下变化的幅度S为0 5kHz ;当进行扫频参数 设定时，频率变化幅度S在0 5kHz之间任意设定；扫频周期即完成一次频率从a- S kHz 增至a+ S kHz,再从a+ S kHz降至a- S kHz所需的时间在1ms 1000ms之间任意变化；当S = 0时，则为普通的固定频率工作模式；脉冲式超声工作模式主要设定参数包括超声时 间和间歇时间，超声时间和间歇时间均在1 1000s之间调整。
7. 扫频模式的脉冲多频超声波生物加工装置和方法在天然产物有效成分的超声辅助提取、生物大分子的超声辅助酶解的应用，其中所述的生物大分子的超声辅助酶解包括对 原料的预处理、对水解酶的预处理和在超声波场中进行酶解反应。
全文摘要
扫频模式的脉冲多频超声波生物加工装置、方法及其应用，涉及农产品精深加工领域。由超声波处理系统、超声波发生系统和计算机控制系统组成，这三部分由线缆依次连接而成，其中所述的超声波处理系统由上超声波换能器、下超声波换能器、超声波处理槽体、循环泵和上振板高度调整螺杆组成；超声波发生器组由一组不同频率脉冲式超声波发生器组成，控制系统由超声波控制仪，温度控制仪和计算机组成；该设备可用于天然产物有效成分的超声辅助提取，提取效率提高10-90％；可用于生物大分子的超声辅助酶解，生物大分子的超声辅助酶解包括对原料的预处理、对水解酶的预处理和在超声波场中进行酶解反应，酶解效率提高25-65％。
文档编号B01J19/10GK101711969SQ20091021270
公开日2010年5月26日 申请日期2009年10月30日 优先权日2009年10月30日
发明者任晓锋, 何荣海, 王振斌, 马海乐, 骆琳 申请人:江苏大学