一种制备多分子段功能糖的关键纳米细化装置的制作方法

本实用新型涉及一种纳米细化技术，尤其涉及一种制备多分子段功能糖的关键纳米细化装置。

背景技术：

纳米(英语：nanometre)是长度单位，国际单位制符号为nm。原称毫微米，就是10^-9米(10亿分之一米)，即10^-6毫米(1000000分之一毫米)。如同厘米、分米和米一样，是长度的度量单位。相当于4倍原子大小，比单个细菌的长度还要小。国际通用名称为nanometer，简写nm。

目前纳米粒子的制备方法一般分为两大类：物理方法和化学方法。物理方法又称为粉碎法，它是将固体材料由大变小，即将块状物质粉碎制得纳米粉体粒子；化学方法又称构筑法，它是由下限原子、离子、分子通过成核和生长两个阶段合成纳米材料。以化学为基础之纳米粉体制造方法可以得到数纳米之粉体。但制造成本有时相当高，且不易放大，粒径分布亦较不均匀。目前，纳米粉碎设备主要有多维摆动式高能纳米球磨机、多层次分级纳米球磨机、高速纳米粉碎机、高速剪切超细粉碎机、气流粉碎机、超声波纳米粉碎机等。

高分子聚合物的断裂在微观上大体上可分为分子间滑脱、范德华力或氢键破坏和化学键破坏三种类型。前两种类型的破坏并不会造成分子的降解，只有化学键的破坏才可能造成分子的降解。聚合物在聚合塑炼、熔融挤出，以及高分子溶液受强烈搅拌或超声波作用时，都可能使大分子链断裂而降解。魔芋葡甘聚糖的机械力化学降解现象对于实际生产具有重要的启发意义。

目前的纳米粉碎技术多种多样，但是粉碎之后的纳米级颗粒无法精确控制其分子量，需要粉碎之后，再进行测量筛选，从而获得需要的产品。这就损耗了大量的工作。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中的不足，提供了一种纳米细化装置，能够控制细化之后产品的粒径，从而精确控制粉碎细化之后产品的分子量，获得分子量分布集中的纳米颗粒，该技术方法更便捷、环保，更具商业竞争力。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：一种甘露聚糖的纳米细化制备装置，包括粉碎筒，所述粉碎筒内设置有搅拌棒，所述搅拌棒上设置有上下螺旋的搅拌叶，所述粉碎筒底部设置有电机，所述电机的输出轴和所述搅拌棒相连，所述粉碎筒底部设置有进料管，所述粉碎筒顶部设置有出料传送带，所述出料传送带靠近所述搅拌叶的最上端，所述粉碎筒外设置有冷却筒，所述冷却筒底部设置有进水管而上方侧壁上连接有出水管，所述出料传送带的另一端设置于集料斗上方，所述集料斗下方连接有泵，所述泵设置有出料部，所述出料部设置有第一出料管和第二出料管，所述第一出料管连接有气流粉碎机，所述气流粉碎机侧壁设置有第一喷气管和第二喷气管，所述气流粉碎机顶部设置有第三喷气管，所述第一喷气管、第二喷气管和第三喷气管的中轴线相交于一点，所述第二出料管连接有第一高压泵和第二高压泵，所述第一高压泵的输出端连接所述第一喷气管，所述第二高压泵的输出端连接所述第二喷气管，所述第三喷气管连接有第三高压泵，所述气流粉碎机底部设置有出料管，所述出料管连接有物料中转部，所述物料中转部连接所述第一高压泵、第二高压泵和第三高压泵，所述物料中转部还连接有成品仓，所述气流粉碎机内设置于挡流部，所述挡流部上设置有引流斜面，所述引流斜面和所述气流粉碎机顶部之间设置有弧形的引流弧面，所述引流弧面端部和所述第三喷气管相连，所述粉碎筒内设置有研磨球，所述气流粉碎机外壁上环形设置有两圈超声波部，每圈超声波部设置有奇数个超声波发生器。

上述技术方案中，优选地，所述电机的转速范围为500转/分-9000转/分。

上述技术方案中，优选地，所述超声波发生器产生的超声波频率范围为20kHz至100kHz。

上述技术方案中，优选地，所述气流粉碎机外部设置有控温部，所述控温部对所述气流粉碎机进行温度控制防止其因高温而损坏。

本实用新型能够控制细化之后产品的粒径，从而精确控制粉碎细化之后产品的分子量，获得分子量分布集中的纳米颗粒，与现有技术相比更便捷、环保，更具商业竞争力。

附图说明

图1是本实用新型粉碎筒结构示意图。

图2是本实用新型气流粉碎机结构示意图。

图3是本实用新型气流粉碎机气流示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：如图1至图3所示，一种甘露聚糖的纳米细化制备装置，包括粉碎筒1，所述粉碎筒1内设置有搅拌棒13，所述搅拌棒13上设置有上下螺旋的搅拌叶131，所述粉碎筒1底部设置有电机11，所述电机11的输出轴12和所述搅拌棒13相连，所述粉碎筒1底部设置有进料管14，所述粉碎筒1顶部设置有出料传送带15，所述出料传送带15靠近所述搅拌叶131的最上端，所述粉碎筒1外设置有冷却筒2，所述冷却筒2底部设置有进水管21而上方侧壁上连接有出水管22，所述出料传送带15的另一端设置于集料斗31上方，所述集料斗31下方连接有泵3，所述泵3设置有出料部32，所述出料部32设置有第一出料管321和第二出料管322，所述第一出料管321连接有气流粉碎机4，所述气流粉碎机4侧壁设置有第一喷气管5和第二喷气管6，所述气流粉碎机4顶部设置有第三喷气管42，所述第一喷气管5、第二喷气管6和第三喷气管42的中轴线相交于一点，所述第二出料管322连接有第一高压泵和第二高压泵，所述第一高压泵的输出端连接所述第一喷气管5，所述第二高压泵的输出端连接所述第二喷气管6，所述第三喷气管42连接有第三高压泵，所述气流粉碎机4底部设置有出料管41，所述出料管41连接有物料中转部，所述物料中转部连接所述第一高压泵、第二高压泵和第三高压泵，所述物料中转部还连接有成品仓，所述气流粉碎机4内设置于挡流部45，所述挡流部45上设置有引流斜面44，所述引流斜面44和所述气流粉碎机4顶部之间设置有弧形的引流弧面43，所述引流弧面43端部和所述第三喷气管42相连，所述粉碎筒1内设置有研磨球，所述气流粉碎机4外壁上环形设置有两圈超声波部，每圈超声波部设置有奇数个超声波发生器7。

所述电机11的转速范围为500转/分-9000转/分。

所述超声波发生器7产生的超声波频率范围为20kHz至100kHz。

所述气流粉碎机4外部设置有控温部8，所述控温部8对所述气流粉碎机4进行温度控制防止其因高温而损坏。

本实用新型的关键纳米细化技术是混合细化的方法，通过控制机器的粉碎时间，转速来控制粉碎后成品的粒径。在进行细化的时候，因为本方案采用的是物理方式，所以会产生较多的热量。在粉碎筒1外设置有冷却筒2，通过水冷的方式进行控温。在气流粉碎机4外部设置有控温部8。控温部8和气流粉碎机4外壁上具有间隔，可在这个间隔内注入水进行控温，也可以通过注入温度较低的气体进行冷却控温。

本方案提供的装置的使用方法，包括步骤一，将物料在粉碎筒1内粉碎加工，同时控制搅拌棒13的转动速度，加工预设的时间之后，进入步骤二；步骤二，启动出料传送带15，将搅拌叶131旋转带上来的物料输送至集料斗31内；步骤三，启动泵3将集料斗31内的物料通过第一出料管321输送至气流粉碎机4，以及通过第二出料管322输送至第一高压泵；步骤四，启动第一高压泵，将物料通过第一喷气管5喷入气流粉碎机4内和从第一出料管321输出的物料相碰撞，然后停止第一高压泵；步骤五，启动第二高压泵，将物料通过第二喷气管6喷入气流粉碎机4内和内部的物料相碰撞，然后停止第二高压泵；步骤六，启动第三高压泵，将物料通过第三喷气管42喷入气流粉碎机4内和内部的物料相碰撞，然后停止第三高压泵；步骤七，重复步骤三至六，重复预定的时间，同时启动超声波部，使其按照预定的频率工作；步骤八，物料中转部将从出料管41收集的物料运输至成品仓，成品仓内的物料是本装置进行混合细化之后的产品。

本方案提供的装置，可以生产多分子段的功能糖，主要方式是通过调节电机的转速，超声波的频率以及粗细化和精细化的时间。在相同的工作参数下，生产出来的产品的粒径能够被控制在一个较窄的范围之内。

现有技术下，检测多糖的分子量是一个十分复杂繁琐的过程，尤其是对通过化学或生物方式获得的甘露聚糖进行检测分子量，更是一个十分艰难的操作。本方案中提供的装置，生产的甘露聚糖产品的粒径整体分布近似于正态分布。进过多次的检测对比发现，本装置通过上述方法生产的甘露聚糖的粒径处于某个范围内，同时，分子量分布于对应的范围之间。本装置生产的纳米颗粒，其粒径和分子量呈现一种对应关系。这就大大简化了检测过程，只要检测颗粒的粒径即可，从而节省了大量的工作时间。也即，通过本装置生产的甘露聚糖，只要将粒径控制在某个的范围内，就能够保证分子量分布于对应的范围内。

目前不同分子段的魔芋葡甘聚糖所对应的粒径：

魔芋精粉的主要成分为魔芋多糖，又称魔芋葡甘聚糖(KGM)，是已知植物胶中黏度最大的天然高分子多糖，平均分子量为20万-200万Da(道尔顿，Dalton)，外形呈白色或奶油至淡棕黄色粉末，是由分子比为1：1.6的葡萄糖和甘露糖残基通过β-(1，4)-糖苷键聚合而成，在某些糖残基C-3上存在β(1，3)糖苷键组成的支链，主链上每32-80个糖残基有1个支链，每条支链有几个至几十个糖残基，主链上大约每19个糖残基上有一个以酯键结合的乙酰基。

魔芋葡甘露聚糖具有多种优良的特性，如凝胶性、可食用性、成膜性等，故在食品、医药、化工等各个生产领域有着广泛的用途。但KGM具有溶解度低、流动性差等特性，其应用受到一定的限制，为进一步提高KGM的性能，扩大其应用范围，通常通过物理法、化学法和生物法等手段对其进行降解。

本方案提供的装置，可用于生产一种应用于肠道健康的纳米颗粒。通过调节电机转速为3000-9000转/分，超声波的频率为30k-100kHz，粗细化时间为90-270分钟以及精细化时间为60-180分钟，从而生产出粒径在1.5-10nm且分子量分布范围为400-4000Da的低聚甘露糖，包括有400-2000Da的普通低聚甘露糖和2000-4000Da的大分子低聚甘露糖；将这些低聚糖作为食品添加剂、功能性食品原料、配料、特殊医学用途配方食品原料或配料，在食用这些物品或这些物品制成的产品之后，肠道内有益菌增加，有害细菌减少，从而双向调节肠道内菌群平衡，改善肠道健康，提高人体免疫力，改善人体亚健康状况。

本方案提供的装置，可用于生产一种在医药领域应用的纳米颗粒。使得原料在粉碎筒内粉碎加工60-180分钟，同时控制搅拌棒的转动速度为2000-6000转/分，并且将超声波的频率控制在30k-90kHZ左右，最后在气流粉碎机内精细化30-120分钟；最终生产出粒径为20-40nm内的纳米功能糖，并且该纳米功能糖的分子量分布被控制在10000至20000Da内。对应于低聚甘露糖，我们将这个粒径和分子量范围内的甘露聚糖称之为甘露次聚糖。将这些纳米功能糖(甘露次聚糖)应用到降血糖产品中，在食用后可以明显降低血糖，在0.5g/kg至2.0g/kg的剂量范围内，降血糖效果随剂量而提升；并且，将这些纳米功能糖进行硫酸酯化修饰，得到水溶性良好的硫酸酯化衍生物，所述的硫酸酯化衍生物具有抗凝血，抗血栓的功效。

本方案提供的装置，可用于生产一种在抗肿瘤抗病毒领域中应用的纳米颗粒。通过调节电机转速为1000-5000转/分，超声波的频率为30k-90kHz的范围内，粗细化时间为30-150分钟以及精细化时间为20-90分钟，从而生产出粒径在80-150nm且分子量分布范围为4万-8万Da的甘露聚糖(我们将这个粒径和分子量范围内的甘露聚糖称之为甘露次亚聚糖)；将纳米甘露聚糖制成相应产品或应用于抗肿瘤产品中服用，服用的纳米甘露聚糖和体重的比例为100-400mg/kg，服用纳米甘露聚糖后对肿瘤具有明显的抑制作用；将纳米甘露聚糖进行硫酸化衍生化处理，制成相应产品或应用于抗病毒产品中。硫酸化甘露次亚聚糖在200μg/ml以上浓度时，具有很好的抗广谱病毒效果。

本方案提供的装置，可用于生产一种在石油工业中应用的纳米颗粒。将原料在粉碎筒内粉碎加工15-90分钟，同时控制搅拌棒的转动速度为500-4000转/分，并且将超声波的频率控制在20k-50kHz的范围内，最后在气流粉碎机内精细化10-70分钟；最终生产出粒径为200-400nm内的葡甘聚糖，并且该葡甘聚糖的分子量分布被控制在10万-20万Da内(我们将这个粒径和分子量范围内的甘露聚糖称之为甘露亚聚糖)。将这些纳米葡甘聚糖(甘露亚聚糖)中加入生物酶制剂形成暂堵剂，黏度性能获得显著提高，具有更加优秀的性能。本实用新型利用这些大分子物质相互桥接，在井壁上形成薄而坚韧的隔膜，粘附性强，可以封堵裂缝，承压变形能力强，具有较好的伸长率，同时容易进行破胶返排。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。