CN1446901A - 酶反应控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通过酶反应制造上述物质的物质制造器(1)中的控制酶反应状态的酶反应控制装置(3)，其特征在于，该装置配备有用于检测与上述物质制造器(1)中的酶反应相应的静电电容变化的第(2)传感器组件(63)，以及预先存储与标准的酶反应相应的标准静电电容的变化的标准值存储装置(77)，将检测的静电电容的变化与存储的静电电容的变化进行比较，控制上述物质制造器(1)中的酶反应，从而可以准确地控制酶反应，以得到所要求的物质。

Description

酶反应控制装置

技术领域

本发明是关于通过酶反应制造清酒、啤酒、酱油等的物质制造器中的酶反应控制装置。

背景技术

以往的酶反应控制装置例如有特开平8-256759号公报、特开平11-341947号公报中记载的装置。

上述特开平8-256759号公报中所记载的装置，是在生产发酵食品时，对正在发酵的酶作用物照射微波，通过测定透射波的衰减来控制酶反应。另外，上述特开平11-341947号公报中记载的装置，是通过测定发酵液的温度和电导率来控制酶反应。

因此，无论哪一种装置，要想得到目的物质都要进行酶反应控制。

但是，采用照射微波的装置时，照射的微波会对酶反应产生影响，而采用测定电导率的装置时，由于与发酵液接触的电极的腐蚀，对酶反应产生影响，因此，无论哪一种装置都不能准确地控制酶反应。

发明内容

本发明的目的是，提供可以准确地控制酶反应、得到所需要的物质的酶反应控制装置。

本发明的第1方面，是通过酶反应制造上述物质的物质制造器中的控制酶反应状态的酶反应控制装置，其特征在于，该装置配备有用于检测与上述物质制造器中的酶反应相应的静电电容变化的静电电容传感器，以及预先存储与标准的酶反应相应的标准静电电容的变化的标准值存储装置，将上述检测的静电电容与存储的静电电容进行比较，控制上述物质制造器中的酶反应。

本发明的第2方面，是根据本发明的第1方面所述的酶反应控制装置，其特征在于，所述的静电电容传感器配备有相对于上述物质制造器的酶反应中的内容物移动的流路为绝缘的并回转的导电性金属箔制的测量电极和接地(ダランド)电极。

本发明的第3方面是根据本发明的第2方面所述的酶反应控制装置，其特征在于，所述的接地电极比上述测量电极更窄地形成，两者交替地配置。

本发明的第4方面是根据本发明的第3方面所述的酶反应控制装置，其特征在于，所述的测量电极和接地电极沿着上述内容物的移动方向卷成螺旋状。

按照本发明的第1方面，在物质制造器中，可以通过酶反应，一面控制该酶反应的状态、一面制造所需要的物质。该酶反应的控制，是通过对使用所述的静电电容传感器根据该物质制造器中的酶反应测得的静电电容的变化与预先在标准值存贮装置中存贮的与标准酶反应相应的标准静电电容的变化进行比较，从而可以控制上述物质制造器中的酶反应。因此，通过物质制造器中的酶反应，可以制造所需要的物质。

由于是通过测定静电电容的变化来控制酶反应，因而对酶反应不会产生影响，可以准确地制造所要求的物质。

按照本发明的第2方面，在本发明的第1方面的效果的基础上，由于上述静电电容传感器配备了相对于上述物质制造器的酶反应中的内容物移动的流路为绝缘的并回转的导电性金属箔制的测量电极和接地电极，因而可以准确地测定在流路中移动的内容物的静电电容，更精确地控制上述物质制造器中的酶反应。

按照本发明的第3方面，在本发明的第2方面的效果基础上，由于上述接地电极比测量电极更窄地形成，两者交替配置，因而可以准确地测定在流路中移动的内容物的静电电容，更精确地控制上述物质制造器中的酶反应。

按照本发明的第4方面，在本发明的第3方面的效果基础上，上述测量电极和接地电极沿着上述内容物的移动方向卷成螺旋状，因而可以准确地测定在流路中移动的内容物的静电电容，更精确地控制上述物质制造器中的酶反应。

附图说明

图1涉及本发明的第1实施方式，是通过酶反应制造物质的物质制造器中的控制酶反应状态的酶反应控制装置的整体示意图。

图2涉及本发明的第1实施方式，是表示与酶反应相对应的标准静电电容的变化的曲线图。

图3涉及本发明的第1实施方式，是表示传感器组件及其周围的剖面图。

图4涉及本发明的第1实施方式，是图3的SA-SA向视图的放大的剖面图。

图5涉及本发明的第1实施方式，是传感器组件的主要部位的放大的剖面图。

图6涉及本发明的第1实施方式，是说明电极的卷绕状态的图。

图7涉及本发明的第1实施方式，是以展开状态表示与图6的电极对应的电极的说明图。

图8涉及本发明的第1实施方式，是酶反应控制装置的示意方框图。

图9是本发明的改型例的实施方式的酶反应控制装置的示意方框图。图中

1物质制造器

2酶反应控制装置

63第2传感器组件(静电电容传感器)

75存储器(标准值存储装置)

具体实施方式第1实施方式

图1涉及本发明的一个实施方式，该图是通过酶反应制造所需要的物质的物质制造器1的控制酶反应状态的酶反应控制装置3的整体示意图。如图1所示，物质制造器1例如是通过酵母菌的酶反应制造目的物清酒的装置。

上述物质制造器1配备有发酵罐5，该发酵罐5可以通过电气方式控制罐内温度。发酵罐5中设有搅拌器7。该搅拌器7配备有由马达9驱动旋转的旋转轴11。旋转轴11上安装有上、下二段搅拌叶片13和15。

在上述发酵罐5的上部连接有酒曲供给管17、酒精供给管19、蒸米供给管21、水供给管23、空气供给管25和空气排出管27。上述酒曲供给管17上设置了第1电磁开关阀29。上述酒精供给管19上设置了第2电磁开关阀31。上述蒸米供给管21上设置了第3电磁开关阀33。上述水供给管23上设置了第4电磁开关阀35。上述空气供给管25上设置了第5电磁开关阀37。上述空气排出管27上设置了第6电磁开关阀39。

在上述发酵罐5的下部设置了清酒酒糟排出管41和清酒取出管43。在清酒酒糟排出管41上设置了第7电磁开关阀45。上述清酒取出管43上设置了第8电磁开关阀47。

清酒取出管43是由绝缘材料例如氯乙烯等绝缘树脂制成的管形成。该清酒取出管43也可以只在与第1传感器组件59相对应的部分上由绝缘材料形成。所述的绝缘材料还可以使用石英玻璃等。在该清酒取出管43的末端设有取出口49。该取出口49侧面设置了分支口51。该分支口51上连接有分支管53。分支管53与回收槽相连接。该回收槽用于回收含有微量异物的清酒。

在上述清酒取出管43的取出口49和上述分支管53上，作为将上述清酒的液流切换到上述取出口49和第1分支口53任一方的调整部件，配备了第9和第10电磁开关阀55和57。

将上述第9电磁开关阀55打开，可以从清酒取出管43的取出口49取出不含微量异物的优质清酒，将第9电磁开关阀55关闭时，停止从取出口49取出优质的清酒。将上述第9电磁开关阀55关闭并打开第10电磁开关阀57时，由清酒取出管43的管体内流路43a经过分支管53将含有微量异物的清酒排出到回收槽中。

在上述清酒取出管43上，作为检测管体43内的流路43a的静电电容的静电电容传感器，设置了第1传感器组件59。该第1传感器组件59配备在清酒取出管43的分支口53的上游侧，可以检测管内流路43a的静电电容变化。

在上述第1传感器组件59的上游侧，配备有用于除去异物的过滤器61。该异物去除过滤器61是用来除去在上述管内流路43a中流动的清酒中夹杂的微量异物。

在上述物质制造器1中，作为检测与酶反应相对应的静电电容变化的静电电容传感器，设置第2传感器组件63。第2传感器组件63安装在偏置管65上。偏置管65由绝缘材料例如氯乙烯等绝缘树脂制的管形成。该偏置管65也可以只在与第2传感器组件63对应的部分由绝缘材料形成。所述的绝缘材料也可以使用石英玻璃等。

上述偏置管65，与设置在发酵罐5底部的采样入口67和设置在发酵罐5中间部位的采样出口69连接。采样入口67与上述搅拌叶片15相对。因此，当搅拌叶片15被驱动而进行搅拌时，发酵罐5中的内容物就开始进行自动循环，即，从采样入口67进入，流经偏置管65的管内流路65a，再通过第2传感器组件63的部分，从采样出口69重新返回发酵罐5内。

上述第1和第2传感器组件59和63的检测信号，经过信号处理电路71被输入到控制装置73中。标准的静电电容的变化也经过上述信号处理电路33被输入到控制装置73中。

所述的标准的静电电容的变化是当流过上述管内流路43a的清酒不含有微小异物时的静电电容(去除异物标准值)与上述物质制造器1中的与标准的酶反应相应的标准的静电电容的变化(制造标准值)。上述制造标准值，和达到高品质而可以出厂的时机与内容物的静电电容变化的关系有关，关于这一点将在下文中说明。

所述控制装置73，例如可以由MPU(Microprocessing Unit)75构成运算部，配备有存储器77。上述运算部还可以由DSP(Digital SignalProcessor)等构成。存储器77构成标准值存储机构，预先存储上述异物标准值和制造标准值。由所述控制装置73对检出的静电电容的变化和存储的制造标准值进行比较，从而可以控制上述物质制造器1中的酶反应。

即，通过对上述第2传感器组件63检测的静电电容的变化和制造标准值进行比较，控制流过管内流路65a的内容物的酶反应，可以判断产品是否可以出厂。

另外，通过对上述第1传感器组件59检测的静电电容的变化和上述去除异物标准值进行比较，可以计量和测量流过管内流路43a的清酒中含有多少微小异物。

上述第1至第10电磁开关阀29、31、33、35、37、39、45、47、55和57，通过驱动电路79与上述控制装置73连接。

此外，在上述控制装置73上还连接有以电气方式控制上述发酵罐5的罐内温度的控制电路81、以及显示面板83、环境传感器85、数据传输接口87和电源89等。上述环境传感器85是用来检测发酵罐5周围的温度和湿度等，它通过上述信号处理电路71与控制装置73连接。

上述与酶反应相对应的标准的静电电容的变化(制造标准值)，在学术论文中已有描述，可以根据图2所示的关系设定。图2下部的曲线图，表示由于酶反应而引起的酵母菌细胞数随时间的变化，图2上部的曲线图，表示与细胞数的变化相对应的静电电容随时间的变化。静电电容随时间的变化是以最佳状态的值为100％、用电容率表示的。

在图2中，相对于酶反应的基材，细胞数为适量时的细胞数随时间的变化S1，细胞数过多时的细胞数随时间的变化是S2，细胞数过少时的细胞数随时间的变化S3。与此相对，与上述细胞数随时间的变化是S1相对应的静电电容的变化是ε1，与细胞数随时间的变化是S2相对应的静电电容的变化是ε2，与细胞数随时间的变化是S3相对应的静电电容的变化是ε3。

如图2所示，经过酶反应细胞数达到60％以上时，可以作为合格的产品出厂。通过观察图2上部的静电电容的变化来进行酶反应的控制。在图2中，T1是可以出厂的时机，T2是品尝期限。因此，只要检测到的静电电容的变化处于该范围之内，就可以作为优质的清酒出厂。为此，作为上述制造标准值，存储上述ε1的变化，电容率为60％以上时，断定可以出厂。不过，也可以根据酵母菌的多少，预先存储ε2、ε3的变化，根据ε2或ε3的变化来控制酶反应。

上述第1和第2传感器59和63，例如可以是图3一图5中所示的样子。

图3是表示第1和第2传感器59和63及其周围的放大的剖面图。图4是图3的SA-SA向视图的放大剖面图。图5是将图3的局部进一步放大显示的主要部位的放大的剖面图。另外，由于第1和第2传感器组件59和63的结构基本上相同这里只对第2传感器组件63进行说明。上述第1传感器组件59被安装的位置是在清酒取出管43上，这一点与第2传感器组件63有所不同，但二者的基本原理是相同的，因此略去说明。

如图3-图5所示，作为静电电容传感器的第2传感器组件63，配置了相对于上述管内流路65a为绝缘状态，圆周状的导电性金属箔制的测量电极和接地电极作为电极99。

该电极99，是在安装于形成通路的偏置管65外侧的安装用圆筒101上卷绕成圆周状。在本实施方式中，上述安装用圆筒101是由绝缘材料例如氯乙烯制的管形成。该安装用圆筒101只要是由绝缘材料形成即可，也可以由玻璃、树脂塑模等形成。安装用圆筒101与偏置管65的外周面紧密地嵌合。这种嵌合也可以利用粘结剂等固定。这样，通过使用例如氯乙烯制的管等安装用圆筒101，可以将第2传感器组件63与偏置管65组装成一体，而且向偏置管65上的安装也容易进行。在本实施方式中，偏置管65的与第2传感器63对应的部分是由氯乙烯等绝缘体形成的。该偏置管65也可以整体全部由绝缘体形成。这种情况对于第1传感器组件59和清酒取出管43也同样适用。

上述电极99是由铜箔等导电性金属箔制成，其具体结构将在下文中描述。在电极99的外侧设置了屏蔽材料105，两者之间有绝缘材料103。在本实施方式中，绝缘材料103是由氯乙烯制的管形成，紧密地覆盖电极99的外侧。上述绝缘材料103可以由树脂塑模、石英玻璃等各种绝缘材料构成。

在本实施方式中，上述屏蔽材料105是由铝管形成。屏蔽材料105紧密地嵌合在绝缘材料103的外表面上。屏蔽材料105的两端部固定有端部屏蔽材料107a和107b。在本实施方式中，端部屏蔽材料107a和107b是由铝形成。

如图5所示，在上述一方的端部屏蔽材料107a上设置有贯通孔109，将上述电极99的配线111引出到外部。在端部屏蔽材料107a与配线111之间，例如施加了树脂塑模113。如图3和图6所示，在配线111的端部设置了连接用的连接器114。

上述电极99的具体结构如图6所示。在图6中，用点划线表示将电极99卷绕在氯乙烯制的管等安装用圆筒101上形成螺旋状的状态，用实线表示电极99的展开状态。如图6所示，电极99由测量电极115和接地电极117构成。两电极115和117都是由铜箔形成，在展开状态下大致呈平行四边形带状。两电极115和117的短边长度(图6中用实线表示的右端或左端的上下方向的长度)加上两电极115和117之间的间隙119，与安装用圆筒101的外周长度大体上一致。

上述接地电极117比测量电极115更窄地形成。测量电极115和接地电极117按图中点划线所示沿着流动方向卷绕在安装用圆筒101的外周面上，形成螺旋状，通过粘结等方式固定。在本实施方式中，卷绕的圈数是围绕安装用圆筒101的外周面大致3周。不过，只要可以用电极115和117在偏置管65的全周上检测出静电电容的变化，卷绕的圈数可以任意选择。在卷绕到安装用圆筒101上的两电极115和117之间，设置间隙119。

上述两电极115和117，在图6的卷绕在安装用圆筒101上的状态下，两者交替配置。在这种卷绕状态下，邻接的测量电极115彼此在短路点AB之间短路连接。上述接地电极117，在卷绕状态下，在短路点CD之间短路连接。在图6所示的电极99的卷绕状态下，为了方便起见，短路点A、B、C、D的位置同时表示在同一侧面，实际的短路点A、B、C、D的位置处于在展开状态的位置所示的地方。

采用这种结构，例如可以形成与图7的电极99A同样结构的电极配置。即，图6的电极99的上述短路点A、B、C、D在位置上与图7的电极99A的点A1、B1、C1、D1相对应，电极99通过大致平行四边形带状的电极115、117和上述短路点A、B、C、D的短路连接，可以卷绕在安装用圆筒101的外面，形成螺旋状。

当然，代替电极99，也可以形成图7的电极99A的结构。在图7中，电极99A是将测量电极115A和接地电极117A卷绕在安装用圆筒101的外表面全周上，形成圆周状。不过，象图6的电极99那样卷绕在安装用圆筒101的外面形成螺旋状的场合，可以更准确、更容易地检测管内流路65a的静电电容的变化。

图8表示酶反应控制装置的概略方框图。第2传感器组件63、振荡电路121、频率/电压转换电路123、A/D转换电路125和MPU75构成了本实施方式的酶反应控制装置3。上述控制阀127由图1的第8、第9和第10电磁开关阀47、55、57构成。

一旦第1和第2传感器组件59和63检测出静电电容的变化，就由振荡电路121将与静电电容变化相对应的频率变化输入到频率/电压转换电路123。在频率/电压转换电路123中，将输入的频率变化转换成电压变化，输入到A/D转换电路125中。在A/D转换电路125中，将输入的电压变化转换成数字信号的2进制数数值，输入到MPU75中。在MPU75中，对检测后输入的静电电容的变化和上述标准静电电容的变化进行比较。

上述MPU75，根据比较的结果，计量和测量在上述第1传感器组件59的位置流过管内流路43a的清酒中含有多少微小异物。另外，在上述第2传感器组件63的位置，判断在发酵罐5内经过酶反应后清酒是否已经达到适合于出厂的状态。

在图1中，通过上述控制装置73的控制，第1-第6电磁开关阀29、31、33、35、37和39适时开关驱动，将蒸米、水、酵母菌和酒精送入发酵罐5中，在发酵罐5内的上部通入空气，用于延长活细胞的寿命。另外，经过控制装置73的控制，驱动马达9，通过旋转轴111驱动搅拌叶片13和15，进行适当搅拌。

在这种状态下，通过发酵罐5中的内容物的酶反应，可以制造所要求的清酒。此时，环境传感器85检测发酵罐5周围的温度和湿度等，将其输入控制装置73，根据检测到的周围环境情况，利用控制电路81以电气方式控制发酵罐5内的温度。这些环境参数和发酵罐5内的温度等可以在上述显示面板83上显示出来。

通过准确地控制酶反应，可以提高清酒的品质。利用上述搅拌叶片15的搅拌作用，发酵罐5中的内容物由采样口67经过偏置管65通过第2传感器组件63。在第2传感器组件63中，检测管内流路65a的静电电容的变化。

经过检测后，将测定的静电电容的变化与制造标准值进行比较，判断出厂的时机。出厂时机的判断结果可以显示在上述显示面板83上。根据出厂时机的判断，例如出厂时机是图2中的T1时，由MPU75通过驱动电路79将信号送到第8电磁开关阀47，将第8电磁开关阀47打开，第8电磁开关阀47打开后，可以使达到出厂时机T1的清酒从发酵罐5中流出到清酒取出管43。

在清酒取出管43中，清酒在管内流路43a中流动，到达取出口49时，在第1传感器组件59中检测管内流路43a的静电电容的变化。

经过检测，在第1传感器组件21的位置检测出微小异物时，由MPU75经过驱动电路79将信号送到第9和第10电磁开关阀55和57。此时，第9电磁开关阀55关闭，第10电磁开关阀57打开，含有微小异物的清酒通过分支管53排出到回收槽中。

经过检测，在第1传感器组件59的位置没有检测出微小异物时，通过同样的控制，第10电磁开关阀57关闭，第9电磁开关阀55打开，由取出口49取出不含微小异物的优质清酒。

取出清酒后，利用来自驱动电路79的信号，将第8电磁开关阀47关闭，打开第7电磁开关阀45，由清酒酒糟排出管41排出发酵罐5内的清酒酒糟。

另外，清酒的取出还可以手动进行，即，操作人员确认显示面板83上显示适合出厂时，手动操作取出清酒。

如上所述，通过物质制造器1中的酶反应制造所要求的清酒时，通过检测静电电容的变化来控制酶反应，因而对于酶反应不产生影响，可以准确地制造所需要的清酒。

图9表示与酶反应控制装置的改型例有关的实施方式。在图9中，与图8中对应的部分用相同的符号表示。在图9的酶反应控制装置3A中，代替上述A/D转换电路125和MPU75，设置了电压比较电路129和标准电压发生电路131。

此外，由第2传感器组件63、振荡电路121、频率/电压转换电路123、电压比较电路129和标准电压发生电路131构成酶反应控制装置3A。

在上述标准电压发生电路131中，产生需要在电压比较电路129中进行比较的标准电压，即产生与应设定的异物去除标准值、制造标准值的静电电容的变化相对应的标准电压。因此，在本实施方式中，标准电压发生电路91构成了标准值存储装置。

由上述标准电压发生电路91产生的标准电压，被送往电压比较电路129，与检测到的静电电容的变化相对应的电压变化进行比较，根据比较结果，通过驱动电路79将信号输出到控制阀127(47、55、57)。

在图9的实施方式中，与上述同样，也是在通过物质制造器1中的酶反应制造所要求的清酒时，通过检测静电电容的变化来控制酶反应，因而不会对酶反应产生影响，可以准确地制造所需要的清酒。

上述实施方式是在直线状的偏置管65和清酒取出管43上嵌入第1和第2传感器组件59和63的，当然，如果安装用圆筒101和屏蔽材料105等是软质的话，即使偏置管65和清酒取出管43上有拐角，也可以容易地嵌合，另外，还可以安装到拐角部位上。在这种场合，如同电极99那样卷绕成螺旋状时，可以沿着偏置管65、清酒取出管43的拐角部分准确地配置电极99。

电极99和99A也可以直接卷绕在由氯乙烯制的管或玻璃等绝缘材料形成的偏置管65或清酒取出管43上，这样可以省去内侧的安装用圆筒101。另外，还可以在偏置管65或清酒取出管43上设置安装用圆筒101，构成偏置管65或清酒取出管43的一部分。上述第1传感器组件59也可以配置在清酒取出管43内。上述第2传感器组件63，也可以配置在偏置管63内或者发酵罐5内。

在上述各实施方式中，静电电容的比较不限于其变化值的比较和判断，静电电容本身的比较也是均等的范围。

通过酶反应制造的目的物质，并不限于清酒，酱油、豆酱、酸奶、维生素、抗生素以及利用微生物生产的物质全都可以适用。例如，在生产酸奶时，预先检测与取决于基材的量、细胞数等的标准的乳酸酸度的变化相应的标准静电电容的变化，可以准确地生产适合于作为合格制品出厂的具有适宜的乳酸酸度的酸奶。

上述出厂时机的判断只是一个例子，可以通过静电电容的比较，选择各种不同的出厂时机。

Claims (4)

1.一种酶反应控制装置，其对通过酶反应制造物质的物质制造器中的所述酶反应状态进行控制，其特征在于，该装置配备有用于检测与上述物质制造器中的酶反应相应的静电电容变化的静电电容传感器，以及预先存储与标准的酶反应相应的标准静电电容的变化的标准值存储装置，将上述检测到的静电电容的变化与存储的标准的静电电容的变化进行比较，控制上述物质制造器中的酶反应。

2.根据权利要求1所述的酶反应控制装置，其特征在于，所述的静电电容传感器配备有相对于上述物质制造器的酶反应中的内容物移动的流路以绝缘状、呈圆周状的导电性金属箔制的测量电极和接地电极。

3.根据权利要求2所述的酶反应控制装置，其特征在于，所述的接地电极比上述测量电极更窄地形成，两者交替地配置。

4.根据权利要求2或3所述的酶反应控制装置，其特征在于，所述的测量电极和接地电极沿着上述内容物的移动方向卷绕成螺旋状。

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