CN209872970U - 一种微波辅助固定化酶发酵装置 - Google Patents

Abstract

一种微波辅助固定化酶发酵装置，属于天然产物提取装置技术领域。包括发酵内罐，发酵内罐底部配合设置微波发射器，发酵内罐的发酵腔体内设置固定化酶装置，发酵内罐上设置与微波发射器控制连接的微波控制器，发酵内罐顶部设置与其发酵腔体连通的通气管、溶液输入管，发酵内罐底部设置料液输出管。上述一种微波辅助固定化酶发酵装置，将控温、通氧、控酸碱、固定化酶、微波辅助加热和辅助催化等多种功能有机结合在一起，不仅可以精确控制固定化酶发酵程度，而且显著加快反应速度，发酵程度精确控制，减少酶催化剂用量，提高固定化酶催化效率。

Description

一种微波辅助固定化酶发酵装置

技术领域

本实用新型属于天然产物提取装置技术领域，具体为一种微波辅助固定化酶发酵装置。

背景技术

微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1毫米-1米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波、亚毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。微波能通常由直流电或50Hz交流电通过一特殊的器件来获得。可以产生微波的器件有许多种，但主要分为两大类：半导体器件和电真空器件。电真空器件是利用电子在真空中运动来完成能量变换的器件，或称之为电子管。在电真空器件中能产生大功率微波能量的有磁控管、多腔速调管、微波三、四极管、行波管等。在微波加热领域特别是工业应用中使用的主要是磁控管及速调管。

从对化学反应的影响角度来说，微波的作用机理可以归结为热效应和非热效应。热效应是是指由微波引起的生物组织或系统受热而对生物体产生的生理影响。热效应主要是生物体内有极分子在微波高频电场的作用下反复快速取向转动而摩擦生热；体内离子在微波作用下振动也会将振动能量转化为热量；一般分子也会吸收微波能量后使热运动能量增加。如果生物体组织吸收的微波能量较少，它可借助自身的热调节系统通过血循环将吸收的微波能量(热量)散发至全身或体外。如果微波功率很强，生物组织吸收的微波能量多于生物体所能散发的能量，则引起该部位体温升高。局部组织温度升高将产生一系列生理反应，如使局部血管扩张，并通过热调节系统使血循环加速，组织代谢增强，白细胞吞噬作用增强，促进病理产物的吸收和消散等。

微波辐射能加快反应速度，减少催化剂用量，有时还可以改变反应选择性。近年来，微波辐射被应用于生物催化反应。过度的微波辐射会损伤酶的催化活性甚至使酶蛋白消解，但对很多具体酶促反应而言，适当的微波辐射与常规加热相比已表现出明显的优势。微波辐射已不仅仅是一种加热手段，微波对生物催化反应的非热效应虽然至今无法明确解释，但是已被接受认可，于是微波辐射-酶耦合催化技术开始被越来越多的应用。有学者研究了葡萄糖苷酶催化底物裂解葡萄糖苷键的反应，发现在远低于葡萄糖苷酶最适温度的情况下，在微波辐射的辅助下，该酶能正常催化底物的水解，并且产率达到较高的水平。

鉴于微波辐射能加快化学反应和提高酶催化效率，有学者将微波辐射用于酶的共价固定化，在微波辐射条件下将酶共价固定于活化后的无孔载体表面，60s后酶即完成在载体表面的共价固定，然而他们在研究中使用的是家用微波炉，温度无法控制，随着微波辐射的进行，微波炉中温度快速升高，大大损伤了酶的结构并降低了固定化酶的催化活力。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型的目的在于设计提供一种微波辅助固定化酶发酵装置的技术方案，采用微波控制器控制微波发射器，精确控制固定化酶的温度，并进一步设置温度传感器、温度显示器，溶解氧浓度传感器、氧浓度显示器，pH值探头、pH值显示器，加热套、冷却系统等酶催化关键因子，将控温、通氧、控酸碱、固定化酶、微波辅助加热和辅助催化等多种功能有机结合在一起，不仅可以精确控制固定化酶发酵程度，而且显著加快反应速度，减少酶催化剂用量，提高固定化酶催化效率。

所述的一种微波辅助固定化酶发酵装置，其特征在于包括发酵内罐，发酵内罐底部配合设置微波发射器，发酵内罐的发酵腔体内设置固定化酶装置，发酵内罐上设置与微波发射器控制连接的微波控制器，发酵内罐顶部设置与其发酵腔体连通的通气管、溶液输入管，发酵内罐底部设置料液输出管。

所述的一种微波辅助固定化酶发酵装置，其特征在于发酵内罐外部配合设置发酵外罐，发酵内罐、发酵外罐之间设置空腔形成密封的冷却循环腔体，冷却循环腔体与外部冷却系统连接，微波发射器设置在发酵外罐底部。

所述的一种微波辅助固定化酶发酵装置，其特征在于发酵内罐外壁包覆设置加热套。

所述的一种微波辅助固定化酶发酵装置，其特征在于发酵内罐腔体内设置温度传感器，发酵内罐外面配合设置与温度传感器配合连接的温度显示器。

所述的一种微波辅助固定化酶发酵装置，其特征在于通气管上配合设置气泵，发酵内罐腔体内设置溶解氧浓度传感器，发酵内罐外配合设置与溶解氧浓度传感器配合连接的氧浓度显示器。

所述的一种微波辅助固定化酶发酵装置，其特征在于溶液输入管上配合设置原料罐、恒流泵。

所述的一种微波辅助固定化酶发酵装置，其特征在于溶液输入管上配合设置贮酸罐、贮碱罐，发酵内罐腔体内设置pH值探头，发酵内罐外配合设置与pH值探头配合连接的pH值显示器。

所述的一种微波辅助固定化酶发酵装置，其特征在于发酵外罐顶部配合设置与其密封连接的外罐可拆卸盖板，发酵内罐顶部配合设置与其密封连接的内罐可拆卸盖板。

上述一种微波辅助固定化酶发酵装置，采用微波控制器控制微波发射器，精确控制固定化酶的温度，并进一步设置温度传感器、温度显示器，溶解氧浓度传感器、氧浓度显示器，pH值探头、pH值显示器，加热套、冷却系统等酶催化关键因子，将控温、通氧、控酸碱、固定化酶、微波辅助加热和辅助催化等多种功能有机结合在一起，不仅可以精确控制固定化酶发酵程度，而且显著加快反应速度，发酵程度精确控制，减少酶催化剂用量，提高固定化酶催化效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图中：1-发酵外罐、2-冷却循环腔体、3-发酵内罐、4-内罐可拆卸盖板、5-温度传感器、6-固定化酶装置、7-加热套、8-微波发射器、9-气泵、10-通气管、11-恒流泵、12-原料罐、13-贮酸罐、14-贮碱罐、15-溶液输入管、16-外罐可拆卸盖板、17-氧浓度显示器、18-pH值显示器、19-微波控制器、20-溶解氧浓度传感器、21-pH值探头、22-温度显示器、23-料液输出管、24-冷却系统。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本实用新型作进一步说明。

如图所示，该微波辅助固定化酶发酵装置，包括发酵内罐3，发酵内罐3底部配合设置微波发射器8，发酵内罐3的发酵腔体内设置固定化酶装置6，发酵内罐3上设置与微波发射器8控制连接的微波控制器19，发酵内罐3顶部设置与其发酵腔体连通的通气管10、溶液输入管15，发酵内罐3底部设置料液输出管23。微波发射器8使整个发酵内罐3的发酵腔体处于微波环境中，并可以通过微波控制器19控制微波输出大小，影响酶催化发酵效果。

进一步，发酵内罐3外部配合设置发酵外罐1，发酵内罐3、发酵外罐1之间设置空腔形成密封的冷却循环腔体2，冷却循环腔体2与外部冷却系统24连接，微波发射器8设置在发酵外罐1底部，冷却系统24一般采用冷却水系统。

进一步，发酵内罐3外壁包覆设置加热套7。

进一步，发酵内罐3的发酵腔体内设置温度传感器5，发酵内罐3外配合设置与温度传感器5配合连接的温度显示器22。

进一步，通气管10上配合设置气泵9，发酵内罐3的发酵腔体内设置溶解氧浓度传感器20，发酵内罐3外配合设置与溶解氧浓度传感器20配合连接的氧浓度显示器17。

进一步，溶液输入管15上配合设置原料罐12、恒流泵11，原料罐12用于储存溶剂或茶汤。

进一步，溶液输入管15上配合设置贮酸罐13、贮碱罐14，发酵内罐3的发酵腔体内设置pH值探头21，发酵内罐3外配合设置与pH值探头21配合连接的pH值显示器18，贮酸罐13、贮碱罐14用来贮存酸碱，调节ph值。

进一步，发酵外罐1顶部配合设置与其密封连接的外罐可拆卸盖板16，发酵内罐3顶部配合设置与其密封连接的内罐可拆卸盖板25，安装使用方便。

本实用新型主要有以下两方面技术要点：

1）该装置底部安装微波发射器8，使整个发酵内罐3的发酵腔体处于微波环境中，并可以通过微波控制器19控制微波输出大小，影响酶催化发酵效果。微波用于天然产物的辅助高效酶催化，利用电磁场的作用使固体或液体中的某些有机物成分与基体有效的作用，并能保持分析对象的原本化合物状态。微波辅助酶催化发酵方式没有高温热源，因而可消除温度梯度，且辅助加热和催化速度快，物料的接触时间短，尤其适合热敏性天然产物的酶催化处理。并且，由于微波可对物料中的不同组分进行选择性加热和催化，因而可使目标组分与基体分离开来，从而可提高酶催化效率和产品的得率。此外，微波应用于固定化酶催化发酵还具有高效节能、无有害气体排放、不产生余热和粉尘污染、可伴随产生生物效应(非热效应)等多种优势。

2）本实用新型将控温、通氧、控酸碱、固定化酶、微波辅助加热和辅助催化等多种功能有机结合在一起，具有酶催化效率高、发酵程度可控、结构紧凑等特点。

发酵内罐3、发酵外罐1之间设置的冷却循环腔体2，用于发酵内罐3的发酵腔体内物料的冷却处理，发酵内罐3外壁上安装有加热套7，用于发酵内罐3的发酵腔体内物料的加热处理，发酵外罐1底部的微波发射器8用于发酵内罐3的发酵腔体内物料的微波处理。发酵内罐3的发酵腔体内壁中间位置安装有温度传感器5、溶解氧浓度传感器20、pH值探头21，可提供温度、氧气浓度、pH值等物料关键发酵指标数据，并分别由温度显示器22、氧浓度显示器20、pH值显示器21等模块进行实时显示，便于监控发酵进程及调整发酵工艺。发酵内罐3的发酵腔体的中间位置安装固定化酶装置6，通过将酶固定化，具有酶稳定性增加、易从反应系统中分离、易于控制、反复多次使用等优点，再辅以微波辅助催化，可显著提高酶催化发酵效率及目标物产率。发酵内罐3的发酵腔体有两个入口管道，第一个是通气管10，通过气泵9将氧气或空气通入室内；第二个是罐体上端是溶液输入管15，通过恒流泵11，将原料罐12、贮酸罐13、贮碱罐14中的溶液通入发酵内罐3的发酵腔体内。经过微波辅助固定化酶发酵后的料液，经过料液输出管23流出，形成一个完整的微波辅助固定化酶发酵工艺。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微波辅助固定化酶发酵装置，其特征在于包括发酵内罐（3），发酵内罐（3）底部配合设置微波发射器（8），发酵内罐（3）的发酵腔体内设置固定化酶装置（6），发酵内罐（3）上设置与微波发射器（8）控制连接的微波控制器（19），发酵内罐（3）顶部设置与其发酵腔体连通的通气管（10）、溶液输入管（15），发酵内罐（3）底部设置料液输出管（23）。

2.如权利要求1所述的一种微波辅助固定化酶发酵装置，其特征在于发酵内罐（3）外部配合设置发酵外罐（1），发酵内罐（3）、发酵外罐（1）之间设置空腔形成密封的冷却循环腔体（2），冷却循环腔体（2）与外部冷却系统（24）连接，微波发射器（8）设置在发酵外罐（1）底部。

3.如权利要求1所述的一种微波辅助固定化酶发酵装置，其特征在于发酵内罐（3）外壁包覆设置加热套（7）。

4.如权利要求1所述的一种微波辅助固定化酶发酵装置，其特征在于发酵内罐（3）腔体内设置温度传感器（5），发酵内罐（3）外面配合设置与温度传感器（5）配合连接的温度显示器（22）。

5.如权利要求1所述的一种微波辅助固定化酶发酵装置，其特征在于通气管（10）上配合设置气泵（9），发酵内罐（3）腔体内设置溶解氧浓度传感器（20），发酵内罐（3）外配合设置与溶解氧浓度传感器（20）配合连接的氧浓度显示器（17）。

6.如权利要求1所述的一种微波辅助固定化酶发酵装置，其特征在于溶液输入管（15）上配合设置原料罐（12）、恒流泵（11）。

7.如权利要求1所述的一种微波辅助固定化酶发酵装置，其特征在于溶液输入管（15）上配合设置贮酸罐（13）、贮碱罐（14），发酵内罐（3）腔体内设置pH值探头（21），发酵内罐（3）外配合设置与pH值探头（21）配合连接的pH值显示器（18）。

8.如权利要求2所述的一种微波辅助固定化酶发酵装置，其特征在于发酵外罐（1）顶部配合设置与其密封连接的外罐可拆卸盖板（16），发酵内罐（3）顶部配合设置与其密封连接的内罐可拆卸盖板（4）。