感應式磁電生化反應系統及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明特別涉及一種多維度控制的感應式磁電生化反應系統及其應用，例如在如 下領域的應用，包括：天然高分子原料的輔助酸、酶水解和改性；天然產物的輔助萃取，誘 導影響生化反應。
【背景技術】
[0002] 生化反應器是一種能為化學和生物反應提供適宜反應條件，并且在某一操作參數 下可將原料轉化成特定產品的系統裝備，應用于化工、生物等輕工業部門。目前的液相反應 器包括釜式反應器、水熱合成反應器、真空反應器、光催化反應器、微波化學反應器、電化學 反應器等。上述這些反應器的可控操作條件包括溫度、壓力、真空度、攪拌速率、光源種類、 光源功率、微波功率、電極形態、電極面積、電壓強度等。然則，這些反應器的控制參數較為 單一，無法有效的將磁場、電場、溫度有機的結合以實現對反應體系的多維度控制。
【發明內容】
[0003] 本發明的主要目的在于提供一種感應式磁電生化反應系統，其操作參數豐富。
[0004] 本發明的另一目的在于提供所述感應式磁電生化反應系統的應用。
[0005] 本發明的又一目的在于提供一種生化反應方法。
[0006] 為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：
[0007] -種感應式磁電生化反應系統，包括：
[0008] 反應單元，包括：
[0009] 反應腔體，所述反應腔體包括反應物容器，且所述反應腔體被置于一可旋轉的徑 向磁場內，
[0010] 初級線圈，繞制于一閉合鐵芯一側，并與一控制單元連接，
[0011] 次級線圈，繞制于所述閉合鐵芯另一側，所述次級線圈包括可供作為導體的反應 溶液流通的絕緣管路，且所述絕緣管路的兩端與所述反應物容器連通；
[0012] 旋轉磁場單元，用于產生所述可旋轉的徑向磁場；
[0013] 以及，控制單元，至少用以調整施加在所述初級線圈上的激勵電壓及信號種類。
[0014] 在一實施方案之中，所述控制單元包括函數信號發生器，所述函數信號發生器輸 出端與功率放大器輸入端相連，功率放大器輸出端與所述初級線圈連接。
[0015] 在一實施方案之中，所述函數信號發生器能夠發出頻率范圍在50~200Hz、電壓 幅寬范圍為10~20VP-P的交流信號，所述交流信號包括正弦波、三角波、鋸齒波、單向方 波、雙向方波或自定義函數信號。
[0016] 在一實施方案之中，所述功率放大器的功率為80~200VA，輸出交流電壓幅寬范 圍為200~400Vp-p，全功率頻寬為50~200Hz。
[0017] 在一實施方案之中，所述旋轉磁場單元包括：
[0018] 呈環形固定設置、且異極相對放置的兩塊瓦型永磁體，其中任一瓦型永磁體的弧 度均小于180° ;
[0019] 以及，用以驅使該兩塊瓦型永磁體轉動的驅動機構。
[0020] 優選的，所述瓦型永磁體的中心磁感應強度為2000~3000Gs。
[0021] 進一步的，所述瓦型永磁體包括釹鐵硼磁鋼，但不限于此。
[0022] 在一實施方案之中，所述瓦型永磁體的弧度為170°。
[0023] 進一步的，所述旋轉磁場單元還包括可拆解的鐵軛圓筒，所述兩塊瓦型永磁體呈 環形固定在所述鐵軛圓筒內壁上，且所述鐵軛圓筒與驅動機構傳動連接。
[0024] 在一實施方案之中，所述驅動機構包括由伺服電機控制器控制的伺服電機，所述 伺服電機與所述鐵軛圓筒連接。
[0025] 較為優選的，所述反應單元還包括：
[0026] 溫控單元，用以將所述反應物容器內部的溫度控制于-20~KKTC。
[0027] 在一實施方案之中，所述溫控單元包括恒溫循環水浴，所述恒溫循環水浴與所述 反應腔體上的夾套層的進水口和出水口接通。
[0028] 在一實施方案之中，所述初級線圈為單股銅制線圈，且直徑為6~8mm，匝數為 20~26匝。
[0029] 在一實施方案之中，所述次級線圈包括玻璃彈簧支撐體，所述玻璃彈簧的內徑為 2~3mm，匝數為10~13,總長為700~900mm。
[0030] 在一實施方案之中，所述閉合鐵芯優選采用但不限于硅鋼材料，且工作頻率范圍 為 50 ~200Hz。
[0031] 在一實施方案之中，所述次級線圈采用玻璃彈簧作為反應溶液導體的支撐物并與 所述反應物容器的兩端相連接并形成聯通狀態，同時所述反應物容器上端設有主進料口， 一側設有與所述玻璃彈簧垂直相連通的次進料口，以及，所述反應腔體上還設有可供不同 溫度的循環液體流動的玻璃夾套。
[0032] 一種生化反應方法，其包括：
[0033] 提供前述的任一種感應式磁電生化反應系統；
[0034] 將反應溶液置入所述反應單元，并以所述控制單元向所述初級線圈施加頻率為 50~200Hz，電壓幅寬范圍為200~400Vp-p和功率為80~200VA的各類交流激勵信號， 以及，使所述可旋轉的徑向磁場以〇. 1~50Hz的頻率旋轉，且所述可旋轉的徑向磁場的中 心磁感應強度為2000~3000Gs。
[0035] 優選的，所述生化反應方法還包括：在反應開始前或反應過程中，調整所述反應物 容器的溫度至反應所需溫度。
[0036] 進一步的，所述生化反應方法還包括：采用函數信號發生器發出頻率為50~ 200Hz、電壓幅寬為10~20Vp-p的正弦波、三角波、鋸齒波、單向方波、雙向方波或自定義函 數信號，然后使用功率為80~200VA、全功率頻寬為50~200Hz的功率放大器將所述信號 放大并使輸出的交流信號電壓幅寬為200~400Vp-p且以此激勵所述初級線圈。
[0037] 前述感應式磁電生化反應系統或前述生化反應方法于天然高分子原料的輔助酸 水解、酶水解和改性，天然產物輔助萃取，誘導影響生化反應的應用。
[0038] 與現有技術相比，本發明的優點包括：
[0039] (1)本發明中的感應式磁電生化反應系統操作條件更為豐富，包括信號種類、信號 電壓幅值、信號頻率、旋轉磁場強度、旋轉磁場頻率和溫度等；
[0040] (2)利用電磁感應原理，通過產生感應電壓而驅動反應溶液體系中的帶電離子、帶 電化合物、帶電粒子、帶電蛋白質或酶類等，并形成不同的傳導效果，再結合旋轉磁場的作 用，還可影響這些物質在反應體系中的擴散速率，并對生化反應進行有效的影響和誘導；
[0041] (3)重要的是，因為反應溶液中的交變電場來源于感應電壓，故無需采用通電的極 板或電極，可避免溶液體系中的電化學反應的發生。
【附圖說明】
[0042] 圖1是本發明一實施例中一種感應式磁電生化反應系統的結構示意圖；
[0043] 圖2是本發明一實施例中一種反應腔體的剖視圖；
[0044] 圖3a-圖3c是本發明一實施例中相對的兩塊瓦型釹鐵硼磁鋼的主視圖、側視圖和 立體圖；
[0045] 圖4是本發明一實施例中一種旋轉磁場單元的分解結構示意圖；