感应式磁电生化反应系统及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明特别涉及一种多维度控制的感应式磁电生化反应系统及其应用，例如在如 下领域的应用，包括：天然高分子原料的辅助酸、酶水解和改性；天然产物的辅助萃取，诱 导影响生化反应。
【背景技术】
[0002] 生化反应器是一种能为化学和生物反应提供适宜反应条件，并且在某一操作参数 下可将原料转化成特定产品的系统装备，应用于化工、生物等轻工业部门。目前的液相反应 器包括釜式反应器、水热合成反应器、真空反应器、光催化反应器、微波化学反应器、电化学 反应器等。上述这些反应器的可控操作条件包括温度、压力、真空度、搅拌速率、光源种类、 光源功率、微波功率、电极形态、电极面积、电压强度等。然则，这些反应器的控制参数较为 单一，无法有效的将磁场、电场、温度有机的结合以实现对反应体系的多维度控制。
【发明内容】
[0003] 本发明的主要目的在于提供一种感应式磁电生化反应系统，其操作参数丰富。
[0004] 本发明的另一目的在于提供所述感应式磁电生化反应系统的应用。
[0005] 本发明的又一目的在于提供一种生化反应方法。
[0006] 为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
[0007] -种感应式磁电生化反应系统，包括：
[0008] 反应单元，包括：
[0009] 反应腔体，所述反应腔体包括反应物容器，且所述反应腔体被置于一可旋转的径 向磁场内，
[0010] 初级线圈，绕制于一闭合铁芯一侧，并与一控制单元连接，
[0011] 次级线圈，绕制于所述闭合铁芯另一侧，所述次级线圈包括可供作为导体的反应 溶液流通的绝缘管路，且所述绝缘管路的两端与所述反应物容器连通；
[0012] 旋转磁场单元，用于产生所述可旋转的径向磁场；
[0013] 以及，控制单元，至少用以调整施加在所述初级线圈上的激励电压及信号种类。
[0014] 在一实施方案之中，所述控制单元包括函数信号发生器，所述函数信号发生器输 出端与功率放大器输入端相连，功率放大器输出端与所述初级线圈连接。
[0015] 在一实施方案之中，所述函数信号发生器能够发出频率范围在50~200Hz、电压 幅宽范围为10~20VP-P的交流信号，所述交流信号包括正弦波、三角波、锯齿波、单向方 波、双向方波或自定义函数信号。
[0016] 在一实施方案之中，所述功率放大器的功率为80~200VA，输出交流电压幅宽范 围为200~400Vp-p，全功率频宽为50~200Hz。
[0017] 在一实施方案之中，所述旋转磁场单元包括：
[0018] 呈环形固定设置、且异极相对放置的两块瓦型永磁体，其中任一瓦型永磁体的弧 度均小于180° ;
[0019] 以及，用以驱使该两块瓦型永磁体转动的驱动机构。
[0020] 优选的，所述瓦型永磁体的中心磁感应强度为2000~3000Gs。
[0021] 进一步的，所述瓦型永磁体包括钕铁硼磁钢，但不限于此。
[0022] 在一实施方案之中，所述瓦型永磁体的弧度为170°。
[0023] 进一步的，所述旋转磁场单元还包括可拆解的铁轭圆筒，所述两块瓦型永磁体呈 环形固定在所述铁轭圆筒内壁上，且所述铁轭圆筒与驱动机构传动连接。
[0024] 在一实施方案之中，所述驱动机构包括由伺服电机控制器控制的伺服电机，所述 伺服电机与所述铁轭圆筒连接。
[0025] 较为优选的，所述反应单元还包括：
[0026] 温控单元，用以将所述反应物容器内部的温度控制于-20~KKTC。
[0027] 在一实施方案之中，所述温控单元包括恒温循环水浴，所述恒温循环水浴与所述 反应腔体上的夹套层的进水口和出水口接通。
[0028] 在一实施方案之中，所述初级线圈为单股铜制线圈，且直径为6~8mm，匝数为 20~26匝。
[0029] 在一实施方案之中，所述次级线圈包括玻璃弹簧支撑体，所述玻璃弹簧的内径为 2~3mm，匝数为10~13,总长为700~900mm。
[0030] 在一实施方案之中，所述闭合铁芯优选采用但不限于硅钢材料，且工作频率范围 为 50 ~200Hz。
[0031] 在一实施方案之中，所述次级线圈采用玻璃弹簧作为反应溶液导体的支撑物并与 所述反应物容器的两端相连接并形成联通状态，同时所述反应物容器上端设有主进料口， 一侧设有与所述玻璃弹簧垂直相连通的次进料口，以及，所述反应腔体上还设有可供不同 温度的循环液体流动的玻璃夹套。
[0032] 一种生化反应方法，其包括：
[0033] 提供前述的任一种感应式磁电生化反应系统；
[0034] 将反应溶液置入所述反应单元，并以所述控制单元向所述初级线圈施加频率为 50~200Hz，电压幅宽范围为200~400Vp-p和功率为80~200VA的各类交流激励信号， 以及，使所述可旋转的径向磁场以〇. 1~50Hz的频率旋转，且所述可旋转的径向磁场的中 心磁感应强度为2000~3000Gs。
[0035] 优选的，所述生化反应方法还包括：在反应开始前或反应过程中，调整所述反应物 容器的温度至反应所需温度。
[0036] 进一步的，所述生化反应方法还包括：采用函数信号发生器发出频率为50~ 200Hz、电压幅宽为10~20Vp-p的正弦波、三角波、锯齿波、单向方波、双向方波或自定义函 数信号，然后使用功率为80~200VA、全功率频宽为50~200Hz的功率放大器将所述信号 放大并使输出的交流信号电压幅宽为200~400Vp-p且以此激励所述初级线圈。
[0037] 前述感应式磁电生化反应系统或前述生化反应方法于天然高分子原料的辅助酸 水解、酶水解和改性，天然产物辅助萃取，诱导影响生化反应的应用。
[0038] 与现有技术相比，本发明的优点包括：
[0039] (1)本发明中的感应式磁电生化反应系统操作条件更为丰富，包括信号种类、信号 电压幅值、信号频率、旋转磁场强度、旋转磁场频率和温度等；
[0040] (2)利用电磁感应原理，通过产生感应电压而驱动反应溶液体系中的带电离子、带 电化合物、带电粒子、带电蛋白质或酶类等，并形成不同的传导效果，再结合旋转磁场的作 用，还可影响这些物质在反应体系中的扩散速率，并对生化反应进行有效的影响和诱导；
[0041] (3)重要的是，因为反应溶液中的交变电场来源于感应电压，故无需采用通电的极 板或电极，可避免溶液体系中的电化学反应的发生。
【附图说明】
[0042] 图1是本发明一实施例中一种感应式磁电生化反应系统的结构示意图；
[0043] 图2是本发明一实施例中一种反应腔体的剖视图；
[0044] 图3a-图3c是本发明一实施例中相对的两块瓦型钕铁硼磁钢的主视图、侧视图和 立体图；
[0045] 图4是本发明一实施例中一种旋转磁场单元的分解结构示意图；