技术特征：
1.一种基于光谱监测的蛋白酶解过程智能化控制系统，其特征在于包括上位机、下位机、微型光纤探头式近红外光谱仪、现场设备和酶解反应器；上位机和下位机由rs485通信电缆连接，上位机和微型光纤探头式近红外光谱仪由rs232通信电缆连接，下位机与现场设备由导线连接，现场设备探头部分置于酶解反应器。2.根据权利要求1所述的一种基于光谱监测的蛋白酶解过程智能化控制系统，其特征在于所述的上位机为计算机，利用微型光纤探头式光谱仪对反应器中蛋白酶解产物的理化指标进行原位实时监测，采用化学计量学方法进行建模，通过模型对酶解产物的理化指标进行定量预测；计算机安装有实时预测软件，可将建立的优质模型导入，实时地输出采集的蛋白酶解液光谱对应的理化指标预测值；上位机可与下位机进行串口通信，实现数据的发送与接收，能够自动识别串口号。3.根据权利要求1所述的一种基于光谱监测的蛋白酶解过程智能化控制系统，其特征在于所述的下位机为plc控制器，可以通过串口通信接收上位机预测软件经模型运算得到的理化指标和现场设备检测的信号，并将这些状态显示于触摸屏，与多个执行机构相连，进行温度和ph状态的调节、酶解状态的判定，给出提示或报警信号；plc型号为西门子公司生产的s7-200，cpu型号为cpu226；扩展模块选用em235，具有模拟量输入和输出功能，内部有12位的a/d转换器。4.根据权利要求1所述的一种基于光谱监测的蛋白酶解过程智能化控制系统，其特征在于所述的微型光纤探头式近红外光谱仪用于采集蛋白酶解过程中的光谱信息，光谱仪配备有dh2000系列氘-卤灯光源(波长范围215-2500nm)，tp300-vis-nir浸入式透射探头(波长范围400-2500nm)，探头套管直径6.35mm。5.根据权利要求1所述的一种基于光谱监测的蛋白酶解过程智能化控制系统，其特征在于所述的现场设备包括人机界面触摸屏、检测设备和加料泵；人机界面采用西门子smart line 700触摸屏，使用rs485与plc实现通讯；检测设备包括温度检测模块和ph检测模块；温度检测模块由温度传感器和变送器组成，传感器采用的是pt100热电偶，变送器对传感器的信号进行处理后再输出为电流信号；ph检测模块采用的是mik-ph160 ph仪，ph检测测量范围0～14，精度为
±
0.02，探头配备有防腐层，ph值经变送器转换为4～20ma电流信号传送至plc控制器；加料泵用于酸、碱或酶的添加，本装置使用的是精度高、转速可调、泵管流量小的微型蠕动泵。6.根据权利要求1所述的一种基于光谱监测的蛋白酶解过程智能化控制系统，其特征在于所述的酶解反应器主要由反应池，温控系统，搅拌器，酸、碱和酶的添加口，浸入式透射探头，ph探头和温度探头组成；温度、ph值、搅拌速度等参数可调。7.根据权利要求1所述的一种基于光谱监测的蛋白酶解过程智能化控制系统，其特征在于，蛋白酶解过程智能化控制的内容至少包括但不限于酶解反应的终止、多酶酶解反应蛋白酶的切换、ph值的保持与调整、温度的保持与调整；对于酶解反应终止和蛋白酶切换的判断，以目标指标相邻连续多次测试所获的均值和相邻两次预测值之差的绝对值分别达到设定的阈值1和阈值2为条件1和条件2，分三种情况判断：随着酶解时间的延长，在条件1没有达到之前，条件2先达到，则只以条件2为判断标准；若连续多次所测均值逐渐接近并超过阈值1，则同时以条件1和2为判断标准；若连续多次所测均值快速超过阈值1，则只以条件2为判断标准；蛋白酶切换阈值1与阈值2的设定大于酶解反应终止。
8.基于权利要求1-7所述一种基于光谱监测的蛋白酶解过程智能化控制系统的方法，其特征在于按照下述步骤进行：分别配备不同底物浓度的蛋白悬浮液，预热之后调整至合适的ph值，再将蛋白酶加入悬浮液启动酶解反应；酶解反应过程中，每间隔某一时间取样一次，离线测定样品的化学指标理化值；每次取样的同时，采集酶解液光谱并保存于计算机，酶解结束后100℃水浴灭酶，总的样品数要大于等于80个；采用卷积平滑处理对采集的光谱进行预处理，再用偏最小二乘回归分析建立化学指标的校正模型和预测模型，将建立的模型优选保存待用；调整到所需的温度和ph，加入反应蛋白酶启动酶解，上位机软件根据上一步建立的模型预测化学指标，并将预测值通过串口通信传递至plc进行数学计算和比较，当满足条件时即可终止酶解反应，或者切换蛋白酶继续反应直到达到终止条件再终止酶解反应；当温度和ph偏离预设值时，启动温控系统和酸/碱泵进行动态纠偏。9.根据权利要求8所述一种基于光谱监测的蛋白酶解过程智能化控制方法，其特征在于其中所述的蛋白为大米蛋白、玉米蛋白、小麦蛋白等。
技术总结
本发明公开了一种基于光谱监测的蛋白酶解过程智能化控制系统及方法，属于农副产品深加工及功能性食品制备装备领域。利用传感器检测、近红外光谱原位监测与PLC控制技术，建立食品蛋白酶解过程的智能控制系统，对反应中的温度和pH参数进行检测和控制，并以获得的实时酶解产物生物活性等理化值为指标进行酶解终点判定和多酶酶解柔性切换应用。在食品蛋白酶解过程中利用该系统及方法，通过数学运算与处理判定单一酶解反应的终点，在理化指标趋于平稳时及时停止酶解；多酶分段酶解时，利用该方法判定柔性切换点和终点，有效利用不同酶的快速反应期，缩短反应时长，显著提高酶解效率。显著提高酶解效率。显著提高酶解效率。
技术研发人员：丁艳华 马海乐 任晓锋 朱俊松
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：2022.06.30
技术公布日：2022/9/20