一种蚕丝多肽制备的酶解反应装置及其分段控温方法与流程

本发明涉及蚕丝多肽制备，具体是一种蚕丝多肽制备的酶解反应装置及其分段控温方法。

背景技术：

1、蚕丝多肽是从蚕丝蛋白中经酶解获得的小分子肽类物质，具有优异的保湿、抗氧化及生物相容性，在化妆品、医药及食品领域具有广泛应用前景，在蚕丝多肽的工业化制备过程中，酶解反应是关键环节，其反应条件的控制精度直接影响产物分子量分布及活性收率。

2、现有蚕丝多肽酶解工业化生产中，普遍采用反应罐内部通入蒸汽直接加热灭酶的方式，罐内容易产生局部高温，造成蚕丝多肽热变性降解，影响产品品质，部分工艺采用罐内长时间高温保温灭酶，同样会加剧蛋白破坏，导致产物分子量分布不可控，与此同时，蚕丝蛋白料液对搅拌剪切较为敏感，常规高速搅拌容易造成多肽过度断裂，产品批次一致性较差，此外，现有装置多采用单一搅拌桨或同向双桨结构，在黏稠的蛋白料液中容易形成层流死区，物料与酶制剂的接触不均匀，影响酶解效率。

3、为此，我们提供一种蚕丝多肽制备的酶解反应装置及其分段控温方法以解决上述所提到的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种蚕丝多肽制备的酶解反应装置及其分段控温方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种蚕丝多肽制备的酶解反应装置，包括酶解罐、夹套温控组件、搅拌组件、ph检测传感器、取样组件、进出料管路组件以及外置瞬时灭菌机；

4、所述酶解罐包括反应罐体，所述反应罐体外侧包覆有夹套温控组件，所述夹套温控组件包括包覆在反应罐体外壁的夹套外壳，所述反应罐体外壁与夹套外壳之间环绕设置有环形空腔；

5、所述搅拌组件包括自上而下分布的小桨径搅拌桨和大桨径搅拌桨，所述小桨径搅拌桨与大桨径搅拌桨同轴设置且反向转动，所述反应罐体内壁安装有导流缓冲构件；

6、所述ph检测传感器的检测探头伸入反应罐体内部；

7、所述取样组件设置在反应罐体侧壁下部；

8、所述进出料管路组件包括进料管和出料管，所述出料管连通反应罐体底部出料口，所述出料管的通路上安装有输送泵与切换阀。

9、如上所述的一种蚕丝多肽制备的酶解反应装置：所述环形空腔内流动有热媒，所述热媒连接外部冷热循环机组。

10、如上所述的一种蚕丝多肽制备的酶解反应装置：所述导流缓冲构件包括安装在反应罐体内部的顶部开口的导流筒，所述导流筒与反应罐体内壁之间留有间隙，所述导流筒侧壁下方位置开设有导流孔，所述导流筒位于小桨径搅拌桨与大桨径搅拌桨之间，所述小桨径搅拌桨位于导流筒内腔。

11、如上所述的一种蚕丝多肽制备的酶解反应装置：所述切换阀组用于实现两种工况：关闭出料管通路使所述反应罐体内部料液循环回流工况以及开启出料管通路使所述反应罐体内料液向所述外置瞬时灭菌机送料工况。

12、如上所述的一种蚕丝多肽制备的酶解反应装置：所述反应罐体顶部安装有卫生视镜。

13、如上所述的一种蚕丝多肽制备的酶解反应装置：所述取样组件包括开设在反应罐体侧壁的取样口以及取样阀和取样管路，所述取样阀安装在取样口处，所述取样阀出口连接取样管路，所述取样管路的末端设有无菌接头，用于对接无菌取样容器。

14、如上所述的一种蚕丝多肽制备的酶解反应装置：所述反应罐体的底部安装有固定架，所述固定架上转动设置有上从动转盘和下从动转盘，所述反应罐体底部安装有旋转驱动电机，所述旋转驱动电机的输出端安装有主动转盘，所述主动转盘上安装有多个等角度间隔圆周分布的主动齿杆，所述下从动转盘上安装有多个等角度间隔圆周分布的下从动齿杆，所述上从动转盘上安装有多个等角度间隔圆周分布的上从动齿杆，所述主动齿杆与相邻下从动齿杆之间的空腔以及相邻上从动齿杆之间的空腔活动卡接配合；

15、所述上从动转盘上安装有空心外轴，所述下从动转盘上安装有中心内轴，所述中心内轴活动插接在空心外轴内部，所述小桨径搅拌桨安装在中心内轴上，所述大桨径搅拌桨安装在空心外轴上，所述空心外轴贯穿反应罐体底部壳体设置，所述中心内轴贯穿导流筒底部壳体设置。

16、如上所述的一种蚕丝多肽制备的酶解反应装置：所述固定架上还设置有驱动空心外轴升降的驱动机构，所述驱动机构包括安装在固定架上的直线驱动电机，所述直线驱动电机的输出轴上安装有升降座，所述空心外轴通过轴承转动安装在升降座上。

17、所述蚕丝多肽制备的酶解反应装置的分段控温方法，包括以下步骤：

18、s1、通过进料管向反应罐体内投入蚕丝蛋白物料与酶制剂，由卫生视镜观察投料状态，启动小桨径搅拌桨与大桨径搅拌桨，通过同轴反向转动并配合导流筒形成轴向循环流场，使物料与酶制剂均匀混合；

19、s2、夹套温控组件的环形空腔内通入经外部冷热循环机组调温的热媒，将反应罐体内料液升温并恒定在第一酶解温度区间，酶解过程中，ph检测传感器实时采集反应罐体内料液的ph值并向外输出信号，根据ph变化补加酸碱调节液，维持酶解体系的ph处于设定区间，需要对反应罐体内料液取样检测时，通过反应罐体侧壁下部的取样组件进行在线无菌取样；

20、s3、达到第一阶段的设定反应时长后，调整冷热循环机组输出的热媒温度，经夹套温控组件对料液换温，将反应罐体内料液切换至第二酶解温度区间并继续反应，实现分段控温酶解；

21、s4、酶解反应达到终点后，操作切换阀切换至出料工况，出料管通路开启，料液在输送泵驱动下由反应罐体底部出料口排出，经出料管输送至外置瞬时灭菌机，在管外进行瞬时高温灭酶处理；

22、s5、经灭酶处理后的料液由外置瞬时灭菌机向外输出，收集得到蚕丝多肽酶解料液。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、（1）本发明采用同轴反向转动的小桨径搅拌桨与大桨径搅拌桨，配合顶部开口的导流筒，在反应罐体内部形成强制轴向循环流场，大桨径搅拌桨旋转时将罐底区域的料液向上提升并推入导流筒内腔，小桨径搅拌桨反向旋转时将进入导流筒内腔的料液向下压送，受压下行的料液经导流筒侧壁下方开设的导流孔向外排出，重新进入导流筒与反应罐体内壁之间的间隙区域，随后再次被大桨径搅拌桨向上提升，如此往复形成稳定的轴向循环回路，使物料在罐内沿预定路径反复流动，有效减少了层流死区的范围，保证了物料与酶制剂的充分混合，同时，大桨径搅拌桨贴近罐底设置，在旋转过程中持续搅动反应罐体的底部区域，有效避免了蚕丝蛋白料液在罐底沉积，此外，小桨径搅拌桨与大桨径搅拌桨同轴反向旋转，在较低的桨叶尖端线速度下即可实现罐内料液的均匀混合，有效避免了为消除死区而被迫提高转速所带来的过度剪切风险，从而保护了蚕丝蛋白免受剪切降解；

25、（2）本发明采用夹套温控组件替代传统的蒸汽直喷加热方式，通过反应罐体外壁与夹套外壳之间的环形空腔内流动热媒进行间接换热，热媒连接外部冷热循环机组，可实现升温和降温的快速切换，换热过程均匀柔和，避免了反应罐体内局部高温导致的蚕丝多肽热变性降解问题，同时，配合分段控温方法，可根据酶解工艺需求灵活切换至不同的温度区间，满足多阶段酶解的温控要求；

26、（3）本发明将灭酶工序转移至反应罐体外，通过出料管、输送泵与外置瞬时灭菌机组成管外瞬时高温灭酶通路，酶解完成后，料液在输送过程中完成高温灭酶，相较于传统罐内灭酶方式具有显著优势：升温速度快，灭酶终点准确可控，批次重现性好，高温短时处理有效保护了丝素肽等热敏成分的活性与分子量分布，灭酶过程不占用酶解罐时间，缩短了批次周期，提高了设备利用率，同时避免了罐壁结垢与局部过热问题。