本發(fā)明涉及酶催化反應(yīng)裝置，具體為具有自適應(yīng)溫度調(diào)節(jié)功能的酶催化反應(yīng)裝置。

背景技術(shù)：

1、酶是一種具有特異性的高效生物催化劑，絕大多數(shù)的酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的蛋白質(zhì)。酶的催化條件溫和，在常溫、常壓下即可進(jìn)行。酶催化的反應(yīng)稱為酶促反應(yīng)，要比相應(yīng)的非催化反應(yīng)快，在當(dāng)前的生物技術(shù)領(lǐng)域，酶催化反應(yīng)作為生物轉(zhuǎn)化的核心過程，其效率與產(chǎn)物質(zhì)量高度依賴于反應(yīng)條件的精確控制，尤其是溫度，傳統(tǒng)的酶催化反應(yīng)裝置多采用固定溫度設(shè)定，即在保證酶活性的最佳溫度下，直接進(jìn)行反應(yīng)的溫度設(shè)定。

2、公開號為cn117448154a的中國專利申請公開了一種生物酶用內(nèi)循環(huán)催化反應(yīng)器，該發(fā)明包括殼體、加熱板、檢測組件和顯示控制器，所述殼體內(nèi)壁均勻地安裝有用于控制溫度的加熱板，所述檢測組件安裝于殼體內(nèi)壁用來檢測酶反應(yīng)的數(shù)據(jù)；還包括內(nèi)循環(huán)機(jī)構(gòu)、催化反應(yīng)組件和氣擦洗組件，通過催化反應(yīng)裝置對料液進(jìn)行催化反應(yīng)，經(jīng)內(nèi)循環(huán)機(jī)構(gòu)的推動攪拌作用將料液重新輸送至催化反應(yīng)裝置中實現(xiàn)內(nèi)循環(huán)，并在反應(yīng)過程中通過氣擦洗組件噴射氣體形成沖擊力對催化反應(yīng)組件進(jìn)行清潔，該生物酶用內(nèi)循環(huán)催化反應(yīng)器能夠更好地保證生物酶催化反應(yīng)的高效進(jìn)行且減少反應(yīng)所需成本。

3、如上述申請，現(xiàn)有的酶催化反應(yīng)裝置，其一般都是采用固定溫度設(shè)定，其固定的溫度為酶活性最佳反應(yīng)溫度，然后通過加熱板進(jìn)行加熱，控制溫度提升到設(shè)定的固定溫度，然后保持溫度一直到實驗完成，這樣的加熱方式，其存在的缺陷是，一方面能耗較高，其次無法基于轉(zhuǎn)化率的變化動態(tài)調(diào)整溫度，導(dǎo)致其易產(chǎn)生較多的副反應(yīng)，影響產(chǎn)物的質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了具有自適應(yīng)溫度調(diào)節(jié)功能的酶催化反應(yīng)裝置。

2、本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，具有自適應(yīng)溫度調(diào)節(jié)功能的酶催化反應(yīng)裝置，包括反應(yīng)器罐體，還包括：

3、加熱夾套，其套設(shè)在反應(yīng)器罐體的外部，且與反應(yīng)器罐體之間形成加熱空腔，通過向所述加熱空腔通入導(dǎo)熱油間接加熱反應(yīng)器罐體內(nèi)的反應(yīng)物；

4、油路循環(huán)組件，所述油路循環(huán)組件包括循環(huán)管路、循環(huán)泵和加熱器，所述加熱器用于加熱油路循環(huán)組件內(nèi)輸送的導(dǎo)熱油；

5、溫控單元，其設(shè)置在所述反應(yīng)器罐體外壁上，用于控制所述加熱器的加熱溫度，所述溫控單元包括：

6、原料獲取模塊，獲取當(dāng)前酶催化反應(yīng)的反應(yīng)物成分配比和催化劑種類；

7、數(shù)據(jù)采集模塊，采集與當(dāng)前酶催化反應(yīng)對應(yīng)的i個歷史酶催化反應(yīng)的溫度控制參數(shù)，獲取i個酶催化反應(yīng)的在時間t下的溫度控制曲線，其中歷史酶催化反應(yīng)的溫度控制參數(shù)為在催化反應(yīng)產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率達(dá)標(biāo)的情況下采集；

8、分析處理模塊，對i個時間t下的溫度控制曲線進(jìn)行綜合分析，保留m條溫度控制曲線，其中1＜m＜i；

9、溫度控制模塊，基于m條溫度控制曲線中的任意一條控制酶催化反應(yīng)裝置的加熱器工作；

10、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步描述：所溫控單元還包括溫度優(yōu)化模塊，所述溫度優(yōu)化模塊用于實時采集酶催化反應(yīng)裝置的綜合反應(yīng)參數(shù)，輸入到訓(xùn)練完成的酶催化反應(yīng)加熱溫度預(yù)測機(jī)器學(xué)習(xí)模型中，獲取預(yù)測的加熱溫度，采集加熱器的實時加熱溫度，與預(yù)測的加熱溫度進(jìn)行對比，獲取溫度衰變值，將溫度衰變值與預(yù)設(shè)的安全時間衰變梯度閾值對比分析，生成溫度調(diào)整指令，基于溫度調(diào)整指令調(diào)節(jié)加熱器的加熱溫度。

11、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步描述：所述循環(huán)管路的兩端與加熱空腔導(dǎo)通連接，所述循環(huán)泵和加熱器串聯(lián)在所述循環(huán)管路上，所述反應(yīng)器罐體的底部安裝有支腿，所述反應(yīng)器罐體的頂部導(dǎo)通連接有反應(yīng)物進(jìn)口和催化劑進(jìn)口。

12、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步描述：還包括攪拌機(jī)構(gòu)，所述攪拌機(jī)構(gòu)用于對反應(yīng)器罐體內(nèi)的反應(yīng)物進(jìn)行攪拌混合，提高酶的接觸效率；

13、所述攪拌機(jī)構(gòu)包括螺栓固定在反應(yīng)器罐體頂部中心處的電機(jī)、攪拌軸和攪拌桿，所述攪拌軸轉(zhuǎn)動連接在所述反應(yīng)器罐體的內(nèi)部中心處，所述攪拌桿安裝在攪拌軸的外壁上。

14、所述反應(yīng)器罐體的頂部設(shè)置有取樣口，所述取樣口的外壁上固定有旋轉(zhuǎn)架，所述旋轉(zhuǎn)架上固定有蓋板，所述蓋板用于對取樣口進(jìn)行封閉，所述蓋板的中心位置處設(shè)置有觀察窗，所述取樣口的外壁上設(shè)置有鎖止機(jī)構(gòu)，所述鎖止機(jī)構(gòu)用于將蓋板與取樣口之間進(jìn)行鎖止固定，實現(xiàn)對取樣口的密封；

15、所述鎖止機(jī)構(gòu)共設(shè)置有若干個，且若干個鎖止機(jī)構(gòu)呈環(huán)形等間距分布在取樣口的外側(cè)四周，所述鎖止機(jī)構(gòu)包括凹型座，所述凹型座內(nèi)轉(zhuǎn)動連接有t型鎖止架，所述蓋板的外壁上開設(shè)有配合t型鎖止架使用的條形缺口，所述t型鎖止架的頂端螺紋連接有能夠上下移動的限位螺母。

16、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步描述：所述對i個時間t下的溫度控制曲線進(jìn)行綜合分析，保留m條溫度控制曲線的方法包括：

17、依次獲取i個時間t下的溫度控制曲線對應(yīng)的能耗值；

18、預(yù)設(shè)能耗閾值，將獲取的每個溫度控制曲線對應(yīng)的能耗值與能耗閾值進(jìn)行對比分析；

19、保留能耗值小于等于能耗閾值的溫度控制曲線。

20、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步描述：所述時間t下的溫度控制曲線的能耗值的獲取方法包括：

21、將時間t分成n個區(qū)間段，記為t1至tn；

22、獲取每個區(qū)間段內(nèi)的功率，，式中，為第n個區(qū)間段內(nèi)的功率，為第n個區(qū)間段的溫度變化值，為第n個區(qū)間段的時間，k為熱傳導(dǎo)系數(shù)；

23、基于每個區(qū)間段的功率計算獲取時間t下的溫度控制曲線的能耗e：

24、。

25、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步描述：所述酶催化反應(yīng)加熱溫度預(yù)測機(jī)器學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練方法包括：

26、獲取m條溫度控制曲線對應(yīng)的歷史酶催化反應(yīng)的綜合反應(yīng)參數(shù)和加熱溫度；

27、所述綜合反應(yīng)參數(shù)包括反應(yīng)物成分配比、催化劑的種類、反應(yīng)時間和反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率；

28、將綜合反應(yīng)參數(shù)和加熱溫度轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的一組特征向量；

29、將每組特征向量作為所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型的輸入，所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型以每組綜合反應(yīng)參數(shù)對應(yīng)的加熱溫度作為輸出，以每組綜合反應(yīng)參數(shù)實際對應(yīng)的加熱溫度作為預(yù)測目標(biāo)，以最小化所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型損失函數(shù)值作為訓(xùn)練目標(biāo)，當(dāng)機(jī)器學(xué)習(xí)模型損失函數(shù)值小于或等于預(yù)設(shè)的目標(biāo)損失值時停止訓(xùn)練。

30、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步描述：所述反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率的獲取方法包括：

31、；

32、式中，為轉(zhuǎn)化率，為初始反應(yīng)物濃度，為當(dāng)前反應(yīng)物濃度，其中所述反應(yīng)物濃度通過在線導(dǎo)電率傳感器實時采集獲取。

33、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步描述：所述溫度衰變值的表達(dá)式為：

34、；

35、式中，為溫度衰變值，為預(yù)測的加熱溫度，為采集的加熱器實時加熱溫度。

36、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步描述：所述溫度調(diào)整指令包括第一調(diào)整指令、第二調(diào)整指令、第三調(diào)整指令和第四調(diào)整指令，所述第一調(diào)整指令和第二調(diào)整指令為降溫指令，且降低的溫度依次減少，所述第三調(diào)整指令和第四調(diào)整指令為升溫指令，且升高的溫度依次增加；

37、將溫度衰變值與預(yù)設(shè)的安全時間衰變梯度閾值對比分析，生成溫度調(diào)整指令的方法包括：

38、預(yù)設(shè)安全時間衰變梯度閾值為sbw1、sbw2、sbw3和sbw4，且sbw1＜sbw2＜0＜sbw3＜sbw4；

39、當(dāng)＜sbw1時，生成第一調(diào)整指令；

40、當(dāng)sbw1≤＜sbw2時，生成第二調(diào)整指令；

41、當(dāng)sbw2≤＜sbw3時，不生成溫度調(diào)整指令；

42、當(dāng)sbw3≤≤sbw4時，生成第三調(diào)整指令；

43、當(dāng)＞sbw4時，生成第四調(diào)整指令。

44、有益效果：

45、本發(fā)明提供的具有自適應(yīng)溫度調(diào)節(jié)功能的酶催化反應(yīng)裝置，通過獲取當(dāng)前酶催化反應(yīng)的反應(yīng)物成分配比和催化劑種類，采集與當(dāng)前酶催化反應(yīng)對應(yīng)的i個歷史酶催化反應(yīng)的溫度控制參數(shù)，獲取i個酶催化反應(yīng)的在時間t下的溫度控制曲線，然后基于不同溫度控制曲線的能耗值，預(yù)設(shè)能耗閾值，保留能耗值小于等于能耗閾值的溫度控制曲線，然后基于該溫度控制曲線控制加熱器，這樣的溫度控制方式，克服現(xiàn)有技術(shù)中，采用固定溫度進(jìn)行控制的缺陷，即降低反應(yīng)加熱所需的能耗，并且實現(xiàn)精細(xì)化的溫度控制，降低副反應(yīng)的發(fā)生，提高產(chǎn)物的質(zhì)量以及酶催化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率；

46、進(jìn)一步的，獲取m條溫度控制曲線對應(yīng)的歷史酶催化反應(yīng)的綜合反應(yīng)參數(shù)和加熱溫度，基于獲取的綜合反應(yīng)參數(shù)和加熱溫度訓(xùn)練出酶催化反應(yīng)加熱溫度預(yù)測機(jī)器學(xué)習(xí)模型，再通過實時采集酶催化反應(yīng)裝置的綜合反應(yīng)參數(shù)，輸入到訓(xùn)練完成的酶催化反應(yīng)加熱溫度預(yù)測機(jī)器學(xué)習(xí)模型中，獲取預(yù)測的加熱溫度，然后采集實時的溫度與預(yù)測的溫度進(jìn)行對比分析，然后對加熱溫度進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，從而實現(xiàn)在基于預(yù)定的溫度控制曲線對該酶催化反應(yīng)裝置的加熱器進(jìn)行控制時，還能實時基于反應(yīng)時間和反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率動態(tài)調(diào)整加熱器的加熱溫度，從而根據(jù)反應(yīng)階段自動優(yōu)化溫度控制曲線，實現(xiàn)溫度的智能化精細(xì)化控制，提高反應(yīng)效率。