酶反應控制裝置的製作方法
2023-05-13 19:19:56
專利名稱：酶反應控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明是關於通過酶反應製造清酒、啤酒、醬油等的物質製造器中的酶反應控制裝置。
上述特開平8-256759號公報中所記載的裝置，是在生產發酵食品時，對正在發酵的酶作用物照射微波，通過測定透射波的衰減來控制酶反應。另外，上述特開平11-341947號公報中記載的裝置，是通過測定發酵液的溫度和電導率來控制酶反應。
因此，無論哪一種裝置，要想得到目的物質都要進行酶反應控制。
但是，採用照射微波的裝置時，照射的微波會對酶反應產生影響，而採用測定電導率的裝置時，由於與發酵液接觸的電極的腐蝕，對酶反應產生影響，因此，無論哪一種裝置都不能準確地控制酶反應。
本發明的第1方面，是通過酶反應製造上述物質的物質製造器中的控制酶反應狀態的酶反應控制裝置，其特徵在於，該裝置配備有用於檢測與上述物質製造器中的酶反應相應的靜電電容變化的靜電電容傳感器，以及預先存儲與標準的酶反應相應的標準靜電電容的變化的標準值存儲裝置，將上述檢測的靜電電容與存儲的靜電電容進行比較，控制上述物質製造器中的酶反應。
本發明的第2方面，是根據本發明的第1方面所述的酶反應控制裝置，其特徵在於，所述的靜電電容傳感器配備有相對於上述物質製造器的酶反應中的內容物移動的流路為絕緣的並迴轉的導電性金屬箔制的測量電極和接地(ダランド)電極。
本發明的第3方面是根據本發明的第2方面所述的酶反應控制裝置，其特徵在於，所述的接地電極比上述測量電極更窄地形成，兩者交替地配置。
本發明的第4方面是根據本發明的第3方面所述的酶反應控制裝置，其特徵在於，所述的測量電極和接地電極沿著上述內容物的移動方向捲成螺旋狀。
按照本發明的第1方面，在物質製造器中，可以通過酶反應，一面控制該酶反應的狀態、一面製造所需要的物質。該酶反應的控制，是通過對使用所述的靜電電容傳感器根據該物質製造器中的酶反應測得的靜電電容的變化與預先在標準值存貯裝置中存貯的與標準酶反應相應的標準靜電電容的變化進行比較，從而可以控制上述物質製造器中的酶反應。因此，通過物質製造器中的酶反應，可以製造所需要的物質。
由於是通過測定靜電電容的變化來控制酶反應，因而對酶反應不會產生影響，可以準確地製造所要求的物質。
按照本發明的第2方面，在本發明的第1方面的效果的基礎上，由於上述靜電電容傳感器配備了相對於上述物質製造器的酶反應中的內容物移動的流路為絕緣的並迴轉的導電性金屬箔制的測量電極和接地電極，因而可以準確地測定在流路中移動的內容物的靜電電容，更精確地控制上述物質製造器中的酶反應。
按照本發明的第3方面，在本發明的第2方面的效果基礎上，由於上述接地電極比測量電極更窄地形成，兩者交替配置，因而可以準確地測定在流路中移動的內容物的靜電電容，更精確地控制上述物質製造器中的酶反應。
按照本發明的第4方面，在本發明的第3方面的效果基礎上，上述測量電極和接地電極沿著上述內容物的移動方向捲成螺旋狀，因而可以準確地測定在流路中移動的內容物的靜電電容，更精確地控制上述物質製造器中的酶反應。
圖1涉及本發明的第1實施方式，是通過酶反應製造物質的物質製造器中的控制酶反應狀態的酶反應控制裝置的整體示意圖。
圖2涉及本發明的第1實施方式，是表示與酶反應相對應的標準靜電電容的變化的曲線圖。
圖3涉及本發明的第1實施方式，是表示傳感器組件及其周圍的剖面圖。
圖4涉及本發明的第1實施方式，是圖3的SA-SA向視圖的放大的剖面圖。
圖5涉及本發明的第1實施方式，是傳感器組件的主要部位的放大的剖面圖。
圖6涉及本發明的第1實施方式，是說明電極的卷繞狀態的圖。
圖7涉及本發明的第1實施方式，是以展開狀態表示與圖6的電極對應的電極的說明圖。
圖8涉及本發明的第1實施方式，是酶反應控制裝置的示意方框圖。
圖9是本發明的改型例的實施方式的酶反應控制裝置的示意方框圖。圖中1物質製造器2酶反應控制裝置63第2傳感器組件(靜電電容傳感器)75存儲器(標準值存儲裝置)
上述物質製造器1配備有發酵罐5，該發酵罐5可以通過電氣方式控制罐內溫度。發酵罐5中設有攪拌器7。該攪拌器7配備有由馬達9驅動旋轉的旋轉軸11。旋轉軸11上安裝有上、下二段攪拌葉片13和15。
在上述發酵罐5的上部連接有酒麴供給管17、酒精供給管19、蒸米供給管21、水供給管23、空氣供給管25和空氣排出管27。上述酒麴供給管17上設置了第1電磁開關閥29。上述酒精供給管19上設置了第2電磁開關閥31。上述蒸米供給管21上設置了第3電磁開關閥33。上述水供給管23上設置了第4電磁開關閥35。上述空氣供給管25上設置了第5電磁開關閥37。上述空氣排出管27上設置了第6電磁開關閥39。
在上述發酵罐5的下部設置了清酒酒糟排出管41和清酒取出管43。在清酒酒糟排出管41上設置了第7電磁開關閥45。上述清酒取出管43上設置了第8電磁開關閥47。
清酒取出管43是由絕緣材料例如氯乙烯等絕緣樹脂製成的管形成。該清酒取出管43也可以只在與第1傳感器組件59相對應的部分上由絕緣材料形成。所述的絕緣材料還可以使用石英玻璃等。在該清酒取出管43的末端設有取出口49。該取出口49側面設置了分支口51。該分支口51上連接有分支管53。分支管53與回收槽相連接。該回收槽用於回收含有微量異物的清酒。
在上述清酒取出管43的取出口49和上述分支管53上，作為將上述清酒的液流切換到上述取出口49和第1分支口53任一方的調整部件，配備了第9和第10電磁開關閥55和57。
將上述第9電磁開關閥55打開，可以從清酒取出管43的取出口49取出不含微量異物的優質清酒，將第9電磁開關閥55關閉時，停止從取出口49取出優質的清酒。將上述第9電磁開關閥55關閉並打開第10電磁開關閥57時，由清酒取出管43的管體內流路43a經過分支管53將含有微量異物的清酒排出到回收槽中。
在上述清酒取出管43上，作為檢測管體43內的流路43a的靜電電容的靜電電容傳感器，設置了第1傳感器組件59。該第1傳感器組件59配備在清酒取出管43的分支口53的上遊側，可以檢測管內流路43a的靜電電容變化。
在上述第1傳感器組件59的上遊側，配備有用於除去異物的過濾器61。該異物去除過濾器61是用來除去在上述管內流路43a中流動的清酒中夾雜的微量異物。
在上述物質製造器1中，作為檢測與酶反應相對應的靜電電容變化的靜電電容傳感器，設置第2傳感器組件63。第2傳感器組件63安裝在偏置管65上。偏置管65由絕緣材料例如氯乙烯等絕緣樹脂制的管形成。該偏置管65也可以只在與第2傳感器組件63對應的部分由絕緣材料形成。所述的絕緣材料也可以使用石英玻璃等。
上述偏置管65，與設置在發酵罐5底部的採樣入口67和設置在發酵罐5中間部位的採樣出口69連接。採樣入口67與上述攪拌葉片15相對。因此，當攪拌葉片15被驅動而進行攪拌時，發酵罐5中的內容物就開始進行自動循環，即，從採樣入口67進入，流經偏置管65的管內流路65a，再通過第2傳感器組件63的部分，從採樣出口69重新返回發酵罐5內。
上述第1和第2傳感器組件59和63的檢測信號，經過信號處理電路71被輸入到控制裝置73中。標準的靜電電容的變化也經過上述信號處理電路33被輸入到控制裝置73中。
所述的標準的靜電電容的變化是當流過上述管內流路43a的清酒不含有微小異物時的靜電電容(去除異物標準值)與上述物質製造器1中的與標準的酶反應相應的標準的靜電電容的變化(製造標準值)。上述製造標準值，和達到高品質而可以出廠的時機與內容物的靜電電容變化的關係有關，關於這一點將在下文中說明。
所述控制裝置73，例如可以由MPU(Microprocessing Unit)75構成運算部，配備有存儲器77。上述運算部還可以由DSP(Digital SignalProcessor)等構成。存儲器77構成標準值存儲機構，預先存儲上述異物標準值和製造標準值。由所述控制裝置73對檢出的靜電電容的變化和存儲的製造標準值進行比較，從而可以控制上述物質製造器1中的酶反應。
即，通過對上述第2傳感器組件63檢測的靜電電容的變化和製造標準值進行比較，控制流過管內流路65a的內容物的酶反應，可以判斷產品是否可以出廠。
另外，通過對上述第1傳感器組件59檢測的靜電電容的變化和上述去除異物標準值進行比較，可以計量和測量流過管內流路43a的清酒中含有多少微小異物。
上述第1至第10電磁開關閥29、31、33、35、37、39、45、47、55和57，通過驅動電路79與上述控制裝置73連接。
此外，在上述控制裝置73上還連接有以電氣方式控制上述發酵罐5的罐內溫度的控制電路81、以及顯示面板83、環境傳感器85、數據傳輸接口87和電源89等。上述環境傳感器85是用來檢測發酵罐5周圍的溫度和溼度等，它通過上述信號處理電路71與控制裝置73連接。
上述與酶反應相對應的標準的靜電電容的變化(製造標準值)，在學術論文中已有描述，可以根據圖2所示的關係設定。圖2下部的曲線圖，表示由於酶反應而引起的酵母菌細胞數隨時間的變化，圖2上部的曲線圖，表示與細胞數的變化相對應的靜電電容隨時間的變化。靜電電容隨時間的變化是以最佳狀態的值為100％、用電容率表示的。
在圖2中，相對於酶反應的基材，細胞數為適量時的細胞數隨時間的變化S1，細胞數過多時的細胞數隨時間的變化是S2，細胞數過少時的細胞數隨時間的變化S3。與此相對，與上述細胞數隨時間的變化是S1相對應的靜電電容的變化是ε1，與細胞數隨時間的變化是S2相對應的靜電電容的變化是ε2，與細胞數隨時間的變化是S3相對應的靜電電容的變化是ε3。
如圖2所示，經過酶反應細胞數達到60％以上時，可以作為合格的產品出廠。通過觀察圖2上部的靜電電容的變化來進行酶反應的控制。在圖2中，T1是可以出廠的時機，T2是品嘗期限。因此，只要檢測到的靜電電容的變化處於該範圍之內，就可以作為優質的清酒出廠。為此，作為上述製造標準值，存儲上述ε1的變化，電容率為60％以上時，斷定可以出廠。不過，也可以根據酵母菌的多少，預先存儲ε2、ε3的變化，根據ε2或ε3的變化來控制酶反應。
上述第1和第2傳感器59和63，例如可以是圖3一圖5中所示的樣子。
圖3是表示第1和第2傳感器59和63及其周圍的放大的剖面圖。圖4是圖3的SA-SA向視圖的放大剖面圖。圖5是將圖3的局部進一步放大顯示的主要部位的放大的剖面圖。另外，由於第1和第2傳感器組件59和63的結構基本上相同這裡只對第2傳感器組件63進行說明。上述第1傳感器組件59被安裝的位置是在清酒取出管43上，這一點與第2傳感器組件63有所不同，但二者的基本原理是相同的，因此略去說明。
如圖3-圖5所示，作為靜電電容傳感器的第2傳感器組件63，配置了相對於上述管內流路65a為絕緣狀態，圓周狀的導電性金屬箔制的測量電極和接地電極作為電極99。
該電極99，是在安裝於形成通路的偏置管65外側的安裝用圓筒101上卷繞成圓周狀。在本實施方式中，上述安裝用圓筒101是由絕緣材料例如氯乙烯制的管形成。該安裝用圓筒101隻要是由絕緣材料形成即可，也可以由玻璃、樹脂塑模等形成。安裝用圓筒101與偏置管65的外周面緊密地嵌合。這種嵌合也可以利用粘結劑等固定。這樣，通過使用例如氯乙烯制的管等安裝用圓筒101，可以將第2傳感器組件63與偏置管65組裝成一體，而且向偏置管65上的安裝也容易進行。在本實施方式中，偏置管65的與第2傳感器63對應的部分是由氯乙烯等絕緣體形成的。該偏置管65也可以整體全部由絕緣體形成。這種情況對於第1傳感器組件59和清酒取出管43也同樣適用。
上述電極99是由銅箔等導電性金屬箔製成，其具體結構將在下文中描述。在電極99的外側設置了屏蔽材料105，兩者之間有絕緣材料103。在本實施方式中，絕緣材料103是由氯乙烯制的管形成，緊密地覆蓋電極99的外側。上述絕緣材料103可以由樹脂塑模、石英玻璃等各種絕緣材料構成。
在本實施方式中，上述屏蔽材料105是由鋁管形成。屏蔽材料105緊密地嵌合在絕緣材料103的外表面上。屏蔽材料105的兩端部固定有端部屏蔽材料107a和107b。在本實施方式中，端部屏蔽材料107a和107b是由鋁形成。
如圖5所示，在上述一方的端部屏蔽材料107a上設置有貫通孔109，將上述電極99的配線111引出到外部。在端部屏蔽材料107a與配線111之間，例如施加了樹脂塑模113。如圖3和圖6所示，在配線111的端部設置了連接用的連接器114。
上述電極99的具體結構如圖6所示。在圖6中，用點劃線表示將電極99卷繞在氯乙烯制的管等安裝用圓筒101上形成螺旋狀的狀態，用實線表示電極99的展開狀態。如圖6所示，電極99由測量電極115和接地電極117構成。兩電極115和117都是由銅箔形成，在展開狀態下大致呈平行四邊形帶狀。兩電極115和117的短邊長度(圖6中用實線表示的右端或左端的上下方向的長度)加上兩電極115和117之間的間隙119，與安裝用圓筒101的外周長度大體上一致。
上述接地電極117比測量電極115更窄地形成。測量電極115和接地電極117按圖中點劃線所示沿著流動方向卷繞在安裝用圓筒101的外周面上，形成螺旋狀，通過粘結等方式固定。在本實施方式中，卷繞的圈數是圍繞安裝用圓筒101的外周面大致3周。不過，只要可以用電極115和117在偏置管65的全周上檢測出靜電電容的變化，卷繞的圈數可以任意選擇。在卷繞到安裝用圓筒101上的兩電極115和117之間，設置間隙119。
上述兩電極115和117，在圖6的卷繞在安裝用圓筒101上的狀態下，兩者交替配置。在這種卷繞狀態下，鄰接的測量電極115彼此在短路點AB之間短路連接。上述接地電極117，在卷繞狀態下，在短路點CD之間短路連接。在圖6所示的電極99的卷繞狀態下，為了方便起見，短路點A、B、C、D的位置同時表示在同一側面，實際的短路點A、B、C、D的位置處於在展開狀態的位置所示的地方。
採用這種結構，例如可以形成與圖7的電極99A同樣結構的電極配置。即，圖6的電極99的上述短路點A、B、C、D在位置上與圖7的電極99A的點A1、B1、C1、D1相對應，電極99通過大致平行四邊形帶狀的電極115、117和上述短路點A、B、C、D的短路連接，可以卷繞在安裝用圓筒101的外面，形成螺旋狀。
當然，代替電極99，也可以形成圖7的電極99A的結構。在圖7中，電極99A是將測量電極115A和接地電極117A卷繞在安裝用圓筒101的外表面全周上，形成圓周狀。不過，象圖6的電極99那樣卷繞在安裝用圓筒101的外面形成螺旋狀的場合，可以更準確、更容易地檢測管內流路65a的靜電電容的變化。
圖8表示酶反應控制裝置的概略方框圖。第2傳感器組件63、振蕩電路121、頻率/電壓轉換電路123、A/D轉換電路125和MPU75構成了本實施方式的酶反應控制裝置3。上述控制閥127由圖1的第8、第9和第10電磁開關閥47、55、57構成。
一旦第1和第2傳感器組件59和63檢測出靜電電容的變化，就由振蕩電路121將與靜電電容變化相對應的頻率變化輸入到頻率/電壓轉換電路123。在頻率/電壓轉換電路123中，將輸入的頻率變化轉換成電壓變化，輸入到A/D轉換電路125中。在A/D轉換電路125中，將輸入的電壓變化轉換成數位訊號的2進位數數值，輸入到MPU75中。在MPU75中，對檢測後輸入的靜電電容的變化和上述標準靜電電容的變化進行比較。
上述MPU75，根據比較的結果，計量和測量在上述第1傳感器組件59的位置流過管內流路43a的清酒中含有多少微小異物。另外，在上述第2傳感器組件63的位置，判斷在發酵罐5內經過酶反應後清酒是否已經達到適合於出廠的狀態。
在圖1中，通過上述控制裝置73的控制，第1-第6電磁開關閥29、31、33、35、37和39適時開關驅動，將蒸米、水、酵母菌和酒精送入發酵罐5中，在發酵罐5內的上部通入空氣，用於延長活細胞的壽命。另外，經過控制裝置73的控制，驅動馬達9，通過旋轉軸111驅動攪拌葉片13和15，進行適當攪拌。
在這種狀態下，通過發酵罐5中的內容物的酶反應，可以製造所要求的清酒。此時，環境傳感器85檢測發酵罐5周圍的溫度和溼度等，將其輸入控制裝置73，根據檢測到的周圍環境情況，利用控制電路81以電氣方式控制發酵罐5內的溫度。這些環境參數和發酵罐5內的溫度等可以在上述顯示面板83上顯示出來。
通過準確地控制酶反應，可以提高清酒的品質。利用上述攪拌葉片15的攪拌作用，發酵罐5中的內容物由採樣口67經過偏置管65通過第2傳感器組件63。在第2傳感器組件63中，檢測管內流路65a的靜電電容的變化。
經過檢測後，將測定的靜電電容的變化與製造標準值進行比較，判斷出廠的時機。出廠時機的判斷結果可以顯示在上述顯示面板83上。根據出廠時機的判斷，例如出廠時機是圖2中的T1時，由MPU75通過驅動電路79將信號送到第8電磁開關閥47，將第8電磁開關閥47打開，第8電磁開關閥47打開後，可以使達到出廠時機T1的清酒從發酵罐5中流出到清酒取出管43。
在清酒取出管43中，清酒在管內流路43a中流動，到達取出口49時，在第1傳感器組件59中檢測管內流路43a的靜電電容的變化。
經過檢測，在第1傳感器組件21的位置檢測出微小異物時，由MPU75經過驅動電路79將信號送到第9和第10電磁開關閥55和57。此時，第9電磁開關閥55關閉，第10電磁開關閥57打開，含有微小異物的清酒通過分支管53排出到回收槽中。
經過檢測，在第1傳感器組件59的位置沒有檢測出微小異物時，通過同樣的控制，第10電磁開關閥57關閉，第9電磁開關閥55打開，由取出口49取出不含微小異物的優質清酒。
取出清酒後，利用來自驅動電路79的信號，將第8電磁開關閥47關閉，打開第7電磁開關閥45，由清酒酒糟排出管41排出發酵罐5內的清酒酒糟。
另外，清酒的取出還可以手動進行，即，操作人員確認顯示面板83上顯示適合出廠時，手動操作取出清酒。
如上所述，通過物質製造器1中的酶反應製造所要求的清酒時，通過檢測靜電電容的變化來控制酶反應，因而對於酶反應不產生影響，可以準確地製造所需要的清酒。
圖9表示與酶反應控制裝置的改型例有關的實施方式。在圖9中，與圖8中對應的部分用相同的符號表示。在圖9的酶反應控制裝置3A中，代替上述A/D轉換電路125和MPU75，設置了電壓比較電路129和標準電壓發生電路131。
此外，由第2傳感器組件63、振蕩電路121、頻率/電壓轉換電路123、電壓比較電路129和標準電壓發生電路131構成酶反應控制裝置3A。
在上述標準電壓發生電路131中，產生需要在電壓比較電路129中進行比較的標準電壓，即產生與應設定的異物去除標準值、製造標準值的靜電電容的變化相對應的標準電壓。因此，在本實施方式中，標準電壓發生電路91構成了標準值存儲裝置。
由上述標準電壓發生電路91產生的標準電壓，被送往電壓比較電路129，與檢測到的靜電電容的變化相對應的電壓變化進行比較，根據比較結果，通過驅動電路79將信號輸出到控制閥127(47、55、57)。
在圖9的實施方式中，與上述同樣，也是在通過物質製造器1中的酶反應製造所要求的清酒時，通過檢測靜電電容的變化來控制酶反應，因而不會對酶反應產生影響，可以準確地製造所需要的清酒。
上述實施方式是在直線狀的偏置管65和清酒取出管43上嵌入第1和第2傳感器組件59和63的，當然，如果安裝用圓筒101和屏蔽材料105等是軟質的話，即使偏置管65和清酒取出管43上有拐角，也可以容易地嵌合，另外，還可以安裝到拐角部位上。在這種場合，如同電極99那樣卷繞成螺旋狀時，可以沿著偏置管65、清酒取出管43的拐角部分準確地配置電極99。
電極99和99A也可以直接卷繞在由氯乙烯制的管或玻璃等絕緣材料形成的偏置管65或清酒取出管43上，這樣可以省去內側的安裝用圓筒101。另外，還可以在偏置管65或清酒取出管43上設置安裝用圓筒101，構成偏置管65或清酒取出管43的一部分。上述第1傳感器組件59也可以配置在清酒取出管43內。上述第2傳感器組件63，也可以配置在偏置管63內或者發酵罐5內。
在上述各實施方式中，靜電電容的比較不限於其變化值的比較和判斷，靜電電容本身的比較也是均等的範圍。
通過酶反應製造的目的物質，並不限於清酒，醬油、豆醬、酸奶、維生素、抗生素以及利用微生物生產的物質全都可以適用。例如，在生產酸奶時，預先檢測與取決於基材的量、細胞數等的標準的乳酸酸度的變化相應的標準靜電電容的變化，可以準確地生產適合於作為合格製品出廠的具有適宜的乳酸酸度的酸奶。
上述出廠時機的判斷只是一個例子，可以通過靜電電容的比較，選擇各種不同的出廠時機。
權利要求
1.一種酶反應控制裝置，其對通過酶反應製造物質的物質製造器中的所述酶反應狀態進行控制，其特徵在於，該裝置配備有用於檢測與上述物質製造器中的酶反應相應的靜電電容變化的靜電電容傳感器，以及預先存儲與標準的酶反應相應的標準靜電電容的變化的標準值存儲裝置，將上述檢測到的靜電電容的變化與存儲的標準的靜電電容的變化進行比較，控制上述物質製造器中的酶反應。
2.根據權利要求1所述的酶反應控制裝置，其特徵在於，所述的靜電電容傳感器配備有相對於上述物質製造器的酶反應中的內容物移動的流路以絕緣狀、呈圓周狀的導電性金屬箔制的測量電極和接地電極。
3.根據權利要求2所述的酶反應控制裝置，其特徵在於，所述的接地電極比上述測量電極更窄地形成，兩者交替地配置。
4.根據權利要求2或3所述的酶反應控制裝置，其特徵在於，所述的測量電極和接地電極沿著上述內容物的移動方向卷繞成螺旋狀。
全文摘要
本發明涉及通過酶反應製造上述物質的物質製造器(1)中的控制酶反應狀態的酶反應控制裝置(3)，其特徵在於，該裝置配備有用於檢測與上述物質製造器(1)中的酶反應相應的靜電電容變化的第(2)傳感器組件(63)，以及預先存儲與標準的酶反應相應的標準靜電電容的變化的標準值存儲裝置(77)，將檢測的靜電電容的變化與存儲的靜電電容的變化進行比較，控制上述物質製造器(1)中的酶反應，從而可以準確地控制酶反應，以得到所要求的物質。
文檔編號C12C13/02GK1446901SQ03120900
公開日2003年10月8日 申請日期2003年3月25日 優先權日2002年3月27日
發明者山岸潤一, 餘永康 申請人:株式會社唯紅, 山岸潤一