第七章酶反應(yīng)器1、什么是酶反應(yīng)器2、各種酶反應(yīng)器的特點(diǎn)3、酶反應(yīng)器的選擇4、酶反應(yīng)器的使用GoGoGoGo5、酶反應(yīng)器的設(shè)計(jì)Go一、酶反應(yīng)器用于酶進(jìn)行催化反應(yīng)的容器及其附屬設(shè)備。是用于完成酶促反應(yīng)的核心裝置。過程調(diào)控

酶反應(yīng)器

底物預(yù)處理

分離提純產(chǎn)品生物催化劑制備酶催化反應(yīng)過程示意圖固定化酶技術(shù)治理印染廢水二、酶反應(yīng)器類型按結(jié)構(gòu)分?jǐn)嚢韫奘椒磻?yīng)器、鼓泡式反應(yīng)器、填充床式反應(yīng)器流化床式反應(yīng)器、膜反應(yīng)器按操作方式分分批式反應(yīng)、連續(xù)式反應(yīng)、流加分批式反應(yīng)按混合形式分連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器、分批攪拌罐反應(yīng)器1、分批攪拌罐式反應(yīng)器

底物與酶一次性投入反應(yīng)器內(nèi)，產(chǎn)物一次性取出；反應(yīng)完成后，固定化酶回收，轉(zhuǎn)入下一批反應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)：裝置簡(jiǎn)單，造價(jià)低，反應(yīng)條件易控制。缺點(diǎn)：操作麻煩，游離酶難回收利用，固定化酶易造破壞。2、連續(xù)攪拌罐式酶反應(yīng)器

投入固定化酶和底物溶液，反應(yīng)達(dá)到平衡后，再以恒定的流速連續(xù)流入底物溶液，同時(shí)，以相同流速輸出反應(yīng)液，適用固定化酶。優(yōu)點(diǎn)：裝置簡(jiǎn)單，利用率高。缺點(diǎn)：剪切力大，固定化酶易受損。底物溶液進(jìn)口反應(yīng)液出口3、填充床反應(yīng)器

又稱固定床反應(yīng)器，將固定化酶固定于反應(yīng)器內(nèi)，制成柱床，通入底物溶液，收集輸出的轉(zhuǎn)化液。優(yōu)點(diǎn)：高效率、易操作、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等，是應(yīng)用最普遍的反應(yīng)器。缺點(diǎn)：當(dāng)?shù)孜锶芏群腆w顆?；蝠ざ群艽髸r(shí)，不宜采用。4、流化床反應(yīng)器

底物溶液以足夠大的流速，從底部向上通過柱床時(shí)，使固定化酶顆粒始終處于流化狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：可用于黏度較大和含有固體顆粒的底物溶度。缺點(diǎn)：固定化酶易受損，放大難。5、鼓泡式反應(yīng)器

從反應(yīng)器底部通入的氣體產(chǎn)生的大量氣泡，在上升過程中起到提供反應(yīng)底物和混合兩種作用。優(yōu)點(diǎn)：剪切力小，可用于有氣體參與的游離酶和固定化酶的催化反應(yīng)。6、膜反應(yīng)器將酶催化反應(yīng)與半透膜的分離作用組合在一起而成的反應(yīng)器?？蓪⒚腹潭ㄔ诰哂幸欢讖降亩嗫妆∧ぶ校瞥晒潭ɑ复呋磻?yīng)的生物反應(yīng)器，還可用于游離酶的催化反應(yīng)。膜反應(yīng)器可以制成平板型、螺旋型、管型、中空纖維型、轉(zhuǎn)盤型等多種形狀。常用的是中空纖維反應(yīng)器。7、噴射式反應(yīng)器

通入高壓噴射蒸汽，實(shí)現(xiàn)酶與底物的混合，進(jìn)行高溫短時(shí)催化反應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，短時(shí)間內(nèi)完成反應(yīng)缺點(diǎn)：適用于某些耐高溫酶的反應(yīng)各種酶反應(yīng)器的特點(diǎn)反應(yīng)器類型適用的操作方式適用的酶特點(diǎn)攪拌罐式反應(yīng)器分批式,流加分批式連續(xù)式,游離酶固定化酶反應(yīng)比較完全，反應(yīng)條件容易調(diào)節(jié)控制。填充床式反應(yīng)器連續(xù)式固定化酶密度大，可以提高酶催化反應(yīng)的速度。在工業(yè)生產(chǎn)中普遍使用。流化床反應(yīng)器分批式流加分批式連續(xù)式固定化酶混合均勻，傳質(zhì)和傳熱效果好，調(diào)節(jié)控制容易，不易堵塞，對(duì)粘度較大反應(yīng)液也可進(jìn)行催化反應(yīng)。反應(yīng)器類型適用的操作方式適用的酶

特點(diǎn)鼓泡式反應(yīng)器分批式流加分批式連續(xù)式游離酶固定化酶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，剪切力小，混合效果好，適合于有氣體參與的反應(yīng)。膜反應(yīng)器連續(xù)式游離酶固定化酶清洗比較困難噴射式反應(yīng)器連續(xù)式游離酶通入高壓噴射蒸汽，實(shí)現(xiàn)酶與底物的混合，進(jìn)行高溫短時(shí)催化反應(yīng)，適用于某些耐高溫酶的反應(yīng)三、酶反應(yīng)器的選型（一）根據(jù)酶的反應(yīng)形式選擇反應(yīng)器

1、游離酶反應(yīng)器的選擇（1）最常用攪拌罐式反應(yīng)器（2）氣體作底物的常用鼓泡式反應(yīng)器（3）反應(yīng)產(chǎn)物分子量較小、價(jià)格較高的可采用膜反應(yīng)器（4）耐高溫的可采用噴射式反應(yīng)器2、固定化酶（1）顆粒狀固定化酶可采用填充床式、流化床式、鼓泡式、連續(xù)攪拌罐式反應(yīng)器。（2）膜狀固定化酶要用螺旋卷膜式反應(yīng)器。（3）片狀、膜狀或纖維狀固定化酶均可采用填充床反應(yīng)器。（二）根據(jù)酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

1、底物與酶的混合程度

2、底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響

3、產(chǎn)物對(duì)酶的反饋抑制作用

4、酶催化作用的溫度條件（三）根據(jù)底物或產(chǎn)物的理化性質(zhì)（四）根據(jù)催化反應(yīng)的多樣性（五）根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際要求四、反應(yīng)器的應(yīng)用（一）操作條件的控制及其調(diào)節(jié)控制

1、反應(yīng)溫度：熱交換

2、pH值：用稀酸或稀堿慢慢調(diào)節(jié)

3、底物濃度：考慮反應(yīng)速度和粘度

4、酶濃度：考慮反應(yīng)速度和成本

5、攪拌速度：考慮混合與酶活性

6、流動(dòng)速度：考慮混合與酶活性（二）注意事項(xiàng)：1、保證酶反應(yīng)器的操作穩(wěn)定性2、保證反應(yīng)器中流體的流動(dòng)方式和狀態(tài)3、防止酶的變性失活溫度低于或等于酶催化最適溫度用稀酸或稀堿慢慢調(diào)節(jié)pH值添加EDTA等金屬螯合劑防止固定化酶的損壞加保護(hù)劑4、防止微生物污染五、酶反應(yīng)器的設(shè)計(jì)生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)：使產(chǎn)品的質(zhì)量最高，生產(chǎn)成本最低。評(píng)價(jià)生物反應(yīng)器的主要標(biāo)準(zhǔn)：反應(yīng)器生產(chǎn)能力的大小和產(chǎn)品質(zhì)量的高低。1、確定酶反應(yīng)器的類型根據(jù)酶、底物和產(chǎn)物的性質(zhì)，選擇并確定反應(yīng)器的類型2、確定