第八章__酶反應(yīng)器

1、 酶反應(yīng)器的類(lèi)型酶反應(yīng)器的類(lèi)型1234酶和固定化酶在體外進(jìn)行催化反應(yīng)時(shí)，都必需在一定的反應(yīng)容器中進(jìn)行，以便控制酶催化反應(yīng)的各種條件和催化反應(yīng)的速度。用于酶進(jìn)行催化反應(yīng)的容器及其附屬設(shè)備稱(chēng)為酶反應(yīng)器。用于酶進(jìn)行催化反應(yīng)的容器及其附屬設(shè)備稱(chēng)為酶反應(yīng)器。酶反應(yīng)器是用于完成酶促反應(yīng)的核心裝置。它為酶催化反應(yīng)提供合適合適的場(chǎng)所的場(chǎng)所和最佳的反應(yīng)條件最佳的反應(yīng)條件，以便在酶的催化下，使底物（原料）最大限度地轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物。它處于酶催化應(yīng)過(guò)程的中心地位，是連接原料和產(chǎn)物的橋梁。回本章目錄一一 攪拌罐攪拌罐型（型（Stirred Tank Reacter, STR） 有攪拌裝置的、傳統(tǒng)形式的反應(yīng)器。由反應(yīng)罐、攪拌

2、器和保溫裝置組成。1. 分類(lèi)：1）分批攪拌罐式反應(yīng)器(Batch Stirred Tank Reactor, BSTR) 適用的酶：游離酶、固定化酶2）連續(xù)流攪拌罐反應(yīng)器(Continuous Flow Stirred Tank Reactor, CSTR) 適用的酶：固定化酶二二 固定床型（也稱(chēng)填充床，固定床型（也稱(chēng)填充床，Packed Bed Reactor, PBR ）n 把顆粒狀或片狀等固定化酶填充于固定床內(nèi)，底物按一定方 向以恒定速度通過(guò)反應(yīng)床。 n 在其橫截面上液體流動(dòng)速度完全相同，沿流動(dòng)方向底物及產(chǎn) 物的濃度逐漸變化，但同一橫切面上濃度一致。又稱(chēng)活塞流 反應(yīng)器(Plug Flow

3、 Reactor, PFR) n 適用于：固定化酶。n 優(yōu)點(diǎn)： 易操作、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，酶密度大 與連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器相比，可減少產(chǎn)物的抑制作用 （產(chǎn)物濃度沿反應(yīng)器長(zhǎng)度逐漸增高 ）。 n 缺點(diǎn)： 溫度和pH難以控制； 固定化酶所受到的壓力大，易引起變形和破碎 傳質(zhì)系數(shù)和傳熱系數(shù)相對(duì)較低。當(dāng)?shù)孜锶芏群腆w顆 ?；蝠ざ群艽髸r(shí)，不宜采用填充床式反應(yīng)器。 流化床型流化床型(Fludized Bed Reactor, FBR) (Fludized Bed Reactor, FBR) n 底物以一定速度由下向上流過(guò)，使固定化酶顆粒在浮動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)。流體的混合程度介于連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器和填充床反應(yīng)器之間。 n 適

4、用于：固定化酶。 n優(yōu)點(diǎn)： 具有良好的傳質(zhì)及傳熱性能，pH、溫度控制比較容易； 不易堵塞，可適用于處理黏度高的液體； n缺點(diǎn)： 需保持一定的流速，運(yùn)轉(zhuǎn)成本高，難于放大； 由于顆粒酶處于流動(dòng)狀態(tài)，易導(dǎo)致顆粒的機(jī)械破損； 流化床的空隙體積大，酶的濃度不高； 底物高速流動(dòng)使酶沖出，降低了轉(zhuǎn)化率。n改進(jìn)：使底物進(jìn)行循環(huán)。五五 膜式反應(yīng)器膜式反應(yīng)器(Membrane Reactor)(Membrane Reactor) n 將酶催化反應(yīng)與半透膜的分離作用組合在一起的反應(yīng)器。n 適用于：游離酶、固定化酶。 1. 游離酶膜反應(yīng)器游離酶在膜反應(yīng)器中進(jìn)行催化反應(yīng)時(shí)，底物溶液連續(xù)地進(jìn)入反應(yīng)器，酶在反應(yīng)容器游離酶在

5、膜反應(yīng)器中進(jìn)行催化反應(yīng)時(shí)，底物溶液連續(xù)地進(jìn)入反應(yīng)器，酶在反應(yīng)容器的溶液中與底物反應(yīng)，反應(yīng)后，酶與反應(yīng)產(chǎn)物一起，進(jìn)入膜分離器進(jìn)行分離，小分的溶液中與底物反應(yīng)，反應(yīng)后，酶與反應(yīng)產(chǎn)物一起，進(jìn)入膜分離器進(jìn)行分離，小分子的產(chǎn)物透過(guò)超濾膜而排出，大分子的酶分子被截留，可以再循環(huán)使用。子的產(chǎn)物透過(guò)超濾膜而排出，大分子的酶分子被截留，可以再循環(huán)使用。2. 固定化酶膜反應(yīng)器用于固定化酶催化反應(yīng)的膜反應(yīng)器是將酶固定在具有一定孔徑的多孔薄膜中，而制成的一種生物反應(yīng)器。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(pán)型等多種形狀。 一一 酶的應(yīng)用形式酶的應(yīng)用形式 游離酶： 攪拌罐式反應(yīng)器（具有高濃度底物抑制作用

6、的酶，用流加式 分批反應(yīng)） 鼓泡式反應(yīng)器（ 有氣體參與的酶反應(yīng)） 游離酶膜反應(yīng)器（價(jià)格較高的酶） 噴射式反應(yīng)器（耐高溫的酶） 2. 固定化酶顆粒狀連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器、填充床、流化床、鼓泡式反應(yīng)器平板狀、直管狀、螺旋管狀膜反應(yīng)器二二 底物或產(chǎn)物的物理性質(zhì)底物或產(chǎn)物的物理性質(zhì) 溶解性物質(zhì) 任何類(lèi)型反應(yīng)器 底物 顆粒物質(zhì) 膠體物質(zhì) 攪拌式、流化床（不用填充式和膜反應(yīng)器） 三三 反應(yīng)操作要求反應(yīng)操作要求 1.攪拌罐型反應(yīng)器。 2.若反應(yīng)耗氧 鼓泡式反應(yīng)器。底物或產(chǎn)物分子量較大小分子物質(zhì)作為輔酶不宜用膜式反應(yīng)器 四四 酶的穩(wěn)定性酶的穩(wěn)定性 固定化酶在反應(yīng)器中催化活性的損失可能有如下三種原因：l酶本身失效；l酶從載體上脫落；l載體的破碎或溶解 在各種類(lèi)型的反應(yīng)器中，連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器最易引起這類(lèi)損失。 五五 酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性質(zhì) 1.混合效果：攪拌罐式、流化床式反應(yīng)器的效果好 填充床式效果較差 膜反應(yīng)器輔助攪拌 2.高濃度底物抑制：流加分批攪拌罐式 3.產(chǎn)物反饋抑制：游離酶膜反應(yīng)器或填充床式反應(yīng)器回本章目錄第四節(jié)第四節(jié) 酶反應(yīng)器的操作酶反應(yīng)器的操作一一 酶反應(yīng)器操作條件