設(shè)備教案(11)酶反應(yīng)器

6-2酶反應(yīng)器

(enzymereactor)

1、植物細(xì)胞培養(yǎng)裝置主要有哪些類型2、常見(jiàn)的酶反應(yīng)器有哪些類型1一、培養(yǎng)中植物細(xì)胞(plantcell)的特性1、結(jié)團(tuán)：細(xì)胞較大，通常是一團(tuán)細(xì)胞的非均相集合體2、細(xì)胞成團(tuán)的兩種產(chǎn)生方式細(xì)胞分裂后沒(méi)有進(jìn)行細(xì)胞分離（主要）間歇培養(yǎng)中細(xì)胞處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)后期，開(kāi)始分泌粘多糖、蛋白質(zhì)等，或以其他形式產(chǎn)生粘性表面，從而形成細(xì)胞團(tuán)。2一、培養(yǎng)中植物細(xì)胞(plantcell)的特性3、當(dāng)細(xì)胞密度高，粘性大，易產(chǎn)生混合、循環(huán)不良問(wèn)題4、抗剪切力弱：纖維素細(xì)胞壁使得其外骨架相當(dāng)脆，抗剪切力相當(dāng)弱5、

保持無(wú)菌：培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分豐富、復(fù)雜，適合真菌生長(zhǎng)，其生長(zhǎng)速度比植物細(xì)胞快的多3培養(yǎng)中植物細(xì)胞的特性

6、設(shè)備要求高：植物細(xì)胞生長(zhǎng)速度慢，操作周期長(zhǎng)，要求設(shè)備有良好的質(zhì)量和高度穩(wěn)定性。7、保持較低的溶氧水平：

植物細(xì)胞好氣，需通氧，且對(duì)氧的變化非常敏感，太高或太差均有不良影響。4培養(yǎng)中植物細(xì)胞的特性8、pH值為5-7：進(jìn)氣時(shí)加入一定量的CO29、控制泡沫：植物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中，產(chǎn)生的氣泡大且粘性大（覆蓋有粘多糖、蛋白質(zhì)），細(xì)胞極易被包埋在泡沫中，而從循環(huán)的營(yíng)養(yǎng)液中帶出，需用化學(xué)方法或機(jī)械方法控制。10、表面粘附：在植物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中，細(xì)胞往往會(huì)粘附于培養(yǎng)表面以上的器壁上、電極或擋板表面上。培養(yǎng)表面以上的細(xì)胞層用機(jī)械法除去，在培養(yǎng)容器的表面和電極上涂上硅油，可減少粘附5植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器1、操作方式：間歇培養(yǎng)(batchonly)2、反應(yīng)器：搖瓶(shakeflask)、通用式發(fā)酵罐、鼓泡式、氣升式、旋轉(zhuǎn)圓筒式6植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器3、空氣提升式的優(yōu)點(diǎn)(1)剪切力小(2)無(wú)軸封,滅菌方便(3)能耗、操作費(fèi)用低(4)可用通氣速率來(lái)控制細(xì)胞的生長(zhǎng)速率789酶反應(yīng)器enzymereactor2分類幾何形狀進(jìn)料和出料的方式結(jié)構(gòu)功能罐型、管型、膜或片型分批式、半分批式、連續(xù)反應(yīng)器膜反應(yīng)器液-固反應(yīng)器氣-液-固三相反應(yīng)器1、酶反應(yīng)器：以酶作為催化劑進(jìn)行反應(yīng)所需的設(shè)備。103、催化劑：游離酶、固定化酶、固定化細(xì)胞4、在低溫、低壓下操做，耗能、產(chǎn)能都少5、不表現(xiàn)自催化方式（細(xì)胞的連續(xù)再生）11游離酶反應(yīng)器1、反應(yīng)：S+EPS為粘性或不溶于水的顆粒E為價(jià)廉、不純的催化大分子化合物水解的酶類122、溶液酶的缺點(diǎn)：（1）游離的溶液酶，在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)隨著產(chǎn)品一起流失，不僅造成酶的損失，增加了生產(chǎn)費(fèi)用，而且隨產(chǎn)品流出的酶，又會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量。（2）溶液酶在反應(yīng)后，分離困難，無(wú)法重復(fù)使用。（3）溶液酶十分脆弱，會(huì)因機(jī)械力、流體流動(dòng)產(chǎn)生的剪切力和流體的表面張力等，使酶的活性降低，往往使用不久便變性和失去活力。131、攪拌罐式反應(yīng)器⑴組成容器、攪拌器（擋板）、保溫裝置(2)分類分批式半分批式將酶和底物一次裝入反應(yīng)器，在適當(dāng)溫度下開(kāi)始反應(yīng)，反應(yīng)達(dá)一定時(shí)間后，將全部反應(yīng)物取出將底物緩緩加入反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，到一定時(shí)間后，將全部反應(yīng)物取出。（底物抑制）141、攪拌罐式反應(yīng)器⑶優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需特殊設(shè)備，適于小規(guī)模生產(chǎn)⑷缺點(diǎn)不能進(jìn)行酶的回收152、超濾膜式反應(yīng)器利用膜（membrane)的選擇透過(guò)性：小分子產(chǎn)物透過(guò)，酶被截留回收重新使用，可節(jié)省用酶。（1）原理（2）優(yōu)點(diǎn)①酶被截留重新使用，節(jié)省用酶②產(chǎn)物抑制時(shí)，宜采用此裝置（3）缺點(diǎn)酶的長(zhǎng)期操作穩(wěn)定性差，酶易在超濾膜上吸附損失，或在膜表面濃縮極化16(4)操作分批操作連續(xù)操作將酶和底物一次裝入反應(yīng)器，在適當(dāng)溫度下開(kāi)始反應(yīng)，反應(yīng)達(dá)一定時(shí)間后，將全部反應(yīng)物取出一邊連續(xù)的將底物加到反應(yīng)器中，一邊連續(xù)的排出生成物。2、超濾膜式反應(yīng)器（5）膜種類--超濾膜和透析膜形狀--平板狀、管狀、螺旋狀、中空纖維狀1718固定化酶反應(yīng)器酶固定后，酶活會(huì)降低1、結(jié)構(gòu)、空間因素酶分子結(jié)構(gòu)改變和屏蔽效應(yīng)2、酶周圍濃度的不均一性分隔效應(yīng)和擴(kuò)散阻力192021（1）分類分批反應(yīng)器（BSTR）連續(xù)流動(dòng)攪拌罐式反應(yīng)器（CSTR）1、攪拌罐式反應(yīng)器內(nèi)容物的混合是充分均勻的（2）特點(diǎn)（3）優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，T和pH容易控制，適用于底物受抑制的反應(yīng)，傳質(zhì)阻力低，能處理膠狀和水不溶性底物，固定化酶易更換（4）缺點(diǎn)反應(yīng)效率低，載體易被剪切損壞，攪拌動(dòng)力消耗大22固定或回收酶的方法BSTR離心或過(guò)濾（易造成酶的失效損失）CSTR1、出口裝濾器2、用尼龍網(wǎng)罩住，安裝在攪拌軸上3、磁性固定，借磁吸方法滯留4、酶固定在容器壁上或攪拌軸上（金屬網(wǎng)筐）（1為回收，2-4為固定）2324催化劑顆粒靜止不動(dòng)，接近于PFR（活塞流反應(yīng)器）（1）特點(diǎn)（2）優(yōu)點(diǎn)

①可使用高濃度的催化劑②可減少產(chǎn)物的抑制（3）缺點(diǎn)①T和PH難以控制（傳質(zhì)傳熱系數(shù)低）②底物和產(chǎn)物會(huì)產(chǎn)生軸向濃度分布③清洗和更換酶麻煩，底物需加壓才能進(jìn)入④反應(yīng)液內(nèi)含有固體顆粒時(shí)不宜采用（易堵塞）2、填充床反應(yīng)器（PBR）25（1）特點(diǎn)底物以一定速度向上通過(guò)，酶為懸浮狀態(tài)，混合程度介于CSTR（全混流）和PFR（活塞流）之間3、流化床反應(yīng)器（FBR）①具有良好的傳質(zhì)傳熱性能②不易堵塞，適于處理黏度大的液體能處理粉末狀底物③壓力降不很高（2）優(yōu)點(diǎn)26（3）缺點(diǎn)①需保持一定的流速，成本高，難于放大②酶的濃度不高（空隙體積大）③降低了轉(zhuǎn)化率（底物高速流動(dòng)使酶沖出）（4）提高轉(zhuǎn)化率的方法①使酶進(jìn)行循環(huán)②使用幾個(gè)流化床組成的反應(yīng)器組或錐形流化床3、流化床反應(yīng)器（FBR）2728294、膜反應(yīng)器1、用膜狀或板狀固定化酶組裝的反應(yīng)器2、類型：平板型、螺旋卷型、轉(zhuǎn)盤型、空心酶管、中空纖維膜30315、鼓泡塔反應(yīng)器底物和氣體從底部通入，氣體經(jīng)氣體分散板分散均勻323334二、酶反應(yīng)器的選擇影響選擇的因素1、

固定化酶的形狀2、

底物的理化性質(zhì)