第6章酶反应器.ppt

第六章 酶反应器 酶反应器 酶反应器(Enzyme reactor)：以酶或固定化酶作为催化剂进行酶促反应所需的装置称为酶反应器，它处于酶催化应过程的中心地位，是连接原料和产物的桥梁。 作用：以尽可能低的成本，按一定的速度由规定的反应物制备特定产物。 特点： 不同于化学反应器：在低温、低压下发挥作用，反应时的耗能和产能也比较少； 不同于发酵反应器：因为它不表现自催化方式（即细胞的连续再生）。 酶催化反应过程示意图 酶反应器 酶反应器的类型及特点 酶反应器的选型与设计 酶反应器的操作 6.1 酶反应器的类型及特点 按结构区分 搅拌罐式反应器（Stirred Tank Reactor, STR） 填充床式反应器(packed bed reactor, PBR ) 流化床式反应器( Fluidized Bed Reactor, FBR) 膜反应器(Membrane Reactor, MR) 鼓泡式反应器(bubble column reactor, BCR ) 按操作方式区分 分批式反应(batch ) 连续式反应(continuous ) 流加分批式反应(feeding batch ) 结构+操作方式 连续搅拌罐反应器（Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR） 分批搅拌罐反应器（Batch Stirred Tank Reactor, BSTR） 1、搅拌罐式反应器 一种传统形式的酶反应器，最常用。 结构组成：容器、搅拌器及热交换装置，有时在容器壁上加装挡板。 按操作方式分为： 分批搅拌罐反应器(Batch Stirred Tank Reactor, BSTR) 适用于游离酶、固定化酶 连续搅拌罐反应器(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR) 仅适用于固定化酶 1、搅拌罐式反应器 优点：结构简单，易操作，酶与底物混合充分均匀，传质阻力小，反应条件易控制，能处理胶体状底物、不溶性底物。 缺点：反应效率低，搅拌动力消耗大，固定化载体易被破坏，离心或过滤回收固定化酶过程中易造成酶的失活损失。 发展与改进：在反应器出口装上滤器,或用尼龙网罩住固定化酶,或制成磁性固定化酶，或多个搅拌罐串联。 2、填充床式反应器 Packed Bed Reactor, PBR，又称固定床反应器，是固定化酶常用的一种反应器。 2、填充床式反应器 3、流化床反应器 3、流化床反应器 4、膜反应器 结构组成：主要由酶反应装置和膜分离组件构成，将酶催化反应与半透膜的分离作用组合在一起而成 的反应器。 根据适用性对象分为： 游离酶膜反应器 固定化酶膜反应器 游离酶膜反应器 优点：酶可重复利用，特别适用于价格较高的酶。可用于胶态或不溶性底物，特别适用于有产物抑制的场合； 缺点：酶的长期操作稳定性差，且酶易在膜上吸附损失，或发生浓差极化现象。 固定化酶膜反应器 结构组成：由膜状或板状固定化酶组装的反应器。 根据固定化酶膜的形状可分为： 平板状或螺旋状反应器 转盘型反应器 空心酶管 中空纤维膜反应器 固定化酶膜反应器 （1）平板型或螺旋卷型反应器 特点：压力降小；膜面积清晰；单位体积催化剂有效面积小。 固定化酶膜反应器 （2）空心酶管反应器 结构：将酶固定在细管的内壁上，管内径在1mm左右。 操作特性：底物溶液流经细管时，只有与管壁接触的部分进行酶反应。管内流体的流动属于层流。 应用：除工业上应用外，更多的则是与自动分析仪组装在一起，用于定量分析。 固定化酶膜式应器 （3）转盘型固定化酶反应器 结构：凝胶包埋的固定化酶成型为圆盘状或叶片状薄板，而后将许多凝胶薄板装配在旋转轴上，并把整个装置浸在底物溶液中。反应器有立式和卧式两种。 特点：更换催化剂方便。卧式反应器适用于需氧反应，或者产生挥发性生成物的反应。 应用：广泛用于废水处理装置。 固定化酶膜式应器 （4）中空纤维膜反应器 固定化酶膜式应器 （4）中空纤维膜反应器 特点：可承受较高的操作压力，比表面积大，但易发生浓度极化或孔堵塞。 5、鼓泡塔型反应器 结构：与流化床反应器类似，底部有气体分散板或其它形式的气体分散装置。 操作：固定化酶放入反应器内，底物与气体从底部通入。通常气体经过分散板得到充分分散，或者和循环液从底部以切线方向进入。 应用：适用于有气体吸收或产生的生物反应。 6.喷射式反应器 特点：利用高压蒸汽的喷射作用，实现酶与底物的混合，进行高温短时催化反应的反应器。 适用于：高温游离酶，如高温淀粉酶。 7、新发展的酶反应器 （1）含有辅助因子再生的酶反应器 许多酶反应都需要辅因子的参与。如辅酶、辅基、能量供给体等。而这些辅因子的价格较贵，采用简单的添加方法很不经济。 特点：可使辅因子反复使用，降低生产成本