生化工程第七章固定化酶和细胞演示文稿.pptVIP

在工程上要求，在最短的操作时间内，用最少量的（固定化）酶，达到最大的产物生成量、最高的底物转化率，以使生产成本最低。(这些条件称之为反应器效率。) 下面比较CSTR和PFR的反应器效率 当前第30页\共有43页\编于星期四\4点 （3）PFR和CSTR反应器的生产时间比较 为了方便比较，把操作方程改写为 ： ……………………CSTR ……………………PFR 当前第31页\共有43页\编于星期四\4点 生化工程第七章固定化酶和细胞演示文稿 当前第1页\共有43页\编于星期四\4点 （优选）生化工程第七章固定化酶和细胞 当前第2页\共有43页\编于星期四\4点 2、 微环境效应—分配效应 固定化酶处于主体溶液中，形成非均相反应系统。在固定化酶附近的环境称为微环境，而主体溶液则称为大环境。由于载体和底物的疏水性、亲水性以及静电作用，使微环境与大环境有不同的性质，从而形成底物和各种效应物的不均匀分布，这种效应称为分配效应。 当前第3页\共有43页\编于星期四\4点 3、扩散阻力 用固定化酶进行反应时，底物必须从主体溶液传递到固定化酶内部的催化部位。反应后，产物又沿着相反路线从酶的催化部位传递到主体溶液。这些传递过程包括被动分子扩散和对流扩散，传递过程中存在着一个扩散速率限制问题。这种扩散限制效应在扩散效率很低时，而酶的催化活力又相当高时特别显著。 当前第4页\共有43页\编于星期四\4点 底物从反应液移向载体表面（外扩散） 底物从载体表面移向酶活性中心（内扩散） 酶反应 产物由反应位点移向载体表面（内扩散） 产物移到反应液中（外扩散） 总的反应速度取决于最慢的步骤 3、扩散阻力 当前第5页\共有43页\编于星期四\4点 3、扩散阻力 限速步骤有可能是外扩散、内扩散或酶反应。 存在的扩散效应会使固定化酶、固定化细胞的动力学行为偏离其液态下的动力学行为。 当前第6页\共有43页\编于星期四\4点 4、外扩散限制的分析及对酶反应动力学的影响 外扩散发生在固定化酶周围的处于停滞状态的液膜层。 由于存在外扩散阻力，底物将在固定化酶周围形成浓度梯度。 滞流层的厚度在一定限度内，它受固定化酶界面周围溶液的相对速度的影响。 外扩散限制随反应体系搅拌速度的增加而减少。 当前第7页\共有43页\编于星期四\4点 4、外扩散限制的分析及对酶反应动力学的影响 存在外扩散限制的固定化酶反应动力学方程为： V= Vm=K·E，E为固定化酶浓度 Km(app)：表观米氏常数 在操作上使流体的湍动程度大，能改变或消除外扩散的影响 。 Vm·S S+Km(app) 当前第8页\共有43页\编于星期四\4点 5、内扩散限制的分析以及对酶反应动力学的影响 内扩散阻力发生在多孔性固定化酶载体的内部，它是底物传递到固定化酶内部时的一种扩散限制效应。 当前第9页\共有43页\编于星期四\4点 5、内扩散限制的分析以及对酶反应动力学的影响 在微环境内底物的消耗和产物的积累程度，也常和这些物质的分子量大小有关。 当前第10页\共有43页\编于星期四\4点 5、内扩散限制的分析以及对酶反应动力学的影响 大分子物质在多孔介质中扩散时，其扩散系数较小，以致在微环境中形成严重的底物枯竭和产物的大量积累，这会严重影响酶促反应速度。 当前第11页\共有43页\编于星期四\4点 5、内扩散限制的分析以及对酶反应动力学的影响 内扩散限制对酶促反应动力学的影响，比外扩散更为突出，因为外扩散限制可以通过搅拌来基本消除，而内扩散限制无法消除。 在固定化酶、固定化细胞的内部，不存在流体流动，其传质完全依赖于分子被动扩散作用。 定义η为有效系数： η= = V有 V无 有微孔内扩散效应下的反应速度 无微孔内扩散效应的反应速度 当前第12页\共有43页\编于星期四\4点 5、内扩散限制的分析以及对酶反应动力学的影响 固定化酶、细胞的反应速度： V=η Vm·Sa/(Km+Sa) Sa ：载体表面底物浓度 η是与内扩散系数Φ有关的因子 Φ=R√Vm/Km·De η∝1/Φ R为固定化颗粒半径 当前第13页\共有43页\编于星期四\4点 8.4 均相酶反应器 1、影响均相酶反应速度的因素，通常有下列三方面： （1）浓度因素: 酶浓度 底物浓度 产物浓度 浓度因素是所有影响因素中最基本的因素；是均相酶反应动力学的主要内容。 当前第14页\共有43页\编于星期四\4点 （2）外部反应环境因素 是指反应环境中的温度、