《酶反應(yīng)器》PPT課件

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1、Chapter9Reactorsforenzymaticcatalysis酶反應(yīng)器酶反應(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)提供合適的場(chǎng)所和最佳的反應(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。與化學(xué)反應(yīng)器相比：在低溫、低壓下發(fā)揮作用，反應(yīng)時(shí)的耗能和產(chǎn)能較少。與發(fā)酵反應(yīng)器相比：不表現(xiàn)自催化方式（即細(xì)胞的連續(xù)再生）。酶催化反應(yīng)過(guò)程示意圖過(guò)程調(diào)控生物反應(yīng)器消毒原料預(yù)處理產(chǎn)物分離提純產(chǎn)品生物催化劑制備空氣除菌能量熱量1、一個(gè)優(yōu)良的生物反應(yīng)

2、器應(yīng)具備的條件：嚴(yán)密的結(jié)構(gòu)良好的液體混合性能高的傳質(zhì)和傳熱速率靈敏的檢測(cè)和控制儀表生物反應(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。(4)應(yīng)具有最佳的無(wú)菌條件，否則，雜菌污染使反應(yīng)器的生產(chǎn)能力下降。(1)所用生物催化劑應(yīng)具有較高的比活和酶濃度（或細(xì)胞濃度），才能得到較大的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率。(2)能用電腦自動(dòng)檢測(cè)和調(diào)控，從而獲得最佳的反應(yīng)條件。(3)應(yīng)具有良好的傳質(zhì)和混合性能。傳質(zhì)是指底物和產(chǎn)物在反應(yīng)介質(zhì)中的傳遞。傳質(zhì)阻力是反應(yīng)器速度限制的主要因素。第一節(jié)酶反應(yīng)器類型按結(jié)構(gòu)區(qū)分?jǐn)嚢韫奘椒磻?yīng)器（S

3、tirredTankReactor,STR）鼓泡式反應(yīng)器(bubblecolumnreactor,BCR)填充床式反應(yīng)器(packedcolumnreactor,PCR)流化床式反應(yīng)器(FluidizedBedReactor,FBR)膜反應(yīng)器(MembraneReactor,MR)按操作方式區(qū)分分批式反應(yīng)(batch)連續(xù)式反應(yīng)(continuous)流加分批式反應(yīng)(feedingbatch)（一）攪拌罐式反應(yīng)器（StirredTankReactor,STR）有攪拌裝置的、罐式反應(yīng)器，是傳統(tǒng)形式的反應(yīng)器。反應(yīng)罐+攪拌器+保溫裝置適用的操作方式：分批式、流加分

4、批式、連續(xù)式1、分類：1）分批攪拌罐式反應(yīng)器(BatchStirredTankReactor,BSTR)適用的酶：游離酶、固定化酶反應(yīng)罐攪拌器保溫裝置或內(nèi)置優(yōu)點(diǎn)：裝置較簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，傳質(zhì)阻力很小，反應(yīng)能很迅速達(dá)到穩(wěn)態(tài)。缺點(diǎn)：操作麻煩，固定化酶經(jīng)反復(fù)回收使用時(shí)，易失去活性，故在工業(yè)生產(chǎn)中，間歇式酶反應(yīng)器很少用于固定化酶，但常用于游離酶。2）連續(xù)流攪拌罐反應(yīng)器(ContinuousFlowStirredTankReactor,CSTR)適用的酶：固定化酶特點(diǎn)：反應(yīng)器設(shè)備簡(jiǎn)單、操作容易，酶與底物混合較均勻，傳質(zhì)阻力小。反應(yīng)器利用率比較高。注意：控制好攪拌速度，以

5、免剪切力破壞酶結(jié)構(gòu)。2.優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，酶與底物混合充分均勻，傳質(zhì)阻力小，反應(yīng)條件易控制，能處理膠體狀底物、不溶性底物。3.缺點(diǎn):反應(yīng)效率低，載體易被破壞，攪拌動(dòng)力消耗大，回收過(guò)程酶易損失。4.改進(jìn)：在反應(yīng)器出口裝上濾器，或用尼龍網(wǎng)罩住固定化酶，或制成磁性固定化酶，或多個(gè)攪拌罐串聯(lián)。溶液中連續(xù)流加酶使用多孔膜使酶在溶液中滯留出口處用篩網(wǎng)罩住酶被固定在攪拌軸上的容器內(nèi)溶液快速循環(huán)通過(guò)固定化酶柱（二）固定床型（也稱填充床，PackedBedReactor,PBR）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。在其橫截面上液體流動(dòng)速度

6、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。又稱活塞流反應(yīng)器(PlugFlowReactor,PFR)適用于：固定化酶。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方面?？墒褂酶邼舛鹊拇呋瘎ＥcCSTR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）。缺點(diǎn)：①溫度和pH難以控制。②底物和產(chǎn)物會(huì)產(chǎn)生軸向濃度分布。③清洗和更換部分固定化酶較麻煩。④床內(nèi)壓力降大，底物必須在加壓下才能進(jìn)入。固定化酶易變形或破碎。（三）流化床型(FludizedBedReactor,FBR)裝有較小顆粒的垂直塔式反應(yīng)器(形狀可為柱形、錐形等)。底物以一定速度由下向上流過(guò)，

7、使固定化酶顆粒在懸浮翻動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)。流體的混合程度介于CSTR和PFR之間。適用于：固定化酶。注意：控制流速固定化酶的顆粒不應(yīng)過(guò)大優(yōu)點(diǎn)：具有良好的傳質(zhì)及傳熱性能，pH、溫度控制及氣體的供給比較容易；不易堵塞，可適用于處理黏度高的液體；能處理粉末狀底物；即使應(yīng)用細(xì)顆粒的催化劑，壓力降也不會(huì)很高。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。改進(jìn)：使底物進(jìn)行循環(huán)，避免催化劑損傷。使用幾個(gè)流態(tài)化床組成的反應(yīng)器組，或使用錐形流態(tài)化床。（四）鼓泡塔型

8、反應(yīng)器(BubbleColumnReactor,BC