《酶反應(yīng)器》PPT課件

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1、第六章酶反應(yīng)器Reactorsforenzymaticcatalysis理想的酶反應(yīng)器的要求酶反應(yīng)器的概念和特點(diǎn)內(nèi)容提綱酶反應(yīng)器的選擇124內(nèi)容提綱酶反應(yīng)器的類型3定義：以酶或固定化酶作為催化劑進(jìn)行酶促反應(yīng)的裝置稱為酶反應(yīng)器(Enzymereactor)。酶反應(yīng)器的概念和特點(diǎn)菌種培養(yǎng)基生物催化劑產(chǎn)物底物發(fā)酵罐酶反應(yīng)器提取成品產(chǎn)物酶反應(yīng)器的概念和特點(diǎn)作用：用于完成酶促反應(yīng)的核心裝置，為酶催化反應(yīng)提供合適的場(chǎng)所和最佳反應(yīng)條件，以便在酶的催化下，使底物最大限度地轉(zhuǎn)換成產(chǎn)物。處于酶催化反應(yīng)的中心地位，是連接原料

2、和產(chǎn)物的橋梁。理想的酶反應(yīng)器的要求生物反應(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。常見(jiàn)酶反應(yīng)器的類型按結(jié)構(gòu)區(qū)分?jǐn)嚢韫扌头?/p>

3、應(yīng)器固定床型反應(yīng)器流化床型反應(yīng)器膜式反應(yīng)器鼓泡塔型反應(yīng)器按操作方式區(qū)分分批式連續(xù)式流加式分批式混合形式連續(xù)攪拌罐分批攪拌罐據(jù)所使用的酶區(qū)分連續(xù)攪拌罐分批攪拌罐特點(diǎn)：有攪拌裝置的、傳統(tǒng)形式的反應(yīng)器。由反應(yīng)罐、攪拌器和保溫裝置組成。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2）連續(xù)流攪拌罐反應(yīng)器(ContinuousFlowStirredTankReactor,CSTR)適用的酶：固定化酶攪拌罐型（StirredTankReacter,

4、STR）適用的操作方式：分批式、流加分批式、連續(xù)式優(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。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。攪拌罐型（StirredTankReacter,STR）特點(diǎn)：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。適用于：固定化酶固定床型（又稱填充床，PackedBedReac

5、tor,PBR）優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝幻娣e的催化劑負(fù)荷高，高效，易操作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易放大，剪切力小等工業(yè)生產(chǎn)及研究應(yīng)用最為普遍的反應(yīng)器使用各種形狀的固定化酶和不含顆粒粘度不大的底物溶液，以及有產(chǎn)物抑制的轉(zhuǎn)化反應(yīng)固定床型（又稱填充床，PackedBedReactor,PBR）缺點(diǎn)：傳質(zhì)和傳熱系數(shù)相對(duì)較低，不適合含有固體顆粒和黏度很大的底物溫度pH難控制，更換部分催化劑麻煩柱內(nèi)壓降大，底物需加壓后才能進(jìn)入底物和產(chǎn)物的軸向分布也會(huì)導(dǎo)致酶失活的程度也呈軸向分布固定床型（又稱填充床，PackedBedReactor,PBR）

6、流化床型(FludizedBedReactor,FBR)特點(diǎn)：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)，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CSTR和PFR之間。適用于：固定化酶優(yōu)點(diǎn)：可用于處理黏度較大和含有固體顆粒的底物溶液可用于需要供氣體或排放氣體的酶反應(yīng)（即固、液、氣三相反應(yīng)）缺點(diǎn)：混合均勻，所以不適用于有產(chǎn)物抑制酶的反應(yīng)固定化酶易破壞動(dòng)力成本高特點(diǎn)：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。適用于：游離酶、固定化酶膜式反應(yīng)器(Me

7、mbraneReactor，MR)由膜狀或板狀固定化酶或固定化微生物組裝的反應(yīng)器。分類：1）平板狀或螺旋狀反應(yīng)器2）轉(zhuǎn)盤(pán)型反應(yīng)器3）空心酶管反應(yīng)器4）中空纖維膜反應(yīng)器敞開(kāi)，寬流道狹隘，細(xì)流道優(yōu)點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的生產(chǎn)工藝，產(chǎn)率高容易控制、改善產(chǎn)物抑制反應(yīng)的速率操作過(guò)程中能富集及濃縮產(chǎn)物可實(shí)現(xiàn)多相反應(yīng)缺點(diǎn)：酶吸附及中毒、酶的失活膜表面產(chǎn)生底物或產(chǎn)物的抑制酶活化劑或輔酶的流失膜污染、酶的泄露鼓泡塔型反應(yīng)器特點(diǎn)：利用從反應(yīng)器底部通入的氣體產(chǎn)生的大量氣泡，在上升過(guò)程中起到提供反應(yīng)底物和混和這兩種作用的一類反應(yīng)器。是

8、有氣體參與的酶催化反應(yīng)中常用的一種反應(yīng)器。適用于：游離酶、固定化酶。在使用固定化酶進(jìn)行催化反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)系統(tǒng)中存在固、液、氣三相，又稱為三相流化床反應(yīng)器。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、剪切力小，物質(zhì)欲熱量的傳遞效率高，是氣體參與反應(yīng)的種反應(yīng)器鼓泡塔型反應(yīng)器連續(xù)攪拌罐—超濾膜反應(yīng)器簡(jiǎn)稱CSTR-UFR。在連續(xù)式攪拌罐出口處設(shè)置一個(gè)超濾器。可以將小分子產(chǎn)物與大分子酶和底物分開(kāi)，有利于產(chǎn)物回收。該反應(yīng)器適用于顆粒較細(xì)的固定化酶、游離酶和細(xì)胞以及小分子產(chǎn)