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1、第七章酶反應(yīng)器酶反應(yīng)器的特點(diǎn)與類型酶反應(yīng)器的選擇和使用第一節(jié)酶反應(yīng)器的特點(diǎn)與類型定義：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)。作用：以盡可能低的成本，按一定的速度由規(guī)定的反應(yīng)物制備特定的產(chǎn)物。一特點(diǎn):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）。二酶反應(yīng)器的類型攪拌罐型反應(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1攪拌罐型（StirredTankReacter,STR）有攪拌裝置的、傳統(tǒng)形
2、式的反應(yīng)器。由反應(yīng)罐、攪拌器和保溫裝置組成。分為：分批攪拌罐式反應(yīng)器(BatchStirredTankReactor,BSTR)適用的酶：游離酶、固定化酶連續(xù)流攪拌罐反應(yīng)器(ContinuousFlowStirredTankReactor,CSTR)適用的酶：固定化酶適用的操作方式：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。2固定床型（也稱填充床，PackedBedReactor
3、,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)：可使用高濃度的催化劑。與CSTR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，底物必須加壓下才能進(jìn)入。連續(xù)流攪拌罐反應(yīng)器CSTR3流化床型(Fl
4、udizedBedReactor,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)，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。CSTR連續(xù)流攪拌罐反應(yīng)器PFR固定床型優(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
5、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。4膜式反應(yīng)器(MembraneReactor)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。①游離酶膜反應(yīng)器②固定化酶膜反應(yīng)器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：平板狀或螺旋狀反應(yīng)器轉(zhuǎn)盤型反應(yīng)器空心酶管反應(yīng)器中空纖維膜反應(yīng)器平板狀或螺旋狀反應(yīng)器特點(diǎn)：壓力降?。荒っ娣e清晰；放大容易。單位體積催化劑有效面積小。轉(zhuǎn)盤型反應(yīng)器以包埋法為主，制備成固定化酶凝膠薄板（成型為圓盤狀或葉片狀），然后裝配在轉(zhuǎn)軸上，并把整個(gè)裝置浸在底物溶液中
6、，更換催化劑方便。有立式和臥式兩種，臥式適用于需氧反應(yīng)或產(chǎn)物有揮發(fā)性物，廣泛應(yīng)用于水處理裝置。空心酶管反應(yīng)器酶固定在細(xì)管的內(nèi)壁上，底物溶液流經(jīng)細(xì)管時(shí)，只有與管壁接觸的部分進(jìn)行酶反應(yīng)。管內(nèi)徑1mm，管內(nèi)流動(dòng)屬于層流。多與自動(dòng)分析儀等組裝在一起，用于定量分析。中空纖維膜反應(yīng)器由外殼和數(shù)以千計(jì)的醋酸纖維制成的中空纖維(內(nèi)徑200μm-500μm，外徑300μm-900μm)。組成。內(nèi)層緊密、光滑，具有一定分子量截流值，可截留大分子物質(zhì)而允許不同的小分子物質(zhì)通過(guò)。外層為多孔的海綿狀支持層，酶被固定在海綿狀支持層中。反應(yīng)器的形狀為管
7、式或列管式，中空纖維可承受較大壓力，通過(guò)正常超濾程序?qū)⒌孜飰喝雰?nèi)壁與海綿狀介質(zhì)上的酶起反應(yīng)。5鼓泡塔型反應(yīng)器利用從反應(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。三、酶反應(yīng)器的發(fā)展含有輔助因子再生的酶反應(yīng)器問(wèn)題由來(lái):許多酶反應(yīng)都需要輔因子的協(xié)助，如輔酶、輔基、能量供給體等。這些輔因子價(jià)格昂貴，需再生循環(huán)使用才能降低成本，因而發(fā)展
8、了輔因子再生酶反應(yīng)器。例:利用固定化脫氫酶可將固定化NADH再生為NAD。依靠半透膜能將固定化NAD保留在反應(yīng)器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了NAD的再生于循環(huán)使用。2.兩相或多相反應(yīng)器問(wèn)題由來(lái):許多底物不溶于水或微溶于水，如脂肪、類脂肪或極性較低的物質(zhì)，進(jìn)行酶反應(yīng)時(shí)有濃度低，反應(yīng)體積大，分離困難、能耗大的缺點(diǎn)。解決辦法：
