第五節(jié)+酶反應(yīng)器ppt課件.ppt

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1、第五節(jié)酶反應(yīng)器一.什么是酶反應(yīng)器二.理想的酶反應(yīng)器的要求三.各種酶反應(yīng)器的特點四.酶反應(yīng)器的選擇和使用五.酶反應(yīng)器的設(shè)計一.什么是酶反應(yīng)器酶和固定化酶在體外進(jìn)行催化反應(yīng)時，都必需在一定的反應(yīng)容器中進(jìn)行，以便控制酶催化反應(yīng)的各種條件和反應(yīng)的速度。用于酶進(jìn)行催化反應(yīng)的容器及其附屬設(shè)備稱為酶反應(yīng)器。酶反應(yīng)器有兩種類型：一類是直接應(yīng)用游離酶進(jìn)行反應(yīng)的均相酶反應(yīng)器；另一類是應(yīng)用固定化酶進(jìn)行反應(yīng)的非均相酶反應(yīng)器。均相酶反應(yīng)可在批式反應(yīng)器或超濾膜反應(yīng)器中進(jìn)行，而非均相酶反應(yīng)則可在多種反應(yīng)器中進(jìn)行。酶催化反應(yīng)過程示意圖過程調(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

2、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)過程的中心地位，是連接原料和產(chǎn)物的橋梁。二.理想的酶反應(yīng)器的要求生物反應(yīng)器設(shè)計的主要目標(biāo)：使產(chǎn)品的質(zhì)量最高，生產(chǎn)成本最低。評價生物反應(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)能用電腦自動檢測和調(diào)控，獲得最佳的反應(yīng)條件。(3)有良好的傳質(zhì)和混合性能。傳質(zhì)指底物和產(chǎn)物

3、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。常見的酶反應(yīng)器類型按結(jié)構(gòu)區(qū)分?jǐn)嚢韫奘椒磻?yīng)器（StirredTankReactor,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)混合形式連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器（ContinuousStirredTankReactor,CS

4、TR）分批攪拌罐反應(yīng)器（BatchStirredTankReactor,BSTR）常見的酶反應(yīng)器類型三.各種酶反應(yīng)器的特點三.各種酶反應(yīng)器的特點1.間歇式酶反應(yīng)器又稱為批量反應(yīng)器（BatchReactorBSTR）、間歇式攪拌罐、攪拌式反應(yīng)罐。其特點是：底物與酶一次性投入反應(yīng)器內(nèi)，產(chǎn)物一次性取出；反應(yīng)完成之后，固定化酶（細(xì)胞）用過濾法或超濾法回收，再轉(zhuǎn)入下一批反應(yīng)。優(yōu)點是：裝置較簡單，造價較低，傳質(zhì)阻力很小，反應(yīng)能很迅速達(dá)到穩(wěn)態(tài)。缺點是：操作麻煩，固定化酶經(jīng)反復(fù)回收使用時，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)式酶反應(yīng)器又稱為連續(xù)攪拌

5、釜式反應(yīng)器（ContinuousStirredTankReactor,CSTR）、連續(xù)式攪拌罐。向反應(yīng)器投入固定化酶和底物溶液，不斷攪拌，反應(yīng)達(dá)到平衡之后，再以恒定的流速連續(xù)流入底物溶液，同時，以相同流速輸出反應(yīng)液（含產(chǎn)物）。底物溶液進(jìn)口反應(yīng)液出口優(yōu)點是：在理想狀況下，混合良好，各部分組成相同，并與輸出成分一致。缺點是：攪拌漿剪切力大，易打碎磨損固定化酶顆粒。3.填充床反應(yīng)器又稱固定床反應(yīng)器。將固定化酶填充于反應(yīng)器內(nèi)，制成穩(wěn)定的柱床；然后，通入底物溶液，在一定的反應(yīng)條件下實現(xiàn)酶催化反應(yīng)，以一定的流速，收集輸出的轉(zhuǎn)化液（含產(chǎn)物）。它適用于各種形狀的固定化酶和不含固體顆粒、黏度不大的

6、底物溶液，以及有產(chǎn)物抑制的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。優(yōu)點：高效率、易操作、結(jié)構(gòu)簡單等，是目前工業(yè)生產(chǎn)及研究中應(yīng)用最為普遍的反應(yīng)器。缺點是：傳質(zhì)系數(shù)和傳熱系數(shù)相對較低。當(dāng)?shù)孜锶芏群腆w顆粒或黏度很大時，不宜采用。4.流化床反應(yīng)器其流動方式使反應(yīng)液的混合程度介于CSTR的全混型和PBR的平推流型之間。FBR可用于處理黏度較大和含有固體顆粒的底物溶度，同時，亦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)）。但因FBR混合均勻，故不適用于有產(chǎn)物抑制的酶反應(yīng)。流化床反應(yīng)器（FluidizedBedReactor,FBR）。特點：底物溶液以足夠大的流速，從反應(yīng)器底部向上通過固定化酶柱床時，便能使

7、固定化酶顆粒始終處于流化狀態(tài)。5.鼓泡式反應(yīng)器鼓泡式反應(yīng)器(bubblecolumnreactor,BCR)是利用從反應(yīng)器底部通入的氣體產(chǎn)生的大量氣泡，在上升過程中起到提供反應(yīng)底物和混合兩種作用的一類反應(yīng)器，是一種無攪拌裝置的反應(yīng)器。鼓泡式反應(yīng)器可以用于游離酶和固定化酶的催化反應(yīng)。在使用鼓泡式反應(yīng)器進(jìn)行固定化酶的催化反應(yīng)時，反應(yīng)系統(tǒng)中存在固、液、氣三相，又稱為三相流化床式反應(yīng)器。鼓泡式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡單，操作容易,剪切力小，物質(zhì)與熱量的傳遞效率高，是有氣體參與的酶催化反應(yīng)中常用的一