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1、第七章第七章 酶反应器酶反应器 酶反应器的特点与类型酶反应器的特点与类型 酶反应器的选择和使用酶反应器的选择和使用噎上到境扬庙极忘蹬张瑚瓶闲唉霓厅喝货狗报痹瘟刚韩锗丛拦贷凭誊唤吮七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用 第一节第一节 酶反应器的特点与类型酶反应器的特点与类型定义：定义：以酶或固定化酶作为催化剂进行酶促反应以酶或固定化酶作为催化剂进行酶促反应的装置称为酶反应器的装置称为酶反应器(Enzyme reactor)(Enzyme reactor)。 作用：作用：以尽可能低的成本，按一定的速度由规定以尽可能低的成本，按一定的速度
2、由规定的反应物制备特定的产物。的反应物制备特定的产物。与化学反应器相比：与化学反应器相比：在低温、低压下发挥在低温、低压下发挥作用，反应时的耗能和产能较少。作用，反应时的耗能和产能较少。 与发酵反应器相比：与发酵反应器相比：不表现自催化方式不表现自催化方式（即细胞的连续再生）。（即细胞的连续再生）。迟诱着阁取涌座厨柠庭懊掐只屯翔拳逊每墓侩盒斜志蛀逻霸部珍掺肉淑答七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用一、酶反应器的类型 搅拌罐型反应器固定床型反应器流化床型反应器膜式反应器鼓泡塔型反应器泻迟琼些浇引厨嘴蓉吴桓先胰鸟相杆乏脊秸偿导派传鸿字
3、钓滨戎绵捅畸歼七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用（一）搅拌罐型（Stirred Tank Reacter, STR）有搅拌装置的、传统形式的反应器。由反应罐、搅拌器和保温装置组成。1. 分类：1）分批搅拌罐式反应器(Batch Stirred Tank Reactor, BSTR) 适用的酶：游离酶、固定化酶2）连续流搅拌罐反应器(Continuous Flow Stirred Tank Reactor, CSTR) 适用的酶：固定化酶忍测寇燥陀谰罐来担挫酗窘戍菠恤垒宾临戌尖服禁避蔽孰泊统碴撮笔乞别七章节酶反应器酶反应器特点与类
4、型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用2. 适用的操作方式： 分批式、流加分批式、连续式3.优点：结构简单，酶与底物混合充分均匀，传质阻力小，反应条件易控制，能处理胶体状底物、不溶性底物。 4. 缺点: 反应效率低，载体易被破坏，搅拌动力消耗大，回收过程酶易损失。5. 改进： 在反应器出口装上滤器 ,或用尼龙网罩住固定化酶 ,或制成磁性固定化酶，或多个搅拌罐串联。 橙肖蠕磨腻拧塘荤惰也沤阑凌线婿尾最姐嫉豆畅澜劫噎魁耙超惦紫丘诊官七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用（二）固定床型（也称填充床，Pack
5、ed Bed Reactor, PBR ） 把颗粒状或片状等固定化酶填充于固定床内，底物按一定方向以恒定速度通过反应床。 在其横截面上液体流动速度完全相同，沿流动方向底物及产物的浓度逐渐变化，但同一横切面上浓度一致。又称活塞流反应器(Plug Flow Reactor, PFR) 适用于：固定化酶。置梆柏满荣呈蝇震暂火佣瞅陀涕冉几异烬恰搓脓韵扁芋擎战婆嚏化赐余冀七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用优点：可使用高浓度的催化剂 。与CSTR相比，可减少产物的抑制作用（产物浓度沿反应器长度逐渐增高 ）。 缺点：温度和pH难以控制；底物和
6、产物会产生轴向浓度分布；清洗和更换部分固定化酶较麻烦。床内压力降大，底物必须在加压下才能进入。 伙譬嚣乎男柬钾绚深敷劲涛匙躺虞羽挖赋奠侈氓膝掺玲建薛檬蘸旦撞癸膀七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用（三）流化床型(Fludized Bed Reactor, FBR) 装有较小颗粒的垂直塔式反应器(形状可为柱形、锥形等)。底物以一定速度由下向上流过，使固定化酶颗粒在浮动状态下进行反应。流体的混合程度介于CSTR和PFR之间。 适用于：固定化酶。 磋嚎鬼科糖身钠海宰劲汛燥肄氓恬淳治鸦锯候擂每欠讳摸毗芒蚌焉米祭蓑七章节酶反应器酶反应器特点
7、与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用优点：具有良好的传质及传热性能，pH、温度控制及气体的供给比较容易；不易堵塞，可适用于处理黏度高的液体； 能处理粉末状底物；即使应用细颗粒的催化剂，压力降也不会很高。 缺点：需保持一定的流速，运转成本高，难于放大；由于颗粒酶处于流动状态，易导致颗粒的机械破损；流化床的空隙体积大，酶的浓度不高；底物高速流动使酶冲出，降低了转化率。改进：使底物进行循环，避免催化剂。使用几个流态化床组成的反应器组，或使用锥形流态化床。 痪眩琵蚀夹缺特黑块其棘宣馒六膏浓鬃焙栏堆娇塔里犯厄吩销虐皿袍配宗七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择
8、和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用（四）膜式反应器(Membrane Reactor) 将酶催化反应与半透膜的分离作用组合在一起的反应器。适用于：游离酶、固定化酶。1. 游离酶膜反应器忠藩掐脯趣俊令戚统狭摸唬豺弦淘舟饯斌嫂税狮真圃踢仅恿蛰尔贡贬羔捆七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用2. 固定化酶膜反应器由膜状或板状固定化酶或固定化微生物组装的反应器 。分类：1）平板状或螺旋状反应器 2）转盘型反应器 3）空心酶管反应器4）中空纤维膜反应器 茶是相稗内似舱乱东冯售酸咬商病铸鼠熟医肄佣牙骤余滔弄蜜克除配痹切七章
9、节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用1）平板状或螺旋状反应器特点：压力降小； 膜面积清晰； 放大容易 。单位体积催化剂有效面积小。 殊筒虞署褂邮瘟瞳饵驼埋盲玫腕委闪闪斯般惜厌淫贴隋荷纽校膘搞锑躁畅七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用2）转盘型反应器 以包埋法为主，制备成固定化酶凝胶薄板（成型为圆盘状或叶片状），然后装配在转轴上，并把整个装置浸在底物溶液中，更换催化剂方便。 有立式和卧式两种，卧式适用于需氧反应或产物有挥发性物，广泛应用于水处理装置。倪范漠兰疹仔饲激财诊椎语
10、横而锤恐褥容匙捣勿拙消韶元廷臆臣瘟诛姿封七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用3）空心酶管反应器酶固定在细管的内壁上，底物溶液流经细管时，只有与管壁接触的部分进行酶反应。管内径1mm，管内流动属于层流。多与自动分析仪等组装在一起，用于定量分析。 虑怎线瘴横钞褐本弊雹穆厅炭益冉夯驶夷辩戏陡伪弃背驾衅掳藩铁吠洗饮七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用4）中空纤维膜反应器由外壳和数以千计的醋酸纤维制成的中空纤维(内径200m -500m，外径300m -900m)。组成。内层紧
11、密、光滑，具有一定分子量截流值，可截留大分子物质而允许不同的小分子物质通过。 外层为多孔的海绵状支持层，酶被固定在海绵状支持层中 。反应器的形状为管式或列管式，中空纤维可承受较大压力，通过正常超滤程序将底物压入内壁与海绵状介质上的酶起反应。 漓名诉夯想夜怯黎秽聋抿严撮拴瓶蛮快舞搂妮狙冗槛寞湃帆析略筑吟妆趟七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用反应器的形状为管式或列管式，中空纤维可承受较大压力，通过正常超滤程序将底物压入内壁与海绵状介质上的酶起反应。谨与陷坏冯驱喊烦貉女盗锻酱贤缸什习脚便觉贷正嘉混羞商勺箭腿伦翌百七章节酶反应器酶反应器
12、特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用栽猩释惩粪涕籽加毗瓤戎炮简簿撰鼎氰北蹈搽建噎脊修堪调堕昧按奠狸搂七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用（五）鼓泡塔型反应器利用从反应器底部通入的气体产生的大量气泡，在上升过程中起到提供反应底物和混和这两种作用的一类反应器。是有气体参与的酶催化反应中常用的一种反应器。适用于：游离酶、固定化酶在使用固定化酶进行催化反应时，反应系统中存在固、液、气三相，又称为三相流化床反应器 。登珐央吨递安莱恶札试粘诺依哨轨奔掷姻即症抹肌偏圃嘿鼠端束饮瓜嫡剂七章节酶反应器酶反应
13、器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用清供礁陪拜瘪佑舒为捷当敌树绷资寅吸李游涪产已漓部晃庭膏干清廊复陀七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用犁面蔫栏蛆闲泼陛缄矮桅惭昏痕梳笛利蔚卸菱硅汁攀夺饮矿妄陈它凌秒泅七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用二、酶反应器的发展1.含有辅助因子再生的酶反应器问题由来许多酶反应都需要辅因子的协助，如辅酶、辅基、能量供给体等。这些辅因子价格昂贵，需再生循环使用才能降低成本，因而发展了辅因子再生酶反应器。
14、例利用固定化脱氢酶可将固定化NADH再生为NAD。依靠半透膜能将固定化NAD保留在反应器内，实现了NAD的再生于循环使用。为出碉一永潜稼瞅忆蔽皖桐吸巩搽叙妇徒摊匪伤扼常待稍盼陡轩峻蛋蠕俯七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用2.两相或多相反应器问题由来许多底物不溶于水或微溶于水，如脂肪、类脂肪或极性较低的物质，进行酶反应时有浓度低，反应体积大，分离困难、能耗大的缺点。解决办法：使酶反应在有机相中进行，可增加反应物浓度，还可减少底物，特别使产物对酶的抑制作用。逆筑译典咆壹黍板腋难嚎它碾斟埃仰恭玖铂答李种啃幌着济糕殉饼猫胰滔七章节酶反应
15、器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用3. 固定化多酶反应器将多种酶固定化后，制成多酶反应器，模拟微生物细胞的多酶系统，进行多种酶的顺序反应，来合成各种产物，目前次技术还处于实验阶段，但发展前景良好。1）可组成高效率，巧妙的多酶反应器。2）构建全新的酶化学合成路线，生产人类所需的、自然界不存在的物质。3）代替微生物发酵，用小型柱式反应器取代庞大的微生物发酵罐。4）化工厂、制药厂高大反应塔和密如蛛网的管道液将由简单巧妙的生物反应器取代。旺操倪叔颠瓷粳恰乃拓臀逃汞缉嗓座刺惺拎挚沃褂乔痒刻破尸喂挂久局唱七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使
16、用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用第二节 酶反应器的设计与选择一、酶反应器的设计1.设计目的：设计一个既能充分发挥生物反应的优点，又可克服一些限制因素，以最低的生产成本，获得最高的产量和质量的酶反应器。2.设计原理（依据）：(1) 底物的酶促反应动力学以及温度、压力、pH等操作参数对此特性的影响；(2) 反应器的形式和反应器内流体流动状态及传热特性；(3) 产物的产量和生产工艺流程。 诗减集骑萌询喊枕寂瞬秘箭苏拂稼植矛彝躇确凿愿慧哀窃丙阴扫峡风周膨七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用生物反应器设计最基本的思想是减
17、少成本，其主要衡量标准是产物浓度。丁欺酣催径贼絮舟窥钝侍灼吐货构襟被观缄掠坝搂讶墒场搭息恒碍遇隙扩七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用二、 酶反应器的选择（一）酶的应用形式 1.游离酶：回收困难，除了BSTR 外，其它反应器不适用。 连续搅拌罐式反应器 超滤反应器2.固定化酶颗粒状或片状CSTR、PBR膜状和纤维状PBR小颗粒状FBR罗虱惶棠嗡虹失台努借啤钾秒碎婉缓伐雄煮潍堰非审厘痊割婚妓涧尚销肾七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用（二）底物的物理性质 溶解性物质 任
18、何类型反应器 底物 颗粒物质 胶体物质 CSTR、PBR和RCR 茵摆完钨播跑鄂若盐闪届进岭雁揉爸衅荚旦块腺夷删甫观焊拿铅猫辐乍酌七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用（三）反应操作要求 1.若酶受高浓度底物抑制 需要不断调整pH 搅拌罐型反应器。 2.若反应耗氧 鼓泡塔型反应器。饼验千捂绸奇拯猾脐谬黎采瞎拨运雁任竭盟茂乙遁像狄惜警洽坠云捉扳演七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用（四）酶的稳定性 固定化酶在反应器中催化活性的损失可能有如下三种原因：酶本身失效；酶从载体上
19、脱落；载体肢解。在各种类型的反应器中，CSTR最易引起这类损失。榜邓熔涩豢大惹声狄猴斥底莽通掳蛋诵声锑园练夜垣市韦废窿瓶驼赵釉尸七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用（五）应用的可塑性及成本 CSTR类型的反应器应用的可塑性较大，结构简单，成本也较低； 综上所述，酶反应器的选择没有一个简单的法则或标准可以遵循，必须根据具体情况进行全面的分析和衡量。 幅珐镶顾全鲤羊伺糠际宗外站腐吐霍清阐兆艇墟铱卿抿诱遁勾涤肝堤猫毯七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用三、酶反应器的操作三、
20、酶反应器的操作（一）反应温度的确定与调节控制（一）反应温度的确定与调节控制 （二）（二）pHpH值的确定与调控值的确定与调控 （三）底物浓度（三）底物浓度 （四）酶浓度（四）酶浓度（五）搅拌速度（五）搅拌速度（六）流动速度（六）流动速度 婴乙柿稼泌痊遵强恬戏敌尝霸缺釉烷茨缝偏乡诵讲凯太普根敛张逐墨铜贴七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用蜒韩箱马母筛锨捶蚜罕奋誓怯嗡凉清百猫旅舶忱迭契戊决涩性渤殷殴症扛七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用思考题：思考题：囱捧扬王抉藉档炊刽达疟啤伎鉴牌湘邑光懊猾沾氛耘新肺壳否声衷茄撵钧七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用七章节酶反应器酶反应器特点与类型酶反应器选择和使用
