蛋白质与酶工程第七章酶反应器说课.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 生物酶反应器 * 生物酶反应器 系列描述 : 采用机械上搅拌机构，玻璃罐体（全容积10L以上采用316L不锈钢罐体+玻璃视镜），带不锈钢滤网的底部出料阀，操作方便。控制系统可采用BIOTECH-2020模块控制器，自由组合，简单方便；也可采用单回路控制器控制温度、转速，转子流量计控制空气流量。配备一台“带时间控制的蠕动泵”。可控制时间区间：0—99秒或0—99分。可增加pH、DO等控制模块。 1.基本系统1) 全容积：2/3/5/7/10/20升（或用户指定体积）2) 拌速度：0-1000±5rpm3) 温度控制：(冷却水+5℃)-50.0℃±0.2℃（电加热,PID开关控制）4) 通气流量：0-罐体全容积/min(转子流量计，自动检测控制可选)5) 补料：(一台蠕动泵时间比例开关控制)6) 消毒方式：灭菌锅7) 电源：220AC/1kw2.可扩展1）pH控制：2.00-12.00±0.05pH（梅特勒电极,酸碱双向，PID开关控制。兼容国产电极）2）溶解氧：0-150±3%,显示精度0.1%（梅特勒电极，兼容国产电极）3）泡沫：（电极检测,一台蠕动泵时间比例开关控制）4）空气流量、罐压、液位检测控制5）排气O2、CO2检测6）可增加两路补料7）可增加电子天平称重系统 * / 酶反应器的研究现状 目前工业上大规模应用的酶，仅限于水解酶和异构酶两大类中的某些酶，而且大多是单酶系统。 为了适应酶的开发利用的需要，酶反应器的研制也在提高层次。目前，全世界正致力于第二代酶反应器的研究，随着一些相关技术问题的解决，酶反应器技术将在各行各业得到更为广泛的应用。 * 从第二代酶反应器的研制来看，主要包括以下三种类型： （1）含辅因子的酶反应器 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。 （2）两相或多相反应器 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。 （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。 其中多相反应器在近几年来进展较快，例如可利用脂肪酶的特点来合成具有重要医疗价值的大环内酯和光学聚酯。 * 作业 P222 第3、4题 P265 第4题 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 7.5.1确定酶反应器的类型 是酶反应器设计的第一步。 根据酶、底物和产物的性质选择并确定酶反应器的类型。 * 7.5.2 确定酶反应器的制造材料 对制造材料要求比较低，一般采用不锈钢或玻璃等材料即可，可根据投资的大小来选择。 * 7.5.3 进行热量衡算 主要是根据热水的温度和使用量来进行计算。 对于喷射式反应器，根据所使用的水蒸气的热焓和用量来计算。 再根据所需传递的热量和反应器换热装置制造材料的传热系数，计算所需的传热面积，并根据使用要求确定换热器的传热方式，再确定换热装置的形状和尺寸。 * 7.5.4、进行物料衡算 是酶反应器设计的重要任务 确定酶催化反应动力学参数 底物用量 反应液总体积 酶用量 反应器数量 * 是反应器设计的主要依据之一 根据酶反应动力学特性，确定反应所需的： 底物浓度 酶浓度 最适温度 最适pH 激活剂浓度 确定酶催化反应动力学参数 * 计算底物用量 产量： P（kg/年）=Pd（ kg /d） × 300 分批反应器 =Ph（kg/h） × 300 ×24 连续反应器 根据产品产量、产物转化率和收率，计算所需底物用量。 * 计算反应液总体积 Vt——反应液总体积（m3） mS——底物用量（kg） [S]——反应前底物浓度（kg/ m3） * 酶用量的计算 E——所需的酶量（U） [E]——酶浓度（U/m3） Vt ——反应液体积（m3） * 反应器数量的计算 一般反应器的有效体积为反应器总体积的70%~80%。 * N——构成所需反应器数量（个） Vd——每天的反应液总体积（m3/d） V0 ——单个反应器的有效体积（m3） t ——底物在反应器中的停留时间（h） 对于分批反应器，可以根据每天获得的反应液的总体积、单个反应器的有效体积和底物在反应器内的停留时间，计算所需反应器数目。 * 对于连续反应器，可以根据每小时获得的反应液的总体积、反应器的有效体积和底物在反应器内的停留时间，计算反应器数目。 N——