第八章 酶反应器.pptVIP

二、酶反应器操作中，应注意如下几个方面： ★控制酶反应器中流体的流动状态 ★维持酶反应器的恒定生产能力 ★保持酶反应器的稳定性 ★防止酶反应器的污染 1.流体流动状态的控制 ★反应器中流动方式的改变造成的不良影响： 使酶与底物的接触不良，造成反应器生产能力下降；造成返混程度的变化，可能发生程度不同的反应或使所需产物发生进一步反应及副反应。 ★产生原因及对策： 搅拌罐型反应器 原因：搅拌速度不均匀，固定化酶在出料口滤器上积聚。 对策：控制搅拌速度，在进、出料口各装一个滤器，在 一定时间间隔后，出口滤器用进料液反冲。 填充床型反应器 原因：压不断增大，载体填充不规则及底物上柱不均匀产 生沟流或部分堵塞。 对策：使用较大的、不可压缩的、光滑的、珠型的填充材 料，均匀填充及严格控制好流速； 反冲洗柱床或重新装柱，间隔通上行空气流。 2.恒定生产能力的控制 ★搅拌罐型反应器较易实现。 ★填充床型反应器要维持恒定的生产能力，在操作上有不便之处，解决方法有： 控制反应器的流速，应有一定时间内形成产物的量来决定，通过微机系统精确地加以控制温度。 将若干使用不同时间和处于不同阶段的反应器串联，采用错开起动，掌握好换柱时间，能使在预定的输出或转化水平时具有最小的流速波动，反应器可平稳工作。 3.酶反应器的稳定性 保护酶反应器的稳定性，主要是防止酶变性或失活，防止固定化酶的脱落或载体磨损造成酶的损失。 如：吸附固定化酶逐步解吸，控制操作条件加以克服； 有些载体或多孔玻璃会随使用时间的延长而溶解，克服的方法是，用金属氧化物包裹； 连续搅拌罐或流化床反应器中载体磨损时，解决的新方法是电磁场搅拌固定化在磁性载体中的酶。 4.酶反应器的微生物污染与控制 酶反应器通常不必在完全无菌的条件下操作，但应在具备必要的卫生条件下进行操作，以下情况下尤其应加以注意： ★在制造食品和医药产物时，最好尽量做到无菌条件下操作。 ★底物是微生物生长所需营养物时，易产生微生物污染； ★底物在反应器存留时间长或反应器内有易滋生菌落的滞留区或粗糙表面，也易引起污染。 预防措施： ★产物是抗生素、酒精、有机酸等时，则其本身能抑制微生物生长； ★向底物加入杀菌剂、抑菌剂、有机溶剂或将底物料液预先过滤； ★ 45 ℃以上或酸性、碱性缓冲液中操作； ★酶反应器在每次使用后或连续运用过程中，周期性用适当试剂清洗处理。 酶反应器使用中还应注意的问题 酶的稳定性对酶反应器的功效是很重要的。在操作过程中，有时需要用酸或碱来调节反应液PH。如果局部的pH过高或过低，就会引起酶的失活，或者使底物和产物发生水解反应。这时，可用加快搅拌促使混合均匀。 如果底物和产物在反应器中不够稳定的话，可以采用高浓度的酶，以减少底物和产物在反应器中的停留时间，从而减少损失。 酶反应器操作中，生产能力逐渐降低，主要原因是固定化酶活性降低或损失。造成固定化酶活性损失的原因： （1）酶本身的失活； （2）酶从载体上脱落； （3）载体的破碎或溶解。 作业 1.酶反应器有哪些主要类型？ 2.如何选择酶反应器？ 3.酶反应器的设计主要包括哪些内容？ 4.在酶反应器的操作中要注意哪些问题？ * （六）喷射式反应器 特点： 利用高压蒸汽的喷射作用，实现酶与底物的混合，进行高温短时催化反应的一种反应器。 适合于：某些耐高温酶的反应。 各种酶反应器的特点 反应器类型 适用的操作方式 适用的酶 特点 搅拌罐式反应器 分批式, 流加分批式 连续式 游离酶 固定化酶 设备简单，操作容易，酶和底物混合较均匀，反应比较完全，反应条件容易调节控制。 填充床式反应器 连续式 固定化酶 设备简单，操作方便，单位体积反应床的固定化酶密度大，可以提高酶催化反应的速度。在工业生产中普遍使用。 流化床反应器 分批式 流加分批式 连续式 固定化酶 流化床反应器具有混合均匀，传质和传热效果好，温度和pH值的调节控制比较容易，不易堵塞，对粘度较大反应液也可进行催化反应。 反应器类型 适用的操作方式 适用的酶 特点 鼓泡式反应器 分批式 流加分批式 连续式 游离酶 固定化酶 鼓泡式反应器的结构简单，操作容易，剪切力小，混合效果好，传质、传热效率高,适合于有气体参与的反应。 膜反应器 连续式 游离酶 固定化酶 结构紧凑，集反应与分离于一体，但容易发生浓差极化而引起膜孔阻塞，清洗比较困难 ，适合于有产物抑制作用的酶的反应。 喷射式反应器 连续式 游离酶 通入高压喷射蒸汽，实现酶与底物的混合，进行高温短时催化反应，适用于某些耐高温酶的反应 2013/11/2