酶工程第六章酶反應(yīng)器

1、酶反應(yīng)器酶反應(yīng)器Enzyme Reactor酶工程原理和基本過程酶工程原理和基本過程菌種菌種 擴大培養(yǎng)擴大培養(yǎng) 發(fā)酵發(fā)酵 發(fā)酵酶液發(fā)酵酶液酶的提取酶的提取酶成品酶成品 原料原料 前處理前處理 殺菌殺菌 酶反應(yīng)器酶反應(yīng)器 反應(yīng)液反應(yīng)液 產(chǎn)品提取產(chǎn)品提取 產(chǎn)品產(chǎn)品酶的固定化酶的固定化Contents酶反應(yīng)器簡介酶反應(yīng)器簡介酶反應(yīng)器的類型及特點酶反應(yīng)器的類型及特點酶反應(yīng)器的選擇酶反應(yīng)器的選擇酶反應(yīng)器的設(shè)計酶反應(yīng)器的設(shè)計GoGoGoGo酶反應(yīng)器的操作酶反應(yīng)器的操作Go一、酶反應(yīng)器簡介一、酶反應(yīng)器簡介n 游離酶和固定化酶在體外進(jìn)行催化反應(yīng)時，游離酶和固定化酶在體外進(jìn)行催化反應(yīng)時，都必須在一定的都必須在一

2、定的反應(yīng)容器反應(yīng)容器中進(jìn)行，以便控制酶中進(jìn)行，以便控制酶催化反應(yīng)的各種條件和催化反應(yīng)的速度。催化反應(yīng)的各種條件和催化反應(yīng)的速度。n 酶反應(yīng)器酶反應(yīng)器 (enzyme reactor)：用于酶進(jìn)行催化：用于酶進(jìn)行催化反應(yīng)的容器及其附屬設(shè)備。反應(yīng)的容器及其附屬設(shè)備。n 酶反應(yīng)器為酶催化反應(yīng)提供合適的場所和最酶反應(yīng)器為酶催化反應(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。（原料）最大限度地轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物。酶催化反應(yīng)過程示意圖酶催化反應(yīng)過程示意圖酶反應(yīng)器酶反應(yīng)器 消消毒毒原料原料預(yù)處理預(yù)處理 產(chǎn)物分產(chǎn)物分離提純離提純 產(chǎn)產(chǎn)品品

3、過程調(diào)控過程調(diào)控（固定化（固定化）酶制備酶制備空氣空氣除菌除菌能量能量熱量熱量二、酶反應(yīng)器的類型及特點二、酶反應(yīng)器的類型及特點按按形狀、結(jié)構(gòu)形狀、結(jié)構(gòu)區(qū)分：區(qū)分：n攪拌罐式反應(yīng)器（攪拌罐式反應(yīng)器（stirred tank reactor, STR）n鼓泡式反應(yīng)器（鼓泡式反應(yīng)器（bubble column reactor, BCR）n填充床式反應(yīng)器（填充床式反應(yīng)器（packed column reactor, PCR）n流化床式反應(yīng)器（流化床式反應(yīng)器（fluidized bed reactor, FBR)n膜反應(yīng)器（膜反應(yīng)器（membrane reactor, MR） 二、酶反應(yīng)器的類型及特點二

4、、酶反應(yīng)器的類型及特點按按操作方式操作方式區(qū)分：區(qū)分：n分批式反應(yīng)器（分批式反應(yīng)器（batch reactor）n流加分批式反應(yīng)器（流加分批式反應(yīng)器（feeding batch reactor）n連續(xù)式反應(yīng)器（連續(xù)式反應(yīng)器（continuous reactor）按按結(jié)構(gòu)與操作方式結(jié)合結(jié)構(gòu)與操作方式結(jié)合區(qū)分：區(qū)分：n分批攪拌罐反應(yīng)器（分批攪拌罐反應(yīng)器（batch stirred tank reactor，BSTR）n連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器（連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器（continuous stirred tank reactor, CSTR）u有有攪拌裝置攪拌裝置的的罐式罐式反應(yīng)器。反應(yīng)器。u組成：組成：反應(yīng)罐

5、反應(yīng)罐、攪拌器攪拌器和和控溫裝置控溫裝置u適用：適用：游離酶、固定化酶游離酶、固定化酶 1. 攪拌罐式反應(yīng)器攪拌罐式反應(yīng)器stirred tank reactor, STR（1）分批攪拌罐反應(yīng)器）分批攪拌罐反應(yīng)器 batch stirred tank reactor, BSTRn特點特點：底物與酶一次性投入底物與酶一次性投入反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物一次性取出產(chǎn)物一次性取出。n適用適用：游離酶、固定化酶：游離酶、固定化酶n優(yōu)點優(yōu)點：裝置簡單，造價低，傳熱、傳質(zhì)：裝置簡單，造價低，傳熱、傳質(zhì)阻力小，反應(yīng)完全，條件易于控制。阻力小，反應(yīng)完全，條件易于控制。n缺點缺點：操作麻煩

6、，游離酶難分離，固定：操作麻煩，游離酶難分離，固定化酶經(jīng)反復(fù)回收易失活?；附?jīng)反復(fù)回收易失活。（2）連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器）連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器continuous flow stirred tank reactor, CSTRn特點特點：固定化酶與底物溶液反應(yīng)達(dá)：固定化酶與底物溶液反應(yīng)達(dá)到平衡后，以恒定的流速到平衡后，以恒定的流速連續(xù)流入連續(xù)流入底物溶液底物溶液，同時以相同流速，同時以相同流速輸出反輸出反應(yīng)液應(yīng)液。n適用適用：固定化酶：固定化酶n優(yōu)點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，混合良好，底物：結(jié)構(gòu)簡單，混合良好，底物與固定化酶接觸好，利用效率高。與固定化酶接觸好，利用效率高。n缺點缺點：連續(xù)攪拌易損壞固定化酶結(jié)：

7、連續(xù)攪拌易損壞固定化酶結(jié)構(gòu)。構(gòu)。改進(jìn)方法：改進(jìn)方法：u 反應(yīng)器出口裝上濾器：反應(yīng)器出口裝上濾器：連續(xù)流動攪拌罐連續(xù)流動攪拌罐-超濾超濾膜反應(yīng)器（膜反應(yīng)器（CSTR/UFR）u 用尼龍網(wǎng)罩住固定化酶用尼龍網(wǎng)罩住固定化酶u 固定在容器壁或攪拌軸上固定在容器壁或攪拌軸上u 制成制成磁性固定化酶磁性固定化酶（2）連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器）連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器continuous flow stirred tank reactor, CSTR連續(xù)攪拌罐連續(xù)攪拌罐-超濾反應(yīng)器超濾反應(yīng)器l在在CSTR出口處設(shè)置一個出口處設(shè)置一個超超濾器濾器。 l為為小分子產(chǎn)物與大分子底小分子產(chǎn)物與大分子底物的分離、底物較徹底的物的分離

8、、底物較徹底的轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化以及以及固定化酶的反復(fù)固定化酶的反復(fù)使用使用提供了可能，但酶易提供了可能，但酶易因循環(huán)超濾而失效損失。因循環(huán)超濾而失效損失。CSTR/ultrafiltration reactor, CSTR/UFR1. 攪拌罐式反應(yīng)器攪拌罐式反應(yīng)器stirred tank reactor, STRl 特點特點：將固定化酶填充于反應(yīng)器：將固定化酶填充于反應(yīng)器內(nèi)，底物按一定方向以恒定速度流內(nèi)，底物按一定方向以恒定速度流過。過。 l 活塞流反應(yīng)器活塞流反應(yīng)器 (plug flow reactor, PFR)：在其橫截面上液體流動速度：在其橫截面上液體流動速度完全相同，沿流動方向底物及產(chǎn)物完全

9、相同，沿流動方向底物及產(chǎn)物的濃度逐漸變化，但同一橫切面上的濃度逐漸變化，但同一橫切面上濃度一致。濃度一致。l 適用適用：固定化酶：固定化酶 2. 填充床反應(yīng)器填充床反應(yīng)器 packed column reactor, PBRl優(yōu)點優(yōu)點： 催化劑催化劑 密度大、催化效率高密度大、催化效率高l 易操作、結(jié)構(gòu)簡單易操作、結(jié)構(gòu)簡單l 適用于各種形狀的固定化酶和適用于各種形狀的固定化酶和不含固體顆粒、不含固體顆粒、 l 黏度不大黏度不大的底物溶液。的底物溶液。l缺點缺點： 傳質(zhì)、傳熱系數(shù)低，溫度、傳質(zhì)、傳熱系數(shù)低，溫度、pH難以控制難以控制 底物和產(chǎn)物會產(chǎn)生軸向濃度分布底物和產(chǎn)物會產(chǎn)生軸向濃度分布 清洗

10、和更換部分固定化酶麻煩清洗和更換部分固定化酶麻煩 床內(nèi)壓力降大，底物須在加壓下進(jìn)入床內(nèi)壓力降大，底物須在加壓下進(jìn)入 2. 填充床反應(yīng)器填充床反應(yīng)器 packed column reactor, PBR 2. 填充床反應(yīng)器填充床反應(yīng)器 packed column reactor, PBRl 特點特點：底物以一定速度由下：底物以一定速度由下向上流過，使固定化酶顆粒在向上流過，使固定化酶顆粒在浮動狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)。浮動狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)。l 適用適用：固定化酶：固定化酶 3. 流化床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器 fluidized bed reactor, FBRl優(yōu)點優(yōu)點： 傳質(zhì)、傳熱性能好，傳質(zhì)、傳熱性能好，p

11、H、溫度控制及氣體的、溫度控制及氣體的 l 供給容易供給容易 不易堵塞，可適用于處理不易堵塞，可適用于處理黏度高黏度高的液體的液體 能處理能處理粉末狀粉末狀底物底物 壓力降小壓力降小l缺點缺點： 需保持一定流速，難于放大需保持一定流速，難于放大 固定化酶處于流動狀態(tài)，易破損固定化酶處于流動狀態(tài)，易破損 空隙體積大，酶濃度低空隙體積大，酶濃度低 3. 流化床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器fluidized bed reactor, FBRl改進(jìn)方法改進(jìn)方法： 使用幾個流化床組成的反應(yīng)器組，或使用使用幾個流化床組成的反應(yīng)器組，或使用錐錐形流化床形流化床。 底物進(jìn)行底物進(jìn)行循環(huán)循環(huán)，避免固定化酶沖出，促進(jìn)底，避

12、免固定化酶沖出，促進(jìn)底物完全轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。物完全轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。3. 流化床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器fluidized bed reactor, FBR循環(huán)反應(yīng)器循環(huán)反應(yīng)器recycle reactor, RCRn特點特點：把部分流出液與：把部分流出液與加料液混合，然后再令加料液混合，然后再令其進(jìn)入反應(yīng)器。其進(jìn)入反應(yīng)器。n優(yōu)點優(yōu)點：可提高液體的流：可提高液體的流速和減少底物向固定化速和減少底物向固定化酶表面?zhèn)鬟f的阻力。酶表面?zhèn)鬟f的阻力。l 特點特點：利用從反應(yīng)器底部通入：利用從反應(yīng)器底部通入的氣體產(chǎn)生的大量氣泡，在上升的氣體產(chǎn)生的大量氣泡，在上升過程中起到過程中起到提供反應(yīng)底物提供反應(yīng)底物和和混和混和兩種

13、作用。兩種作用。l 三相流化床反應(yīng)器三相流化床反應(yīng)器：在使用固：在使用固定化酶進(jìn)行催化反應(yīng)時，反應(yīng)系定化酶進(jìn)行催化反應(yīng)時，反應(yīng)系統(tǒng)中存在統(tǒng)中存在固、液、氣固、液、氣三相三相l(xiāng) 適用適用：游離酶、固定化酶：游離酶、固定化酶4. 鼓泡式反應(yīng)器鼓泡式反應(yīng)器bubble column reactor, BCR4. 鼓泡式反應(yīng)器鼓泡式反應(yīng)器bubble column reactor, BCRn優(yōu)點優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)簡單，操作容易結(jié)構(gòu)簡單，操作容易 傳質(zhì)、傳熱性能好，剪切力小傳質(zhì)、傳熱性能好，剪切力小 適合于需要氣體參與的反應(yīng)適合于需要氣體參與的反應(yīng)n缺點缺點：液體返混嚴(yán)重，氣泡易聚并，效率低：液體返混嚴(yán)重，氣

14、泡易聚并，效率低n改進(jìn)辦法改進(jìn)辦法：錐形、多段式：錐形、多段式污水處理污水處理4. 鼓泡式反應(yīng)器鼓泡式反應(yīng)器bubble column reactor, BCRl 特點特點：將酶催化反應(yīng)與：將酶催化反應(yīng)與半透膜半透膜的分離作用相結(jié)的分離作用相結(jié)合合l 適用適用：游離酶、固定化：游離酶、固定化酶。酶。l 分類分類：游離酶膜反應(yīng)器、：游離酶膜反應(yīng)器、固定化酶膜反應(yīng)器固定化酶膜反應(yīng)器 5. 膜反應(yīng)器膜反應(yīng)器 membrane reactor，MR游離酶膜反應(yīng)器游離酶膜反應(yīng)器l 特點特點：由膜狀或板狀固定化酶組裝的反應(yīng)器：由膜狀或板狀固定化酶組裝的反應(yīng)器 。l 分類分類： 平板狀或螺旋狀反應(yīng)器平板狀或

15、螺旋狀反應(yīng)器 轉(zhuǎn)盤型反應(yīng)器轉(zhuǎn)盤型反應(yīng)器 空心酶管反應(yīng)器空心酶管反應(yīng)器 中空纖維膜反應(yīng)器中空纖維膜反應(yīng)器 固定化酶膜反應(yīng)器固定化酶膜反應(yīng)器l 特點特點：放大容易；單位體積催化劑有效面積?。悍糯笕菀祝粏挝惑w積催化劑有效面積小平板狀或螺旋狀反應(yīng)器平板狀或螺旋狀反應(yīng)器l 有立式和臥式兩種，臥式適用于需氧反應(yīng)或產(chǎn)物有立式和臥式兩種，臥式適用于需氧反應(yīng)或產(chǎn)物有揮發(fā)性物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于水處理裝置。有揮發(fā)性物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于水處理裝置。轉(zhuǎn)盤型反應(yīng)器轉(zhuǎn)盤型反應(yīng)器l 特點特點：酶固定在細(xì)管的內(nèi)壁上，底物溶液流經(jīng)細(xì)管：酶固定在細(xì)管的內(nèi)壁上，底物溶液流經(jīng)細(xì)管時，只有與管壁接觸的部分進(jìn)行酶反應(yīng)。時，只有與管壁接觸的部分進(jìn)行

16、酶反應(yīng)。l 多與自動分析儀等組裝，用于多與自動分析儀等組裝，用于定量分析定量分析。空心酶管反應(yīng)器空心酶管反應(yīng)器l 特點特點：由外殼和數(shù)以千計的醋酸纖維制成的：由外殼和數(shù)以千計的醋酸纖維制成的中空纖維中空纖維組成組成l 內(nèi)層：內(nèi)層：半透膜半透膜，可截留大分子物質(zhì)而允許小分子物質(zhì)通過，可截留大分子物質(zhì)而允許小分子物質(zhì)通過 l 外層：多孔的海綿狀支持層，外層：多孔的海綿狀支持層，酶酶被固定在海綿狀支持層中被固定在海綿狀支持層中l(wèi) 中空纖維可承受較大壓力，通過正常中空纖維可承受較大壓力，通過正常超濾超濾程序?qū)⒌孜飰喝雰?nèi)程序?qū)⒌孜飰喝雰?nèi)壁與海綿狀介質(zhì)上的酶起反應(yīng)壁與海綿狀介質(zhì)上的酶起反應(yīng)中空纖維反應(yīng)器中

17、空纖維反應(yīng)器6. 噴射式反應(yīng)器噴射式反應(yīng)器projectional reactor，PRn特點特點：通入高壓噴射蒸汽，實現(xiàn)酶與底物的混：通入高壓噴射蒸汽，實現(xiàn)酶與底物的混合，進(jìn)行合，進(jìn)行高溫短時催化高溫短時催化反應(yīng)反應(yīng)n組成：組成：噴射器、維持罐噴射器、維持罐n適用適用：耐高溫游離酶：耐高溫游離酶n優(yōu)點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，催化效率高：結(jié)構(gòu)簡單，催化效率高食糖是日常生活必需品，也是食糖是日常生活必需品，也是食品、醫(yī)藥等工業(yè)原料。食品、醫(yī)藥等工業(yè)原料。世界食糖的需求每年以世界食糖的需求每年以4的速率增加，而產(chǎn)量每的速率增加，而產(chǎn)量每年只增加年只增加2-3，供不應(yīng)求。，供不應(yīng)求。目前各國都競相生產(chǎn)高果糖

18、漿目前各國都競相生產(chǎn)高果糖漿(High Fructose Syrup，甜度為蔗糖的甜度為蔗糖的173.5)。在美國、日本等發(fā)達(dá)國家。在美國、日本等發(fā)達(dá)國家2/3的食糖已為高果糖漿代替。的食糖已為高果糖漿代替。高果糖漿采用高果糖漿采用固定化葡萄糖異構(gòu)酶固定化葡萄糖異構(gòu)酶和和固定化含酶固定化含酶菌體菌體進(jìn)行生產(chǎn)。進(jìn)行生產(chǎn)。 例：利用固定化酶生產(chǎn)高果糖漿例：利用固定化酶生產(chǎn)高果糖漿高果糖漿的生產(chǎn)工藝高果糖漿的生產(chǎn)工藝 葡萄糖異構(gòu)酶葡萄糖異構(gòu)酶雙酶法制糖工藝流程圖雙酶法制糖工藝流程圖小結(jié)：各類反應(yīng)器的特點小結(jié)：各類反應(yīng)器的特點反應(yīng)器類型反應(yīng)器類型適用適用操作方式操作方式適用酶適用酶優(yōu)點優(yōu)點攪拌罐式攪拌

19、罐式分批式分批式流加分批式流加分批式連續(xù)式連續(xù)式游離酶游離酶固定化酶固定化酶反應(yīng)較完全，反應(yīng)條件易反應(yīng)較完全，反應(yīng)條件易調(diào)控調(diào)控填充床式填充床式連續(xù)式連續(xù)式固定化酶固定化酶催化劑密度大，可提高酶催化劑密度大，可提高酶催化反應(yīng)速度催化反應(yīng)速度流化床式流化床式分批式分批式流加分批式流加分批式連續(xù)式連續(xù)式固定化酶固定化酶混合均勻，傳質(zhì)和傳熱效混合均勻，傳質(zhì)和傳熱效果好，溫度和果好，溫度和pH值的調(diào)值的調(diào)節(jié)控制容易，不易堵塞，節(jié)控制容易，不易堵塞，可催化粘度大的反應(yīng)液可催化粘度大的反應(yīng)液反應(yīng)器類型反應(yīng)器類型適用適用操作方式操作方式適用酶適用酶 優(yōu)點優(yōu)點鼓泡塔式鼓泡塔式分批式分批式流加分批式流加分批式連

20、續(xù)式連續(xù)式游離酶游離酶固定化酶固定化酶結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，剪切力小，混合效果好，剪切力小，混合效果好，傳質(zhì)、傳熱效率高傳質(zhì)、傳熱效率高,適于適于有氣體參與的反應(yīng)有氣體參與的反應(yīng)膜反應(yīng)器膜反應(yīng)器連續(xù)式連續(xù)式游離酶游離酶固定化酶固定化酶清洗較困難清洗較困難 噴射式噴射式連續(xù)式連續(xù)式游離酶游離酶酶與底物混合充分，催酶與底物混合充分，催化效率高，適用于耐高化效率高，適用于耐高溫酶的反應(yīng)溫酶的反應(yīng)各類反應(yīng)器的特點各類反應(yīng)器的特點（1）游離酶游離酶：STR 、MR、BCR、PR。u 常用常用STRu氣體參與氣體參與 BCRu高價酶高價酶MRu耐高溫酶耐高溫酶PR1. 酶的應(yīng)用形式酶的應(yīng)

21、用形式u 混合效果混合效果STR、FBRu 酶受高濃度底物抑制酶受高濃度底物抑制BSTRu 酶受產(chǎn)物反饋抑制酶受產(chǎn)物反饋抑制MR、PCRu 酶耐受高溫酶耐受高溫PR2. 酶反應(yīng)動力學(xué)性質(zhì)酶反應(yīng)動力學(xué)性質(zhì) 分子量大分子量大不適用不適用MR 溶解性物質(zhì)溶解性物質(zhì) 任何類型反應(yīng)器任何類型反應(yīng)器n 底物底物 顆粒物質(zhì)顆粒物質(zhì) 膠體物質(zhì)膠體物質(zhì) 氣體氣體BCRSTR、FCR3. 底物和產(chǎn)物的理化性質(zhì)底物和產(chǎn)物的理化性質(zhì) u 成本：成本：低低u 使用：使用：方便，易清洗方便，易清洗u CSTR應(yīng)用的可塑性較大，結(jié)構(gòu)簡單，成應(yīng)用的可塑性較大，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。本較低。u PBR可塑性較差，但應(yīng)用廣泛?？伤?/p>

22、性較差，但應(yīng)用廣泛。4. 其他其他u生物反應(yīng)器設(shè)計的主要目標(biāo)：生物反應(yīng)器設(shè)計的主要目標(biāo)：產(chǎn)品的質(zhì)量最高，生產(chǎn)成本最低。產(chǎn)品的質(zhì)量最高，生產(chǎn)成本最低。(4) 應(yīng)具有最佳的無菌條件應(yīng)具有最佳的無菌條件(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），得到較大的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率濃度），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，從而獲得最佳的反應(yīng)條件能用電腦自動檢測和調(diào)控，從而獲得最佳的反應(yīng)條件(3) 應(yīng)具有良好的傳質(zhì)和混合性能應(yīng)具有良好的傳質(zhì)和混合性能四、酶反應(yīng)器的設(shè)計四、酶反應(yīng)器的設(shè)計設(shè)計步驟設(shè)計步驟1. 確定確定酶反應(yīng)器的類型酶反應(yīng)器

23、的類型n根據(jù)酶、底物和產(chǎn)物的性質(zhì)確定反應(yīng)器類型。根據(jù)酶、底物和產(chǎn)物的性質(zhì)確定反應(yīng)器類型。2. 確定確定反應(yīng)器的制造材料反應(yīng)器的制造材料n不銹鋼不銹鋼3. 進(jìn)行進(jìn)行熱量衡算熱量衡算n設(shè)計控溫裝置：夾套、列管設(shè)計控溫裝置：夾套、列管4. 進(jìn)行進(jìn)行物料衡算物料衡算n酶反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)、底物用量、酶量、反應(yīng)體酶反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)、底物用量、酶量、反應(yīng)體積、反應(yīng)器數(shù)量積、反應(yīng)器數(shù)量夾層冷卻夾層冷卻蛇形管冷卻蛇形管冷卻1. 酶反應(yīng)器操作條件的確定及調(diào)控酶反應(yīng)器操作條件的確定及調(diào)控（1）反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度的確定與調(diào)控的確定與調(diào)控 u 酶的催化反應(yīng)有一個酶的催化反應(yīng)有一個最適溫度最適溫度。過低，反應(yīng)速。過低，反應(yīng)速度

24、減慢；過高，引起酶的變性失活。度減慢；過高，引起酶的變性失活。u 換熱裝置換熱裝置夾套或列管等夾套或列管等五、酶反應(yīng)器的操作五、酶反應(yīng)器的操作（2）pH值值的確定與調(diào)控的確定與調(diào)控u酶的催化反應(yīng)有一個酶的催化反應(yīng)有一個最適最適pH值值。過低或過高。過低或過高均使反應(yīng)速度減慢，甚至使酶變性失活。均使反應(yīng)速度減慢，甚至使酶變性失活。u操作：加入操作：加入稀酸稀酸或或稀堿稀堿進(jìn)行調(diào)解，必要時可進(jìn)行調(diào)解，必要時可采用采用緩沖液緩沖液維持反應(yīng)液的維持反應(yīng)液的pH值。值。五、酶反應(yīng)器的操作五、酶反應(yīng)器的操作（3）底物濃度的確定與調(diào)控）底物濃度的確定與調(diào)控u底物濃度底物濃度是決定酶促反應(yīng)速度的主要因素。是決

25、定酶促反應(yīng)速度的主要因素。u底物濃度低，酶催化反應(yīng)速度隨底物濃度的底物濃度低，酶催化反應(yīng)速度隨底物濃度的增加而升高；當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值時，反增加而升高；當(dāng)?shù)孜餄舛冗_(dá)到一定值時，反應(yīng)速度趨于平衡，不再與底物濃度成正比。應(yīng)速度趨于平衡，不再與底物濃度成正比。u操作：適宜濃度，操作：適宜濃度，流加操作流加操作五、酶反應(yīng)器的操作五、酶反應(yīng)器的操作（4）酶濃度的確定與調(diào)控）酶濃度的確定與調(diào)控u酶濃度酶濃度也是決定酶促反應(yīng)速度的主要因素。也是決定酶促反應(yīng)速度的主要因素。u底物濃度足夠高時，酶催化反應(yīng)速度與酶濃底物濃度足夠高時，酶催化反應(yīng)速度與酶濃度成正比；但提高酶濃度，會增加成本。度成正比；但提高酶濃度

26、，會增加成本。u操作：綜合考慮操作：綜合考慮反應(yīng)速度反應(yīng)速度和和成本成本五、酶反應(yīng)器的操作五、酶反應(yīng)器的操作（5）攪拌速度的確定與調(diào)控）攪拌速度的確定與調(diào)控u攪拌罐反應(yīng)器攪拌罐反應(yīng)器：攪拌速度過慢，影響混合均：攪拌速度過慢，影響混合均勻性；攪拌速度過快，產(chǎn)生的剪切力使酶的勻性；攪拌速度過快，產(chǎn)生的剪切力使酶的結(jié)構(gòu)受影響結(jié)構(gòu)受影響u操作：預(yù)先確定攪拌轉(zhuǎn)速，適時調(diào)節(jié)操作：預(yù)先確定攪拌轉(zhuǎn)速，適時調(diào)節(jié)五、酶反應(yīng)器的操作五、酶反應(yīng)器的操作（6）流速的確定與調(diào)控）流速的確定與調(diào)控uFBR：過慢，影響酶和底物均勻接觸；過快，：過慢，影響酶和底物均勻接觸；過快，固定化酶結(jié)構(gòu)受到破壞?？煽刂乒潭ɑ附Y(jié)構(gòu)受到破壞

27、。可控制進(jìn)液口的流進(jìn)液口的流速速和和進(jìn)液管的方向和排布進(jìn)液管的方向和排布。uPCR：過慢，酶和底物接觸時間長，反應(yīng)完：過慢，酶和底物接觸時間長，反應(yīng)完全，但生產(chǎn)效率低。全，但生產(chǎn)效率低。uMR：流速快，可以降低或者清除產(chǎn)物的反：流速快，可以降低或者清除產(chǎn)物的反饋抑制作用，但容易產(chǎn)生濃度差極化而使膜饋抑制作用，但容易產(chǎn)生濃度差極化而使膜阻塞。以適當(dāng)?shù)乃俣冗M(jìn)行阻塞。以適當(dāng)?shù)乃俣冗M(jìn)行攪拌攪拌，控制流動速，控制流動速度和流動狀態(tài)。度和流動狀態(tài)。五、酶反應(yīng)器的操作五、酶反應(yīng)器的操作2. 酶反應(yīng)器操作的注意事項酶反應(yīng)器操作的注意事項u 保持酶反應(yīng)器的操作穩(wěn)定性保持酶反應(yīng)器的操作穩(wěn)定性u 防止酶的變性失活防

28、止酶的變性失活u 防止微生物污染防止微生物污染五、酶反應(yīng)器的操作五、酶反應(yīng)器的操作本章思考題本章思考題1. 何謂酶反應(yīng)器？主要有哪些種類？何謂酶反應(yīng)器？主要有哪些種類？2. 試比較常見酶反應(yīng)器的優(yōu)缺點并畫出試比較常見酶反應(yīng)器的優(yōu)缺點并畫出結(jié)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖 （STR、PCR、BCR、FBR）。）。3. 酶反應(yīng)器的選擇依據(jù)包含哪些方面？酶反應(yīng)器的選擇依據(jù)包含哪些方面？如何根據(jù)反應(yīng)特點確定反應(yīng)器類型？如何根據(jù)反應(yīng)特點確定反應(yīng)器類型？ 低聚糖低聚糖：指：指2-10個單糖分子通過糖苷鍵連結(jié)個單糖分子通過糖苷鍵連結(jié)起來，形成直鏈或分支鏈的一類寡糖的總稱。起來，形成直鏈或分支鏈的一類寡糖的總稱。 研究現(xiàn)狀：

29、國際市場低聚糖年總產(chǎn)量達(dá)研究現(xiàn)狀：國際市場低聚糖年總產(chǎn)量達(dá)6萬噸，萬噸，已廣泛應(yīng)用于飲料、糖果、糕點、乳制品、冷已廣泛應(yīng)用于飲料、糖果、糕點、乳制品、冷飲、調(diào)味料、療效食品等產(chǎn)品中。飲、調(diào)味料、療效食品等產(chǎn)品中。 應(yīng)用種類：應(yīng)用種類：異麥芽寡糖、蔗果寡糖、半乳糖異麥芽寡糖、蔗果寡糖、半乳糖基寡糖、半乳糖基轉(zhuǎn)移寡糖、帕拉金糖、偶合基寡糖、半乳糖基轉(zhuǎn)移寡糖、帕拉金糖、偶合糖、大豆低聚糖、異構(gòu)乳糖糖、大豆低聚糖、異構(gòu)乳糖等。等。酶法生產(chǎn)新型低聚糖酶法生產(chǎn)新型低聚糖 生理功能生理功能：促進(jìn)雙歧桿菌增殖；抑制腐促進(jìn)雙歧桿菌增殖；抑制腐敗菌的生長繁殖；低熱能，防止肥胖和糖敗菌的生長繁殖；低熱能，防止肥胖和糖尿病、抗齲齒、抗腫瘤等。尿病、抗齲齒、抗腫瘤等。 酶的發(fā)酵生產(chǎn)酶的發(fā)酵生產(chǎn)：對菌種進(jìn)行基因工程改造，：對菌種進(jìn)行基因工程改造，以提高酶的活力和產(chǎn)量，運用現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)和以提高酶的活力和產(chǎn)量，運用現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)和新型生物反應(yīng)器，達(dá)到最優(yōu)化控制以提高發(fā)酵新型生物反應(yīng)器，達(dá)到最優(yōu)化控制以提高發(fā)酵酶的產(chǎn)量酶的產(chǎn)量 低聚糖的酶法合成低聚糖的酶法合成：采用固定化酶或固定化：采用固定化酶或固定