設(shè)備教案(11)酶反應器

6-2酶反應器

(enzymereactor)

1、植物細胞培養(yǎng)裝置主要有哪些類型2、常見的酶反應器有哪些類型1一、培養(yǎng)中植物細胞(plantcell)的特性1、結(jié)團：細胞較大，通常是一團細胞的非均相集合體2、細胞成團的兩種產(chǎn)生方式細胞分裂后沒有進行細胞分離（主要）間歇培養(yǎng)中細胞處于對數(shù)生長后期，開始分泌粘多糖、蛋白質(zhì)等，或以其他形式產(chǎn)生粘性表面，從而形成細胞團。2一、培養(yǎng)中植物細胞(plantcell)的特性3、當細胞密度高，粘性大，易產(chǎn)生混合、循環(huán)不良問題4、抗剪切力弱：纖維素細胞壁使得其外骨架相當脆，抗剪切力相當弱5、

保持無菌：培養(yǎng)基營養(yǎng)成分豐富、復雜，適合真菌生長，其生長速度比植物細胞快的多3培養(yǎng)中植物細胞的特性

6、設(shè)備要求高：植物細胞生長速度慢，操作周期長，要求設(shè)備有良好的質(zhì)量和高度穩(wěn)定性。7、保持較低的溶氧水平：

植物細胞好氣，需通氧，且對氧的變化非常敏感，太高或太差均有不良影響。4培養(yǎng)中植物細胞的特性8、pH值為5-7：進氣時加入一定量的CO29、控制泡沫：植物細胞培養(yǎng)過程中，產(chǎn)生的氣泡大且粘性大（覆蓋有粘多糖、蛋白質(zhì)），細胞極易被包埋在泡沫中，而從循環(huán)的營養(yǎng)液中帶出，需用化學方法或機械方法控制。10、表面粘附：在植物細胞培養(yǎng)過程中，細胞往往會粘附于培養(yǎng)表面以上的器壁上、電極或擋板表面上。培養(yǎng)表面以上的細胞層用機械法除去，在培養(yǎng)容器的表面和電極上涂上硅油，可減少粘附5植物細胞培養(yǎng)反應器1、操作方式：間歇培養(yǎng)(batchonly)2、反應器：搖瓶(shakeflask)、通用式發(fā)酵罐、鼓泡式、氣升式、旋轉(zhuǎn)圓筒式6植物細胞培養(yǎng)反應器3、空氣提升式的優(yōu)點(1)剪切力小(2)無軸封,滅菌方便(3)能耗、操作費用低(4)可用通氣速率來控制細胞的生長速率789酶反應器enzymereactor2分類幾何形狀進料和出料的方式結(jié)構(gòu)功能罐型、管型、膜或片型分批式、半分批式、連續(xù)反應器膜反應器液-固反應器氣-液-固三相反應器1、酶反應器：以酶作為催化劑進行反應所需的設(shè)備。103、催化劑：游離酶、固定化酶、固定化細胞4、在低溫、低壓下操做，耗能、產(chǎn)能都少5、不表現(xiàn)自催化方式（細胞的連續(xù)再生）11游離酶反應器1、反應：S+EPS為粘性或不溶于水的顆粒E為價廉、不純的催化大分子化合物水解的酶類122、溶液酶的缺點：（1）游離的溶液酶，在反應過程中會隨著產(chǎn)品一起流失，不僅造成酶的損失，增加了生產(chǎn)費用，而且隨產(chǎn)品流出的酶，又會影響產(chǎn)品的質(zhì)量。（2）溶液酶在反應后，分離困難，無法重復使用。（3）溶液酶十分脆弱，會因機械力、流體流動產(chǎn)生的剪切力和流體的表面張力等，使酶的活性降低，往往使用不久便變性和失去活力。131、攪拌罐式反應器⑴組成容器、攪拌器（擋板）、保溫裝置(2)分類分批式半分批式將酶和底物一次裝入反應器，在適當溫度下開始反應，反應達一定時間后，將全部反應物取出將底物緩緩加入反應器中進行反應，到一定時間后，將全部反應物取出。（底物抑制）141、攪拌罐式反應器⑶優(yōu)點：反應器結(jié)構(gòu)簡單，不需特殊設(shè)備，適于小規(guī)模生產(chǎn)⑷缺點不能進行酶的回收152、超濾膜式反應器利用膜（membrane)的選擇透過性：小分子產(chǎn)物透過，酶被截留回收重新使用，可節(jié)省用酶。（1）原理（2）優(yōu)點①酶被截留重新使用，節(jié)省用酶②產(chǎn)物抑制時，宜采用此裝置（3）缺點酶的長期操作穩(wěn)定性差，酶易在超濾膜上吸附損失，或在膜表面濃縮極化16(4)操作分批操作連續(xù)操作將酶和底物一次裝入反應器，在適當溫度下開始反應，反應達一定時間后，將全部反應物取出一邊連續(xù)的將底物加到反應器中，一邊連續(xù)的排出生成物。2、超濾膜式反應器（5）膜種類--超濾膜和透析膜形狀--平板狀、管狀、螺旋狀、中空纖維狀1718固定化酶反應器酶固定后，酶活會降低1、結(jié)構(gòu)、空間因素酶分子結(jié)構(gòu)改變和屏蔽效應2、酶周圍濃度的不均一性分隔效應和擴散阻力192021（1）分類分批反應器（BSTR）連續(xù)流動攪拌罐式反應器（CSTR）1、攪拌罐式反應器內(nèi)容物的混合是充分均勻的（2）特點（3）優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，T和pH容易控制，適用于底物受抑制的反應，傳質(zhì)阻力低，能處理膠狀和水不溶性底物，固定化酶易更換（4）缺點反應效率低，載體易被剪切損壞，攪拌動力消耗大22固定或回收酶的方法BSTR離心或過濾（易造成酶的失效損失）CSTR1、出口裝濾器2、用尼龍網(wǎng)罩住，安裝在攪拌軸上3、磁性固定，借磁吸方法滯留4、酶固定在容器壁上或攪拌軸上（金屬網(wǎng)筐）（1為回收，2-4為固定）2324催化劑顆粒靜止不動，接近于PFR（活塞流反應器）（1）特點（2）優(yōu)點

①可使用高濃度的催化劑②可減少產(chǎn)物的抑制（3）缺點①T和PH難以控制（傳質(zhì)傳熱系數(shù)低）②底物和產(chǎn)物會產(chǎn)生軸向濃度分布③清洗和更換酶麻煩，底物需加壓才能進入④反應液內(nèi)含有固體顆粒時不宜采用（易堵塞）2、填充床反應器（PBR）25（1）特點底物以一定速度向上通過，酶為懸浮狀態(tài)，混合程度介于CSTR（全混流）和PFR（活塞流）之間3、流化床反應器（FBR）①具有良好的傳質(zhì)傳熱性能②不易堵塞，適于處理黏度大的液體能處理粉末狀底物③壓力降不很高（2）優(yōu)點26（3）缺點①需保持一定的流速，成本高，難于放大②酶的濃度不高（空隙體積大）③降低了轉(zhuǎn)化率（底物高速流動使酶沖出）（4）提高轉(zhuǎn)化率的方法①使酶進行循環(huán)②使用幾個流化床組成的反應器組或錐形流化床3、流化床反應器（FBR）2728294、膜反應器1、用膜狀或板狀固定化酶組裝的反應器2、類型：平板型、螺旋卷型、轉(zhuǎn)盤型、空心酶管、中空纖維膜30315、鼓泡塔反應器底物和氣體從底部通入，氣體經(jīng)氣體分散板分散均勻323334二、酶反應器的選擇影響選擇的因素1、

固定化酶的形狀2、

底物的理化性質(zhì)