酶反应器和酶传感器

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1、第七章酶反应器和酶传感器第一节酶反应器第二节酶传感器1第一节酶反应器一、生物反应器生物反应过程：利用生物催化剂将原料转化成有用物质的过程。生物反应器是利用酶或生物体(如微生物)所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统，它是一种生物功能模拟机，如发酵罐、固定化酶或固定化细胞反应器等。在酒类、药物生产、有机污染物降解方面有重要应用。2生物反应器的分类酶反应器:以游离酶或固定化酶等作为生物催化剂，进行酶促反应的装置。细胞反应器:利用增殖细胞内的酶系将培养基中的成分转化成产品的装置。3气升式玻璃发酵罐不锈钢机械搅拌发酵系统全自动控制啤酒生产线生产型发酵

2、系统4酶反应器酶和固定化酶在体外进行催化反应时，都必须在一定的反应容器中进行，以便控制酶催化反应的各种条件和催化反应的速度。用于酶进行催化反应的容器及其附属设备称为酶反应器。酶反应器是用于完成酶促反应的核心装置。它为酶催化反应提供合适的场所和最佳的反应条件，以便在酶的催化下，使底物(原料)最大限度地转化成产物，是连接原料和产物的桥梁。5过程调控生物催化剂制备能量原料消产物分产生物反应器预处理毒离提纯品空气除菌热量酶催化反应过程示意图理想的酶反应器的要求酶反应器设计的主要目标：使产品的质量最高，生产成本最低。评价酶反应器的主要标准：反应器生产能力的

3、大小和产品质量的高低。(1)所用的酶制剂应具有较高的比活和酶浓度，才能得到较大的产品转化率。(2)能用电脑自动检测和调控，从而获得最佳的反应条件。(3)应具有良好的传质和混合性能。传质阻力是反应器速度限制的主要因素。(4)应具有最佳的无菌条件，否则，杂菌污染使反应器的生产能力下降。7酶反应器的类型和特点酶反应器基本上是游离酶、固定化酶催化反应的容器（附加上混合、取样和检测设备）。作用：以尽可能低的成本，按一定的速度由规定的反应物制备特定产物。8常见的酶反应器类型按结构区分搅拌罐式反应器鼓泡式反应器填充床式反应器流化床式反应器膜反应器按操作方

4、式区分分批式反应连续式反应流加分批式反应按混合形式区分连续搅拌罐反应器分批搅拌罐反应器9(1)间歇式酶反应器又称为批量反应器（BatchReactorBSTR）、间歇式搅拌罐、搅拌式反应罐。其特点是：底物与酶一次性投入反应器内，产物一次性取出；反应完成之后，固定化酶（细胞）用过滤法或超滤法回收，再转入下一批反应。优点是：装置较简单，造价较低，传质阻力很小，反应能很迅速达到稳态。缺点是：操作麻烦，固定化酶经反复回收使用时，易失去活性，故在工业生产中，间歇式酶反应器很少用于固定化酶，常用于游离酶。10(2)连续式酶反应器又称为连续搅拌釜式

5、反应器(ContinuousStirredTankReactor,CSTR)、连续式搅拌罐。向反应器投入固定化酶和底物溶液，不断搅拌，反应达到平衡之后，再以恒定的流速连续流入底物溶液，同时，以相同流速输出反应液（含产物）。优点：在理想状况下，混合良好，各部分组成相同，并与输出成分一致。缺点：搅拌浆剪切力大，易打碎磨损固定化酶颗粒。反应液出口底物溶液进口11(3)填充床反应器(PackedReactor,PBR)又称固定床反应器。将固定化酶填充于反应器内，制成稳定的柱床，然后，通入底物溶液，在一定的反应条件下实现酶催化反应，以一定的流速，收集输出的转

6、化液（含产物）。优点：高效率、易操作、结构简单等.PBR是目前工业生产及研究中应用最为普遍的反应器。它适用于各种形状的固定化酶和不含固体颗粒、黏度不大的底物溶液，以及有产物抑制的转化反应。缺点：传质系数和传热系数相对较低。当底物溶度含固体颗粒或黏度很大时，不宜采用PBR。12(4)流化床反应器(FluidizedBedReactor,FBR）特点：底物溶液以足够大的流速，从反应器底部向上通过固定化酶柱床,床料剧烈翻腾。FBR可用于处理粘度较大和含有固体颗粒的底物溶液，同时，亦可用于需要供气体或排放气体的酶反应(即固、液、气三相反应)。因FBR

7、混合均匀，不适用于有产物抑制的酶反应。135连续搅拌罐—超滤膜反应器(CSTR-UFR)在CSTR（连续式搅拌罐）出口处设置一个超滤器。可以将小分子产物与大分子酶和底物分开，有利于产物回收。该反应器适用于颗粒较细的固定化酶、游离酶和细胞以及小分子产物与大分子底物。游离酶在膜反应器中进行催化反应时，底物溶液连续地进入反应器，酶与底物反应，反应后，酶与反应产物一起，进入膜分离器进行分离，小分子的产物透过超滤膜而排出，大分子的酶分子被截留，可以再循环使用。其他反应器鼓泡式反应器膜反应器喷射式反应器15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

8、搅拌罐式反应器分批式,游离酶反应比较完全，反应条件容易流加分批式固定化酶调节控制