酶反应器及生物酶传感器

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1、第八章酶反应器和生物酶传感器生物反应器：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，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。乳腺生物反应器：将外源基因导入载体，位于β－乳球蛋白基因启动子下游，使得该目的基因只能在哺乳动物组织中表达乳腺生物反应器　　将所需目的基因构建入载体，加上适当的调控序列，转入动物胚胎细胞，使转基因动物分泌的乳汁中含有所需要药用蛋白。从融合基因转入胚胎细胞到收集蛋白质有一个过程，包括胚胎植入、分娩和转基因动物的生长。转基因动物从出生到第一次泌乳，猪、羊、

2、牛各需12、14、16个月；并且只有雌性动物泌乳且不连续，一般可持续2、6、10个月。牛、羊等大型家畜能对药用蛋白进行正确的后加工，使之具有较高的生物活性，同时产奶量大，易于大规模生产，因而成为乳腺生物反应器理想的动物类型。1999年英国PPL医疗公司培育出100只转基因羊，其奶水中含有用于医疗的人体蛋白，能够治疗严重呼吸系统疾病、血友病和先天发声缺陷等荷兰一家公司培育出一批转基因牛，这些牛的乳汁中含有人乳铁蛋白。人乳铁蛋白可以抑制人胃肠道的细菌感染。中国科学院上海遗传所和复旦大学合作，培育出5只含有人体某种基因的转基因羊，这些羊的乳汁中

3、含有能治疗血友病的珍贵药物。利用生物反应器来生产人类所需要的某些物质，可以节省建设厂房和购买仪器设备的费用，可以减少复杂的生产程序和环境污染。第一节酶反应器一、什么叫酶反应器？酶反应器有两种类型：直接应用游离酶进行反应，即均相酶反应器；应用固定化酶进行的非均相酶反应器。酶反应器是以酶为催化剂进行生物催化反应的核心装置或设备，为酶促反应提供合适的场所和反应条件，以便在酶的催化下，使底物（原料）最大限度的转变成产物。常见的酶反应器类型按结构区分搅拌罐式反应器（StirredTankReactor,STR）鼓泡式反应器(bubblecolumn

4、reactor,BCR)填充床式反应器(packedcolumnreactor,PCR)流化床式反应器(FluidizedBedReactor,FBR)膜反应器(MembraneReactor,MR)按操作方式区分分批式反应(batch)连续式反应(continuous)流加分批式反应(feedingbatch)混合形式连续搅拌罐反应器（ContinuousStirredTankReactor,CSTR）分批搅拌罐反应器（BatchStirredTankReactor,BSTR）二、基本类型：间歇式酶反应器连续搅拌罐式酶反应器固定床型酶反

5、应器流化床型酶反应器膜式酶反应器1.间歇式酶反应器特点：底物和酶一次性投入反应器中，产物一次性取出，反应结束后，固定化酶（细胞）用过滤（或超滤）法回收。2.连续搅拌罐式酶反应器向反应器中投入固定化酶和底物溶液，不断搅拌，反应达到平衡后，再以恒定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）3.填充床（固定床）型酶反应器——把催化剂填充在固定床（填充床）中的反应器，这是一种使用得最广泛的固定化酶反应器4.流化床型酶反应器流化床型反应器是一种装有较小颗粒的垂直塔式反应器。底物以一定的流速从下向上流过，使固定化酶颗粒在流体中维持悬浮

6、状态并进行反应，这时的固定化颗粒和流体可以被看作是均匀以合的流体。优点：流化床反应器具有传热与传质特性好、不堵塞、能处理粉状底物、压降较小，缺点：需要较高的流速才能维持粒子的充分流态化，而且放大较困难。目前，流化床反应器主要被用来处理一些粘度高的液体和颗粒细小的底物，如用于水解牛乳中的蛋白质。5.膜式酶反应器(MBR)membranebiologicalreactor是将酶催化反应与半透膜的分离作用组合在一起而成的反应器，可用于游离酶的催化，也可用于固定化酶的催化反应其中，固定化酶的利用，是将酶固定在具有一定孔径的多孔薄膜中，而制成的生

7、物反应器。常用的是中空纤维反应器膜反应器类型：平板型、螺旋型、管型、中空纤维型、转盘型等，常用的是中空纤维反应器。中空纤维反应器则是由数根醋酸纤维素制成的中空纤维构成，其内层紧密光滑，具有一定的分子量截留值，可截留大分子物质，而允许不同的小分子量物质通过目前开发出来的膜生物反应器可以分为三类：膜分离生物反应器:用于污水处理中的固液分离膜曝气生物反应器:为好氧工艺供氧，可以实现生物反应器的无泡曝气，大大提高反应器的传氧效率萃取膜生物反应器:主要用于工业废水中优先污染物的处理，选择性透过膜被用于萃取特定的污染物。目前已进行大量研究并投入大规模

8、实际应用的只有膜分离生物反应器反应器的选择：考虑因素：酶的形式（游离、固定化）固定化酶的形状底物的物理性质酶反应动力学性质酶的稳定性操作要求反应器制造、控制成本根据催化剂的形状来选用粒状催化剂