酶工程-第九章-酶反应器-(2).ppt
蛋白质与酶工程
;Chapter9
ReactorsforEnzymaticCatalysis;Contentsofchapter9;
依据酶的应用形式
游离酶
固定化酶
依据酶反响动力学性质
依据底物/产物理化性质
其他考虑因素
操作的简便性
运行的经济性;酶反响器的选择——酶的应用形式
游离酶适用的反响器
特点：均相反响
常用：搅拌罐式反响器
有气体参与：鼓泡式反响器
昂贵的酶：酶膜反响器——酶回收较容易
耐高温酶：喷射式反响器
游离酶不宜采用的反响器
填充床式反响器〔原因？〕
流化床式反响器〔原因？〕;酶反响器的选择——酶的应用形式
固定化酶适用的反响器
特点：非均相反响，多采用连续式操作
影响因素：固定化酶的形状、颗粒大小、稳定性
颗粒状固定化酶/细胞
搅拌罐式反响器——桨叶剪切力大，对颗粒有机械强度要求
填充床式反响器——颗粒堆积密度大；床层压降大
流化床式反响器——混合效果好；动力消耗大；有机械强度要求
鼓泡式反响器——即“三相流化床”
非颗粒状固定化酶/细胞——膜反响器
固定化酶不宜采用的反响器
喷射式反响器〔原因？〕;酶反响器的选择——依据酶反响动力学性质
影响因素：1)酶与底物的混合程度
要使酶与底物有效结合，必须保证酶与底物分子有效地碰撞
混合效果好
搅拌罐式反响器
流化床式反响器
鼓泡式反响器
混合效果较差
填充床式反响器
膜反响器
改善混合特性——辅助搅拌;酶反响器的选择——依据酶反响动力学性质
影响因素：2)底物浓度及其抑制作用
底物的浓度受其对酶抑制情况的制约?防止底物浓度过高
游离酶
酶膜反响器?连续式操作
搅拌罐式反响器?流加式操作/连续式操作
固定化酶
搅拌罐式反响器
填充床式反响器
流化床式反响器
酶膜反响器;酶反响器的选择——依据酶反响动力学性质
影响因素：3)产物浓度及其抑制作用
产物的过度积累造成抑制?设法将产物移出反响器
游离酶——酶膜反响器
固定化酶——酶膜反响器、填充床式反响器
影响因素：4)酶反响温度
耐高温酶?喷射式反响器
优点：加速反响，缩短反响时间，催化效率高;酶反响器的选择——依据底物/产物理化性质
底物/产物的物理状态
溶解状态〔包括乳浊液〕
颗粒态
高黏度液体
含气体
分子量较大
具有辅酶的反响;Contentsofchapter9;9.5酶反响器的设计;9.5酶反响器的设计;9.5酶反响器的设计;9.5酶反响器的设计;〔1〕确定酶反响的动力学参数;〔2〕计算底物用量;〔3〕计算反响液体积;〔4〕计算酶用量;〔5〕计算反响器数目;Contentsofchapter9;酶反响器的操作
操作条件确定及其调控
反响温度：最适温度；冷却/加热系统进行控制
pH值：最适pH；稀酸/稀碱/缓冲液
底物浓度：5~10Km
酶浓度：底物足够时，酶浓度越高反响越快；经济因素
搅拌速度：过快，剪切力大；过慢，混合效果差
流动速度〔连续式〕：过快，接触时间短；过慢，混合效果差
酶反响器操作本卷须知;
搅拌速度
搅拌的目的：加强底物与酶的碰撞；强化热量传递
控制搅拌速度，防止过快或过慢
流动速度〔连续式反响器〕;酶反响器本卷须知;1、保持反响器操作的稳定性
(1)控制酶反响器中的流动状态
流动方式不当造成的后果;1、保持反响器操作的稳定性
(2)维持恒定的生产能力;2、防止酶的变性失活
防止酶的变性或中毒失活
防止固定化酶自溶或载体磨损造成的酶损失;3、防止微生物污染
酶反响器虽不必在完全无菌下操作，但要具备一定的卫生条件
不易发生染菌的情况
某些产物能抑制微生物生长：抗生素、酒精、有机酸等
某些高温下的酶催化反响：?-淀粉酶、TaqDNA聚合酶
在过酸过碱、有机相中的反响
防止染菌的主要方法
向底物参加杀菌剂、抑菌剂、有机溶剂或将底物料液预先过滤
高浓度底物可提高渗透压，降低水活度，抑制微生物生长
每次使用后适当消毒，如用酸性水或含H2O2、季铵盐的水反冲
连续运转中可周期性地用H2O2或50%甘油水溶液处理反响器;Contentsofchapter9;思考题;思考题