蛋白质与酶工程第七章酶反应器

1、一、生物反应器概述生物反应过程：利用生物催化剂将原料转化 成有用物质的过程。四个组成部分：原材料的预处理生物催化剂的制备生物反应器的选择及反应条件的控制产物的分离提纯2生物反应过程生物反应过程: : 由生物工程所引出的生产过程由生物工程所引出的生产过程3生物反应器：在整个生物反应过程中处于中心的地位，连接原料和产物的桥梁，是实现生物技术产品产业化的关键设备。 在反应器中，通过产物的合成，使廉价的原料升值。 生物反应器的设计和操作，是生物工程中一个及其重要的问题，它对产品的成本和质量有很大影响。评价生物反应器主要是看它评价生物反应器主要是看它生产能力的大生产能力的大小小以及以及产品质量的高低产品

2、质量的高低。4 一般的化学反应器相似： 维持一定的温度、pH、反应物（营养物质，包括溶解氧）浓度，并具有良好的传质、传热和混合性能，以提供合适的环境条件，确保生物反应的顺利进行。 与一般的化学反应器不同： 细胞生物反应器在运行中要杜绝外界各种微生物的进入，避免杂菌污染造成的损失。 生物反应器的要求生物反应器的要求5生物反应器设计的主要目标是使产品的质量高，成本低。生物反应器处于生物过程的中心，它常是影响整个过程的经济效益的一个重要方面。6生物反应器这一术语出现的时间不长，但人们利用生物反应器进行有用物质生产却有着悠久的历史。我们祖先酿制传统发酵食品时使用的容器就是最初的生物反应器。20世纪40

3、年代是生物反应器的开发、研制和应用获得迅速发展的阶段。传统生物工业中使用的生物反应器称为“发酵罐”（fermenter）7820世纪70年代，Atkinson提出了生化反应器（biochemical reactor）一词，其含义除包括原有发酵罐外，还包括酶反应器、处理废水用反应器等。同一时期，Ollis提出了另一术语生物反应器（biological reactor）.20世纪80年代，生物反应器（bioreactor)一词在专业期刊与书籍中大量出现。9生物反应器设计和操作的限制因素主要是传质传质和传热传热。传质和传热是设计生物反应器和控制操作条件最主要考虑的问题。传质问题在底物不溶的反应过程中

4、是显而易见，在高耗氧的生物反应过程中则尤为突出。新的反应器不断出现，相应地提高了传质效率。传热问题在放热的生物反应过程中非常重要，为了保持生物反应器能在常温下进行，如何移走热量是进行大型的生物反应器设计时必须重视的一个环节。传质和传热传质和传热10酶反应器（酶反应器（enzyme reactorenzyme reactor）定义：通常将用于酶进行催化反应的容器及其附属设备称为酶反应器。作用：使酶得到合理的应用，并能够提高产品的质量和降低成本。1112131、什么是酶反应器2、理想的酶反应器的要求3、各种酶反应器的特点4、酶反应器的选择和使用GoGoGoGo5、酶反应器的设计Go6、酶反应器的放

5、大Go7、酶反应器的操作Go酶和固定化酶在体外进行催化反应时，都必需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用于酶进行催化反应的容器及其附属设备称为酶反应器。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合适的场所和最佳的反应条件最佳的反应条件，以便在酶的催化下，使底物（原料）最大限度地转化成产物。它处于酶催化应过程的中心地位，是连接原料和产物的桥梁。酶催化反应过程示意图酶催化反应过程示意图过程调控过程调控酶反应器酶反应器 消消毒毒原料原料预处理预处理 产物分产物分离提纯离提纯 产产品品生物催化

6、生物催化剂制备剂制备空气空气除菌除菌能量能量热量热量回本章目录生物反应器设计的主要目标： 使产品的质量最高，生产成本最低使产品的质量最高，生产成本最低。评价生物反应器的主要标准： 反应器生产能力的大小和产品质量的高低反应器生产能力的大小和产品质量的高低。(4) (4) 应具有最佳的无菌条件，否则，杂菌污染使反应器的生产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。能力下降。(1) 所用生物催化剂应具有较高的酶浓度（或细胞浓度），才所用生物催化剂应具有较高的酶浓度（或细胞浓度），才能得到较大的产品转化率。能得到较大的产品转化率。(2) (2) 能用电脑自动检测和调控，从而获得最佳的

7、反应条件。能用电脑自动检测和调控，从而获得最佳的反应条件。(3) (3) 应具有良好的传质和混合性能。传质是指底物和产物在反应具有良好的传质和混合性能。传质是指底物和产物在反应介质中的传递。传质阻力是反应器速度限制的主要因素。应介质中的传递。传质阻力是反应器速度限制的主要因素。按结构结构区分 搅拌罐式反应器（Stirred Tank Reactor, STR） 鼓泡式反应器(bubble column reactor, BCR ) 填充床式反应器(packed column reactor, PCR ) 流化床式反应器( Fluidized Bed Reactor, FBR) 膜反应器(Mem

8、brane Reactor, MR) 按操作方式操作方式区分 分批式反应(batch ) 连续式反应(continuous ) 流加分批式反应(feeding batch ) 混合形式混合形式 连续搅拌罐反应器（Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR） 分批搅拌罐反应器（Batch Stirred Tank Reactor, BSTR） 回本章目录反应器类型适用的操作方式适用的酶特点搅拌罐式反应器分批式,流加分批式连续式,游离酶固定化酶反应比较完全，反应条件容易调节控制。填充床式反应器连续式固定化酶密度大，可以提高酶催化反应的速度。在工业生产中普遍使用。流化

9、床反应器分批式流加分批式连续式固定化酶流化床反应器具有混合均匀，传质和传热效果好，温度和pH值的调节控制比较容易，不易堵塞，对粘度较大反应液也可进行催化反应。反应器类型适用的操作方式适用的酶 特点鼓泡式反应器分批式流加分批式连续式游离酶固定化酶鼓泡式反应器的结构简单，操作容易，剪切力小，混合效果好，传质、传热效率高,适合于有气体参与的反应。膜反应器连续式游离酶固定化酶清洗比较困难 喷射式反应器连续式游离酶通入高压喷射蒸汽，实现酶与底物的混合，进行高温短时催化反应，适用于某些耐高温酶的反应又称为批量反应器（Batch Reactor BSTRBSTR）、间歇式搅拌罐、搅拌式反应罐。其特点特点是：

10、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，但常用于游离酶。 反应反应罐体罐体机械搅拌机械搅拌部分部分恒温恒温装置装置SubstrateCells时间时间浓浓度度0又称为连续搅拌釜式反应器（Continuous Stirred Tank Reactor, CSTRCSTR）、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

11、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）。优点是：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。缺点是：搅拌浆剪切力大，易打碎磨损固定化酶颗粒。SubstrateCells时间时间浓浓度度023填充床反应器（Packed Reactor,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，收集输出的转化液（含产物）。SubstrateProduct轴向位移轴向位移 x浓浓度度0循环式填充床反应器 将填充床和循环槽偶联，不断补充含有底物的新鲜料液，并及时分离出产物，可以减少产物抑制

12、，保证产物的连续生产。26优点： 设备简单 操作方便 单位体积反应床的固定化酶密度大 可以提高酶催化反应的速度缺点：底层固定化酶颗粒所受压力较大，容易引起固定化酶颗粒的变形或破碎。27流化床反应器（Fluidized Bed Reactor, FBR）。特点是：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时，便能使固定化酶颗粒始终处于流化状态。其流动方式使反应液的混合程度介于CSTR的全混型和PBR的平推流型之间。FBR可用于处理黏度较大和含有固体颗粒的底物溶度，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）。但因FBR混合均匀，故不适用于有产物抑制的酶反应。

13、将流化床和循环槽偶联，使底物循环利用，并可减少产物抑制，保证产物的连续生产。 操作时应控制好料液的流动速率，以防小颗粒被吹出。优点： 混合均匀 传质和传热效果好 温度和pH值易于调节控制 不易堵塞 对黏度较大的反应液也可进行催化反应30缺点：需要较高的流速才能维持粒子的充分流态化，而且固定化酶颗粒易于被破坏，流体动力学变化较大，参数复杂，放大较为困难。单位体积内催化剂密度低需保持一定的流速，运行成本高目前，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。31鼓泡式反应器(bubble column reactor, BCR)是利用从反应器底部通入的气体产生

14、的大量气泡，在上升过程中起到提供反应底物和混合两种作用的一类反应器。也是一种无搅拌装置的反应器。无搅拌器，靠气流作用搅拌适用于游离 / 固定化酶（细胞）气体入口处有气流分布器，产生分散均匀的小气泡简单鼓泡式简单鼓泡式内循环式内循环式外循环式外循环式鼓泡式反应器的型式气液固三相系统，涉及气体吸收或产生的反应，采用此类型反应器效果较好，又称为三相流化床式反应器结构简单操作方便剪切力小，对结构较脆弱的细胞和固定化载体有利可用于连续反应，也可用于分批反应物质与热量的传递效率高是有气体参与的酶催化反应中常用的一种反应器34膜反应器（membrane reactor, MRMR）是将酶催化反应与半透膜的分

15、离作用组合在一起而成的反应器。可以用于游离酶的催化反应，也可以用于固定化酶的催化反应。用于固定化酶催化反应的膜反应器是将酶固定在具有一定孔径的多孔薄膜中，而制成的一种生物反应器。膜反应器可以制成平板型、螺旋型、管型、中空纤维型、转盘型等多种形状。常用的是中空纤维反应器。酶反应器的类型 膜反应器 中空纤维膜反应器 由数千根醋酸纤维制成的中空纤维管，固定在反应器中 内径 200500 m，外径 300900 m 内层紧密光滑，多微孔，具一定分子量截留值（截留酶 / 细胞） 外层为多孔海绵状支持层，酶固定于此（或内外相反）酶反应器的类型 膜反应器 中空纤维膜反应器 工作原理 培养基和空气从中空纤维膜

16、的内腔流入，底物透过纤维内壁上的微孔进入固定化催化剂层，经酶或细胞催化生成产物，再经微孔，流入中空纤维。 固定化酶或细胞因体积大，无法透过纤维膜孔而被截留。酶反应器的类型 膜反应器 超滤酶膜反应器 将超滤膜分离器与连续搅拌式反应器（CSTR）偶联，将酶和小分子底物 / 产物通过超滤分离，由于酶分子量大，不能透过超滤膜而被截留，可循环使用。 透过超滤膜的产物和部分未反应完全的底物再进入下一工序进行分离。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，酶在反应容器的溶液中与底物反应，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

17、再循环使用。 膜反应器的特点 游离酶和固定化酶均适用 催化剂（酶、细胞）与底物、产物分离容易 可作用于胶态或不溶性底物，特别是产物对酶有抑制作用时 酶易在膜上吸附损失或浓缩极化 膜会因为污染或微孔堵塞而导致工作能力下降 放大成本高昂（7）喷射式反应器（projectional reactor，PR） 利用高压蒸汽喷射作用，实现酶与底物混合，进行高温瞬时反应的一种反应器 适用面较狭窄，仅适用于耐高温游离酶的连续催化反应影响酶反应器选择的因素很多，但一般可以从以影响酶反应器选择的因素很多，但一般可以从以下几个方面考虑：下几个方面考虑： 酶的形式(游离/固定化.) 固定化酶的形状 底物的物理性质 酶

18、反应动力学性质 酶的稳定性 操作要求 反应器制造、控制成本主要影响因素：酶的应用形式酶的反应动力学性质底物和产物的理化性质要求：结构简单、操作方便、易于维护 和清洗、可适用于多种酶的催化 反应、制造成本和运行成本较低7.4 酶反应器的选择和使用43（1）、游离酶反应器的选择游离酶适用的反应器特点：均相均相反应常用：搅拌罐式反应器有气体参与：鼓泡式反应器昂贵的酶：酶膜反应器 酶回收较容易耐高温酶：喷射式反应器不宜采用的反应器填充床式反应器流化床式反应器44（2）固定化酶反应器的选择固定化酶适用的反应器l特点：非均相非均相反应，多采用连续式连续式操作l影响因素：固定化酶的形状、颗粒大小、稳定性l颗

19、粒状固定化酶/细胞搅拌罐式反应器 桨叶剪切力大，对颗粒有机械强度要求填充床式反应器 颗粒堆积密度大；床层压强大流化床式反应器 混合效果好；动力消耗大；有机械强度要求鼓泡式反应器 即“三相流化床”l非颗粒状固定化酶/细胞 膜反应器不宜采用的反应器l喷射式反应器45采用流化床反应器时，固定化酶的颗粒不能太大，密度要与反应液的密度相当，而且要有较高的强度。有气体参与的酶催化反应，通常采用鼓泡式反应器。平板状、直管状、螺旋管状固定化酶一般采用膜反应器。467.4.2 根据酶反应动力学性质选择反应器主要影响因素：酶与底物的混合程度底物浓度对酶催化反应速度的影响反应产物对酶的反馈抑制作用酶催化作用的温度条

20、件4748（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 搅拌罐式反应器 流化床式反应器 鼓泡式反应器 混合效果较差 填充床式反应器 膜反应器 改善混合特性改善混合特性 辅助搅拌辅助搅拌 （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 酶膜反应器 连续式操作 搅拌罐式反应器 流加式操作 / 连续式操作 固定化酶 搅拌罐式反应器 填充床式反应器 流化床式反应器 酶膜反应器49 （3）产物浓度及其抑制作用 产物的过度积累造成抑制 设法将产物移出反应器 游离酶 酶膜反应器 固定化酶 酶膜反应器、填充床式反应器50

21、（4）酶反应温度 耐高温酶 喷射式反应器 对可以耐受100以上高温的酶催化反应，最好是选择喷射式反应器。 优点：加速反应，缩短反应时间，催化效率高517.4.3 7.4.3 根据底物和产物理化性质选择反应器根据底物和产物理化性质选择反应器主要影响因素：底物和产物的理化性质分子量溶解性黏度52需要小分子物质作为辅酶参与，通常不采用膜反应器。底物或产物的分子量较大，一般不采用膜反应器。底物或者产物的溶解度较低、黏度较高应当选择搅拌罐式反应器或者流化床反应器，而不采用填充床式反应器和膜反应器。有气体底物参与时，通常选用鼓泡式反应器。537.5 7.5 酶反应器的设计酶反应器的设计7.5.17.5.1

22、、确定酶反应器的、确定酶反应器的类型类型7.5.27.5.2、确定酶反应器的、确定酶反应器的制造材料制造材料7.5.37.5.3、进行、进行热量热量衡算衡算7.5.47.5.4、进行、进行物料物料衡算衡算54是酶反应器设计的第一步。根据酶、底物和产物的性质选择并确定酶反应器的类型。55对制造材料要求比较低，一般采用不锈钢或玻璃等材料即可，可根据投资的大小来选择。56主要是根据热水的温度和使用量来进行计算。对于喷射式反应器，根据所使用的水蒸气的热焓和用量来计算。再根据所需传递的热量和反应器换热装置制造材料的传热系数，计算所需的传热面积，并根据使用要求确定换热器的传热方式，再确定换热装置的形状和尺

23、寸。57是酶反应器设计的重要任务确定酶催化反应动力学参数底物用量反应液总体积酶用量反应器数量58是反应器设计的主要依据之一根据酶反应动力学特性，确定反应所需的：底物浓度酶浓度最适温度最适pH激活剂浓度确定酶催化反应动力学参数确定酶催化反应动力学参数59计算底物用量计算底物用量产量：产量：P（kg/年）年）=Pd（ kg /d） 300 分批反应器分批反应器 =Ph（kg/h） 300 24 连续反应器连续反应器根据根据产品产量产品产量、产物转化率产物转化率和和收率收率，计，计算所需底物用量。算所需底物用量。60计算反应液总体积计算反应液总体积Vt反应液总体积（反应液总体积（m3）mS底物用量（

24、底物用量（kg）S反应前底物浓度（反应前底物浓度（kg/ m3）61酶用量的计算酶用量的计算E所需的酶量（所需的酶量（U）E酶浓度（酶浓度（U/m3） Vt 反应液体积（反应液体积（m3）62反应器数量的计算反应器数量的计算一般反应器的有效体积为反应器总体积一般反应器的有效体积为反应器总体积的的70%80%70%80%。63N构成所需反应器数量（个）构成所需反应器数量（个）Vd每天的反应液总体积（每天的反应液总体积（m3/d）V0 单个反应器的有效体积（单个反应器的有效体积（m3）t 底物在反应器中的停留时间（底物在反应器中的停留时间（h）对于对于分批反应器分批反应器，可以根据每天获得的反应，

25、可以根据每天获得的反应液的总体积、单个反应器的有效体积和底物液的总体积、单个反应器的有效体积和底物在反应器内的停留时间，计算所需反应器数在反应器内的停留时间，计算所需反应器数目。目。64对于对于连续反应器连续反应器，可以根据每小时获得的反，可以根据每小时获得的反应液的总体积、反应器的有效体积和底物在应液的总体积、反应器的有效体积和底物在反应器内的停留时间，计算反应器数目。反应器内的停留时间，计算反应器数目。N过程所需的反应器数量（个）过程所需的反应器数量（个）Vh每小时的反应液总体积（每小时的反应液总体积（m3/h）V0 单个反应器的有效体积（单个反应器的有效体积（m3）t 底物在反应器中的停

26、留时间（底物在反应器中的停留时间（h）657.6 7.6 酶反应器的放大酶反应器的放大通常一个生物反应过程的开发，包括了三个不通常一个生物反应过程的开发，包括了三个不同规模的阶段：同规模的阶段： 利用实验室规模的反应器进行工艺试验；利用实验室规模的反应器进行工艺试验； 在中间规模的反应器中试验（中试），确在中间规模的反应器中试验（中试），确定最佳的操作条件；定最佳的操作条件； 在大型生产设备中投入生产。在大型生产设备中投入生产。66目前主要有：目前主要有： 经验放大法经验放大法 几何相似放大几何相似放大 单位体积液体中搅拌功率相同放大单位体积液体中搅拌功率相同放大 搅拌器叶尖速度相同放大搅拌器

27、叶尖速度相同放大 混合时间相同放大混合时间相同放大 因次分析法因次分析法 时间常数法时间常数法 数学模拟法数学模拟法677.7 7.7 酶反应器的操作酶反应器的操作酶反应器操作条件的确定及其调节控酶反应器操作条件的确定及其调节控制制酶反应器应用的注意事项酶反应器应用的注意事项68温度温度pHpH底物浓度底物浓度酶浓度酶浓度反应液的混合与流动反应液的混合与流动691 1、反应温度的确定与调节控制、反应温度的确定与调节控制根据酶的动力学特性，确定酶催化反应的最根据酶的动力学特性，确定酶催化反应的最适温度。适温度。将反应温度控制在适宜温度范围内，在温度将反应温度控制在适宜温度范围内，在温度发生变化时

28、，及时进行调节。发生变化时，及时进行调节。夹套、列管等换热装置。夹套、列管等换热装置。喷射式反应器，通过控制水蒸汽的压力。喷射式反应器，通过控制水蒸汽的压力。702 2、pHpH值的确定与调节控制值的确定与调节控制根据酶的动力学特性，确定酶催化反应的最根据酶的动力学特性，确定酶催化反应的最适适pHpH。分批式反应器，通常在加入酶液之前，用稀分批式反应器，通常在加入酶液之前，用稀酸或稀碱调节底物溶液到酶的最适酸或稀碱调节底物溶液到酶的最适pHpH。连续式反应器，一般将调节好连续式反应器，一般将调节好pHpH的底物溶液的底物溶液连续加到反应器中。连续加到反应器中。有些酶的底物或产物是一种酸或碱，反

29、应前有些酶的底物或产物是一种酸或碱，反应前后后pHpH变化大，必须在反应过程中进行必要的变化大，必须在反应过程中进行必要的调节。调节。71pHpH的调节通常采用稀酸或稀碱溶液进行的调节通常采用稀酸或稀碱溶液进行，加入稀酸或稀碱溶液时，加入稀酸或稀碱溶液时要一边搅拌一边慢慢添加，以防止局要一边搅拌一边慢慢添加，以防止局部过酸或过碱部过酸或过碱必要时可以采用缓冲溶液配制底物溶必要时可以采用缓冲溶液配制底物溶液，以维持反应液的液，以维持反应液的pHpH。723 3、底物浓度的确定与调节控制、底物浓度的确定与调节控制底物浓度是决定酶催化速度的主要因素。底物浓度是决定酶催化速度的主要因素。要确定一个适宜

30、的底物浓度范围。要确定一个适宜的底物浓度范围。通常底物浓度在通常底物浓度在510Km510Km。要防止高浓度底物的抑制作用。要防止高浓度底物的抑制作用。734 4、酶浓度的确定与调节控制、酶浓度的确定与调节控制综合考虑反应速度和成本，确定一个适综合考虑反应速度和成本，确定一个适宜的酶浓度。宜的酶浓度。对连续式固定化酶反应器应具备添加或对连续式固定化酶反应器应具备添加或更换酶的装置，而且要求这些装置的结更换酶的装置，而且要求这些装置的结构简单、操作容易。构简单、操作容易。74保证酶与底物混合均匀，使酶分子与底物分保证酶与底物混合均匀，使酶分子与底物分子能够进行有效碰撞，进而互相结合进行子能够进行

31、有效碰撞，进而互相结合进行催化反应。催化反应。首先要在试验的基础上确定适宜的搅拌速度首先要在试验的基础上确定适宜的搅拌速度，并根据情况的变化进行搅拌速度的调节，并根据情况的变化进行搅拌速度的调节。搅拌速度过慢，会影响混合的均匀性；搅拌速度过慢，会影响混合的均匀性；搅拌过快，产生的剪切力会使酶的结构受搅拌过快，产生的剪切力会使酶的结构受到影响，尤其是会使固定化酶的结构破坏到影响，尤其是会使固定化酶的结构破坏甚至破碎。甚至破碎。75必须确定适宜的流动速度和流动状态（流体必须确定适宜的流动速度和流动状态（流体速度、流量、进液管的方向和排布等），并速度、流量、进液管的方向和排布等），并根据变化的情况进

32、行适当的调节。根据变化的情况进行适当的调节。流化床反应器，通过控制进液口的流体流速流化床反应器，通过控制进液口的流体流速和流量以及进液管的方向和排布等方法，加和流量以及进液管的方向和排布等方法，加以调节。以调节。填充床式反应器，必须选择好适宜流速。填充床式反应器，必须选择好适宜流速。76膜反应器膜反应器，采用适当的速度搅拌，使粘附，采用适当的速度搅拌，使粘附在膜表面的固形物和大分子物质离开膜表在膜表面的固形物和大分子物质离开膜表面，还可以通过控制流动速度和流动状态面，还可以通过控制流动速度和流动状态，使反应液混合均匀，减少浓差极化现象，使反应液混合均匀，减少浓差极化现象的发生。的发生。喷射式反

33、应器喷射式反应器，可以控制蒸汽压力和喷射，可以控制蒸汽压力和喷射速度进行调节。速度进行调节。77二、酶反应器操作的注意事项二、酶反应器操作的注意事项1、保持酶反应器的操作稳定性在酶反应器的应用过程中，尽量保持操作的稳定性，以避免反应条件的激烈波动。搅拌罐式反应器，尽量保持搅拌速度的稳定；连续式反应器，尽量保持流速的稳定，流进的底物浓度和流出的产物浓度不要变化太大；填充床式反应器，防止固定化酶的破碎、挤压而产生的阻塞现象发生；78膜反应器，要防止浓差极化而产生的膜膜反应器，要防止浓差极化而产生的膜孔阻塞现象。孔阻塞现象。反应过程，尽量保持反应温度、反应液反应过程，尽量保持反应温度、反应液pHpH

34、值等的稳定，不要波动太大，以保值等的稳定，不要波动太大，以保持反应器恒定的生产能力。持反应器恒定的生产能力。79尽量保持液体和气体的流动方式和状尽量保持液体和气体的流动方式和状态。态。流动方式和状态的改变，会影响底物流动方式和状态的改变，会影响底物、产物与酶的接触状态，从而影响催、产物与酶的接触状态，从而影响催化反应的速度。化反应的速度。80特别注意防止酶的变性失活。特别注意防止酶的变性失活。影响因素主要有温度、影响因素主要有温度、pHpH、重金属离子以及、重金属离子以及剪切力等。剪切力等。除了某些耐高温的酶以外，通常酶的催化除了某些耐高温的酶以外，通常酶的催化反应在反应在6060以下进行；以

35、下进行；除了某些特别耐酸碱的酶以外，通常酶在除了某些特别耐酸碱的酶以外，通常酶在pH4-9pH4-9的条件下进行；的条件下进行；重金属离子例如铅离子（重金属离子例如铅离子（PbPb2+2+）、汞离子）、汞离子（HgHg2+2+）等会与酶分子结合而引起酶的不）等会与酶分子结合而引起酶的不可逆变性。可逆变性。81在应用酶反应器进行催化反应过程中，由于酶的作用底物或反应产物往往只有一二种，一般情况下不具备微生物生长、繁殖的基本条件，在进行操作时，一般不必在严格的无菌条件下进行操作，然而并不意味着不必防止微生物污染。不同酶的催化反应，由于底物、产物和催化条件各不相同，在催化过程中受到微生物污染的可能性

36、有很大差别。82一些酶催化的底物或产物对微生物的生长、繁殖有抑制作用，受微生物污染的情况较少有些酶催化反应温度较高，微生物无法生长有些酶催化反应的pH较高或较低，对微生物有抑制作用。有些酶可以在非水介质中进行催化反应，微生物难于生长繁殖，污染的可能性甚微。而有些酶催化反应的底物或产物是微生物生长、繁殖的营养物质，在反应过程中或者在反应结束后，在适合微生物生长繁殖的条件下，必须注意防止微生物的污染。83酶反应器的操作必须符合必要的卫生条酶反应器的操作必须符合必要的卫生条件，尤其是在生产药用或食用产品时，件，尤其是在生产药用或食用产品时，卫生条件要求较高，应尽量避免微生物卫生条件要求较高，应尽量避免微生物的污染。的污染。84在酶反应器的操作过程中，防止微生物污染的主要措施有：保证生产环境的清洁、卫生，要求符合必要