酶反应器 (2)优秀课件
合集下载
生物酶反应器讲座PPT
Байду номын сангаас
优点：混合良好，各部分组成均一，并与输出组分一致
Advantages
It is simple to use and so is very versatile. In this kind of reactor the enzyme is either added to the solution in the tank, or an immobilised enzyme is dispersed in the reaction solution. A variation is to retain the immobilised enzyme in baskets attached to the impeller shaft, leading to low mass-transfer resistance. This kind of reactor can be used for substrate-inhibited enzymes where substrate is continuously added at a low concentration (fed-batch operation).
BATCH
2. 连续流搅拌反应器（Continuous flow stirred tank reactor， CSTR)
主向要反用应于器中固投定入化固的定生化物酶催和化底剂物溶液，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）
The continuous flow stirred tank reactor (CSTR) is essentially a stirred tank with a continuous feed of substrate and an outflow of product:
优点：混合良好，各部分组成均一，并与输出组分一致
Advantages
It is simple to use and so is very versatile. In this kind of reactor the enzyme is either added to the solution in the tank, or an immobilised enzyme is dispersed in the reaction solution. A variation is to retain the immobilised enzyme in baskets attached to the impeller shaft, leading to low mass-transfer resistance. This kind of reactor can be used for substrate-inhibited enzymes where substrate is continuously added at a low concentration (fed-batch operation).
BATCH
2. 连续流搅拌反应器（Continuous flow stirred tank reactor， CSTR)
主向要反用应于器中固投定入化固的定生化物酶催和化底剂物溶液，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）
The continuous flow stirred tank reactor (CSTR) is essentially a stirred tank with a continuous feed of substrate and an outflow of product:
【正式版】酶反应器类型PPT
• 适用的酶： 特全点，： 反膜应反条应件器容结易构调紧节凑和，控集制反。应与分离于一体，利于连续化生产，但是容易发生差极化而引起膜孔阻塞，清洗比较困难。
适适流用用化的 的 床搅搅反拌拌应方方器式式（，：：bu分连bb批续le式式c、。olu流m加n 分re批ac式to、r, 连B固C续R）式定。化酶 、游离酶
酶与底物混合较均匀，传质阻力较小，反应比较完全，反应条件容易调节和 控制。
填充床式反应器(packed column reactor, PCR)
• 填充床式反应器：是将固定化酶堆叠在反应器中进行催化反应的一类反应器。 • 适用的搅拌方式：连续式 • 适用的酶：固定化酶
• 特点：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，在工业生产中普遍使用。
• 特点： 特膜点反： 应流器化（床me反m应br器an具e 有re混ac合to均r, M匀R，）传质传热效果好，温度和pH的调节控制比较容易，不易堵塞，对黏度较大反应夜也可以进行催化
反流适特应化用点。 床 的 ：反搅设应拌备器方简（式单：，bu分操bb批作le式方c、便olu流，m加单n膜分位r反e批体ac式积应to、反r,器连应BC续床R结）式的构。固定紧化凑酶密，度集大，反可应以提与高分酶催离化于反应一的体速度，，利在工于业连生产续中化普遍生使产用。，但 填适充用床 的式搅反拌应方是器式容：(pa连易ck续e发d式c。生olum差n 极reac化tor而, PC引R) 起膜孔阻塞，清洗比较困难。
酶反应器类型
搅拌罐式反应器（stirred tank reactor, STR）
• 搅拌罐式反应器：
一种带有搅拌罐的罐式反应器，在酶催化反应中最常见的反应器！
适用的搅拌方式，分批式、流加分批式、连续式。 试用的酶，游离酶、固定化酶。 搅拌罐式反应器特点：由搅拌罐、搅拌器和保温装置组成，设备简单，操作容易，
适适流用用化的 的 床搅搅反拌拌应方方器式式（，：：bu分连bb批续le式式c、。olu流m加n 分re批ac式to、r, 连B固C续R）式定。化酶 、游离酶
酶与底物混合较均匀，传质阻力较小，反应比较完全，反应条件容易调节和 控制。
填充床式反应器(packed column reactor, PCR)
• 填充床式反应器：是将固定化酶堆叠在反应器中进行催化反应的一类反应器。 • 适用的搅拌方式：连续式 • 适用的酶：固定化酶
• 特点：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，在工业生产中普遍使用。
• 特点： 特膜点反： 应流器化（床me反m应br器an具e 有re混ac合to均r, M匀R，）传质传热效果好，温度和pH的调节控制比较容易，不易堵塞，对黏度较大反应夜也可以进行催化
反流适特应化用点。 床 的 ：反搅设应拌备器方简（式单：，bu分操bb批作le式方c、便olu流，m加单n膜分位r反e批体ac式积应to、反r,器连应BC续床R结）式的构。固定紧化凑酶密，度集大，反可应以提与高分酶催离化于反应一的体速度，，利在工于业连生产续中化普遍生使产用。，但 填适充用床 的式搅反拌应方是器式容：(pa连易ck续e发d式c。生olum差n 极reac化tor而, PC引R) 起膜孔阻塞，清洗比较困难。
酶反应器类型
搅拌罐式反应器（stirred tank reactor, STR）
• 搅拌罐式反应器：
一种带有搅拌罐的罐式反应器，在酶催化反应中最常见的反应器！
适用的搅拌方式，分批式、流加分批式、连续式。 试用的酶，游离酶、固定化酶。 搅拌罐式反应器特点：由搅拌罐、搅拌器和保温装置组成，设备简单，操作容易，
南京林业大学酶工程酶反应器讲课文档
现在二十二页，总共四十六页。
酶反应器的选择 —— 依据酶反应动力学性质
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
现在二十八页，总共四十六页。
1、确定酶反应器的类型 根据酶、底物和产物的性质，按照上一节所述的选择原则
，选择并确定反应器的类型。 2、确定反应器的制造材料 酶催化反应通常在常温、常压、pH近乎中性的环境中进
行反应，所以酶反应器的设计对制造材料制造反应容器即 可。没有什么特别要求，一般采用不锈钢
现在二十六页，总共四十六页。
三、酶反应器的设计
目的：设计出生产成本最低，产品的产量和质量最高的酶反 应器。
设计依据：
酶促反应动力学以及温度、压力、pH等操作参数对反应特性的影 响；
反应器的型式和反应器内流体流动状态及传热特性； 需要的生产量及生产工艺流程。
现在二十七页，总共四十六页。
设计过程 1、确定酶反应器的类型 2、确定反应器的制造材料 3、进行热量衡算 4、进行物料衡算
反应操作要求
应用的可塑性及成本
现在十九页，总共四十六页。
酶反应器的选择 —— 酶的应用形式
游离酶适用的反应器
特点：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
现在二十页，总共四十六页。
酶反应器的选择 —— 酶的应用形式
可用于连续反应，也可用于分 批反应
剪切力小，对结构较脆弱的细胞和 固定化载体有利
酶反应器的选择 —— 依据酶反应动力学性质
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
现在二十八页，总共四十六页。
1、确定酶反应器的类型 根据酶、底物和产物的性质，按照上一节所述的选择原则
，选择并确定反应器的类型。 2、确定反应器的制造材料 酶催化反应通常在常温、常压、pH近乎中性的环境中进
行反应，所以酶反应器的设计对制造材料制造反应容器即 可。没有什么特别要求，一般采用不锈钢
现在二十六页，总共四十六页。
三、酶反应器的设计
目的：设计出生产成本最低，产品的产量和质量最高的酶反 应器。
设计依据：
酶促反应动力学以及温度、压力、pH等操作参数对反应特性的影 响；
反应器的型式和反应器内流体流动状态及传热特性； 需要的生产量及生产工艺流程。
现在二十七页，总共四十六页。
设计过程 1、确定酶反应器的类型 2、确定反应器的制造材料 3、进行热量衡算 4、进行物料衡算
反应操作要求
应用的可塑性及成本
现在十九页，总共四十六页。
酶反应器的选择 —— 酶的应用形式
游离酶适用的反应器
特点：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
现在二十页，总共四十六页。
酶反应器的选择 —— 酶的应用形式
可用于连续反应，也可用于分 批反应
剪切力小，对结构较脆弱的细胞和 固定化载体有利
酶工程第六章酶反应器
连续式
固定化酶
混合均匀，传质和传热效 果好，温度和pH值的调 节控制容易，不易堵塞， 可催化粘度大的反应液
实用文档
各类反应器的特点
反应器类型 鼓泡塔式
膜反应器
适用 操作方式
分批式 流加分批式
连续式
连续式
适用酶
优点
游离酶 结构简单，操作容易， 固定化酶 剪切力小，混合效果好，
传质、传热效率高,适于 有气体参与的反应
实用文档
2. 填充床反应器 packed column reactor, PBR
特点：将固定化酶填充于反应器 内，底物按一定方向以恒定速度流 过。 活塞流反应器 (plug flow reactor, PFR)：在其横截面上液 体流动速度完全相同，沿流动方向 底物及产物的浓度逐渐变化，但同 一横切面上浓度一致。 适用：固定化酶
实用文档
2. 填充床反应器 packed column reactor, PBR
优点：① 催化剂 密度大、催化效率高
② 易操作、结构简单
③ 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。
缺点：① 传质、传热系数低，温度、pH难以控制
② 底物和产物会产生轴向浓度分布
③ 清洗和更换部分固定化酶麻烦
④ 床内压力降大，底物须在加压下进入
实用文档
2. 填充床反应器 packed column reactor, PBR
实用文档
3. 流化床反应器 fluidized bed reactor, FBR
特点：底物以一定速度由下 向上流过，使固定化酶颗粒在 浮动状态下进行反应。 适用：固定化酶
实用文档
实用文档
中空纤维反应器
特点：由外壳和数以千计的醋酸纤维制成的中空纤维组成 内层：半透膜，可截留大分子物质而允许小分子物质通过 外层：多孔的海绵状支持层，酶被固定在海绵状支持层中 中空纤维可承受较大压力，通过正常超滤程序将底物压入 内壁与海绵状介质上的酶起反应
固定化酶
混合均匀，传质和传热效 果好，温度和pH值的调 节控制容易，不易堵塞， 可催化粘度大的反应液
实用文档
各类反应器的特点
反应器类型 鼓泡塔式
膜反应器
适用 操作方式
分批式 流加分批式
连续式
连续式
适用酶
优点
游离酶 结构简单，操作容易， 固定化酶 剪切力小，混合效果好，
传质、传热效率高,适于 有气体参与的反应
实用文档
2. 填充床反应器 packed column reactor, PBR
特点：将固定化酶填充于反应器 内，底物按一定方向以恒定速度流 过。 活塞流反应器 (plug flow reactor, PFR)：在其横截面上液 体流动速度完全相同，沿流动方向 底物及产物的浓度逐渐变化，但同 一横切面上浓度一致。 适用：固定化酶
实用文档
2. 填充床反应器 packed column reactor, PBR
优点：① 催化剂 密度大、催化效率高
② 易操作、结构简单
③ 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。
缺点：① 传质、传热系数低，温度、pH难以控制
② 底物和产物会产生轴向浓度分布
③ 清洗和更换部分固定化酶麻烦
④ 床内压力降大，底物须在加压下进入
实用文档
2. 填充床反应器 packed column reactor, PBR
实用文档
3. 流化床反应器 fluidized bed reactor, FBR
特点：底物以一定速度由下 向上流过，使固定化酶颗粒在 浮动状态下进行反应。 适用：固定化酶
实用文档
实用文档
中空纤维反应器
特点：由外壳和数以千计的醋酸纤维制成的中空纤维组成 内层：半透膜，可截留大分子物质而允许小分子物质通过 外层：多孔的海绵状支持层，酶被固定在海绵状支持层中 中空纤维可承受较大压力，通过正常超滤程序将底物压入 内壁与海绵状介质上的酶起反应
第六章酶反应器
精品文档
酶膜反应器的应用(yìngyòng)及研究 新进展
6.1 （1）生物大分子的分解
酶反
应器 的类
主要集中在淀粉(diànfěn)、纤维素、蛋白质的
型及 特点
水解。
利用膜的筛分，将生物大分子与分子质量小
的水解产物相分离，可消除产物抑制作用。
水解果胶以降低果汁的黏度；
降低牛奶和乳清中乳糖的含量（乳糖不耐 症）。
➢离子交换：溶液中阳离子与阴离子与称为离子交换剂的固相上离子的交换过 程。
精品文档
1、搅拌罐式反应器
6.1 酶反 应器 的类 型 (lèix íng) 及特 点
精品文档
2、填充(tiánchōng)床式反应器
Packed Bed Reactor, PBR，又称固定床反应器，
6.1
酶反 是固定化酶常用(chánɡ yònɡ)的一种反应器。
型 (lèix
❖ 缺点：反应效率低，搅拌动力消耗；由于搅拌剪
íng) 切力，固定化载体易被破坏、游离酶易发生泡沫
及特
点 化活性下降，反复回收固定化酶过程中易造成酶
的失活损失。
❖发展与改进：在反应器出口装上滤器, 或制成磁 性固定化酶，将酶颗粒装在尼龙网制成的扁平筐 内，作为搅拌桨叶或挡板。
精品文档
❖ 传质：物质以扩散方式从一处转移到另一处的过程，称为质
精品文档
传统酶反应器 搅拌罐式反应器（Stirred Tank Reactor, STR） 填充(tiánchōng)床式反应器(packed bed
reactor, PBR ) 流化床式反应器( Fluidized Bed Reactor,
FBR) 鼓泡式反应器(bubble column reactor, BCR ) 喷射式反应器（projection reactor, PR） 新型酶反应器 酶膜反应器(Membrane Reactor, MR)
酶膜反应器的应用(yìngyòng)及研究 新进展
6.1 （1）生物大分子的分解
酶反
应器 的类
主要集中在淀粉(diànfěn)、纤维素、蛋白质的
型及 特点
水解。
利用膜的筛分，将生物大分子与分子质量小
的水解产物相分离，可消除产物抑制作用。
水解果胶以降低果汁的黏度；
降低牛奶和乳清中乳糖的含量（乳糖不耐 症）。
➢离子交换：溶液中阳离子与阴离子与称为离子交换剂的固相上离子的交换过 程。
精品文档
1、搅拌罐式反应器
6.1 酶反 应器 的类 型 (lèix íng) 及特 点
精品文档
2、填充(tiánchōng)床式反应器
Packed Bed Reactor, PBR，又称固定床反应器，
6.1
酶反 是固定化酶常用(chánɡ yònɡ)的一种反应器。
型 (lèix
❖ 缺点：反应效率低，搅拌动力消耗；由于搅拌剪
íng) 切力，固定化载体易被破坏、游离酶易发生泡沫
及特
点 化活性下降，反复回收固定化酶过程中易造成酶
的失活损失。
❖发展与改进：在反应器出口装上滤器, 或制成磁 性固定化酶，将酶颗粒装在尼龙网制成的扁平筐 内，作为搅拌桨叶或挡板。
精品文档
❖ 传质：物质以扩散方式从一处转移到另一处的过程，称为质
精品文档
传统酶反应器 搅拌罐式反应器（Stirred Tank Reactor, STR） 填充(tiánchōng)床式反应器(packed bed
reactor, PBR ) 流化床式反应器( Fluidized Bed Reactor,
FBR) 鼓泡式反应器(bubble column reactor, BCR ) 喷射式反应器（projection reactor, PR） 新型酶反应器 酶膜反应器(Membrane Reactor, MR)
《固定化酶反应器》PPT课件
医学PPT
30
颗粒状和片状的固定化酶对CSTR和PBR类型 的反应器均可适用，但膜状和纤维状的固定化 酶仅适用于PBR。如果固定化酶容易变形、易 粘结或颗粒细小时，采用FBR较为适宜。
医学PPT
31
根据底物的物理性质来选择
溶解性或浊液性底物，对任何类型的反应器都 适用；颗粒状和胶状底物，往往会堵塞填充床， 需要采用高流速搅拌的CSTR、FBR和RCR以 减少底物颗粒的集结、沉积和堵塞，使底物保 持悬浮状态。
医学PPT
40
FBR的优点是物质交换与热交换特性较好，不 引起堵塞，可用于不溶性或粘性底物的转化， 低压降。但是它消耗动力大，不易直接模仿放 大。
医学PPT
41
CSTR/UFR既适用于水溶性酶，也适用于不溶 性或粘性底物；如果长时间运转，会使酶的稳 定性降低，也容易被超滤膜吸附，并产生浓差 极化现象。
(e) 循环反应器(recycle reactor，RCR)
(f) 流化床反应器(fluidized bed reactor，FBR)
医学PPT
5
间歇式搅拌罐反应器(BSTR)
间歇式搅拌罐反应器也称为分批搅拌反应器， 这类反应器的结构简单，主要设有夹套或盘管 装置，以便加热或冷却罐内物料，控制反应温 度 。 这 类 反 应 器 主 要 用 于 游 离 酶 (enzyme reactor)反应。
间歇式搅拌罐反应器间歇式搅拌罐反应器bstrbstr连续流动搅拌罐反应器连续流动搅拌罐反应器cstrcstr连续流动搅拌罐连续流动搅拌罐超滤膜反应器滤膜反应器cstrufcstruf填充床反应填充床反应循环反应器循环反应器流化床反应器流化床反应器pbrpbrrcrrcrfbrfbr反应器反应器pfrpfr间歇式搅拌罐反应器batchstirredtankreactorbstr连续流动搅拌罐反应器continuousflowstirredtankreactorcstr连续流动搅拌罐超滤膜反应器combinedcstrufreactorcstruf填充床反应器或平推流反应器packedbedreactorpbr或plugflowreactorpfr循环反应器recyclereactorrcr流化床反应器fluidizedbedreactorfbr间歇式搅拌罐反应器也称为分批搅拌反应器这类反应器的结构简单主要设有夹套或盘管装置以便加热或冷却罐内物料控制反应温度
【酶工程】6 第九章__酶反应器
9.1 酶反应器
4. 各种酶反应器的特点（1）
反应器类 型
搅拌罐式反 应器
适用的操作 适用的酶 方式
特点
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 连续式 应器
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。
流化床反应 器
分批式 流加分批式 连续式
固定化酶
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。
9.1 酶反应器
4. 各种酶反应器的特点（2）
反应器类型
鼓泡式反应器
膜反应器 喷射式反应器
适用的操 作方式
分批式 流加分批式 连续式
连续式
连续式
适用的酶
游离酶 固定化酶
游离酶 固定化酶 游离酶
• 因FBR混合均匀，不适用于有产物抑制的 酶反应。
流化床反应器
• 减轻产物抑制：采用多个FBR串联操作，或者将 FBR分成几个不同区域，在不同进口处加入底物溶 液的方式加以改善。
• 提高传质：在固定化酶(细胞)块内添加微小砂粒、 不锈钢粒子等惰性物质，或者加入磁性物质，使柱 床在磁场操作下运行。
第三节 固定化酶反应器的操作
1．操作中存在的问题：
酶的稳定性对酶反应器的功效是很重要 的。
在操作过程中，有时需要用酸或碱来调 节反应液pH。如果局部的pH过高或过 低，就会引起酶的失活，或者使底物和 产物发生水解反应。这时，可用加快搅 拌以促使混合均匀。但这样做，有可能 使游离酶因起泡而变性，使固定化酶破
(2) 能用电脑自动检测和调控，从而获得最佳的反应条件。
第五章 酶反应器-配教材
适用的酶 游离酶 固定化酶
特 点 设备简单,操作容易,酶与底物混合较均匀, 设备简单,操作容易,酶与底物混合较均匀,传质阻 力较小,反应比较完全,反应条件容易调节控制. 力较小,反应比较完全,反应条件容易调节控制. 设备简单,操作方便, 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. 度大,可以提高酶催化反应的速度.在工业生产 中普遍使用 混合均匀,传质和传热效果好,温度和pH值的调节控 混合均匀,传质和传热效果好,温度和pH值的调节控 pH 制比较容易,不易堵塞, 制比较容易,不易堵. 结构简单,操作容易,剪切力小,混合效果好,传质, 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. 传热效率高,适合于有气体参与的反应. 反应器结构紧骤,集反应与分离于一体, 反应器结构紧骤,集反应与分离于一体,利于连续化 生产,但是容易发生浓差极化而引起膜孔阻塞, 生产,但是容易发生浓差极化而引起膜孔阻塞, 清洗比较困难. 清洗比较困难. 通入高压喷射蒸汽,实现酶与底物的混合,进行高温 通入高压喷射蒸汽,实现酶与底物的混合, 短时催化反应,适用于某些耐高温酶的反应. 短时催化反应,适用于某些耐高温酶的反应. 部分输出液回流与进料液混合实现循环反应. 部分输出液回流与进料液混合实现循环反应.提高了 液体的流速, 液体的流速,减少了底物向固定化酶表面传递阻 适用于难溶或不溶性底物的转化反应. 力,适用于难溶或不溶性底物的转化反应.
二,酶反应器的性能评价 酶反应器的性能评价
◆反应器的性能评价应尽可能在模拟原生产 条件下进行,通过测定活性,稳定性, 条件下进行,通过测定活性,稳定性,选择 达到的产物产量,底物转化率等, 性,达到的产物产量,底物转化率等,来衡 量其加工制造质量. 量其加工制造质量. 空时,转化率, 测定的主要参数有 空时,转化率,生产强度 等.
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(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 应介质中的传递。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。
第一节 酶反应器的类型
一、搅拌罐式反应器
是传统形式的反应器，由容器、 搅拌器及保温装置组成，有的 有挡板。 特点及应用
酶反应器 (2)优秀课件
酶反应器
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。
定义: 以酶为催化剂进行反应所需的设备称为酶反应器。
作用:
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。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。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。
易失去活性。
2、连续搅拌罐式反应器
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
产 物
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。
底物
连续搅拌罐式反应器 (Continuous Stirred Tank Reactor,CSTR）
根据酶分子和产物的分子量大小,选择适当孔径超滤膜, 分离膜可根据需要制成平面膜、直管膜、螺旋膜、中 空纤维膜；
采用膜反应器进行游离酶催化集反应分离于一体，一 则回收循环使用，二则产物连续排出降低产物抑制
膜的介绍
膜有超滤膜、透析膜 膜形状有平板状、管状、螺旋状、中空纤维状
膜反应器的应用
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。
理想的酶反应器的要求
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。
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。
(1) 所用生物催化剂应具有较高的比活和酶浓度（或细胞浓度）， 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。
粒状: 适用于搅拌罐、固定床、流化床、鼓泡塔 注意点： 易变形、易凝集或颗粒细小的粒状 酶用流化床，但要增大动力。
膜状: 转盘式、平板式、空心管等膜反应器。
机械强度:
(1)凝胶包埋法和微胶囊法制备的酶,其机械强 度比用纯粹固体作为载体的固定化酶差得多。
(2)塔身长的固定床反应器，用多孔板适当 隔开，防止凝胶自身重量引起变形。
缺点
(1)T与pH难控制；
(2)底物、产物会轴向分布；
(3)清洗更换部分固定化酶较困难；
(4)床内有自压缩倾向，易堵塞；且床内压降
大， 底物须在加压下加入。
三、流化床反应器Fluidized Bed Reactor,FBR
是一种装有较小颗粒的垂 直塔式反应器，形状可为 柱形或锥形。底物以一定 的速度由下向上流过，使 固定化酶在浮动的状态下 反应，液体的混合程度介 于CSTR和PFR之间。
结构简单，不需特殊设备，适 于小规模生产，发酵食品业中 常见。
1、分批搅拌罐式反应器
特点：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：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：操作麻烦，固定化酶经反复回收使用时，
优点
(1）具良好的传质及传热性能，pH、T控制及气体供给较 容易 (2）不易堵塞，适于处理粘度高的液体 (3）能处理粉末状底物 (4）即使应用细粒子的催化剂，压力降也不会很高
缺点 (1）需保持一定的流速，动转成本高，难以放大 (2）颗粒酶易机械破损 (3）酶浓度不高 (4）酶被冲出，降低了转化率
解决办法 (1) 底物循环 (2) 使用几个流态化床组成的反应器
第二节 酶反应器的选择
选择酶反应器要点:
酶的应用形式； 酶的反应动力学性质； 底物产物理化特性； 尽可能结构简单易操作，易维护； 适合多种酶催化，成本低；
例
酶的形状、大小
固定化酶形状主要有粒状(颗粒、小球)、膜 状(膜、薄膜片状、管状)和纤维状3种，反 应器的形状大致可根据酶的形状来确定。
分批式, 流加分批式 连续式,
适用的酶
游离酶 固定化酶
填充床式反应器 连续式
固定化酶
流化床反应器
分批式 流加分批式 连续式
固定化酶
特点 反应比较完全，反应 条件容易调节控制。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ易， 不易堵塞，对粘度较 大反应液也可进行催 化反应。
组， 或使用锥形流态化床。
四、鼓泡式反应器 Bubble column reactor BCR
生物反应有涉及到气体的吸收或产生，最好采用 此类型反应器，或三相流化床反应器。一些无载 体固定化新鲜菌体反应器也可采用此(图)。
鼓泡塔型反应器
五、膜反应器 Membrane reactor MR
将酶催化反应与半透膜分离用用组合在一起的反应器, 可用于游离酶和固定化酶的催化反应;
二、填充床式反应器
packed column reactor PCR
把颗粒状或片状等固定 化酶填充于固定床(也 称填充床，可直立或平 放)内，底物按一定方 向以恒定速度通过反应 床。
是一种单位体积催化剂 负荷量多，效率高的反 应。当前工业多采用它。
优点
可使用高浓度的催化剂，产物和抑制剂从反应 器中不断流出，可减少产物抑制。
缺陷
长期操作稳定性差，酶易在膜上吸附损失或浓缩极化。
六、喷射式反应器
利用高压蒸汽喷射作用，实现酶与底物混合， 进行高温反应的一种反应器。
结构简单，催化速度快，适于耐高温酶。如高 温淀粉酶的淀粉液化。
高压蒸汽
反应液 至维持罐
底物溶液
总结:各种酶反应器的特点
反应器类型 搅拌罐式反应器
适用的操作方式
酶反应器的选择
一、根据酶的应用形式选择反应器 二、根据酶反应动力学性质选择反应器 三、根据底物或产物的理化性质选择反应器
(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。
第一节 酶反应器的类型
一、搅拌罐式反应器
是传统形式的反应器，由容器、 搅拌器及保温装置组成，有的 有挡板。 特点及应用
酶反应器 (2)优秀课件
酶反应器
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。
定义: 以酶为催化剂进行反应所需的设备称为酶反应器。
作用:
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。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。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。
易失去活性。
2、连续搅拌罐式反应器
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
产 物
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。
底物
连续搅拌罐式反应器 (Continuous Stirred Tank Reactor,CSTR）
根据酶分子和产物的分子量大小,选择适当孔径超滤膜, 分离膜可根据需要制成平面膜、直管膜、螺旋膜、中 空纤维膜；
采用膜反应器进行游离酶催化集反应分离于一体，一 则回收循环使用，二则产物连续排出降低产物抑制
膜的介绍
膜有超滤膜、透析膜 膜形状有平板状、管状、螺旋状、中空纤维状
膜反应器的应用
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。
理想的酶反应器的要求
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。
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。
(1) 所用生物催化剂应具有较高的比活和酶浓度（或细胞浓度）， 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。
粒状: 适用于搅拌罐、固定床、流化床、鼓泡塔 注意点： 易变形、易凝集或颗粒细小的粒状 酶用流化床，但要增大动力。
膜状: 转盘式、平板式、空心管等膜反应器。
机械强度:
(1)凝胶包埋法和微胶囊法制备的酶,其机械强 度比用纯粹固体作为载体的固定化酶差得多。
(2)塔身长的固定床反应器，用多孔板适当 隔开，防止凝胶自身重量引起变形。
缺点
(1)T与pH难控制；
(2)底物、产物会轴向分布；
(3)清洗更换部分固定化酶较困难；
(4)床内有自压缩倾向，易堵塞；且床内压降
大， 底物须在加压下加入。
三、流化床反应器Fluidized Bed Reactor,FBR
是一种装有较小颗粒的垂 直塔式反应器，形状可为 柱形或锥形。底物以一定 的速度由下向上流过，使 固定化酶在浮动的状态下 反应，液体的混合程度介 于CSTR和PFR之间。
结构简单，不需特殊设备，适 于小规模生产，发酵食品业中 常见。
1、分批搅拌罐式反应器
特点：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：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：操作麻烦，固定化酶经反复回收使用时，
优点
(1）具良好的传质及传热性能，pH、T控制及气体供给较 容易 (2）不易堵塞，适于处理粘度高的液体 (3）能处理粉末状底物 (4）即使应用细粒子的催化剂，压力降也不会很高
缺点 (1）需保持一定的流速，动转成本高，难以放大 (2）颗粒酶易机械破损 (3）酶浓度不高 (4）酶被冲出，降低了转化率
解决办法 (1) 底物循环 (2) 使用几个流态化床组成的反应器
第二节 酶反应器的选择
选择酶反应器要点:
酶的应用形式； 酶的反应动力学性质； 底物产物理化特性； 尽可能结构简单易操作，易维护； 适合多种酶催化，成本低；
例
酶的形状、大小
固定化酶形状主要有粒状(颗粒、小球)、膜 状(膜、薄膜片状、管状)和纤维状3种，反 应器的形状大致可根据酶的形状来确定。
分批式, 流加分批式 连续式,
适用的酶
游离酶 固定化酶
填充床式反应器 连续式
固定化酶
流化床反应器
分批式 流加分批式 连续式
固定化酶
特点 反应比较完全，反应 条件容易调节控制。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ易， 不易堵塞，对粘度较 大反应液也可进行催 化反应。
组， 或使用锥形流态化床。
四、鼓泡式反应器 Bubble column reactor BCR
生物反应有涉及到气体的吸收或产生，最好采用 此类型反应器，或三相流化床反应器。一些无载 体固定化新鲜菌体反应器也可采用此(图)。
鼓泡塔型反应器
五、膜反应器 Membrane reactor MR
将酶催化反应与半透膜分离用用组合在一起的反应器, 可用于游离酶和固定化酶的催化反应;
二、填充床式反应器
packed column reactor PCR
把颗粒状或片状等固定 化酶填充于固定床(也 称填充床，可直立或平 放)内，底物按一定方 向以恒定速度通过反应 床。
是一种单位体积催化剂 负荷量多，效率高的反 应。当前工业多采用它。
优点
可使用高浓度的催化剂，产物和抑制剂从反应 器中不断流出，可减少产物抑制。
缺陷
长期操作稳定性差，酶易在膜上吸附损失或浓缩极化。
六、喷射式反应器
利用高压蒸汽喷射作用，实现酶与底物混合， 进行高温反应的一种反应器。
结构简单，催化速度快，适于耐高温酶。如高 温淀粉酶的淀粉液化。
高压蒸汽
反应液 至维持罐
底物溶液
总结:各种酶反应器的特点
反应器类型 搅拌罐式反应器
适用的操作方式
酶反应器的选择
一、根据酶的应用形式选择反应器 二、根据酶反应动力学性质选择反应器 三、根据底物或产物的理化性质选择反应器