酶工程第八章 酶反应器

1、酶和固定化酶在体外进行催化反应时，都必需在一定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。和催化反应的速度。定义定义: :以酶为催化剂进行反应所需的设备称为以酶为催化剂进行反应所需的设备称为酶反应器酶反应器。作用作用: : 酶反应器是用于完成酶促反应的核心装置。它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为酶催化反应提供合适的场所和最佳的反应条件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）最大限度地转以便在酶的催化下，使底物（原料）最大限度地转化成产物。

2、它处于酶催化应过程的中心地位，是连化成产物。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。的速度由规定的反应物制备特定产物。l生物反应器设计的主要目标：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。l评价生物反应器的主要标准：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

3、降。能力下降。(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），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。才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。是传统形式的反应器，由容器、是传统形式的反应器，由容器、搅拌器及保温装置组成，有的搅拌

4、器及保温装置组成，有的有挡板。有挡板。l特点及应用特点及应用结构简单，不需特殊设备，适结构简单，不需特殊设备，适于小规模生产，发酵食品业中于小规模生产，发酵食品业中常见。常见。l特点特点：底物与酶一次性投入反应器内，产物一：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）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。用过滤法或超滤法回收，再转入下一批反应。 l优点优点：装置较简单，造价较低，传质阻力很小，：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。反应能很迅速达到稳态。l缺点缺点：操作麻烦，固定化酶经反复回收使用时，：

5、操作麻烦，固定化酶经反复回收使用时，易失去活性。易失去活性。连续搅拌罐式反应器连续搅拌罐式反应器(Continuous Stirred Tank Reactor,CSTR）底物底物产产物物 向反应器投入固定化酶和底向反应器投入固定化酶和底物溶液，不断搅拌，反应达到平物溶液，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，以相同流速入底物溶液，同时，以相同流速输出反应液（含产物）。输出反应液（含产物）。优点是：在理想状况下，混合良优点是：在理想状况下，混合良好，各部分组成相同，并与输出好，各部分组成相同，并与输出成分一致。成分一致。缺点是：搅拌浆剪切

6、力大，易打缺点是：搅拌浆剪切力大，易打碎、磨损固定化酶颗粒。碎、磨损固定化酶颗粒。把颗粒状或片状等固定把颗粒状或片状等固定化酶填充于固定床化酶填充于固定床( (也也称填充床，可直立或平称填充床，可直立或平放放) )内，底物按一定方内，底物按一定方向以恒定速度通过反应向以恒定速度通过反应床。床。是一种单位体积催化剂是一种单位体积催化剂负荷量多，效率高的反负荷量多，效率高的反应。当前工业多采用它。应。当前工业多采用它。优点优点l可使用高浓度的催化剂，产物和抑制剂从反应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。器中不断流出，可减少产物抑制。缺点缺点(1)T(1)T与与pH

7、pH难控制；难控制；(2)(2)底物、产物会轴向分布；底物、产物会轴向分布；(3)(3)清洗更换部分固定化酶较困难；清洗更换部分固定化酶较困难；(4)(4)床内有自压缩倾向，易堵塞；且床内压降床内有自压缩倾向，易堵塞；且床内压降 大，大， 底物须在加压下加入。底物须在加压下加入。是一种装有较小颗粒的垂是一种装有较小颗粒的垂直塔式反应器，形状可为直塔式反应器，形状可为柱形或锥形。底物以一定柱形或锥形。底物以一定的速度由下向上流过，使的速度由下向上流过，使固定化酶在浮动的状态下固定化酶在浮动的状态下反应，液体的混合程度介反应，液体的混合程度介于于CSTRCSTR和和PFRPFR之间。之间。优点优点

8、(1(1）具良好的传质及传热性能，）具良好的传质及传热性能，pHpH、T T控制及气体供给较容控制及气体供给较容易易(2(2）不易堵塞，适于处理粘度高的液体）不易堵塞，适于处理粘度高的液体(3(3）能处理粉末状底物）能处理粉末状底物(4(4）即使应用细粒子的催化剂，压力降也不会很高）即使应用细粒子的催化剂，压力降也不会很高缺点缺点(1(1）需保持一定的流速，动转成本高，难以放大）需保持一定的流速，动转成本高，难以放大 (2(2）颗粒酶易机械破损）颗粒酶易机械破损(3(3）酶浓度不高）酶浓度不高(4(4）酶被冲出，降低了转化率）酶被冲出，降低了转化率解决办法解决办法(1) (1) 底物循环底物循

9、环(2) (2) 使用几个流态化床组成的反应器使用几个流态化床组成的反应器 组，组， 或使用锥形流态化床。或使用锥形流态化床。生物反应有涉及到气体的吸收或产生，最好采用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体固定化新鲜菌体反应器也可采用此( (图图) )。l将酶催化反应与半透膜分离用用组合在一起的反应器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可用于游离酶和固定化酶的催化反应; ;l根据酶分子和产物的分子量大小根据酶分子和产物的分子量

10、大小, ,选择适当孔径超滤选择适当孔径超滤膜膜, ,分离膜可根据需要制成平面膜、直管膜、螺旋膜、分离膜可根据需要制成平面膜、直管膜、螺旋膜、中空纤维膜；中空纤维膜；l采用膜反应器进行游离酶催化集反应分离于一体，一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的介绍膜有超滤膜、透析膜膜有超滤膜、透析膜膜形状有平板状、管状、螺旋状、中空纤维状膜形状有平板状、管状、螺旋状、中空纤维状膜反应器的应用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。可作用于胶态或不溶性底物，特别是产物对酶

11、有抑制作用时。缺陷缺陷长期操作稳定性差，酶易在膜上吸附损失或浓缩极化。长期操作稳定性差，酶易在膜上吸附损失或浓缩极化。l利用高压蒸汽喷射作用，实现酶与底物混合，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。进行高温反应的一种反应器。l结构简单，催化速度快，适于耐高温酶。如高结构简单，催化速度快，适于耐高温酶。如高温淀粉酶的淀粉液化。温淀粉酶的淀粉液化。高压蒸汽高压蒸汽底物溶液底物溶液反应液反应液至维持罐至维持罐反应器类型反应器类型适用的操作方式适用的操作方式适用的酶适用的酶特点特点搅拌罐式反应器搅拌罐式反应器分批式分批式, ,流加分批式流加分批式连续式连续式, ,游离酶游离

12、酶固定化酶固定化酶反应比较完全，反应反应比较完全，反应条件容易调节控制。条件容易调节控制。填充床式反应器填充床式反应器连续式连续式固定化酶固定化酶密度大，可以提高酶密度大，可以提高酶催化反应的速度。在催化反应的速度。在工业生产中普遍使用。工业生产中普遍使用。流化床反应器流化床反应器分批式分批式流加分批式流加分批式连续式连续式固定化酶固定化酶流化床反应器具有混流化床反应器具有混合均匀，传质和传热合均匀，传质和传热效果好，温度和效果好，温度和pHpH值值的调节控制比较容易，的调节控制比较容易，不易堵塞，对粘度较不易堵塞，对粘度较大反应液也可进行催大反应液也可进行催化反应。化反应。l酶的应用形式；酶

13、的应用形式；l酶的反应动力学性质；酶的反应动力学性质；l底物产物理化特性；底物产物理化特性；l尽可能结构简单易操作，易维护；尽可能结构简单易操作，易维护；l适合多种酶催化，成本低；适合多种酶催化，成本低；酶的形状、大小酶的形状、大小固定化酶形状主要有粒状固定化酶形状主要有粒状( (颗粒、小球颗粒、小球) )、膜、膜状状( (膜、薄膜片状、管状膜、薄膜片状、管状) )和纤维状和纤维状3 3种，反种，反应器的形状大致可根据酶的形状来确定。应器的形状大致可根据酶的形状来确定。例例粒状粒状:膜状膜状:适用于搅拌罐、固定床、流化床、鼓泡适用于搅拌罐、固定床、流化床、鼓泡塔塔易变形、易凝集或颗粒细小的粒易

14、变形、易凝集或颗粒细小的粒状酶用流化床，但要增大动力状酶用流化床，但要增大动力。转盘式、平板式、空心管等膜反应转盘式、平板式、空心管等膜反应器器。注意点：注意点：机械强度机械强度:(1)(1)凝胶包埋法和微胶囊法制备的酶凝胶包埋法和微胶囊法制备的酶, ,其机械强其机械强度比用纯粹固体作为载体的固定化酶差得多。度比用纯粹固体作为载体的固定化酶差得多。(2)(2)塔身长的固定床反应器，用多孔板适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。当隔开，防止凝胶自身重量引起变形。一、根据酶的应用形式选择反应器一、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二、根据酶反

15、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三、根据底物或产物的理化性质选择反应器酶与底物均溶解在反应液中，可选用的反应器有酶与底物均溶解在反应液中，可选用的反应器有（1 1）搅拌罐式反应器）搅拌罐式反应器（2 2）鼓泡式反应器）鼓泡式反应器（3 3）膜反应器）膜反应器（4 4）喷射式反应器）喷射式反应器1 1、游离酶反应器的选择、游离酶反应器的选择l游离酶催化反应最常用的是搅拌罐式反应器；游离酶催化反应最常用的是搅拌罐式反应器；l优点：设备简单，操作简便，酶与底物混合较好，物优点：设备简单，操作简便，酶与底物混合较好，物质与热量传递较均匀，反应条件易控；质与热量传递较均匀，反

16、应条件易控；l限制：反应后酶与产物较难分离，酶难于回收利用；限制：反应后酶与产物较难分离，酶难于回收利用；l操作：分批式或流加分批式。操作：分批式或流加分批式。l有气体参与的酶催化反应通常采用鼓泡式反应器；有气体参与的酶催化反应通常采用鼓泡式反应器；l特点：结构简单，操作较易，混合均匀，物热传递效率高；特点：结构简单，操作较易，混合均匀，物热传递效率高；例：例：O2GH2O2l为了使酶能回收利用，采用游离酶膜反应器；为了使酶能回收利用，采用游离酶膜反应器；l根据酶和产物分子质量选择适宜孔径超滤膜，防止浓根据酶和产物分子质量选择适宜孔径超滤膜，防止浓差极化现象；差极化现象；l某些耐高温的酶，采用

17、喷射式反应式；某些耐高温的酶，采用喷射式反应式；l特点：混合效果好，催化效率高；特点：混合效果好，催化效率高；l只限耐高温酶；只限耐高温酶；l固定化酶特点：固定化酶特点：稳定性好，可反复使用稳定性好，可反复使用形状有颗粒状，平板状，直管状，螺旋管状；形状有颗粒状，平板状，直管状，螺旋管状；l颗粒状固定化酶可采用的反应器有：颗粒状固定化酶可采用的反应器有：（1 1）搅拌罐式反应器；）搅拌罐式反应器；（2 2）填充式反应器；）填充式反应器；（3 3）流化床式反应器；）流化床式反应器；（4 4）鼓泡式反应器；）鼓泡式反应器；l特点：混合均匀，传质传热效果好；特点：混合均匀，传质传热效果好；l限制：机

18、械强度差的需注意浆剪切应力；限制：机械强度差的需注意浆剪切应力；l特点：单位体积反应床的固定化酶密度特点：单位体积反应床的固定化酶密度大，提高酶催化效率与速度；大，提高酶催化效率与速度；l限制：受压力大，易变形，易阻塞限制：受压力大，易变形，易阻塞l注意点：控制好高度，采取多孔托板分注意点：控制好高度，采取多孔托板分隔减小静压；隔减小静压；l特点：混合效果显著；特点：混合效果显著；l限制：动力消耗大，固限制：动力消耗大，固定化颗粒不能过大，密定化颗粒不能过大，密度与反应液相当，具较度与反应液相当，具较高强度；高强度； 适于有气体参加的酶催化反应，具有气、固、液适于有气体参加的酶催化反应，具有气

19、、固、液三相，故称三相流化床式反应器，具流化床式反应三相，故称三相流化床式反应器，具流化床式反应器特点。器特点。反应器结合酶形式反应器结合酶形式l酶反应动力学是研究酶催化反应的速度及其影酶反应动力学是研究酶催化反应的速度及其影响因素的学科；响因素的学科；l酶反应动力学对反应器的选择影响酶反应动力学对反应器的选择影响有：有：（1 1）酶与底物混合程度；）酶与底物混合程度；（2 2）底物浓度；）底物浓度；（3 3）产物的抑制作用；）产物的抑制作用；（4 4）酶反应温度。）酶反应温度。l要使酶与底物结合，必须保证酶与底物的碰撞；要使酶与底物结合，必须保证酶与底物的碰撞；l要求：混合均匀；要求：混合均

20、匀；l效果较好的：搅拌罐式，流化床式；效果较好的：搅拌罐式，流化床式；l较差：填充床式，膜式；较差：填充床式，膜式；l通常，酶反应速度随底物浓度增加而升高；通常，酶反应速度随底物浓度增加而升高；l有些反应，过高的底物浓度会产生抑制；有些反应，过高的底物浓度会产生抑制；l措施：措施：流加分批式反应；流加分批式反应；游离酶膜式；游离酶膜式；固定化酶，连续搅拌罐式反应、流化床式、填充固定化酶，连续搅拌罐式反应、流化床式、填充床式等；床式等；l对于产物抑制的反应，最好选择膜式反应器；对于产物抑制的反应，最好选择膜式反应器；l对于固定化酶，采用填充床式；对于固定化酶，采用填充床式；l能耐高温的酶最好选用

21、喷射式反应器；能耐高温的酶最好选用喷射式反应器；l优点：高温下反应速度快，时间缩短，催化效优点：高温下反应速度快，时间缩短，催化效率高；率高；在催化过程，底物产物的理化性质直接影响到催在催化过程，底物产物的理化性质直接影响到催化反应速率，其分子质量、溶解性、黏度等性化反应速率，其分子质量、溶解性、黏度等性质对反应器亦有影响；质对反应器亦有影响；底物的性质底物的性质底物包括溶解性物质底物包括溶解性物质(包括乳浊液包括乳浊液)、颗粒、颗粒物质、胶体物质物质、胶体物质后两者会堵塞填充床，故应后两者会堵塞填充床，故应用搅拌罐或流化床型反应器用搅拌罐或流化床型反应器但过高的搅拌速度又可能引起固定但过高的

22、搅拌速度又可能引起固定化酶的切变粉碎，故需选取合适的化酶的切变粉碎，故需选取合适的反应器和合适的搅拌速度与流速。反应器和合适的搅拌速度与流速。（1 1）分子量较大）分子量较大- -一般不采用膜反应器；一般不采用膜反应器；（2 2）溶解度低，黏度高）溶解度低，黏度高- -选用搅拌罐式或流化床式；选用搅拌罐式或流化床式；（3 3）底物为气体）底物为气体- -鼓泡式鼓泡式（4 4）具有辅酶的反应）具有辅酶的反应- -通常不采用膜反应器通常不采用膜反应器（5 5）适用性）适用性- -满足多种酶，多种条件满足多种酶，多种条件（6 6）结构）结构- -简单简单（7 7）成本）成本- -低低设计目的设计目的

23、设计出一个既能发挥生物反应的优点设计出一个既能发挥生物反应的优点又可克服一些限制因素，以最低的生又可克服一些限制因素，以最低的生产成本，获得最高的产量和质量的酶产成本，获得最高的产量和质量的酶反应器。反应器。设计原理（依据）设计原理（依据）(1)(1)底物的酶促反应动力学以及温度、压底物的酶促反应动力学以及温度、压力、力、pHpH等操作参数对此特性的影响。等操作参数对此特性的影响。(2)(2)反应器的型式和反应器内流体流动状反应器的型式和反应器内流体流动状态及传热特性。态及传热特性。(3)(3)需要的生产量及生产工艺流程。需要的生产量及生产工艺流程。上述上述3项组合建立的项组合建立的式子称为设

24、计方程式子称为设计方程式或操作方程式。式或操作方程式。反应器设计一般需要的关系式反应器设计一般需要的关系式:物料平衡物料平衡; ;热量平衡热量平衡; ;反应动力学反应动力学; ;流动特性等。流动特性等。根据酶底物产物性质，按上一节所述的选择原则，根据酶底物产物性质，按上一节所述的选择原则，确定反应器类型确定反应器类型一般采用不锈钢制造容器即可，无特殊要一般采用不锈钢制造容器即可，无特殊要求。求。l酶催化反应般在酶催化反应般在30307070常温下进行，热常温下进行，热量衡算不复杂，温度调节也较简单。量衡算不复杂，温度调节也较简单。l热水通夹（列管）；热水通夹（列管）；l喷射式用水蒸气热焓和用量

25、计算。喷射式用水蒸气热焓和用量计算。1 1、酶反应动力学参数的确定、酶反应动力学参数的确定2 2、计算底物用量、计算底物用量3 3、计算反应液总体积、计算反应液总体积4 4、计算酶用量、计算酶用量5 5、计算反应器数目、计算反应器数目l确定底物浓度、酶浓度、最适温度、最适确定底物浓度、酶浓度、最适温度、最适pHpH、激活剂浓度；激活剂浓度；l关键之一：底物浓度；关键之一：底物浓度；l关键之二：酶浓度。关键之二：酶浓度。l根据产量要求、产物转化率、收得率，计算底物量。根据产量要求、产物转化率、收得率，计算底物量。产量产量产物转化率产物转化率（Y YP P/S/S）是指底物转化为产物的比率）是指底

26、物转化为产物的比率当副产物可当副产物可忽略时：忽略时：l收得率（收得率（R R）指分离得到的产物量与反应生成指分离得到的产物量与反应生成的产物量比值的产物量比值根据所要求的指标，计算根据所要求的指标，计算底物用量底物用量：l根据根据底物用量底物用量及及底物浓度底物浓度可计算反应液体积可计算反应液体积分批反应分批反应:以每天获得的反应液总体积以每天获得的反应液总体积Vd表示表示;连续反应连续反应:以每小时获得的反应液总体积以每小时获得的反应液总体积Vh表示表示.l根据反应液体积与酶浓度计算根据反应液体积与酶浓度计算酶浓度的考虑酶浓度的考虑酶浓度升高可减少酶反应器酶浓度升高可减少酶反应器的体积和反

27、物在反应器内的的体积和反物在反应器内的存留时间。但并非越高越好，存留时间。但并非越高越好，要考虑经济因素。要考虑经济因素。l根据生产规模生产条件确定反应器有效体积根据生产规模生产条件确定反应器有效体积（V V0 0）和反应器数目；）和反应器数目；l一般不采用一个反应器，而是一般不采用一个反应器，而是2 2个以上；个以上；l反应器有效体积反应器有效体积指酶催化时单个反应器可容纳指酶催化时单个反应器可容纳的反应液最大的体积，一般为反应器总体积的的反应液最大的体积，一般为反应器总体积的70-80%70-80%分批反应中反应器数目：分批反应中反应器数目：连续反应中反应器数目：连续反应中反应器数目：Vd

28、:每天获得的每天获得的反应液总体积反应液总体积(L/d);V0:单个反应器有单个反应器有效体积效体积(L);t:底物在反应器底物在反应器中停留时间中停留时间.V h:每小时获得的反应每小时获得的反应液体积液体积(L/h).连续式反应器还可根据其生产强度计算反应器数目连续式反应器还可根据其生产强度计算反应器数目酶反应器生产强度酶反应器生产强度Qp表示每小时每升反应体积所生产的产物的克数表示每小时每升反应体积所生产的产物的克数连续反应器数目（连续反应器数目（N N）与反应液）与反应液生产强度（生产强度（Qp)Qp)关系如下：关系如下：Ph:每小获得的每小获得的产物量产物量(g/h);Vh:每小时获

29、每小时获得的反应液体得的反应液体积积(L/h).P:产物浓度产物浓度Qp与酶浓度的关系与酶浓度的关系Q Qp p随催化剂浓度随催化剂浓度X X及比活及比活S Sa a( (酶催化效率酶催化效率) )的增加而增的增加而增加；加；虚线表示操作限度虚线表示操作限度, ,是产物合是产物合成时质量与热量的传递函数；成时质量与热量的传递函数；设计时要注意质与热的传递。设计时要注意质与热的传递。最佳的热质传递可获得最大最佳的热质传递可获得最大产率。产率。酶催化率酶催化率Rp/eR Rp/ep/e和操作条件有如下关系和操作条件有如下关系: :tc:tc:一般为半衰期一般为半衰期t t1/21/2. .S Sa

30、 a(t):(t):为单位时间内每克酶能作用的底物克数为单位时间内每克酶能作用的底物克数 ( (即酶的催化效率，比活即酶的催化效率，比活) )表示单位量的酶催化产物形成的克数表示单位量的酶催化产物形成的克数. .为了达到最小量的酶最短时间内完成最大量的反应，为了达到最小量的酶最短时间内完成最大量的反应，要求要求: :(1)(1)选择恰当的酶应用形式选择恰当的酶应用形式; ;(2)(2)选择和设计合适的酶反应器选择和设计合适的酶反应器; ;(3)(3)确定合理的反应操作条件确定合理的反应操作条件. .以上三者是互相关联的。以上三者是互相关联的。1 1、反应温度的确定与调节控制、反应温度的确定与调

31、节控制2 2、pHpH值的确定与调节控制值的确定与调节控制3 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4 4、酶浓度的确定与调节控制、酶浓度的确定与调节控制5 5、搅拌速度的确定与调节控制、搅拌速度的确定与调节控制6 6、流动速度的确定与调节控制、流动速度的确定与调节控制l酶催化作用受到温度的显著影响酶催化作用受到温度的显著影响; ;l酶催化有一个最适温度酶催化有一个最适温度; ;l一般通过夹列管等换热装置一般通过夹列管等换热装置; ;l酶催化有一个最适酶催化有一个最适pH;pH;l根据酶的动力学特性确定酶的最适根据酶的动力学特性确定酶的最适pH;pH;l分批式分批式, ,先将底

32、物溶液调到酶最适先将底物溶液调到酶最适pH;pH;l连续式连续式, ,调好调好pHpH的底物溶液连续加到期反应器中的底物溶液连续加到期反应器中; ;l有些酶反应前后有些酶反应前后pHpH变化不大变化不大; ;l有些变化大的需用稀酸碱调节或用缓冲液维持。有些变化大的需用稀酸碱调节或用缓冲液维持。l底物要有一定适宜范围；底物要有一定适宜范围；l一般是一般是5-10Km;5-10Km;l分批式，采用流加方式防止高浓度底物抑制；分批式，采用流加方式防止高浓度底物抑制；l连续式反应器中，底物浓度保持恒定；连续式反应器中，底物浓度保持恒定；l底物足够高，催化速度与酶浓度成正比；底物足够高，催化速度与酶浓度

33、成正比；l要考虑到成本；要考虑到成本；l使用一段时间后需对酶进行补充更换。使用一段时间后需对酶进行补充更换。l在实验基础上确定搅拌速度；在实验基础上确定搅拌速度；l过慢，混合不均；过慢，混合不均；l过快，破坏酶结构。过快，破坏酶结构。l连续式反应器中应有适宜的流动速度和流动状态；连续式反应器中应有适宜的流动速度和流动状态；l流速过慢，固定化酶颗粒不能很好飘浮翻动甚至沉流速过慢，固定化酶颗粒不能很好飘浮翻动甚至沉积，影响酶与底物接触反应；积，影响酶与底物接触反应；l流速过快，会使固定化酶结构破坏流失；流速过快，会使固定化酶结构破坏流失；l流化床反应器中，流动速度决定了酶与底物的接触流化床反应器中

34、，流动速度决定了酶与底物的接触和反应进程；和反应进程；l流速慢，反应完全但效率低；流速慢，反应完全但效率低；l活塞流反应（活塞流反应（plug flow reactor,PFR);l膜反应中，控制流速和流动状态，减少浓差极化；膜反应中，控制流速和流动状态，减少浓差极化；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) 控制酶反应器中流动状态控制酶反应器中流动状态酶反应器动转中，反应器中不当流动方式的危害酶反应器动转中，反应器中不当流动方式的危害(1)(1)酶与底物接触不良，降低生产力。酶与底物接触不良，降低生产力。(2)(2)发生程度不同的反应，使产物进一步反应发生程度不同的反应，使

35、产物进一步反应, , 产生副反应。产生副反应。(3)压降加大，载体不规则及填充底物上柱不均匀，产生沟流或堵塞压降加大，载体不规则及填充底物上柱不均匀，产生沟流或堵塞 原因原因 解决办法解决办法搅拌不均或过快，酶分布不均搅拌不均或过快，酶分布不均出料口进料口过滤器互换出料口进料口过滤器互换填充床型中柱高和流速产生压降造成载体填充床型中柱高和流速产生压降造成载体压缩压缩 使用较大的不可压缩的光的珠型填使用较大的不可压缩的光的珠型填充材料均匀装填严控流速充材料均匀装填严控流速壅塞现象壅塞现象( (固体或胶体物沉积妨碍了底物与固体或胶体物沉积妨碍了底物与酶接触酶接触) )有外内壅塞有外内壅塞 间隔式填充，反冲床重新装柱通上间隔式填充，反冲床重新装柱通上行气流。底物高速循环，预处理行气流。底物高速循环，预处理1、保持酶反应器的操作稳定性、保持酶反应器的操作稳定性 (2) 维持酶反应器的恒定生产能力维持酶反应器的恒定生产能力（1）控制流速）控制流速连续或间隔降低流速可维持转化率恒定，连续或间隔降低流速可维持转化率恒定，但要根据产物量决定流速而不能按活性或但要