酶反应器有哪些类型？

2．酶反应器

以酶为催化剂进行反应所需要的设备称为酶反应器。酶反应器有两种类型：一类是直接应用游离酶进行反应，即均相酶反应器；另一类是应用固定化酶进行的非均相酶反应器。酶反应器的种类很多，大致可根据催化剂的形状来选用。粒状催化剂可采用搅拌罐、固定化床和鼓泡塔式反应器，而细小颗粒的催化剂则宜选用流化床。对于膜状催化剂，则可考虑采用螺旋式、转盘式、平板式、空心管式膜反应器。尽管酶工艺在近几十年来有了显著的进展，但是在已知的2000多种酶中已被利用的酶还是少数。

酶反应器

工业上大规模应用的酶大多是单酶系统，而且仅限于水解酶和异构酶两大类。为了适应酶的开发利用的需要，酶反应器的研制也在提高层次。从第二代酶反应器的研制来看，主要包括以下三种类型：①含辅因子的酶反应器；②多相或两相反应器；③固定化多酶反应器。其中多相反应器在近几年来进展较快，例如可以利用脂肪酶的特点来合成具有重要医疗价值的大环内酯和光学聚酯。

无论是分批式还是连续流混合罐型的反应器，都具有结构简单、温度和p H值易控制、能处理胶体底物和不溶性底物及催化剂更换方便等优点，因而常被用于饮料和食品加工工业。但它也存在缺点，即催化剂颗粒容易被搅拌桨叶的剪切力所破坏。在连续流搅拌罐的液体出口处设置过滤器，可以把催化剂颗粒保存在反应器内，或直接选用磁性固定化酶，借助磁场吸力固定。此外，可将催化剂颗粒装在用丝网制成的扁平筐内，作为搅拌桨叶及挡板，以改善粒子与流体问的界面阻力，同时也保证了反应器中的酶颗粒不致流失。

固定床型反应器是指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，它具有单位体积的催化剂负荷量高、结构简单、容易放大、剪切力小、催化效率高等优点，特别适合于存在底物抑制的催化反应但也存在下列缺点：①温度和p H值难控制；②底物和产物会产生轴向分布易引起相应的酶失活程度也呈轴向分布；③更换部分催化剂相当麻烦；④柱内压降相当大，底物必须加压后才能进入。固定化床反应器的操作方式主要有两种，一是底物溶液从底部进入而由顶部排出的上升流动方式，另一种则是上进下出的下降流动方式。

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。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、压降较小等优点，也很适合于需要排气供气的反心，但它荒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。

膜反应器利用膜的分离功能，同时完成反应和分离过程的反应器。这是一类仅适合于生化反应的反应器，包括了用固定化酶膜组装的平板状或螺旋卷型反应器转盘反应器和空心酶管、中空纤维膜反应器等，其中平板状和螺旋卷型反应器具有容易缩小放大等优点，但与真空塔相比，反应器内单位体积催化剂的有效面积较小。空心酶管反应器主要与自动分析仪等组装，用于定量分析。转盘反应器又可细分为立式和卧式两种，主要多于废水处理装置，其中卧式反应器由于液体的上部接触空气可以吸氧，适用于需氧反应。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；外层则是多孔的海绵状支持层，酶被固定在海绵支持层中。这种反应器不仅能承受68个标准大气压以上的压力而且还具有高的装填密度，具有很好的工业应用前景，但是当流量较小时容易产生沟流现象。