食品酶学-固定化

1、q 主要内容主要内容 4.1 4.1 固定化酶的定义与优点固定化酶的定义与优点 4.2 4.2 酶固定化技术发展史酶固定化技术发展史 4.3 4.3 固定化酶的制备方法（重点）固定化酶的制备方法（重点） 4.4 4.4 固定化酶的特性（重点）固定化酶的特性（重点） 4.5 4.5 固定化活细胞固定化活细胞 4.6 4.6 酶催化反应器及其类型酶催化反应器及其类型4.1 4.1 固定化酶的定义与优点固定化酶的定义与优点q 固定化酶固定化酶(immobilized enzyme)(immobilized enzyme)，是指在一，是指在一定的空间范围内起催化作用，并能定的空间范围内起催化作用，并能

2、反复和连续使反复和连续使用用的酶。的酶。 重要固定化酶的优点：固定化酶的优点：（1）同一批固定化酶能在工艺流程中重复多次地使用重复多次地使用；（2）固定化后，和反应物分开，有利于控制生产过程有利于控制生产过程，同时也同时也省去了热处理使酶失活的步骤省去了热处理使酶失活的步骤；（3）稳定性显著提高稳定性显著提高；（4）可长期使用可长期使用，并可预测衰变的速度；（5）提供了研究酶动力学的良好模型研究酶动力学的良好模型。 重要q19161916年，年，NelsonNelson和和GriffinGriffin用用吸附法吸附法实现了酶的固实现了酶的固定化：定化：将蔗糖酶吸附在骨炭粉上将蔗糖酶吸附在骨炭粉

3、上，发现吸附以后，发现吸附以后酶不溶于水而且具有和液体酶同样的活性。酶不溶于水而且具有和液体酶同样的活性。 4.2 4.2 酶固定化技术发展史酶固定化技术发展史 q19531953年年GrubhoferGrubhofer和和SchleithSchleith将将聚氨基苯乙烯树脂重聚氨基苯乙烯树脂重氮化氮化，然后，然后将淀粉酶、羧肽酶、胃蛋白酶和核糖核将淀粉酶、羧肽酶、胃蛋白酶和核糖核酸酶酸酶等酶与这种载体结合，制成了固定化酶。等酶与这种载体结合，制成了固定化酶。q19691969年，日本的千畑一郎等将年，日本的千畑一郎等将固定化氨基酰化酶固定化氨基酰化酶应应用于用于DL-DL-氨基酸的光学拆分上

4、，来生产氨基酸的光学拆分上，来生产L-L-氨基酸，氨基酸，开开创了固定化酶应用于工业生产的先例创了固定化酶应用于工业生产的先例。q20世纪世纪60年代后期对酶的固定化研究，称为年代后期对酶的固定化研究，称为水不水不溶酶溶酶（water insoluble enzyme）和）和固相酶固相酶（solid phase enzyme）。）。q1971年召开的第一届国际酶工程会议上，建议采年召开的第一届国际酶工程会议上，建议采用统一的英文名称用统一的英文名称Immobilized Enzyme。q19731973年，日本的千畑一郎等使用固定化大肠杆菌菌年，日本的千畑一郎等使用固定化大肠杆菌菌体中的天冬氨

5、酸酶，由反丁烯二酸连续生产体中的天冬氨酸酶，由反丁烯二酸连续生产L-L-天冬天冬氨酸，将氨酸，将固定化微生物细胞首次应用于工业生产固定化微生物细胞首次应用于工业生产。q19781978年，日本的铃木等用固定化枯草杆菌生产年，日本的铃木等用固定化枯草杆菌生产-淀粉酶，开始了用淀粉酶，开始了用固定化细胞进行酶的生产固定化细胞进行酶的生产先例。先例。q19861986年，年，我国科学家我国科学家利用利用固定化原生质体发酵生产固定化原生质体发酵生产碱性磷酸酶和葡萄糖氧化酶碱性磷酸酶和葡萄糖氧化酶等相继获得成功。等相继获得成功。 固定化酶应遵循以下几个固定化酶应遵循以下几个原则原则： （1 1）必须注意

6、）必须注意维持酶的构象维持酶的构象，特别是活性中心的构象。，特别是活性中心的构象。（2 2）酶与载体酶与载体必须有必须有一定的结合程度一定的结合程度。（3 3）固定化酶应有）固定化酶应有最小的空间位阻最小的空间位阻。（4 4）固定化应有）固定化应有利于自动化、机械化操作利于自动化、机械化操作。（5 5）固定化酶应有）固定化酶应有最大的稳定性最大的稳定性。（6 6）固定化酶的）固定化酶的成本适中成本适中。4.3 4.3 固定化酶的制备方法固定化酶的制备方法酶的固定化主要方法：酶的固定化主要方法：吸附法、包埋法、共价键结合法和交联法吸附法、包埋法、共价键结合法和交联法。吸附法和共价键结合法又可统称

7、为载体结合法。吸附法和共价键结合法又可统称为载体结合法。 重要 4.3.1 4.3.1 吸附法（吸附法（adsorptionadsorption）q定义：通过载体表面和酶分子表面间的定义：通过载体表面和酶分子表面间的次级键相次级键相互作用互作用而达到固定目的的方法，是固定化中最简而达到固定目的的方法，是固定化中最简单的方法。酶与载体之间的单的方法。酶与载体之间的亲和力是范德华力、亲和力是范德华力、疏水相互作用、离子键和氢键疏水相互作用、离子键和氢键等。等。q吸附法又可分为吸附法又可分为物理吸附法物理吸附法和和离子吸附法离子吸附法。 重要q定义：定义：通过通过物理方法将酶直接吸附在水不溶性载物理

8、方法将酶直接吸附在水不溶性载体表面体表面上而使酶固定化的方法。上而使酶固定化的方法。q载体：载体： 有机载体有机载体：纤维素、胶原、淀粉及面筋等；：纤维素、胶原、淀粉及面筋等； 无机载体无机载体：活性炭、氧化铝、皂土、多孔玻璃、：活性炭、氧化铝、皂土、多孔玻璃、硅胶、二氧化钛、羟基磷灰石等。硅胶、二氧化钛、羟基磷灰石等。 （1 1）物理吸附法）物理吸附法(physical adsorption) 重要q优点：优点：操作简单、价廉操作简单、价廉；条件温和；载体；条件温和；载体可反复可反复使用使用；酶与载体结合后，活性部位及空间构象变；酶与载体结合后，活性部位及空间构象变化不大，固定化化不大，固定

9、化酶活力较高酶活力较高。q缺点缺点：由于靠物理吸附作用，酶和载体：由于靠物理吸附作用，酶和载体结合不牢结合不牢固固，在使用过程中，在使用过程中容易脱落容易脱落。q常与交联法结合使用。常与交联法结合使用。 重要q定义：定义：将酶与含有离子交换基团的水不溶性载体以将酶与含有离子交换基团的水不溶性载体以静电作用力静电作用力相结合相结合的固定化方法，即通过离子键使酶与载体相结合的固定的固定化方法，即通过离子键使酶与载体相结合的固定化方法。化方法。q载体：载体：离子交换剂。离子交换剂。 阴离子交换剂阴离子交换剂：二乙氨基乙基：二乙氨基乙基(DEAE)-(DEAE)-纤维素、混合胺类纤维素、混合胺类(EC

10、TEOLA)-(ECTEOLA)-纤维素、四乙氨基乙基纤维素、四乙氨基乙基(TEAE)-(TEAE)-纤维素、纤维素、DEAE-DEAE-葡聚葡聚糖凝胶等；糖凝胶等； 阳离子交换剂阳离子交换剂：羧甲基：羧甲基(CM)-(CM)-纤维素、纤维素柠檬酸盐、纤维素、纤维素柠檬酸盐、Amberlite CG-50Amberlite CG-50、IRC-50IRC-50、IR-200IR-200、Dowex-50Dowex-50等。等。（2 2）离子吸附法）离子吸附法(ion adsorption) 重要q优点：优点：操作简便、条件温和、操作简便、条件温和、酶活力不易丧失酶活力不易丧失等。等。此外，吸附

11、过程同时可以纯化酶。此外，吸附过程同时可以纯化酶。q缺点：缺点：酶与载体的酶与载体的结合不够牢固结合不够牢固，易受环境因素，易受环境因素如如pHpH、离子强度、底物浓度等影响。、离子强度、底物浓度等影响。 重要4.3.2 4.3.2 包埋法（包埋法（entrapmententrapment）q定义：将酶包埋在高聚物的定义：将酶包埋在高聚物的细微凝胶网格中细微凝胶网格中或或高高分子半透膜内分子半透膜内的固定化方法。的固定化方法。q前者又称为前者又称为凝胶包埋法凝胶包埋法，酶被包埋成网格型；后，酶被包埋成网格型；后者又称为者又称为微胶囊包埋法微胶囊包埋法，酶被包埋成微胶囊型。，酶被包埋成微胶囊型。

12、 重要q（1 1）凝胶包埋法）凝胶包埋法 载体：载体：天然凝胶天然凝胶：海藻酸钠凝胶、角叉菜胶、明胶、：海藻酸钠凝胶、角叉菜胶、明胶、琼脂凝胶、卡拉胶等琼脂凝胶、卡拉胶等合成凝胶或树脂合成凝胶或树脂：聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和光：聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和光交联树脂等。交联树脂等。 q（2 2）微胶囊包埋法）微胶囊包埋法 微胶囊材料微胶囊材料：聚酰胺、火棉胶、醋酸纤维素：聚酰胺、火棉胶、醋酸纤维素 重要q优点：优点：方法简单；防止酶渗出；酶回收率高方法简单；防止酶渗出；酶回收率高。q缺点：缺点：只适用于只适用于小分子底物和产物的酶；高聚物小分子底物和产物的酶；高聚物网格或半透性膜对小分子物质扩散的阻力

13、网格或半透性膜对小分子物质扩散的阻力可能导可能导致固定化酶的动力学行为改变和活力的降低致固定化酶的动力学行为改变和活力的降低。包埋法优缺点包埋法优缺点 重要4.3.3 4.3.3 共价键结合法共价键结合法(covalent binding）q定义：将酶与聚合物载体定义：将酶与聚合物载体以共价键结合以共价键结合的固定化方法。的固定化方法。 酶蛋白上酶蛋白上的的功能基团功能基团：（1 1）酶蛋白）酶蛋白N N末端的末端的- -氨基氨基或赖氨酸残基的或赖氨酸残基的- -氨基氨基。（2 2）酶蛋白）酶蛋白C C末端的末端的- -羧基羧基、天门冬氨酸残基的、天门冬氨酸残基的- -羧基羧基以及以及谷氨酸残

14、基的谷氨酸残基的- -羧基羧基。（3 3）半胱氨酸残基的）半胱氨酸残基的巯基巯基。（4 4）丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基的）丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基的羟基羟基。（5 5）组氨酸残基的）组氨酸残基的咪唑基咪唑基。（6 6）色氨酸残基的）色氨酸残基的吲哚基吲哚基。（7 7）苯丙氨酸和酪氨酸残基的）苯丙氨酸和酪氨酸残基的苯环苯环。 重要q载体的载体的功能基团功能基团： 芳香氨基、羟基、羧基和羧甲基等芳香氨基、羟基、羧基和羧甲基等q载体：载体： 天然高分子衍生物天然高分子衍生物：纤维素、葡聚糖凝胶、琼脂糖：纤维素、葡聚糖凝胶、琼脂糖 合成高聚物：合成高聚物：聚丙烯酰胺、多聚氨基酸聚丙烯酰胺、多聚氨基酸

15、 无机载体：无机载体：多孔玻璃、金属氧化物多孔玻璃、金属氧化物 q载体活化固定酶法载体活化固定酶法：重氮法、叠氮法、溴化氰法、：重氮法、叠氮法、溴化氰法、烷化法烷化法 重要 （1 1）重氮法）重氮法 将载体活化成将载体活化成重氮盐衍生物重氮盐衍生物，再与酶共价键相连接而固定，再与酶共价键相连接而固定化的方法。化的方法。q载体：多糖类的载体：多糖类的芳族氨基衍生物芳族氨基衍生物、氨基酸的共聚体氨基酸的共聚体和和聚丙烯聚丙烯酰胺衍生物酰胺衍生物等。等。 重要 （2 2）叠氮法）叠氮法 即载体活化生成即载体活化生成叠氮化合物叠氮化合物，再与酶分子上的相应基团偶，再与酶分子上的相应基团偶联成固定化酶。

16、联成固定化酶。q载体：载体：含有羟基、羧基、羧甲基等基团含有羟基、羧基、羧甲基等基团，如，如羧甲基纤维素羧甲基纤维素（CMCCMC）、CM-sephadexCM-sephadex（交联葡聚糖）、聚天冬氨酸、乙烯（交联葡聚糖）、聚天冬氨酸、乙烯- -顺丁烯二酸酐共聚物。顺丁烯二酸酐共聚物。 重要（3 3）溴化氰法）溴化氰法 用溴化氰将含有羟基的载体，活化用溴化氰将含有羟基的载体，活化生成亚氨基碳酸酯衍生生成亚氨基碳酸酯衍生物物，然后再与酶分子上的，然后再与酶分子上的氨基偶联氨基偶联。q载体：具有载体：具有连位羟基的高聚物连位羟基的高聚物，如纤维素、葡聚糖凝胶、琼脂，如纤维素、葡聚糖凝胶、琼脂糖凝

17、胶等。糖凝胶等。 重要（4 4）烷化法和芳基化法）烷化法和芳基化法 以卤素为功能团的载体可与酶蛋白分子上的氨基、巯基、酚以卤素为功能团的载体可与酶蛋白分子上的氨基、巯基、酚基等发生基等发生烷基化或芳基化反应烷基化或芳基化反应而使酶固定化。而使酶固定化。q载体：载体：卤素为功能团卤素为功能团，如卤乙酰、三嗪基或卤异丁烯基的衍生，如卤乙酰、三嗪基或卤异丁烯基的衍生物。物。 重要q优点：酶和载体之间的结合相当牢固，酶优点：酶和载体之间的结合相当牢固，酶稳定性好、稳定性好、可连续使用较长时间可连续使用较长时间。 q缺点：载体活化的缺点：载体活化的难度较大难度较大，操作复杂，操作复杂，反应条件反应条件较

18、剧烈较剧烈，制备过程中酶直接参与化学反应，制备过程中酶直接参与化学反应，易引起易引起酶蛋白空间构象变化酶蛋白空间构象变化。共价键结合法优缺点共价键结合法优缺点 重要4.3.4 4.3.4 交联法（交联法（cross-linkingcross-linking）q定义：使用定义：使用双功能或多功能试剂双功能或多功能试剂使使酶分子之间相互交联呈网状酶分子之间相互交联呈网状结构结构的固定化方法。的固定化方法。q酶蛋白的功能团酶蛋白的功能团：氨基、酚基、巯基和咪唑基：氨基、酚基、巯基和咪唑基q双功能试剂双功能试剂：戊二醛戊二醛、己二胺、异氰酸衍生物、双偶氮联苯和、己二胺、异氰酸衍生物、双偶氮联苯和N,N

19、-N,N-乙烯双顺丁烯二酰亚胺等乙烯双顺丁烯二酰亚胺等 重要交联法优缺点交联法优缺点q优点：优点：结合牢固、稳定性好结合牢固、稳定性好q缺点：缺点：酶活力损失大，交联剂价格昂贵酶活力损失大，交联剂价格昂贵 重要固定化酶不同方法的比较固定化酶不同方法的比较固定化酶不同方法的比较固定化酶不同方法的比较4.4 4.4 固定化酶的特性固定化酶的特性4.4.1 4.4.1 固定化酶的形状固定化酶的形状q颗粒和线条颗粒和线条主要用于主要用于工业发酵生产工业发酵生产；q薄膜薄膜主要用于酶电极，应用于主要用于酶电极，应用于分析化学分析化学；q酶管酶管机械强度较大，宜用于机械强度较大，宜用于工业生产工业生产。

20、4.4.2 4.4.2 固定化酶的性质固定化酶的性质q 固定化酶分子状态从固定化酶分子状态从游离游离的状态变为的状态变为牢固地结合牢固地结合于载体于载体的状态，其结果往往引起酶的性质的改变。的状态，其结果往往引起酶的性质的改变。4.4.3 4.4.3 酶活力酶活力 固定化酶的活力在多数情况下比天然酶的活力低，其原因固定化酶的活力在多数情况下比天然酶的活力低，其原因可能是：可能是： 酶活性中心的酶活性中心的重要氨基酸残基与水不溶性载体相结合重要氨基酸残基与水不溶性载体相结合； 当酶与载体结合时，其当酶与载体结合时，其构象的改变构象的改变导致了酶与底物结合导致了酶与底物结合能力或催化底物转化能力的

21、改变；能力或催化底物转化能力的改变； 酶被固定化后，虽不失活，但酶被固定化后，虽不失活，但酶与底物间的相互作用受酶与底物间的相互作用受到空间位阻到空间位阻的影响。的影响。 重要q 个别情况个别情况下，酶经下，酶经固定化后其活力升高固定化后其活力升高，可，可能是由于固定化后酶的抗抑能力提高使得它反而能是由于固定化后酶的抗抑能力提高使得它反而比游离酶活力高。比游离酶活力高。4.4.4 4.4.4 固定化酶的稳定性固定化酶的稳定性 固定化酶的稳定性增强主要表现在：固定化酶的稳定性增强主要表现在：（1 1）操作稳定性操作稳定性（2 2）贮藏稳定性贮藏稳定性（3 3）热稳定性热稳定性 （4 4）对蛋白酶

22、的稳定性对蛋白酶的稳定性 （5 5）酸碱稳定性酸碱稳定性 重要（1 1）底物特异性）底物特异性 当酶的当酶的底物为小分子化合物底物为小分子化合物时，固定化酶的底物特时，固定化酶的底物特异性异性大多数情况下不发生变化大多数情况下不发生变化。而当酶的。而当酶的底物为大分子底物为大分子化合物时化合物时，固定化酶的底物特异性，固定化酶的底物特异性往往会发生变化往往会发生变化。 酶底物为大分子化合物时，底物分子量不同，对固酶底物为大分子化合物时，底物分子量不同，对固定化酶底物特异性的影响也不同，定化酶底物特异性的影响也不同，一般随着底物分子量一般随着底物分子量的增大，固定化酶的活力下降的增大，固定化酶的

23、活力下降。4.4.5 4.4.5 固定化酶的反应特性固定化酶的反应特性（2 2）反应的最适）反应的最适pH pH 酶被固定后，其酶被固定后，其最适最适pHpH和和pHpH曲线常会发生偏移曲线常会发生偏移，原，原因可能有三个方面：因可能有三个方面： 一是一是酶本身电荷酶本身电荷在固定化前后在固定化前后发生变化发生变化； 二是由于二是由于载体电荷性质的影响载体电荷性质的影响致使固定化酶致使固定化酶分子内分子内外扩散层的氢离子浓度产生差异外扩散层的氢离子浓度产生差异； 三是由于酶催化三是由于酶催化反应产物导致反应产物导致固定化酶固定化酶分子内部形分子内部形成带电荷微环境成带电荷微环境。（3 3）反应

24、的最适温度）反应的最适温度 固定化酶的最适反应温度固定化酶的最适反应温度多数较游离酶高多数较游离酶高，会受固定化会受固定化方法以及固定化载体的影响方法以及固定化载体的影响。 （4 4）米氏常数）米氏常数 使用载体结合法制成的固定化酶使用载体结合法制成的固定化酶KmKm有时变动有时变动，主要，主要是由是由于载体与底物间的静电相互作用的缘故于载体与底物间的静电相互作用的缘故。（5 5）最大反应速度）最大反应速度 固定化酶的最大反应速度与游离酶大多数是相同的。固定化酶的最大反应速度与游离酶大多数是相同的。有有些酶的最大反应速度些酶的最大反应速度会因固定化方法的不同而有所差异会因固定化方法的不同而有所

25、差异。4.4.6 4.4.6 固定化酶性质改变的动力学因素固定化酶性质改变的动力学因素q（1 1）酶分子构象酶分子构象改变、化学改变的影响改变、化学改变的影响q（2 2）微环境微环境的影响的影响q（3 3）扩散限制、分配效应扩散限制、分配效应的影响的影响q（4 4）立体屏蔽立体屏蔽的影响的影响 重要 扩散限制效应：扩散限制效应： 酶固定化使生物催化反应从均相转化为多相，于是产生了扩酶固定化使生物催化反应从均相转化为多相，于是产生了扩散阻力：散阻力：1 1）外扩散阻力外扩散阻力是是底物从宏观环境向酶颗粒表面传递过程中的一种底物从宏观环境向酶颗粒表面传递过程中的一种扩散限制效应扩散限制效应，它发生

26、在，它发生在反应之前反应之前，发生在固定化颗粒周围的液，发生在固定化颗粒周围的液膜层。它会使底物在固相酶周围膜层。它会使底物在固相酶周围形成浓度梯度形成浓度梯度，通过，通过增加搅拌速增加搅拌速度和底物流速的方法可以减少外扩散效应度和底物流速的方法可以减少外扩散效应。2 2）内扩散阻力内扩散阻力是指是指底物分子达到固相酶表面后传递到酶活性部位底物分子达到固相酶表面后传递到酶活性部位时的一种扩散阻力时的一种扩散阻力，它，它与催化反应同时进行与催化反应同时进行。载体小而弯曲的细。载体小而弯曲的细孔是产生内扩散阻力的要原因。因此孔是产生内扩散阻力的要原因。因此使用低分子量底物，小的粒使用低分子量底物，

27、小的粒径、载体孔尽可能大而直且互相连通，或仅仅将酶固定在载体表径、载体孔尽可能大而直且互相连通，或仅仅将酶固定在载体表面都可以降低这种内扩散阻力面都可以降低这种内扩散阻力。 分配效应分配效应 由于载体和底物的性质差异引起了微环境和宏观环境由于载体和底物的性质差异引起了微环境和宏观环境之间的性质不同。之间的性质不同。微环境微环境是在固定化酶附近的局部环境，是在固定化酶附近的局部环境，而将主体溶液称为而将主体溶液称为宏观环境宏观环境。 由这种不同造成的底物、产物和各种效应物在两个环境由这种不同造成的底物、产物和各种效应物在两个环境之间的不同分配，被称为之间的不同分配，被称为分配效应分配效应。立体屏

28、蔽立体屏蔽 固定化细胞的固定化细胞的优越性：优越性： 无需进行酶的分离和纯化，无需进行酶的分离和纯化，减少酶的活力损失减少酶的活力损失，同时大，同时大大大降低了成本降低了成本； 可可进行多酶反应进行多酶反应，不仅可以作为单一的酶发挥作用，而，不仅可以作为单一的酶发挥作用，而且可以且可以利用菌体中所含的复合酶系完成一系列的催化反应利用菌体中所含的复合酶系完成一系列的催化反应； 对于活细胞来说，对于活细胞来说，保持了酶的原始状态，酶的稳定性更保持了酶的原始状态，酶的稳定性更高，对污染的抵抗力更强高，对污染的抵抗力更强； 细胞生长停滞时间短细胞生长停滞时间短，细胞多，反应快。，细胞多，反应快。4.5

29、 4.5 固定化活细胞固定化活细胞 固定化细胞的固定化细胞的缺点缺点：q 必须保持菌体的完整必须保持菌体的完整，需防止菌体的自溶，否则，需防止菌体的自溶，否则影响产物的纯度；影响产物的纯度；q 必须抑制必须抑制细胞内蛋白酶对细胞内蛋白酶对目的酶的分解目的酶的分解；q 胞内胞内多酶的存在，会形成副产物多酶的存在，会形成副产物；q 载体、细胞膜或细胞壁会造成载体、细胞膜或细胞壁会造成底物渗透与扩散的底物渗透与扩散的障碍障碍。4.6 4.6 酶催化反应器及其类型酶催化反应器及其类型 以酶为催化剂进行反应所需要的设备称之为酶以酶为催化剂进行反应所需要的设备称之为酶催化反应器，简称催化反应器，简称酶反应

30、器酶反应器。4.6.1 4.6.1 酶反应器的类型酶反应器的类型q 酶反应器有两种类型：酶反应器有两种类型： 直接用直接用游离酶游离酶进行反应，即进行反应，即均相酶反应器均相酶反应器； 应用应用固定化酶固定化酶进行反应，即进行反应，即非均相酶反应器非均相酶反应器。4.6.2 4.6.2 反应器的结构特点反应器的结构特点 又称又称间歇式酶反应器间歇式酶反应器，主要用于，主要用于溶液酶反应溶液酶反应。图图4-2 批量式搅拌桶反应器批量式搅拌桶反应器1 1 批量式搅拌桶反应器批量式搅拌桶反应器（Batch Stirred Tand Reactor, BSTR）优点：结构简单，造价较低，传质阻力很小，

31、优点：结构简单，造价较低，传质阻力很小，反应能迅速达到稳态，主要应用在反应能迅速达到稳态，主要应用在饮料等食品饮料等食品工业工业中。中。缺点：不适用于固定化酶。缺点：不适用于固定化酶。2 连续流搅拌桶反应器连续流搅拌桶反应器 (Continuous Flow Stirred Tand Reactor，CSTR)图图4-3 连续流搅拌桶反应器连续流搅拌桶反应器 CSTR在运转过程中，底物以在运转过程中，底物以恒定的流速流入反应器，与此同恒定的流速流入反应器，与此同时，反应液则以同样的流速流出时，反应液则以同样的流速流出反应器。反应桶内装有搅拌器，反应器。反应桶内装有搅拌器，使反应组分与使反应组分

32、与固定化酶颗粒固定化酶颗粒混合混合均一，出口处有过滤膜，可使不均一，出口处有过滤膜，可使不断补充新鲜底物与反应液流量维断补充新鲜底物与反应液流量维持动态平衡。持动态平衡。优点：反应液优点：反应液混合良好混合良好，各部位的成分相同，各部位的成分相同，并与流出液的组成也一致。其开放结构使得并与流出液的组成也一致。其开放结构使得调调换固定化酶比较容易换固定化酶比较容易，而且，而且有利于控制温度和有利于控制温度和调节调节pHpH，还，还能够处理胶态或不溶性底物能够处理胶态或不溶性底物，受底受底物抑制物抑制的固定化酶采用的固定化酶采用CSTRCSTR有较高的转化率有较高的转化率。缺点：由搅拌产生的缺点：

33、由搅拌产生的剪切力较大剪切力较大，易打碎磨损固易打碎磨损固定化酶颗粒定化酶颗粒。改造：改造：将载有酶的圆片聚合物将载有酶的圆片聚合物固定在搅拌轴上固定在搅拌轴上或或者者放置在与搅拌轴一起转动的金属网筐内放置在与搅拌轴一起转动的金属网筐内，既能，既能保证反应液搅拌均匀，又不致损坏固定化酶。保证反应液搅拌均匀，又不致损坏固定化酶。3 填充床反应器填充床反应器(Packed Bed Reactor，PBR)图4-4填充床反应器 又称固定床反应器。又称固定床反应器。在填充床反应器内，底物在填充床反应器内，底物在一定方向上以恒定的速在一定方向上以恒定的速度通过固定化酶柱。度通过固定化酶柱。q优点：优点：

34、高效率、易操作、结构简单高效率、易操作、结构简单，适用于各种，适用于各种形状的固定化酶和不含固体颗粒、黏度不大的底形状的固定化酶和不含固体颗粒、黏度不大的底物溶液，以及有产物抑制的转化反应。物溶液，以及有产物抑制的转化反应。q缺点：缺点：传质系数和传热系数相对较低传质系数和传热系数相对较低。底物溶液。底物溶液含固体颗粒或黏度很大时，不宜采用含固体颗粒或黏度很大时，不宜采用PBRPBR。4 流化床反应器流化床反应器(Fluidzed Bed Reactor，FBR)图图4-5 流化床反应器流化床反应器 FBR是是种装有较小颗粒的垂种装有较小颗粒的垂直塔式反应器。反应时，底物溶液直塔式反应器。反应

35、时，底物溶液以足够大的流速，从反应器底部向以足够大的流速，从反应器底部向上通过固定化酶柱床，便能使固定上通过固定化酶柱床，便能使固定化酶颗粒始终处于流化状态。化酶颗粒始终处于流化状态。优点：反应器内混合程度高，优点：反应器内混合程度高，传热、传质情况良好传热、传质情况良好。缺点：缺点：不适用于有产物抑制的酶反应不适用于有产物抑制的酶反应。5 连续搅拌桶连续搅拌桶-超滤反应器超滤反应器(CSTRUF)图图4-6 连续搅拌桶连续搅拌桶-超滤反应器超滤反应器 该反应器在该反应器在CSTRCSTR出口处设置一出口处设置一个超滤装置，通过超滤装置，酶可个超滤装置，通过超滤装置，酶可以循环使用。该超滤器中

36、的半透性以循环使用。该超滤器中的半透性超滤膜只允许小分子产物通过，不超滤膜只允许小分子产物通过，不允许大分子酶和底物通过。允许大分子酶和底物通过。优点：该反应器可以将小分子产物与大分子酶和优点：该反应器可以将小分子产物与大分子酶和底物分开，底物分开，有利于产物回收有利于产物回收。适用于颗粒较细的。适用于颗粒较细的固定化酶、游离酶和细胞以及小分子产物与大分固定化酶、游离酶和细胞以及小分子产物与大分子底物。子底物。6 6 循环反应器循环反应器（Recycle Reactor，RCR）外循环反应器外循环反应器 内循环反应器内循环反应器 循环操作仍能为底物与酶提供足够的接触机会，以达到循环操作仍能为底物与酶提供足够的接触机会，以达到所需的转化率。所需的转化率。可用于可用于难溶或者不溶性底物难溶或者不溶性底物的转化反应的转化反应。 固定化酶反应器的选择依据固定化酶反应器的选择依据1 1、固定化酶的、固定化酶的形状形状 一般言之，一般言之，颗粒状或片状颗粒状或片状固定化酶对固定化酶对连续流搅拌桶式反应连续流搅拌桶式反应器器和和填充式反应器填充式反应器类型的反应器类型的反应器均可适用均可适用。 膜状和纤维状膜状和纤维状的固定化酶则的固定化酶则不适于连续流不适于连续流搅拌桶式反应器，搅拌桶式反应器，而而适用于填充式适用于填充式反应器。反应器。 如果固定化酶如果固定化酶易变形、易粘