Chapter8_2酶反应器

1、1第八章第八章酶反应器Reactors for Enzymatic Catalysis2ContentsGoGo31 新型生物反应器结构n生物技术的产业化离不开生物过程的研究。当一个产品发展到技术和经济上可行的时候,我们就面临着生物过程的开发,而对现有生物反应器的选择和结合特殊生物反应过程进行生物反应器结构创新是生物过程开发的至关重要的部分,它作为生物工程的一部分起着支撑作用，在一定程度上决定了我们选型的正确性和创新的方向性。n机械搅拌式和气升式生物反应器机械搅拌式和气升式生物反应器41.1机械搅拌式生物反应器机械搅拌式生物反应器n生物反应器设计的目的是为生物反应过程提供良好的反应环境,生物反

2、应过程是多种多样的,既有工业微生物过程,又有动植物细胞过程,还包括藻类过程、酶反应过程、污水处理过程,这些过程对反应器的结构和功能都有特定的需要。n对于机械搅拌式生物反应器,进行大规模的修改或创新的反应器有提升桨生物反应器、双圆筒筛搅拌式生物反应器、泡床式搅提升桨生物反应器、双圆筒筛搅拌式生物反应器、泡床式搅拌生物反应器、脉冲混合式生物反应器、离心桨生物反应器、拌生物反应器、脉冲混合式生物反应器、离心桨生物反应器、高密度细胞培养生物反应器、固定化酶搅拌桨反应器等。高密度细胞培养生物反应器、固定化酶搅拌桨反应器等。n除此之外,尚有针对植物细胞培养的多种反应器结构,如螺旋桨搅拌反应器,宽平桨搅拌反

3、应器等等,针对反应器内轴向流动混合的各类反应器等等,但这些反应器基本上援用了传统反应器的结构。5提升桨生物反应器提升桨生物反应器n传统的机械搅拌式生物反应器虽然在使用的经验方面,在实际的过程应用方面都十分成熟,但在动物细胞培养过程中,却面临着前所未有的挑战,其气泡分散产生的界面张力界面张力和机械搅拌引起旋涡的剪切作用剪切作用使其在动物细胞培养过程中受到很多限制,虽然在培养工艺方面有很多改进措施,但从源头上解决反应器存在的根本问题显然是各国生物工程学家所共同期望的。n1990年,美国NBS公司推出了细胞提升桨生提升桨生物反应器物反应器, 但溶氧传质系数偏低,不适合动物细胞高密度培养,随后John

4、son等人对其溶氧传质进行了深入的研究,分别测定了影响溶氧传质的各个主要因素,包括:温度,搅拌,通气,从研究的结果来看,温度和搅拌的影响明显小于通气的影响。尽管如此,该反应器应用于动物细胞培养的规模性还有待于进一步的研究。提升桨生物反应器6双圆筒筛搅拌式生物反应器双圆筒筛搅拌式生物反应器n为使动物细胞反应器培养成为现实, Shi等人于1992 年从提高溶氧传质系数的角度出发,对现有反应器的结构进行了创新,设计了双圆筒筛搅拌式双圆筒筛搅拌式生物反应器。生物反应器。n该反应器最大的特点在于搅拌装置上设计了两个圆桶形筛网,从他们的研究结果来看,本结构反应器的溶氧传质系数比细胞提升式生物反应器在水溶液

5、中提高了19% ,在无培养细胞培养基中提高了21% ,培养的杂交瘤细胞浓度达到3. 4 107 个/ml,单克隆抗体的产量达到512mg/L。分析其结构认为:采用双筛网,增加气泡与培养液的接触表面积,而促进了溶氧系数的提高,因此使得反应器的溶氧传质系数,细胞的浓度,产物的浓度都大大提高。7尽管如此n反应器对动物细胞培养的效果还是不能让人满意,原因在于:(1)他们无例外地采用了传统机械搅拌式生物反应器的部分构件或在流态设计上受到传统反应器的左右,因此不可避免地使反应器内产生强烈的旋涡,而对细胞产生剪切作用,使动物细胞受到损耗; (2)他们没能解决由于气泡在气液界面分离产生张力而杀死细胞的问题。8

6、泡床式搅拌生物反应器泡床式搅拌生物反应器nSucher等人于1994年设计了泡床式搅拌生物泡床式搅拌生物反应器反应器。n该反应器在结构方面的创新之处在于采用锥形导流筒与搅拌桨配合使用,通过流体流速的控制,将气泡限制在导流筒内,从而使大部分气泡停留在液体中,消除了气泡脱离培养液时产生界面张力破坏细胞,另一方面,通过培养液不断地与气泡接触而提高了培养液的氧含量。n虽然本反应器同样采用了机械搅拌,但本反应器中机械搅拌的作用在于促进流体的循环,与传统的机械搅拌式生物反应器相比,不产生旋涡,而降低了对介质的剪切作用,在气泡分散方面,采用中空纤维膜对气泡进行粉碎,从而加强气液接触面积,促进溶氧传质系数的提

7、高。当采用纯氧进行通气时,可达到无气泡输出培养。该反应器培养动物细胞的能力已达到转瓶培养的效果,可进行动物细胞大规模培养。9脉冲混合式生物反应器脉冲混合式生物反应器n20世纪80年代以来动物细胞的微载培养逐渐成为培养贴壁生长细胞的主要方式,但用传统机械搅拌式反应器进行培养时,存在微载体与转动部件冲击细胞损伤,微载体之间冲击细胞损伤,机械密封无菌程度难以维持等缺点,采用转瓶大规模培养时,培养液的供氧又受到限制。n1993年Monahan等人根据热对流传导系数在传热表面震动时数倍提高的现象设计了脉冲混合式生脉冲混合式生物反应器物反应器。10n特点在于,采用脉冲运动的圆板带动培养液运动,而通气则采用

8、微孔硅胶管,气体在硅胶管内保持一定的压力,培养液在圆板的带动下不断冲击微孔硅胶管,使得培养液内溶氧大大提高。同时,采用了脉冲的上下运动部件代替了旋转搅拌,减少了微载体与旋转机构之间的碰撞。从他们的研究结果来看,按照理论计算,该反应器可为浓度为108 个/ml的微载体培养体系提供溶氧。n事实上微载体细胞培养系统中,因为微载体的加入,不但解决了细胞贴壁生长表面的限制问题,在很大程度上也提高了细胞对剪切的抵抗力,因此适合于非贴壁生长细胞的悬浮培养反应器也同样满足微载体细胞培养的需要。11离心桨生物反应器离心桨生物反应器n传统机械搅拌式生物反应器因为其使用时间长,经验丰富,可保持培养介质一致性,应用普

9、遍等特点,因此结合生物过程的特殊性,利用现有的反应器进行生产是十分经济合理的。n1996年Wang等人结合生物过程剪切敏感的特点,设计了一种新型离心桨生物反应器。n其最大的特点在于采用了离心导流筒式搅拌装置,在搅拌桨的作用下,基质的流动线路如图中所示,该反应器与细胞提升式生物反应器相比,混合时间缩短,液体提升能力加强,同时,对流体流速的分析表明,该反应器的剪切作用也比细胞提升式生物反应器低。因此该反应器可广泛应用于低剪切作用的生物培养过程中,如在植物细胞培养和高等真菌发酵等系统已成功应用。12高密度细胞培养生物反应器n为适应细胞高密度培养的需要, 1994 年Suzuki等人设计了这种反应器系

10、统。n该系统的特点在于,采用了两套功能完全相同的陶瓷过滤系统。一方面,反应器中的培养液被该过滤系统过滤出来,搅拌不但促进了从进料罐来的底物在反应器中的混合,同时为过滤系统消除了浓差极化,促进过滤,另一方面,气体经过陶瓷过滤系统以过滤的反方向经过陶瓷孔而进入反应器主体。在这个过程中,由于气体的经过,陶瓷过滤系统的过滤孔得到清洗,同时由于过滤器微孔的分散作用,使气泡得到粉碎,在搅拌的作用下,与基质混合,大大提高了培养液中的溶解氧,使得反应中细胞的高密度培养成为可能。n研究表明,该反应器内的溶氧传质系数比普通通气时提高了4倍,细胞培养73小时后浓度达到207g/L,比普通的灌注培养体系增加了2倍,同

11、时由于该反应器在同一个容器中具备了培养和分离基质的功能,与培养-细胞分离系统相比较,其细胞活力大大提高,减少了培养物受到污染的可能性。13固定化酶搅拌桨反应器固定化酶搅拌桨反应器n近年来酶作为生物催化剂得到了广泛的应用,与整体细胞做催化剂或与化学工业传统的催化剂相比,它具有很多方面的优势,如,反应底物、产物单一,容易分离,副反应少,转化率高,选择性强,反应条件温和,对环境污染少等等,但酶本身的一些特点也使其大规模应用受到限制,特别是酶的分离纯化复杂,在反应中流失严重,酶的辅因子不容易回收等等,为克服酶的这些缺陷人们对固定化酶展开了大量的研究,其中最关键的部分是克服酶固定化活性的降低和促进底物向

12、酶分子的扩散。n在传统反应器的基础上,Lathouder等人于2005年报道了其设计的固定化酶搅拌桨反应器。14n特点在于将酶固定之后,将载体集中作成圆筒状,以圆筒作为机械搅拌式生物反应器的搅拌桨。该反应器工作时,一方面搅拌桨对整个反应器内的基质进行混合,另一方面基质进入圆筒形的搅拌桨中,与固定在其中的酶进行接触,自身发生反应。n研究表明,该反应器能促进基质向酶的扩散,转速对整个酶促反应的影响不大,酶的活性比常规固定方法更高,活性保存可达数周。可以预计,在这个思路的提示下,对搅拌桨稍作改进后,我们将得到更加理想的酶反应器。进而为酶的大规模应用制造良好的条件。151.2气升式生物反应器气升式生物

13、反应器n气升式生物反应器的研究始于上世纪70 年代末80年代初,与机械搅拌式生物反应器相比,它具有能耗小,供氧充足,设备结构简单,染菌风险小,剪切力小等优点。n由于其结构简单的特点,它在结构创新研究方面的报道不多,主要的有筛网导流筒反应器筛网导流筒反应器,旋转导流筒反应器旋转导流筒反应器,外循外循环生物反应器环生物反应器, 螺旋管光照气升式生物反应器螺旋管光照气升式生物反应器等。n在结构创新中,其通气结构的改进一直是研究的热点,这些结构包括,单孔喷嘴,多孔筛板,陶瓷通气喷嘴,中空纤维通气装置,多排多孔空气分布器等等。16多孔筛导流筒生物反应器n气升式生物反应器虽然能为生物反应过程提供充足的溶氧

14、,但其内部基质的溶氧存在不均衡的情况,此外其上升段的溶氧水平较高,而下降区溶氧普遍较低,对于强好氧生物体,该部分的循环会影响生物的正常生长。基于此，Fu等人于2003年设计了多孔筛导流筒生物反应器。n特点在于采用筛网作导流筒,上升段的基质不断与气体接触,因此具有较高的溶氧水平,同时,如采用合适网孔的筛网,可以在不影响导流筒内外基质循环的基础上,使下降段的基质通过筛网与上升段基质中的气体接触,而使其溶氧得到提高。n研究表明,与普通导流筒反应器和鼓泡式反应器相比,其混合时间和溶氧传质系数都具有实质性的优势,在生产实验中,该反应器与同类型的鼓泡反应器,普通内循环反应器相比,在面包酵母培养,谷氨酸生产

15、,苏云金杆菌毒素生产,壳聚糖生产,红曲霉色素生产,细菌纤维素生产方面都体现出了强大的优势,他们认为该反应器十分具有工业化的潜质。17螺旋导流筒生物反应器螺旋导流筒生物反应器n传统气升式内循环生物反应器均为圆形导流筒,反应器内底部基质在通入气体的提升下上升到顶部,而后气液分离,液体进入下降区,如此反复循环,为生物反应提供混合和传质。n2000 年Merchuk等人在培养红藻的过程中,首次改变导流筒的结构, 在原来的基础上,设计了两个螺旋形导流板,在这个结构下,流体在下降过程中,其流向由传统的垂直向下转变为螺旋下降,当螺旋下降的液体再次回到气体分布器的时候,气体的垂直上升和流体的螺旋回归相互交错,

16、促进了质量传递和溶氧的提高。n研究表明,当采用鼓泡反应器,气升内循环反应器以及该反应器进行同样的红藻培养过程,该反应器体现出空气和CO2消耗量少的特点,这可能和下降区的流态改变有关。18外循环生物反应器外循环生物反应器n气升外循环生物反应器的研究,主要集中在空气分布器结构，上升管与下降管截面积比，气液分离装置，高径比，内置构件方面。但其主要的结构特征没有明显的改变。近年来对该类反应器结构探索最突出的应该归于两种类型，一个是底高径比外循环生物反应器的研究,另外一个是对气液体分离装置的改进。Viala等人研制了外循环生物反应器。n它最突出的地方在于其气液分离装置的设计。该设计采用了与气升式内循环反

17、应器相类似的结构,在该结构下,气液分离具有更广阔的空间,使得气液分离更加完善;同时,避免了下降液从上升管单侧下降时,顶部脱气液体不能完全进入下降管的现象,因此反应器的循环通量大大提高。此外,其空气分布器也比较独特,采用了多排多孔的分布形式,其通气孔之间的距离固定,这样避免了大量气体对周围液体进行提升时产生的重叠现象,进而使得单位气体对液体的提升作用得到加强,促进了反应器内基质的整体循环。19螺旋管光照气升式生物反应器螺旋管光照气升式生物反应器n气升式生物反应器另外一个研究的方向是与光照反应器相互结合,在这个方面的研究中,气体作为推动力和反应的基质之一,促进光照反应器中培养液的循环并为生物反应提

18、供养分。Morita等人研制出螺旋管光照气升式生物反应器。20n其创新之处在于受光结构为锥角60 度的圆锥形螺旋盘管。在整个装置中,其气体均从螺旋管下端通入,利用气体对液体的携带作用促进基质的循环,液体从气液分离器中分离之后,经过集中冷却系统,再次进入各分散循环光照过程。从理论上说,该种结构的光照利用率远远高于普通的平面光照系统。在作者进行的光照生物培养过程中,得到了每平方米安装面积每天产28. 3g的生物量。n目前对光照反应器的研究仍然十分热门，这主要得益于人们对海洋微藻兴趣的增加。但是在这类反应器中,气升反应器未进行实质上的创新。此外在生物反应器研究方面还有基于细胞表面扩散的超声波反应器等

19、。21总结n近年来生物反应器的结构研究，我们不难看出，提高反应器的传质能力，降低剪切力一直是生物反应器研究的重要方向。在这个方面出现的双圆筒筛搅拌式生物反应器，泡床式搅拌生物反应器，脉冲混合式生物反应器，螺旋导流筒生物反应器等都是典型的代表。n另一方面结合特定的生物过程，在现有反应器结构基础上开发特殊的反应器也取得了一定的突破，如固定化酶搅拌桨反应器，螺旋管光照气升式生物反应器，还有还有文献报道的特殊光源反应器，超声波反应器等。222膜生物反应器n膜生物反应器(Membrane Bioreactor，MBR)是将膜的高效分离技术与生物化学的反应作用于一体的集成系统，将其应用于物质的生物转化已成

20、为近年来生物过程工程研究中的热点领域。n膜生物反应器最早出现在酶制剂工业中。以MBR进行生物转化已涉及多种领域，其应用范围包括了环境保护、细胞培养、药物合成、手性催化、香料生产等在内的多个领域，显示出了良好的发展势头。n随着基因工程、材料科学特别是高分子材料科学的发展, 随着高效固定化技术的开发以及过程设计的不断优化, 膜反应器的应用效率将会逐步提高, 其应用领域也将会越来越广泛。232.1特点n(1)为生物反应提供温和的条件，可以避免热敏性物质失活和其他的机械、物理和化学损坏；n(2)将生物催化、产物的分离、浓缩及酶的回收等操作步骤结合成一个操作单元， 简化生产步骤；n(3)膜在反应过程中可

21、以把产物不断地从反应体系中分离出来，消除或减轻产物抑制问题，提高产物得率和体积产率；n(4)截留生物催化剂，使细胞或酶在高浓度下运行，提高反应速率和产物浓度，减轻下一段的负荷， 同时可重复利用酶或细胞，降低成本；n(5)对具有多个副反应的体系，可通过选择适当的膜，在反应过程中将所需产物移走，截留反应物和副反应产物来提高反应的最终选择性；n(6)作为细胞和酶的固定化载体，如通过膜结构的包裹作用进行酶的固定化， 使酶在一定空间内呈闭锁状态，处于相对静止的环境，免受机械伤害，且可以隔离对细胞和酶的生物活性不利的生存环境。242.2分类n依据酶膜反应器的构造或流体力学特性的不同,酶膜反应器可分为连续搅

22、拌式反应器(continue stirtank reactor. CSTR) 和活塞流动式反应器( Plug flowtype ,PFT) 。无论哪种类型的反应器,底物分子都需要同酶相接触,因此也可根据酶与底物接触方式将酶膜反应器分为直接接触式、扩散式和界面接触式。n直接接触式是指酶与底物直接接触,即底物进入反应器后自由酶就与之在溶液中进行反应,扩散式是指底物经一个简单的正相扩散通过膜的微孔与另一侧的自由酶进行反应,中空纤维酶膜反应器一般采用这种形式,而界面接触式主要是指多相酶膜反应器,酶固定在膜上与底物反应,生成的产物透过膜富集到另一相中。n在实际的生产使用中,也可根据酶膜反应器的各个不同的

23、组成元素特征进行分类,根据酶的存在状态、液相数目、膜组件型式、膜材酶的存在状态、液相数目、膜组件型式、膜材料类型、反应与分离耦合方式、传质推动力料类型、反应与分离耦合方式、传质推动力等的不同进行分类。25n还可以根据膜的亲疏性以及结构形态的不同进行分类。26根据酶的存在状态分类n根据酶的存在状态, 可将酶膜反应器分为游离态和固定化酶膜反应器。n游离态酶膜反应器中酶均匀地分布于反应物相中, 酶促反应在接近本征动力学的状态下进行, 但酶易发生剪切失活或泡沫变性, 装置性能受浓差极化和膜污染的显著影响。n固定化酶膜反应器中, 酶通过吸附、交联、包埋、化学键合等方式被“束缚”在膜上, 酶装填密度高,

24、反应器稳定性和生产能力高, 产品纯度和质量好, 废物量少。但酶往往分布不均匀, 传质阻力也较大。27根据液相数目分类n根据液相数目的不同, 可将酶膜反应器分为单液相(超滤式) 和双液相酶膜反应器。n单液相酶膜反应器多用于底物分子量比产物大得多, 产物和底物能够溶于同一种溶剂的场合。n双液相酶膜反应器多用于酶促反应涉及两种或两种以上的底物, 而底物之间或底物与产物之间的溶解行为差别较大的场合。28根据膜组件型式分类n根据膜组件型式的不同, 可将酶膜反应器分为板框式、螺旋卷式、管式和中空纤维式酶膜反应器四种。n差别在于结构复杂性、装填密度、膜的更换、抗污染能力、清洗、料液要求、成本等方面有所不同。

25、29根据膜材料类型分类n根据膜材料的不同, 可将酶膜反应器分为高分子酶膜反应器和无机酶膜反应器。n高分子膜材料种类多, 制作方便, 成本低, 因而应用较多。30根据反应与分离耦合方式分类n根据反应与分离的耦合方式不同, 可将酶膜反应器分为一体式和循环式酶膜反应器。n在一体式应用方式中, 系统通常包含一个搅拌槽式反应器加上一个膜分离单元。n在循环式应用方式中, 膜既作为酶的载体, 同时又构成分离单元。31根据传质推动力分类n根据传质推动力的不同, 可将酶膜反应器分为压差驱动、浓差驱动、电位差驱动的酶膜反应器。322.3酶膜反应器的应用酶膜反应器的应用n目前, 酶膜反应器主要用于有机相酶催化,手性

26、拆分与手性合成, 反胶团中的酶催化, 辅酶或辅助因子的再生, 生物大分子的分解等方面。332.3.1有机相酶催化、手性拆分与手性合成有机相酶催化、手性拆分与手性合成n有机相酶催化研究最多的是脂肪酶, 涉及的反应类型有酯的水解、酯的合成和酯交换等。脂肪酶属于界面活性酶, 特别适于在酶膜反应器中应用。n根据反应介质构成的不同, 酶膜反应器在有机相酶催化中的应用形式有三种：单单相体系相体系、双相体系双相体系和反胶团体系反胶团体系。34单相体系n在单相体系中, 将酶固定在疏水高分子多孔膜上。含有底物的有机溶剂在膜的一侧通入, 反应后的产物通过筛分作用通过膜孔达到另一侧。nTsai 等人用三种疏水性的高

27、分子膜通过物理吸附法固定脂肪酶，在带有搅拌的扩散反应器中进行了橄榄油水解实验。考察了酶和底物浓度对水解速率的影响，发现酶活性在6 天左右的时间内活性下降很大，判断是由于酶的失活、产物抑制以及产物在膜与有机相界面处的吸附所致。35双相体系n在双相体系中有机相和水相分别在膜的一侧流动。酶游离于其中一相或固定在膜上。该类酶膜反应器又可以称为双液相酶膜反应器、萃取酶膜反应器或多相酶膜反应器。nMatson在多相酶膜反应器领域取得了不少领先性成果, 如氨基酸异构体拆分, 手性药物中间体的合成等。李树本等人在碱催化连续原位消旋条件下, 利用脂肪酶催化的萘普生甲酯立体选择性反应, 动态拆分制备S-萘普生。n

28、使用疏水硅橡胶膜隔离酶催化拆分和碱催化消旋反应, 解决了常规动态拆分中酶催化剂容易变性失活问题。为了利于从水-有机相乳化体系中分离产物以克服产物抑制, 将亲水性膜引入搅拌槽反应器, 在该膜反应器中进行动态拆分, 当转化率超过60% 时, 产物的对映体过量值(ee值) 仍在95% 以上。36双相体系n姜忠义等人以溶解于正辛醇中的N -乙酰-D,L-苯丙氨酸乙酯消旋混合物为底物, 以磷酸盐缓冲溶液为萃取剂, 将从Aspergillusm elleus 中提取的氨基酰化酶固定于聚丙烯腈中空纤维膜上作为催化剂, 通过膜反应萃取过程, 实现了L-苯丙氨酸的高效手性合成。nDrioli利用固定有脂肪酶的多

29、相酶膜反应器进行了萘普生消旋混合物的拆分。膜材料采用聚酰胺, 萘普生的酯类底物溶解在有机相中, 生成的产物被萃取进入水相。实验中考察了pH 值、底物浓度、酶负载量等因素对拆分效率的影响。低聚肽因其重要的生物学功能和良好的应用前景引起了学术界和工业界的重视。姜忠义等人研究了用多相酶膜反应器进行了二肽N-Ac-L-Phe-L-Leu-NH2 的合成。APEE 的正辛醇溶液从中空纤维膜的管程通入并循环, L-亮氨酰胺的磷酸盐缓冲液(pH =7. 8) 从聚丙烯腈中空纤维膜的壳层通入并循环。两股进料液扩散进入膜孔后, 由固定在膜中的脂肪酶催化而生成二肽, 二肽依据其溶解度被分配在水相或有机相中, 当超

30、过饱和溶解度后从液相沉淀出来。使反应过程与分离过程有效耦合。37反胶团体系n近年来, 反胶团酶催化逐渐成为研究热点。但由于反胶团存在难以与底物和产物分离而污染反应系统的缺点, 一度成为制约反胶团技术发展的瓶颈。n一个解决办法是用膜来截留反胶团。Cabral等人将胰蛋白酶包囊化于TTAB/庚烷/正辛醇反胶团中, 以易溶于水中的亮氨酰胺和易溶于有机相的乙酰苯丙氨酸乙酯为底物, 在膜反应器中进行了二肽AcPheLeuNH2 的合成。由于二肽能够选择性地从反应体系中沉淀析出,从而实现了酶促反应与产物分离的有效集成,二肽收率达到70% 80% , 纯度 92% , 产率为20g/g enzymed, 酶

31、的催化活性在7d 内基本不衰减。n多数场合下, 由于反胶团系统的不稳定性以及体系中存在构成反胶团的表面活性剂单体, 给膜的有效截留带来了相当大的困难。为此, Khmelnitsky等人首先采用将反胶团聚合的办法, 以增大分子量并实现固相化, 从而有效地避免了表面活性剂的污染, 但这增加了过程的复杂性。382.3.2辅酶或辅助因子的再生辅酶或辅助因子的再生n氧化还原酶属于酶工程中的重要酶种, 该类酶可以催化共价合成、能量转移、基团转移、氧化还原等多种类型的反应, 但催化作用大多需要昂贵的辅酶或辅助因子, 如NAD+ 、NADP+ 、A TP 或辅酶A 的参加。因此, 凡是有辅酶和辅助因子参与的反

32、应, 必须设有辅酶再生反应系统, 以通过辅酶和辅助因子的反复利用降低生产成本。n利用膜实现辅酶参加的酶促反应与辅酶再生反应相耦合可以取得较高的效率。耦合方式有两种: 与另一个酶促反应的耦合; 与同种酶的第二种底物反应的耦合。与另一个酶促反应的耦合的实现方式是以脱氢酶如醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、葡萄糖脱氢酶等为催化剂作用于醇、乳酸、葡萄糖等廉价底物来实现辅酶的再生。第二种方式是采用同一种酶, 但附加了第二种底物,如醇脱氢酶在NADP+ 存在下, 可以合成甾族化合物, 同时又能利用第二种底物异丙醇的消耗实现NADP+ 的再生。39n由于辅酶和辅助因子的相对分子质量较小, 为了能够被膜有效截留, 可以将辅酶或辅助因子共价结合到聚乙二醇(PEG) 上。n辅酶再生膜反应系统利用了两个或两个以上的酶, 为酶膜反应器用于多酶固定化实现酶催化的串联反应建立了很好的原型。n在含有辅酶依赖型反应的系统中, 负电荷膜常用来截留反应器中的辅助因子。截留作用通过带有负电荷的辅助因子与膜之间的静电排斥力实现。用NTR 74