固定化酶反應(yīng)器ppt課件(參考版)
2025-01-08 09:15本頁(yè)面
【正文】 四、酶工程在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用 ? 1. 固定化細(xì)胞法生產(chǎn) 6氨基青霉烷酸 ? 2. 固定化酶法生產(chǎn) 5’復(fù)合單核苷酸 ? 3. 固定化酶法生產(chǎn) L氨基酸 ?謝謝！ 。 ? 在反應(yīng)器中 ， 酶的表觀活力 可因反應(yīng)器中液體流動(dòng)狀態(tài)不規(guī)則 ， 或者在反應(yīng)器中分布情況變壞而下降 。 如果固定化酶的載體是親水性聚合物 ，在酶促反應(yīng)過(guò)程中 ， 載體逐漸被溶解 。 這些小顆粒難以停留在反應(yīng)器中繼續(xù)使用 。 ? 顆粒狀固定化酶 ， 特別是 微膠囊 包埋的固定化酶 ， 如果將它放在 攪拌式反應(yīng)罐 中 ， 由于攪拌所產(chǎn)生的剪切力的作用 ， 可以使它破碎 。 為了防止微生物污染 ，可以 提高操作溫度 (45℃ )， 并 使反應(yīng)液的 pH盡量偏離中性 。 為了防止中毒 ， 要求所用試劑和水不含毒物 。 酶活力還可能由于中毒而喪失 。 酶變性一般是由于 受到熱 、 快速攪拌所 產(chǎn)生 的高剪切力和泡沫表面張力所引起的 。 造成固定化酶活性的損失可能有下列原因： ? ① 酶本身的失活 ； ? ② 酶從載體上脫落； ? ③ 載體的破碎或溶解 。 酶反應(yīng)器生產(chǎn)能力下降的原因及對(duì)策 ? 在酶反應(yīng)器操作過(guò)程中 ， 其生產(chǎn)能力是逐漸下降的 。 因?yàn)槲⑸锏奈廴静粌H影響產(chǎn)品質(zhì)量 ， 而且微生物的孳生 ，還會(huì)消耗一部分底物或產(chǎn)物 ， 產(chǎn)生無(wú)用甚至有害的副產(chǎn)物 ， 還會(huì)增加產(chǎn)物分離純化的困難 。 ? 而 有些酶催化反應(yīng)的底物或產(chǎn)物是微生物生長(zhǎng) 、繁殖的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) ， 例如 淀粉酶類(lèi) 催化淀粉水解生成糊精 、 麥芽糖 、 葡萄糖等 ， 蛋白酶類(lèi) 催化蛋白質(zhì)水解生成蛋白胨 、 多肽 、 氨基酸等 ， 在反應(yīng)過(guò)程中或者在反應(yīng)結(jié)束后 ， 在適合微生物生長(zhǎng)繁殖的情況下 ， 必須注意防止微生物的污染 。 ? 有些酶催化反應(yīng)的 pH較高或較低 ， 例如 ， 胃蛋白酶在 pH ， 堿性蛋白酶在 pH ， 對(duì)微生物有抑制作用 。 ? 一些 酶催化反應(yīng)的底物或產(chǎn)物對(duì)微生物的生長(zhǎng) 、繁殖有抑制作用 ， 例如 ， 乙醇氧化酶催化乙醇氧化反應(yīng) ， 青霉素酰化酶催化青霉素或頭孢菌素反應(yīng)等 ， 其受微生物污染的情況較少 。 防止微生物的污染 ? 在應(yīng)用酶反應(yīng)器進(jìn)行催化反應(yīng)過(guò)程中 ， 由于酶的作用底物或反應(yīng)產(chǎn)物往往只有一 、 二種 ， 一般情況下不具備微生物生長(zhǎng) 、 繁殖的基本條件； ? 在酶反應(yīng)器進(jìn)行操作時(shí) ， 與微生物發(fā)酵和動(dòng) 、植物細(xì)胞培養(yǎng)所使用的反應(yīng)器有所不同 ， 一般不必在嚴(yán)格的無(wú)菌條件下進(jìn)行操作 ， 然而這并不意味著 酶反應(yīng)器的操作過(guò)程不必防止微生物污染 。 保護(hù)劑 ? 為了防止酶的變性失活 ， 在操作過(guò)程中 ， 可以添加某些保護(hù)劑 ， 以提高酶的穩(wěn)定性 ， 例如在淀粉酶的催化過(guò)程中添加 鈣 離子等 。 剪切力 ? 在酶反應(yīng)器的操作過(guò)程中 ， 剪切力是引起酶變性失活的一個(gè)重要因素 。 因此 ， 在酶反應(yīng)器的操作過(guò)程中 ， 要盡量避免重金屬離子的存在 。 ? 在操作過(guò)程中進(jìn)行 pH的調(diào)節(jié)時(shí) ， 一定要一邊攪拌一邊慢慢加入稀酸或稀堿溶液 ， 以防止局部過(guò)酸或過(guò)堿而引起酶的變性失活 。 ? 因此 ， 酶反應(yīng)器的操作溫度一般不宜過(guò)高 ， 通常在等于或者低于酶催化最適溫度的條件下進(jìn)行 。 溫度 ? 酶反應(yīng)器操作時(shí)的溫度是影響酶催化作用的重要因素 ， 較高的溫度可以提高酶催化反應(yīng)速度 ，從而增加產(chǎn)物的產(chǎn)率 。 防止酶的變性失活 ? 在酶反應(yīng)器的應(yīng)用過(guò)程中 ， 應(yīng)當(dāng) 特別注意防止酶的變性失活 。 此外 ，在反應(yīng)過(guò)程中 ， 要盡量保持 反應(yīng)溫度 、 反應(yīng)液pH等的穩(wěn)定 ， 不要波動(dòng)太大 ， 以保持反應(yīng)器恒定的生產(chǎn)能力 。 ? 在連續(xù)式反應(yīng)器的操作中 ， 應(yīng)盡量保持流速的穩(wěn)定 ， 并保持 流進(jìn)的底物濃度和流出的產(chǎn)物濃度 不要變化太大 ， 以保證反應(yīng)液中底物濃度的穩(wěn)定 。 ? 在酶的催化反應(yīng)過(guò)程中 ， 酶是反應(yīng)的主體 ， 必須保證所使用的 酶的質(zhì)量穩(wěn)定 ， 此外在游離酶反應(yīng)中 ， 要盡量保持 酶的濃度穩(wěn)定在一定的范圍 ， 在固定化酶反應(yīng)中 ， 每隔一段時(shí)間要檢測(cè)酶的活力 ， 并根據(jù)變化情況及時(shí)進(jìn)行更換或補(bǔ)充 。這種反應(yīng)器又稱(chēng)為活塞流反應(yīng)器 (plug flow reactor， PFR)。 ? 在反應(yīng)器的直徑和高度確定的情況下 (高徑比 )，流速 越慢 ， 酶與底物接觸時(shí)間越長(zhǎng) ， 反應(yīng)越完全 ， 但是生產(chǎn)效率越低 ， 因此需要選擇好適宜流速 ， 流速過(guò)慢 ， 則催化反應(yīng)速度降低 ， 而降低生產(chǎn)效率 ， 流速過(guò)快 ， 則反應(yīng)不完全 ， 有一部分底物未轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物就被排出 ， 影響轉(zhuǎn)化效率 。 ? 流體在流化床反應(yīng)器中的流動(dòng)速度和流動(dòng)狀態(tài)可以通過(guò)控制進(jìn)液口的 流體流速 和 流量 ， 以及進(jìn)液管的方向和排布 等方法 ， 加以調(diào)節(jié) 。 ? 對(duì)于 流化床反應(yīng)器 （ FBE） ， 如果流體流速 過(guò)慢 ， 固定化酶顆粒就不能很好飄浮翻動(dòng) ， 甚至沉積在反應(yīng)器底部 ， 從而影響酶與底物的均勻接觸和催化反應(yīng)的順利進(jìn)行 ， 乃至產(chǎn)生阻塞現(xiàn)象 ， 影響底物溶液順利進(jìn)入反應(yīng)器 。 流動(dòng)速度的確定與調(diào)節(jié)控制 ? 在 連續(xù)式酶反應(yīng)器 中 ， 底物溶液連續(xù)地進(jìn)入反應(yīng)器 ， 同時(shí)反應(yīng)液連續(xù)地排出 ， 通過(guò) 溶液的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)酶與底物的混合和催化 。 因此 ， 首先要在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上 確定適宜的攪拌速度 ， 并根據(jù)情況的變化進(jìn)行攪拌速度的調(diào)節(jié) 。 要使酶能夠與底物結(jié)合 ，就必須 保證酶與底物混合均勻 ， 使酶分子與底物分子能夠 進(jìn)行有效碰撞 ， 進(jìn)而互相結(jié)合進(jìn)行催化反應(yīng) 。 ? pH的調(diào)節(jié)通常采用 稀酸溶液或稀堿溶液 進(jìn)行 ，加入稀酸或稀堿溶液時(shí) ， 要一邊攪拌一邊緩慢添加 ， 以防止局部過(guò)酸或過(guò)堿 ， 必要時(shí)可以采用 緩沖溶液配制底物溶液 ， 以維持反應(yīng)液的pH。 ? 有些酶催化反應(yīng)前后的 pH變化不大 ， 如 α淀粉酶催化淀粉水解生成糊精的反應(yīng)過(guò)程中 ， pH基本恒定 ， 在反應(yīng)過(guò)程中不需進(jìn)行 pH的調(diào)節(jié) 。因此 ， 在酶催化反應(yīng)過(guò)程中 ， 要根據(jù)酶的動(dòng)力學(xué)特性確定酶催化反應(yīng)的最適 pH， 并將反應(yīng)液的 pH維持在適宜的范圍內(nèi) 。如果采用噴射式反應(yīng)器 ， 則通過(guò)控制水蒸氣的壓力 ， 以達(dá)到控制溫度的目的 。 ? 在溫度發(fā)生變化時(shí) ， 要及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié) 。 反應(yīng)溫度的確定與調(diào)節(jié)控制 ? 酶催化作用受溫
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