固定化酶反應(yīng)器ppt課件-閱讀頁(yè)
2025-01-20 09:15本頁(yè)面
【正文】 液調(diào)節(jié)到酶的最適 pH， 然后加酶進(jìn)行催化反應(yīng)；對(duì)于在連續(xù)式反應(yīng)器中進(jìn)行的酶催化反應(yīng) ， 一般將調(diào)節(jié)好 pH的底物溶液 (必要時(shí) 采用緩沖溶液配制 )連續(xù)加到反應(yīng)器中 。 ? 而有些酶的底物或者產(chǎn)物是一種酸或堿 ， 例如葡萄糖氧化酶催化葡萄糖與氧氣反應(yīng)生成葡萄糖酸 ， 乙醇氧化酶催化乙醇氧化生成醋酸等 ，反應(yīng)前后 pH的變化較大 ， 在反應(yīng)過(guò)程中需進(jìn)行必要的調(diào)節(jié) 。 攪拌速度的確定與調(diào)節(jié)控制 ? 酶在進(jìn)行催化反應(yīng)時(shí) ， 首先要與底物結(jié)合 ， 然后才能進(jìn)行催化反應(yīng) 。 ? 在攪拌罐式反應(yīng)器和游離酶膜反應(yīng)器中 ， 都設(shè)計(jì)安裝有攪拌裝置 ， 通過(guò)適當(dāng)?shù)臄嚢鑼?shí)現(xiàn)均勻的混合 。 ? 攪拌速度 過(guò)慢 ， 會(huì)影響混合的均勻性；攪拌 過(guò)快 ， 產(chǎn)生的剪切力會(huì)使酶的結(jié)構(gòu)受到影響 ， 尤其是會(huì)使固定化酶的結(jié)構(gòu)破壞 ， 而影響催化反應(yīng)的進(jìn)行 。 為了使催化反應(yīng)高效進(jìn)行 ， 要控制好液體的流速和流動(dòng)狀態(tài) ，以保證混合均勻 ， 并且不會(huì)影響酶的催化作用 。 ? 如果流體 流速過(guò)高 或流動(dòng)狀態(tài)混亂 ， 則固定化酶顆粒在反應(yīng)器中激烈翻動(dòng) 、 碰撞 ， 會(huì)使固定化酶的結(jié)構(gòu)受到破壞 ， 以致使酶脫落 、 流失 ，從而影響催化反應(yīng)的進(jìn)行 。 ? 填充床式反應(yīng)器 中 ， 底物溶液按照一定的方向以恒定的速度流過(guò)固定化酶層 ， 其流動(dòng)速度決定酶與底物的接觸時(shí)間和反應(yīng)的進(jìn)行程度 。 ? 在理想的操作情況下 ， 填充床式反應(yīng)器任何一個(gè)橫截面上的流體流動(dòng)速度是相同的 ， 在同一個(gè)橫截面上底物濃度和產(chǎn)物濃度也是一致的 。 酶反應(yīng)器應(yīng)用的注意事項(xiàng) 在酶反應(yīng)器的應(yīng)用過(guò)程中 ， 除了控制各種反應(yīng)條件 ， 還須注意下列問(wèn)題： ? (1) 保持酶反應(yīng)器的 操作穩(wěn)定性 ? (2) 保持反應(yīng)器中流體的 流動(dòng)方式和狀態(tài) ? (3) 防止酶的 變性失活 ? (4) 防止微生物的 污染 保持酶反應(yīng)器的操作穩(wěn)定性 ? 在酶反應(yīng)器的應(yīng)用過(guò)程中 ， 應(yīng)盡量保持操作的穩(wěn)定性 ， 以避免反應(yīng)條件的激烈波動(dòng) 。 ? 在攪拌罐式反應(yīng)器中 ， 應(yīng)盡量 保持?jǐn)嚢杷俣鹊姆€(wěn)定 ， 不要斷斷續(xù)續(xù) 、 時(shí)快時(shí)慢 ， 否則剪切力的反復(fù)變化 ， 會(huì)加快酶特別是固定化酶結(jié)構(gòu)的破壞 。 ? 在填充床反應(yīng)器中要 防止由于固定化酶的破碎 、擠壓而產(chǎn)生的阻塞現(xiàn)象 ， 在膜反應(yīng)器中要防止由于濃差極化而 產(chǎn)生的膜孔阻塞現(xiàn)象 。 保持反應(yīng)器中流體的流動(dòng)方式和狀態(tài) ? 在酶反應(yīng)器的應(yīng)用過(guò)程中 ， 應(yīng)盡量保持液體和氣體的流動(dòng)方式和狀態(tài) ， 因?yàn)?流動(dòng)方式和狀態(tài)的改變 ， 會(huì)影響底物 、 產(chǎn)物與酶的接觸狀態(tài) ，從而影響催化反應(yīng)的速度 。 引起酶變性失活的因素主要有：溫度 、 pH、 重金屬離子以及剪切力等 。 ? 然而 ， 酶是一種生物大分子 ， 除了某些耐高溫的酶以外 ， 通常酶催化反應(yīng)在 60℃ 以下進(jìn)行 ，溫度過(guò)高會(huì)加速酶的變性失活 ， 縮短酶的半衰期和使用時(shí)間 。 pH ? 在酶反應(yīng)器的應(yīng)用過(guò)程中 ， 反應(yīng)液的 pH應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制在酶催化反應(yīng)的適宜 pH范圍內(nèi) ， 除了某些特別耐酸堿的酶以外 ， 通常酶在 pH4～9的條件下進(jìn)行催化反應(yīng) ， pH過(guò)高或過(guò)低都對(duì)催化不利 ， 甚至引起酶的變性失活 。 重金屬離子 ? 重金屬離子例如 鉛離子 (Pb2+)、 汞離子 (Hg2+)等會(huì)與酶分子結(jié)合而引起酶的不可逆變性 。 ? 為了避免從原料或者反應(yīng)器系統(tǒng)帶進(jìn)某些重金屬離子給酶分子造成不利影響 ， 必要時(shí)可以 添加適量的 EDTA等金屬螯合劑 ， 以除去重金屬離子對(duì)酶的危害 。 所以在攪拌式反應(yīng)器的操作過(guò)程中 ， 要防止過(guò)高的攪拌速度對(duì)酶特別是固定化酶結(jié)構(gòu)的破壞 ； ? 在 流化床式反應(yīng)器 和 鼓泡式反應(yīng)器 的操作過(guò)程中 ， 要控制流體的流速 ， 防止 固定化酶顆粒的過(guò)度翻動(dòng)和碰撞而引起固定化酶的結(jié)構(gòu)破壞 。 ? 酶作用 底物的存在往往對(duì)酶有保護(hù)作用 ， 所以在操作時(shí)一般先將底物溶液加進(jìn)反應(yīng)器中 ， 然后再將 酶加到底物溶液中進(jìn)行催化反應(yīng) 。 ? 不同酶的催化反應(yīng) ， 由于底物 、 產(chǎn)物和催化條件各不相同 ， 在催化過(guò)程中受到微生物污染的可能性存在很大差別 。 ? 有些 酶的催化反應(yīng)溫度較高 ， 例如 ， α淀粉酶 ，Taq DNA聚合酶等的反應(yīng)溫度在 50 ℃ 以上 ，一般微生物無(wú)法生長(zhǎng) 。 ? 有些酶可以 在非水介質(zhì)中進(jìn)行催化反應(yīng) ， 例如脂肪酶在有機(jī)介質(zhì)中催化轉(zhuǎn)酯反應(yīng)等 ， 在有機(jī)介質(zhì)中 ， 微生物難以生長(zhǎng)繁殖 ， 微生物污染的可能性甚微 。 ? 酶反應(yīng)器的操作必須符合必要的衛(wèi)生條件 ， 尤其是在生產(chǎn) 藥用或食用產(chǎn)品時(shí) ， 衛(wèi)生條件要求較高 ， 應(yīng)盡量避免微生物的污染 。 ? 在酶反應(yīng)器的操作進(jìn)程中 ， 防止微生物污染的主要措施有： ? ① 保證生產(chǎn)環(huán)境的清潔 、 衛(wèi)生 ， 要求符合必要的衛(wèi)生條件； ? ② 反應(yīng)器在使用前后 ， 都要進(jìn)行清洗和適當(dāng)?shù)南咎幚恚? ? ③ 在反應(yīng)器的操作過(guò)程中 ， 要嚴(yán)格管理 ， 經(jīng)常檢測(cè) ， 避免微生物污染； ? ④ 必要時(shí) ， 在反應(yīng)液中適當(dāng)添加對(duì)酶催化反應(yīng)和產(chǎn)品質(zhì)量沒(méi)有不良影響而又可以殺火或抑制微生物生長(zhǎng)的物質(zhì) ， 以防止微生物的污染； ? ⑤ 在不影響酶催化活性的前提下 ， 選擇在 較高的溫度 (如 45℃ 以上 )， 較高或較低的 pH條件下進(jìn)行操作 ， 以防止微生物污染 。 其原因是多方面的 ， 但是 ， 主要原因是固定化酶活性的下降或損失 。 ? 在反應(yīng)器中 ， 酶活力可因變性而失活 。 ? 為了防止變性 ， 操作溫度不宜過(guò)高 ， 攪拌速度不宜過(guò)快 。 這是由于底物溶液中的 重金屬離子 等毒物所引起的 。 ? 反應(yīng)器容易被微生物污染 ， 而微生物所產(chǎn)生的蛋白酶能使酶活力喪失 。 也可以將底物溶液進(jìn)行過(guò)濾除菌 ， 或者用甲苯或甲醛進(jìn)行處理 。 ? 如果將它裝進(jìn) 固定床反應(yīng)器 ， 由于高流速的底物溶液所產(chǎn)生的摩擦力的作用 ， 可以使固定化酶的載體變成 小顆粒 。 ? 用 吸附法制備的固定化酶在反應(yīng)器 中與反應(yīng)液長(zhǎng)時(shí)間接觸時(shí) ， 常發(fā)生解吸 ， 即酶從載體上脫落下來(lái) 。 載體的化學(xué)結(jié)構(gòu)力求均一 ， 可以避免溶解 。 例如：當(dāng)反應(yīng)器中有 超濾膜截留大分子物質(zhì)時(shí) ， 酶或固定化酶可能在出口處積累；如果底物溶液中有 油脂 、 多糖等物質(zhì)將固定化酶包裹時(shí) ， 酶活力會(huì)因此而下降
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