酶膜生物反应器应用及展望.pdf

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1、·18·吴军林等酶膜生物反应器应用及展望综述011111110110综11111述110酶膜生物反应器应用及展望吴军林梁世中林炜铁(华南理工大学食品与生物工程学院，广东广州510640))摘要酶膜生物反应器是一种新型的、有发展前途的生物反应器，它在进行生物催化的同时，也在进行产物的分离、浓缩及催化剂的回收。介绍了酶膜反应器的概念、研究近况、特有的优点及问题。对酶膜反应器的不同分类方式及应用研究进行了综述，并加以展望。关键词生物反应器反胶团膜技术由膜技术发展历史来看，最早的工业用膜是第分离。如果产物是低溶解度的或易产生沉积作用，一次世界大战后由德国的

2、Sartorius制造的[1]。膜主采用酶膜反应器可达到更高的得率。超滤膜孔径分要用于浓缩、纯化及分离。随着膜科学和工业的不布范围是1～100nm，平均截留分子量(NMWCO)断发展，膜与化学及生化反应相结合以改变化学平为500～10000道尔顿，通常酶的分子量范围是衡，从而构造出多种膜式反应器。1000～10000道尔顿，可见采用适当超滤膜反应器就能截留酶分子。对于酶膜反应器应根据酶的分子1酶膜反应器的概念大小、底物、产物的特性以及膜本身的性质来选择在生物催化过程中，目的产物的分离及催化剂超滤膜。对反应物膜的截留率应为零，使产物完全的回收再利用涉

3、及到操作过程中的费用问题，而酶透过；而对酶的截留率应为100%，将酶完全限制在膜反应器将生物催化、产物的分离、浓缩及酶的回反应体系内。收等操作步骤结合成一个操作单元。因此酶膜反应大部分超滤膜具有不对称结构。例如在某一方器是近年来生化反应器研究中的一个重要领域。酶向上其孔径连续变化。位于一多孔层次上的膜表面膜反应器一方面使酶或细胞重复使用以使反应体是一超薄层，这种独特的结构使膜不易堵塞，使酶系维持较高的酶浓度和细胞浓度，另一方面又可以膜反应器具有较高的流动透过率且易于清洗[8]。用把产物不断地从反应体系中分离出来以减少产物于制造超滤膜的材料大多是合成

4、聚合物和某些瓷对反应体系的抑制作用。酶膜反应器生产能力基于质材料(表1)[9]。选择性的半透膜，利用膜两侧的推动力，将可渗透表1酶膜反应器特征的溶液从反应体系中分离出来。半透膜起分离和界产品分超滤膜酶功能酶截留机理酶的位置膜组件面催化剂支撑体的双重作用。离机理材料半透栅栏分子大小溶液（自由）筛分平板、板框陶瓷酶膜反应器进行连续操作的首要条件是实现固定化基质静电斥力溶液（enlarged)溶液扩散管式纤维素/尼龙酶的完全截留[2]。在酶膜反应器中酶常以2种形式相分离静电吸引膜基质上沉降中空纤维聚丙烯存在，溶于或不溶于膜表面及存在于膜相的微孔或物理吸附

5、膜表面电荷基绕聚酰胺膜基质中游离态的酶，可以由静电斥力、分子筛或化学键合动态组件聚砜以化学和物理作用使酶固定于某种媒介上(惰性蛋包埋超率池乙酸纤维素白、凝胶、脂质体)，酶限制在膜的一侧[3，4]。将酶固定2酶膜反应器的分类在膜上可采用静电吸引、物理吸附或化学结合法[5～7]。生化反应器是利用生物催化剂进行生化反应酶膜反应器要求催化反应产物能在浓度梯度的设备，可以从多个角度对其进行分类，因而根据或压力差下扩散透过膜，使产物从反应体系中得到酶膜反应器的不同特征，可进行如下分类。收稿日期：2002-04-222003年第10卷第2期化工生产与技术Chem

6、icalProductionandTechnology·19·(1)根据结构和流体力学特征，可分为连续搅拌扩散的控制，极大地阻碍了反应过程，而在酶膜反应罐式(CSTR)和活塞流式(PFT)酶膜反应器；器中，可通过对流扩散消除这种控制。(2)以酶和底物的接触机制，分为直接接触式酶3.2酶膜反应器的缺点膜反应器、扩散型酶膜反应器和多相酶膜反应器；酶膜反应器的缺点主要由2方面因素导致，即(3)根据反应器内酶的状态，可分为游离态和固催化剂的失活和传质效率下降所导致的反应器效率定化酶膜反应器；降低。除了酶的热失活外，酶膜反应器中酶的稳定性(4）根据底物和产物

7、通过膜的传质推动力的不还受其他因素的影响。例如，酶分子大小与膜孔相近同，可分为压差推动和浓度差推动的酶膜反应器；甚至大于膜孔时会出现酶泄漏。如果反应体系中酶(5)根据膜材料的特性不同，可分为微滤酶膜反不过量，泄漏的酶会逐渐导致酶活力下降；微量的酶应器、反渗透酶膜反应器、超滤酶膜反应器、纳滤酶活因子的透过膜的流失，也导致酶活下降；因此在反膜反应器和透析酶膜反应器；应器中必须添加这些酶活因子。以游离态存在的酶(6）根据酶膜反应器的结构形式，可分为平板在膜表面的吸附，甚至被改变构象也会导致酶活力膜、螺旋卷绕膜、管状膜及中空纤维膜等酶膜反应下降，即使酶结构

8、没有发生改变，通过与膜的接触也器；可能导致酶中毒，这就意味着膜材料会影响酶的稳(7)根据反应和分离的耦合方式不同，可分为循