酶膜反應器將酶促反應的高效率與膜的選擇透過性有機結合,可以強化過程的速率。
基本介紹
概述,特點,分類,套用,
概述
近年來,酶膜反應器在生物、醫藥、食品、化工、環境等領域得到了日益廣泛的套用。隨著基因工程、材料科學特別是高分子材料科學的發展,隨著高效固定化技術的開發以及過程設計的不斷最佳化,酶膜反應器的套用效率將會逐步提高,其套用領域也將會越來越廣泛。本文概述了酶膜反應器的特點及其分類,介紹了酶膜反應器的套用領域和一些套用實例。並討論酶膜反應器目前存在的一些瓶頸問題及其解決辦法。
特點
歸納起來,酶膜反應器具有以下一些特點：
(1)與普通化學反應相比,酶促反應速率快,選擇性高,條件溫和;
(2)膜是酶固定化的良好載體;
(3)能夠有效消除產物抑制;
(4)傳質面積大,傳質速率快;
(5)避免了乳化和破乳、液泛等問題;
(6)易於連續化、自控與集成化。
分類
酶膜反應器可以根據酶的存在狀態、液相數目、膜組件型式、膜材料類型、反應與分離耦合方式、傳質推動力等的區別,分為不同的類型:
(1)根據酶的存在狀態,可將酶膜反應器分為游離態和固定化酶膜反應器。前者酶均勻地分布於反應物相中,酶促反應在接近本徵動力學的狀態下進行,但酶易發生剪下失活或泡沫變性,裝置性能受濃差極化和膜污染的顯著影響。固定化酶膜反應器中,酶通過吸附、交聯、包埋、化學鍵合等方式被“束縛”在膜上,酶裝填密度高,反應器穩定性和生產能力高,產品純度和質量好,廢物量少。但酶往往分布不均勻,傳質阻力也較大。
(2)根據液相數目的不同,可將酶膜反應器分為單液相(超濾式)和雙液相酶膜反應器。單液相酶膜反應器多用於底物分子量比產物大得多,產物和底物能夠溶於同一種溶劑的場合。雙液相酶膜反應器多用於酶促反應涉及兩種或兩種以上的底物,而底物之間或底物與產物之間的溶解行為差別較大的場合。
(3)根據膜組件型式的不同,可將酶膜反應器分為板框式、螺旋卷式、管式和中空纖維式酶膜反應器四種。其差別在於結構複雜性、裝填密度、膜的更換、抗污染能力、清洗、料液要求、成本等方面有所不同。
(5)根據反應與分離的耦合方式不同,可將酶膜反應器分為一體式和循環式酶膜反應器。在前一種套用方式中,系統通常包含一個攪拌槽式反應器加上一個膜分離單元。在後種套用方式中,膜既作為酶的載體,同時又構成分離單元。
(6)根據傳質推動力的不同,可將酶膜反應器分為壓差驅動、濃差驅動、電位差驅動的酶膜反應器。
另外,可以根據膜的親疏性以及結構形態的不同,酶膜反應器還有其它分類方法。
套用
目前,酶膜反應器主要用於有機相酶催化,手性拆分與手性合成,反膠團中的酶催化,輔酶或輔助因子的再生,生物大分子的分解等場合。
