11、理想条件下酶反应器的设计与操作

理想条件下酶反应器的设计与操作

1. 操作模式与反应器配置

酶在技术应用方面极为广泛，是分子生物学和生物技术研究的基础工具。大多数酶的技术应用是作为过程催化剂，占其全球商业价值的70%以上。传统上，酶主要作为水解反应的催化剂，在水介质中进行反应，这仍是其主要应用领域。然而，近年来，酶的应用已扩展到有机合成反应，大多在非水介质中使用固定化酶进行。

传统的均相催化过程，即在搅拌釜式反应器中分批进行且不回收酶的水介质反应，已被多种非均相系统的反应器配置和操作模式所取代，这可以通过使用固体催化剂（固定化酶）或非均相反应介质（有机溶剂、离子液体、半固体介质）来实现。

酶在过程条件下稳定性差，是其作为工业催化剂广泛应用的主要障碍。因此，设计和生产稳健的酶催化剂是酶生物催化的主要问题。固定化酶是强大的过程催化剂，具有稳定性和可回收性，提高了使用效率，从而降低了对总运营成本的影响。固定化酶可用于顺序分批操作（每批反应后回收酶）或连续操作，从搅拌釜式反应器到柱式或管式反应器。另一方面，将酶溶解在反应介质中的均相催化主要限于搅拌釜式反应器中的分批操作，少数例外情况如淀粉液化，通常在连续操作的管式反应器中使用可溶性α - 淀粉酶进行。膜反应器也可用于实现可溶性酶的连续操作。

常见的反应器配置如下表所示：
| 反应器类型 | 说明 |
| — | — |
| 分批搅拌釜式反应器 | 传统的分批反应设备 |
| 循环分批反应器 | 具有循环功能的分批反应器 |
| 连续搅拌釜式膜反应器 | 结合膜分离的连续搅拌釜式反应器 |
| 连续搅拌釜式反应器 | 连续操作的搅拌釜式反应器 |
| 连续填充床反应器 | 填充催化