酶膜反应器的应用及研究进展总.pptx

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1、会计学1酶膜反应器的应用及研究进展总酶膜反应器的应用及研究进展总主要内容主要内容1.研究背景2.酶膜反应器的定义及基本原理3.酶膜反应器的特点及分类4.应用及研究进展5.酶膜反应器的瓶颈问题和解决办法6.酶膜反应器的展望第1页/共52页酶膜反应器产酶膜反应器产生的背景生的背景实例：利用蛋白水解生产功能性活性肽一直是功能性食品研究的热点，因为功能性活性肽具有消化吸收、抗疲劳、抗氧化、抗高血压和促进肠道益生菌的生长等生物功能活性，所以将蛋白酶解成活性多肽，添加到日常的饮食中，具有良好的保健作用。目前日本就开发出含有 ACE 抑制肽的产品上市。第2页/共52页 但是当前工业上水解蛋白都是采用间歇式的

2、生产方式，它是当蛋白达到预期水解程度后，经过灭酶，脱盐和 分离这几个工序后得到产品。间歇式水解蛋白有很多 不足之处：如酶不能重复使用、生产成本高、每批次 的产品品质难控制、反应时间长和生产效率低等。第3页/共52页 膜反应器最早应用于微生物的培养，1958 年 Stem 用透析装置培养出了牛痘苗细胞，1968 年 Blatt 第一次提出膜反应器概念，从此膜反应器应用到了许多领域，包括生物、化工、环境、农业和食品等领域。第4页/共52页 20 世纪 60年代兴起的固定化酶技术可以解决酶的重复性使用问题，但是它本身有很多缺点，限制了它的应用。其中酶活的损失是最重要原因，基于固定化方法的不同，酶活损

3、失高达 10%90%。其原因可能是由于在固定化过程中，酶的空间构型发生变化或者酶的接触面减小而造成的。所以为了能够降低蛋白水解的工业成本，克服以上 2 种方法的不足，现在提出了一种新的蛋白水解装置酶膜反应器。第5页/共52页第6页/共52页定义定义是将酶催化反应和膜分离耦合在一起的装置，集反应、产品分离和酶回收再利用于一体，它是在膜反应器上改进而成的。酶膜反应器是膜和生物化学反应相结合的系统或操作单元,依靠酶的专一性、催化性及膜特有的功能,集生物反应与反应产物的原位分离、浓缩和酶的回收利用于一体,能够改变反应过程、控制反应进程,从而实现减少副产物的生成、提高产品收率等目的。第7页/共52页第8

4、页/共52页近年来,酶膜反应器在生物、医药、食品、化工、环境等领域得到了日益广泛的应用。随着基因工程、材料科学特别是高分子材料科学的发展,高效固定化技术的开发以及过程设计的不断优化,酶膜反应器的应用效率将会逐步提高,应用领域也将会越来越广泛。第9页/共52页 生物催化作用包括在均相或多相体系中酶促底物转化为产物的过程。同其他化学过程一样,产物的分离及酶的再利用是涉及到操作费用的一个重要步骤。膜反应器试图将催化转化、产物(产品)的分离、浓缩及催化剂的回收等结合成为一个操作单元。第10页/共52页基本原理基本原理 膜反应器是基于利用选择性的半透膜来分离酶及产物(或者底物),利用膜两侧的推动力(化学

5、势、压差、电势差等),将可渗透的溶质从反应体系中分离出来的原理。在近年来的研究工作中,半透膜不仅起到分离的作用,而且还用于作为界面催化剂的支撑体。对于成功的连续操作酶膜反应器而言,最基本且最重要的要求是将反应体系中的酶完全截留。第11页/共52页 在酶膜反应器中,酶以两种形态存在:(1)溶于或不溶于膜表面;(2)存在于膜相的微孔或膜基质中。利用包埋、静电作用等技术,或者物理的、化学的方法,将酶固定于某种媒介上(如惰性蛋白质、凝胶、脂质体等),酶处于膜的一侧,这样,酶以自由的形态存在。第12页/共52页三、酶膜反应器的特点三、酶膜反应器的特点集催化反应、产物分级、分离与浓缩以及催化剂回收于一体的

6、酶膜反应器具有以下特点:(1)与化学催化剂相比,酶催化剂的选择性和催化效率要高得多;这些酶呈现出较高的反应速率、更加温和的反应条件和更好的专一性.第13页/共52页n n(2)(2)膜作为酶的膜作为酶的固定化载体固定化载体可以使酶可以使酶在类似生物膜的环境中高效发挥作用在类似生物膜的环境中高效发挥作用.(3)(3)反应产物及时从反应区域移出反应产物及时从反应区域移出,消除了不利动力学和热力学消除了不利动力学和热力学(4)(4)可实现对流传质代替自由扩散可实现对流传质代替自由扩散,强化了传质速率强化了传质速率,提高了反应速率提高了反应速率.第14页/共52页n n(5)(5)膜作为相分离器和相接

7、触器膜作为相分离器和相接触器,避避免了免了乳化和破乳乳化和破乳等问题等问题,也摆脱了也摆脱了液液泛泛的限制的限制.(6)(6)易于连续化和自动控制易于连续化和自动控制.(7)(7)设备费和操作费均低设备费和操作费均低.第15页/共52页四、酶膜反应器的分类四、酶膜反应器的分类n n 根据酶的存在状态、相数、膜组件根据酶的存在状态、相数、膜组件型式、膜材料类型、耦合方式、传质型式、膜材料类型、耦合方式、传质推动力等的不同推动力等的不同,酶膜反应器有不同酶膜反应器有不同的分类方式的分类方式第16页/共52页n n(1)(1)根据根据酶的存在状态酶的存在状态,可以把酶膜可以把酶膜反应器分为游离态和固

8、定化酶膜反应反应器分为游离态和固定化酶膜反应器器.游离态酶膜反应器游离态酶膜反应器中中,酶均匀地分酶均匀地分布于反应物相中布于反应物相中,酶促反应在等于或酶促反应在等于或接近于本征动力学的状态下进行接近于本征动力学的状态下进行,但但酶容易发生酶容易发生剪切失活剪切失活或或泡沫变性泡沫变性,浓浓差极化和膜污染显著地影响着这类反差极化和膜污染显著地影响着这类反应器的性能应器的性能.第17页/共52页n n 固定化酶膜反应器固定化酶膜反应器中中,酶通过吸附、交联、包埋、酶通过吸附、交联、包埋、化学键合等方式被束缚在膜上化学键合等方式被束缚在膜上,酶的装填密度较高酶的装填密度较高,反应器的反应器的稳定

9、性和生产能力大稳定性和生产能力大,产品纯度和质量高产品纯度和质量高,废物生成量少废物生成量少.但酶的分布不均匀但酶的分布不均匀,传质阻力往往较传质阻力往往较大大.第18页/共52页n n(2)(2)根据根据相数相数的不同的不同,可以把酶膜反可以把酶膜反应器分为单液相应器分为单液相(超滤式超滤式)和双液相和双液相酶膜反应器酶膜反应器.但液相酶膜反应器多用于但液相酶膜反应器多用于底物相底物相对分子质量比产物大得多、产物和底对分子质量比产物大得多、产物和底物能够溶于一种溶剂物能够溶于一种溶剂(具有类似的溶具有类似的溶解行为解行为)的场合的场合.第19页/共52页n n 当酶促反应涉及两种或两种以上的

10、底物当酶促反应涉及两种或两种以上的底物,而底物而底物之间或底物与产物之间的溶解行为相差很大时之间或底物与产物之间的溶解行为相差很大时,双液双液相酶膜反应器则较为适宜相酶膜反应器则较为适宜.第20页/共52页n n(3)(3)根据根据膜组件的型式膜组件的型式不同不同,可以把可以把酶膜反应器分为板框式、螺旋卷式、酶膜反应器分为板框式、螺旋卷式、管式和中空纤维式酶膜反应器管式和中空纤维式酶膜反应器.以上以上4 4 种型式的组件在种型式的组件在结构复杂结构复杂性、装填密度、膜的更换、抗污染能性、装填密度、膜的更换、抗污染能力、清洗难易、料液要求、成本力、清洗难易、料液要求、成本等方等方面存在一定的差别

11、面存在一定的差别,需要根据具体情需要根据具体情况选用况选用.相比之下相比之下,中空纤维式酶膜中空纤维式酶膜反应器应用较多反应器应用较多.第21页/共52页n n(4)(4)根据根据膜材料膜材料的不同的不同,可以把酶膜反应器分为可以把酶膜反应器分为有有机酶膜反应器机酶膜反应器和和无机酶膜反应器无机酶膜反应器.有机膜材料有机膜材料种类多种类多,制作方便制作方便,但物理化学稳定但物理化学稳定性差性差;无机膜材料造价较高无机膜材料造价较高,脆性大脆性大,弹性小弹性小,但但物理物理化学稳定性好化学稳定性好,抗污染能力强抗污染能力强.第22页/共52页n n(5)(5)根据根据反应与分离的耦合方式反应与分

12、离的耦合方式的不的不同同,可以把酶膜反应器分为一体式和可以把酶膜反应器分为一体式和循环式酶膜反应器循环式酶膜反应器.对于对于一体式酶膜反应器一体式酶膜反应器,系统通系统通常包含一个搅拌槽式反应器加上一个常包含一个搅拌槽式反应器加上一个膜分离单元膜分离单元.循环式酶膜反应器循环式酶膜反应器,膜既作为生膜既作为生物催化剂的载体物催化剂的载体,同时又构成分离单同时又构成分离单元元.第23页/共52页n n(6)(6)根据根据传质推动力传质推动力的不同的不同,可分为化学位差驱动可分为化学位差驱动和电位差驱动的酶膜反应器和电位差驱动的酶膜反应器.前者又可进一步分为前者又可进一步分为压差驱动和浓差驱动两种

13、形式压差驱动和浓差驱动两种形式.第24页/共52页n n 另外另外,还可以根据膜的亲水疏水性以及膜的结构还可以根据膜的亲水疏水性以及膜的结构形态形态(对称膜、非对称膜、复合膜对称膜、非对称膜、复合膜)对酶膜反应器对酶膜反应器进行分类进行分类.第25页/共52页酶膜反应器的应用及研究进展酶膜反应器的应用及研究进展酶膜反应器的应用及研究进展酶膜反应器的应用及研究进展n n生物大分子的分解生物大分子的分解n n辅酶或辅助因子的再生辅酶或辅助因子的再生n n低聚肽的合成低聚肽的合成n n有机相酶催化有机相酶催化n n手性拆分与手性合成手性拆分与手性合成n n反胶团中的酶催化反胶团中的酶催化第26页/共

14、52页生物大分子的分解生物大分子的分解n n用于酶膜反应器的生物大分子包括蛋白质、多糖等用于酶膜反应器的生物大分子包括蛋白质、多糖等,主要工作集中主要工作集中在淀粉、纤维素、蛋白质等的水解。在淀粉、纤维素、蛋白质等的水解。n n利用膜的筛分作用利用膜的筛分作用,可以将相对分子质量较大的生物大分子与相对可以将相对分子质量较大的生物大分子与相对分子质量较小的水解产物实现原位分离分子质量较小的水解产物实现原位分离,以部分甚至全部消除产物以部分甚至全部消除产物抑制抑制,酶膜反应器还可以用来控制反应的深度。酶膜反应器还可以用来控制反应的深度。第27页/共52页应用实例应用实例应用实例应用实例n n(1)

15、(1)通过果胶水解来降低果汁粘度通过果胶水解来降低果汁粘度;n n(2)(2)通过乳糖转化降低牛奶和乳清中乳糖通过乳糖转化降低牛奶和乳清中乳糖 的含量的含量;n n(3)(3)通过多酚化合物和花色素的转化来进行白酒的处理等；通过多酚化合物和花色素的转化来进行白酒的处理等；第28页/共52页n nSlominska Slominska 通过膜反应器水解马铃薯淀粉通过膜反应器水解马铃薯淀粉,并初步研究了并初步研究了酶的添加量、过膜压力、停留时间和不同切割分子量的膜酶的添加量、过膜压力、停留时间和不同切割分子量的膜对葡萄糖生产的影响对葡萄糖生产的影响,使其生产的葡萄糖最终使其生产的葡萄糖最终DE D

16、E 值可达值可达到到94%94%-96%96%。他还试图将酶膜反应器应用于环糊精的生产。他还试图将酶膜反应器应用于环糊精的生产中中,研究发现使用酶膜反应器可大大提高生产效率。研究发现使用酶膜反应器可大大提高生产效率。第29页/共52页n n任等通过研究酶膜反应器系统对酶活的影响，可知酶膜反任等通过研究酶膜反应器系统对酶活的影响，可知酶膜反应器系统对碱性蛋白酶具有很好的保留效果。通过利用应器系统对碱性蛋白酶具有很好的保留效果。通过利用Design Expert 6.0.5 Design Expert 6.0.5 设计四因素三水平的响应面分析试设计四因素三水平的响应面分析试验，求得酶膜反应器制备燕

17、麦蛋白质验，求得酶膜反应器制备燕麦蛋白质ACE ACE 抑制肽的最佳工抑制肽的最佳工艺条件为底物质量分数艺条件为底物质量分数3%3%、加酶量、加酶量3.5%3.5%、料液流量、料液流量45 L/h45 L/h、操作压力操作压力0.07 MPa0.07 MPa、温度、温度61 61、pH 8pH 8，在该条件下产物，在该条件下产物的的ACE ACE 抑制率可达抑制率可达67.86%67.86%。第30页/共52页n n杨杨等等采采用用酶酶膜膜生生物物反反应应器器(EMBR)(EMBR)制制备备抗抗凝凝血血酶酶蛋蛋清清水水解解物物，并并用用人人工工神神经经网网络络方方法法优优化化工工艺艺。结结果果

18、表表明明，在在底底物物质质量量分分数数1%1%、酶酶质质量量分分数数1%1%、pH8.0pH8.0、温温度度5555、滤滤过过液液流流速速10mL/min10mL/min、水水解解时时间间4h 4h 时时，产产物物的的最最低低抗抗凝凝血血酶酶IC50 IC50 预预测测值值为为10.43mg/mL10.43mg/mL，与与实实测测值值仅仅相相差差4.03%4.03%，说说明明采采用用EMBREMBR制制备备蛋蛋清清酶酶解解物物的的方方法法可可行行，并并经经人人工工神神经经网网络络方方法法优化得到了抗凝血酶蛋清水解物的最优制备条件。优化得到了抗凝血酶蛋清水解物的最优制备条件。第31页/共52页n

19、 n熊等以花生蛋白为原料，熊等以花生蛋白为原料，Alcalase Alcalase 碱性蛋白酶为水解酶，碱性蛋白酶为水解酶，研究了利用酶膜反应器连续酶解花生蛋白的最佳工艺条件。研究了利用酶膜反应器连续酶解花生蛋白的最佳工艺条件。通过单因素实验选取实验因素与水平，并确定了操作压力通过单因素实验选取实验因素与水平，并确定了操作压力为为0.02MPa0.02MPa。再选取水解度。再选取水解度(DH)(DH)为响应值，设计了四因素为响应值，设计了四因素(pH(pH、温度、底物浓度和加酶量、温度、底物浓度和加酶量)三水平的中心组合响应三水平的中心组合响应面实验。得出最佳工艺条件为面实验。得出最佳工艺条件

20、为:pH:pH 9.69.6，温度，温度5454，底物，底物浓度浓度2%2%，加酶量，加酶量7440u/g7440u/g。通过在最佳水解条件下进行水。通过在最佳水解条件下进行水解，实际得到解，实际得到DH DH 为为26.13%26.13%。第32页/共52页 辅酶或辅助因子的再生辅酶或辅助因子的再生n n氧化还原酶属于酶工程中的重要酶种氧化还原酶属于酶工程中的重要酶种,该类酶可以催化共价合成、该类酶可以催化共价合成、能量转移、基团转移、氧化还原等多种类型的反应能量转移、基团转移、氧化还原等多种类型的反应,但催化作用大但催化作用大多需要昂贵的辅酶或辅助因子多需要昂贵的辅酶或辅助因子,如如NAD

21、+NAD+、NADP+NADP+、ATP ATP 或辅酶或辅酶A A 的参加。因此的参加。因此,凡是有辅酶和辅助因子参与的反应凡是有辅酶和辅助因子参与的反应,必须设有辅酶必须设有辅酶再生反应系统再生反应系统,以通过辅酶和辅助因子的反复利用降低生产成本。以通过辅酶和辅助因子的反复利用降低生产成本。第33页/共52页应用实例应用实例应用实例应用实例n n例例如如对对于于NADP(HNADP(H)的的截截留留,Ikemi,Ikemi等等人人用用NTRNTR-7410 7410 膜膜截截留留率率为为87%87%,Giorno,Giorno等等人人用用NTRNTR-7450 7450 膜膜得得到到的的截

22、截留留率率为为95%95%。对对于于NAD(H)NAD(H)的的截截留留,NTR,NTR-7430 7430 膜、膜、Y05 Y05 膜和膜和DS5DS5膜的截留率分别达到膜的截留率分别达到99%99%、89%89%、98%98%。n n伴伴有有辅辅酶酶和和辅辅助助因因子子再再生生系系统统的的酶酶膜膜反反应应器器已已经经成成功功地地用用于于NADPHNADPH、氨基酸、羧酸、醇、氨基酸、羧酸、醇、6 6-磷酸葡萄糖、乳酸、醛、内酯等物质的生产磷酸葡萄糖、乳酸、醛、内酯等物质的生产第34页/共52页n nFujiFuji等等人人采采用用了了细细管管式式中中空空纤纤维维反反应应器器成成功功地地实实

23、现现了了NAD NAD 的的循循环环再再生生。反反应应器器型型式式如如图图所所示示。该该反反应应器器主主要要是是一一根根有有固固定定化化酶酶的的超超滤滤膜膜管管。在在细细管管内内，丙丙氨氨酸酸脱脱氢氢酶酶（AlaDHAlaDH）配配合合NADNAD循循环环构构成成丙丙氨氨酸酸的生产体系。而乳酸酯脱氢酶（的生产体系。而乳酸酯脱氢酶（LDHLDH）则被用作）则被用作NAD NAD 的再生。的再生。第35页/共52页低聚肽的合成低聚肽的合成低聚肽的合成低聚肽的合成n n低聚肽在生化和医药领域是一种比较重要的物质，它可制低聚肽在生化和医药领域是一种比较重要的物质，它可制成人工营养品、激素和抑制剂等。用

24、蛋白酶合成低聚肽，成人工营养品、激素和抑制剂等。用蛋白酶合成低聚肽，较之传统的合成方法，可避免外消旋作用，并能保护具有较之传统的合成方法，可避免外消旋作用，并能保护具有三功能性氨基酸的侧链。酶膜反应器则为蛋白酶催化的合三功能性氨基酸的侧链。酶膜反应器则为蛋白酶催化的合成反应提供了广阔的发展空间。成反应提供了广阔的发展空间。第36页/共52页应用实例应用实例应用实例应用实例n n徐徐等等研研究究酶酶膜膜反反应应器器中中超超滤滤压压力力及及循循环环流流速速对对分分离离酪酪蛋蛋白白生生物物活活性性肽肽的的影影响响。研研究究结结果果表表明明：增增大大超超滤滤压压力力会会导导致致蛋蛋白白质质回回收收率率

25、的的大大幅幅度度提提高高，但但会会促促使使酶酶大大量量泄泄漏漏并并对对膜膜造造成成严严重重的的污污染染；提提高高循循环环流流量量为为140 140 mLmLminmin时时，酶酶泄泄漏漏较较少少，膜膜污污染染程程度度相相对对降降低低，并并可可获获得得较较高高的的蛋蛋白白质质回回收率。收率。第37页/共52页n n卢等研究了酶和水解条件对乳清蛋白水解度和水解物卢等研究了酶和水解条件对乳清蛋白水解度和水解物DPPHDPPH自由基清除率的影响。研究结果表明，酶膜反应器和二级自由基清除率的影响。研究结果表明，酶膜反应器和二级超滤分离联用是制备具有抗氧化活性的乳清蛋白肽的有效超滤分离联用是制备具有抗氧化

26、活性的乳清蛋白肽的有效方法。分别研究分批反应方法。分别研究分批反应,酶膜反应以及酶膜反应与超滤酶膜反应以及酶膜反应与超滤浓缩联用得到的水解物的对热浓缩联用得到的水解物的对热,pH,pH和贮藏稳定性。结果表和贮藏稳定性。结果表明它们以冻干的状态在环境温度下都具有好的贮藏稳定性明它们以冻干的状态在环境温度下都具有好的贮藏稳定性,并且在酸性条件并且在酸性条件(pH 6.3)(pH 6.3)下具有高的抗氧化活性下具有高的抗氧化活性,耐高温耐高温(63(63下下30 min)30 min)。它们在中性条件下具有好的溶解性。它们在中性条件下具有好的溶解性。第38页/共52页酶膜反应器的应用酶膜反应器的应用

27、有机相酶催化有机相酶催化有机相酶催化研究最多的是脂肪酶,脂肪酶可在水溶液中催化油脂的水解反应,在有机介质中催化酯化反应,酰基转移反应,硫代酯基转移反应,酯交换反应及内酯合成反应。脂肪酶的这种广谱催化能力使得它在有机相酶催化中获得了广泛的应用。但是,脂肪酶催化反应的最大问题是底物油脂不溶于水,因而可以使脂肪酶固定化于膜上成为酶膜反应器，从而与底物分子紧密接触。第39页/共52页酶膜反应器的应用酶膜反应器的应用有机相酶催化有机相酶催化Tsai等人用三种疏水性的高分子膜通过物理吸附法固定脂肪酶,在带有搅拌的扩散反应器中进行了橄榄油水解实验。考察了酶和底物浓度对水解速率的影响,发现酶活性在6 d左右的

28、时间内活性下降很大,判断是由于酶的失活、产物抑制以及产物在膜与有机相界面处的吸附所致。第40页/共52页酶膜反应器的应用酶膜反应器的应用手性拆分与合成手性拆分与合成光学纯对映体的制备方法主要有化学拆分法、酶促拆分法和不对称合成法。酶促拆分法具有立体选择性高、环境污染少等优点而日益受到重视。酶膜反应器具有酶高效立体选择性催化和膜分离的连续性两大特点，在手性拆分与手性合成中日益受到重视。第41页/共52页酶膜反应器的应用酶膜反应器的应用手性拆分与合成手性拆分与合成姜忠义等以溶解于正辛醇中的N-乙酰-D,L-苯丙氨酸乙酯消旋混合物为底物,以磷酸盐缓冲溶液为萃取剂,将从蜂蜜曲霉中提取的氨基酰化酶固定于

29、聚丙烯腈中空纤维膜上作为催化剂,通过膜反应萃取过程,实现了L-苯丙氨酸的高效手性合成。第42页/共52页酶膜反应器的应用酶膜反应器的应用手性拆分与合成手性拆分与合成尚雁等利用乳液酶膜反应器将柱状假丝酵母脂肪酶 固定于中空纤维超滤膜上,进行外消旋萘普生甲酯的水解反应,从膜的透过侧分离出产物(S)-萘普生,实现反应分离一体化。结果表明:固定化酶引起的传质阻力远大于膜本身的阻力;透过侧的产物浓度与水相渗透通量密切相关,通量较低时,产物浓度较高;固定化酶的初始反应速率为3.660umol/(h.g),为自由酶的20倍以上,固定化酶的对映体过剩值99%-100%,远高于自由酶的选择性,表明该反应体系为脂

30、肪酶催化拆分反应提供了良好环境。第43页/共52页酶膜反应器的应用酶膜反应器的应用反胶团中酶催化反胶团中酶催化反胶团：表面活性剂，在有机溶剂中会形成亲水基（头）朝内，疏水基团（尾）朝外的含有水分子内核的聚集体。反胶团的结构特征使酶在有机溶剂中能溶入很小的水环境中。酶膜反应器能将反胶团内的酶保留在反应器内,又能将产物分离。反应器利用微孔膜将酶截留,而反应介质能透过膜流出。第44页/共52页酶膜反应器的应用酶膜反应器的应用反胶团中酶催化反胶团中酶催化J.M.S.Cabral等人将胰蛋白酶包囊化于TTAB/庚烷/正辛醇反胶团中,以易溶于水中的亮氨酰胺和易溶于有机相的乙酰苯丙氨酸乙酯为底物,在膜反应器

31、中进行了二肽AcPheLeuNH2的合成。由于二肽能够选择性地从反应体系中沉淀析出,从而实现了酶促反应与产物分离的有效集成,二肽收率达到70%80%,纯度92%,产率为20g/g enzyme.d,酶的催化活性在7d内基本不衰减。第45页/共52页酶膜反应器的应用酶膜反应器的应用反胶团中酶催化反胶团中酶催化Prazeres 等研究了截留分子量为10000的超滤膜对平均分子量为30000D的脂肪酶B的截留,发现截留系数几乎为100%。Serraiheiro利用同样的膜截留A-胰凝乳蛋白酶,初始酶的质量浓度为1mg.mL-1时,24h后酶被截留94%。这说明,根据酶分子的大小,选择合适的超滤膜,可

32、以将酶截留。第46页/共52页酶膜反应器的瓶颈问题和解决办法目前,以下方面的问题严重制约了酶膜反应器的推广应用:(1)酶分子和小分子激活剂(金属离子或辅助因子等)的泄漏，导致催化活性下降。(2)空阻效应使酶的空间构型改变或活性位点遮蔽。有些膜材料还可使酶中毒失活。(3)酶分子因剪切力作用失活。(4)由于产物分子在靠近膜面的位置逐渐积聚容易形成凝胶层，造成酶膜反应器中严重的产物抑制。(5)酶膜反应器的性能受浓差极化和膜污染的严重影响。第47页/共52页酶膜反应器的瓶颈问题和解决办法解决上述问题主要有以下途径和办法:(1)以定向固定化代替随机固定化,以保证酶的空间构型维持不变。(2)对酶分子的侧链

33、基团进行必要的化学修饰改性,以增加酶与膜材料之间的生物相容性,提高酶对有机溶剂的耐受性,也使酶的分子量有所增大而改善膜的截留效果。(3)研制生物相容性好、抗污染的高分子膜材料,采用先进的成膜工艺使膜的形态结构更为优化。(4)膜组件的良好设计,以降低浓差极化和膜污染的不利影响。第48页/共52页酶膜反应器酶膜反应器的展望的展望开发耐溶胀的膜材料 在酶膜反应器中,由于有机溶剂的引入,常使膜发生溶胀,膜的弯曲因子、孔径等发生改变,致使机械强度降低。另一方面,溶胀使膜靠在一起,丧失有效的传质面积。因此,开发耐溶胀的膜材料成为酶膜反应器发展的关键之一。研制新型膜材料通过对酶膜反应器问题的总结，发现膜分离效果的好坏及抗污染性是这项技术关键，而膜又是最为关键的。所以膜材料的发展决定着酶膜反应器能否实现工业化。第49页/共52页酶膜反应器酶膜反应器的展望的展望治理废水利用酶膜反应-萃取技术开发固定化酶膜反应器降解工业废水。要注重膜萃取过程和酶促反应过程的互相强化和优化作用。增强酶的热稳定性对无机酶膜反应器,因反应器中温度很高,酶较易失活。如何增进酶的热稳定性成为发展无机酶膜反应器的关键所在。第50页/共52页第51页/共52页