第五章 酶反应器-配教材

4.操作记录
时间 RNA 5-核昔酸 RNA酶解率 酶膜反应器生产能 转化率
（h） mg/ml mg/ml
(%)
力
(%)
5.相关指标测定与计算 （1）RNA含量测定 采用紫外吸收法测定RNA含量。具体操作如下:取两 支小试管，甲试管加入0.5而样品和0.5ml去离子水; 乙试管加入0.5ml样品和0.5ml核酸沉淀剂，摇匀， 冰浴冷却30min，以3000RPM离心10min。分别移 取0.4ml上清液置于两个50ml容量瓶中，定容至刻度， 用紫外吸收法测定 260nm处的吸光度。RNA含量按 下式计算:
RNA浓度（ug/ml）=△A260×稀释倍数/(0.024×L) 式中，△A26O为甲管稀释液在 260nm波长下的吸 光度减去乙管稀释液在 260nm波长下的吸光度。L 为比色皿的厚度，一般为1或0.5cm，0.024为每ml 溶液中含有1ugRNA的吸光度。 RNA%=待测液中测得的RNA质量×100/待测液中制 品的质量
2.分体式酶膜反应器装置的操作 如图2.4-3所示，将一定浓度底物溶液定量加入反应罐中，升温 至定值，保温10分钟。开动搅拌系统，定量加入配好的酶液。 打开阀1，关闭阀2，调节到实验所设计的系统参数，稳定操作。 定时取样（取样时打开阀2，关闭阀1），分别测定渗透液和反 应液中RNA含量与5-核昔酸含量，同时测定膜的渗透通量。间 隔一段时间补充底物溶液，维持体系的体积平衡。反应过程中， 密切关注体系的pH和温度变化，使pH值和温度维持在所需范 围内。
（4）酶膜反应器生产能力的计算 反应器生产能力由下述公式计算:
式中:P一一渗透液一侧酶解产物浓度(mg/ml)； J一一单位面积膜渗透通量(ml/min)； E一一酶浓度（mg/ml)； V一一反应体积（ml）。 参数K量纲为而/min，表示单位时间内按酶量计算的 产物生成量，表征了反应器的生产能力。

固定化细胞按其生理状态又可分为固定化死细胞和活细胞 两大类。最初固定化的细胞是死细胞或静止态细胞，只利 用其酶活性，近年来发展到固定化活细胞。前者经固定化 后，虽然整个细胞活力消失，但是，需要利用的“目的酶” 仍保持催化活力；而后者经固定化后，细胞仍保存活性， 能进行正常的生长、繁殖和新陈代谢，所以称为固定化活 细胞或固定化增殖细胞。 例如，琼脂包埋的酵母细胞数初 时为106个/m3，在营养培养基里培养两天后，细胞数可达 109～1010个/m3。
3、底物分子大小： 对于胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶，底物分子大
其在食品中的应用如：①透过果胶水解来降低 果汁粘度；②通过将乳糖转化为可以消化的糖 类来降低牛奶和乳清中乳糖的含量；③通过多 酚化合物和花色素的转化来进行白酒的处理； ④从牛奶产品中去除过氧化物等。
酶膜反应器与传统反应器相比，具有许多现实 意义。随着膜式反应器应用中一些问题的解决， 膜式反应器将会得到越来越广泛的应用。
5.1.1蛋白质的特异性要求
1、R1和R2基团的性质： 胰凝乳蛋白酶仅能水解R1是酪氨酸、苯丙氨酸 或色氨酸残基的侧链的肽键；胰蛋白酶仅能水 解R1是精氨酸或赖氨酸残基的侧链的肽键。 胃蛋白酶和羧肽酶对R2基团具有特异性要求， 如R2是苯丙氨酸残基的侧链，那么这两种酶能 以最高速度水解肽键。
2、氨基酸构型： 必须是L型的，天然蛋白质均属L型。
（2）酶膜反应器可将目的产物分离出去，而 酶可以重复利用，可实现连续操作，并有可 能提高复杂反应的选择性。 （3）膜作为酶的固定化载体可以使酶在类似 生物膜的环境中高效发挥作用。
（4）可实现对流传质代替自由扩散，强化了传 质速率，提高了反应速率。填充床与流化床反 应器中，质量传递常会因分子扩散的制约而影 响反应的进程，而酶膜反应器可通过对流扩散 消除这种影响，从而使传质速率加快，反应速 度提高。

第五章
生物反应器
• 在生物反应过程中，生物反应器具有中心的作用，它是连接 原料和产物的桥梁。 • 生化工程中几乎所有的内容都是围绕生物反应进行的。
• 生物反应器的设计和操作，是生物工程中的一个极其重要的 问题，它对产品的质量和成本有很大的影响。
• 据统计，生化工业有几百个产品（每年的产值上千亿美元）， 产品主要涉及到医药工业，化学工业，农产品加工工业。生 物反应器要适应这众多的生产过程，在形状，大小和操作方 式上多种多样。但生物反应器设计的目标是一个，既保证产 品质量的前提下，使产品成本最小。
• 根据搅拌所产生的流体运动的初始方向，将 搅拌桨分为径向流搅拌桨和轴向流搅拌桨。 径向流搅拌桨将流体向外推进，遇反应器内 壁和档板后再向上下两侧折返，产生次生流。 轴向流搅拌桨则使流体一开始就沿轴向运动。
• 一般而言，轴向流搅拌桨的反应器，其功率 准数较低，达到同样混合效果所需消耗的能 量要远低于径向流搅拌桨。径向流搅拌桨所 造成的剪切力大于轴向流搅拌桨，这有利于 打碎气泡，从而增大总括氧传递速率常数， 但会对有些细胞产生伤害。 •因此，径向流搅拌桨多用于对剪切力不敏感的好氧细菌和酵母的 培养，而轴向流搅拌桨多用于对剪切力敏感的生物反应体系。对 于大型发酵罐，可采用这两类搅拌桨混合配置的设计，以充分发 挥各自的优点。最下层的桨一般采用平板桨，这种桨具有优良的 气泡破碎效果，这是在青霉素发酵研究和开发中得到的经验，一 直沿用至今。
人事费用高 流速受冲出限制 空压机出口压力 要高 可采用鼓风机 需转子高速旋转 人事费用高 无需通风设备 剪切应力小 需光源
主要应用领域
大多数工业生产 污水处理、SCP生产等 有机酸,如柠檬酸生产等 面包酵母等生产 乙酸、酵母等生产 麸曲、酶制剂和麦芽生产等 酒精、啤酒等生产 杂交瘤单克隆抗体、烟草细胞 培养等 微藻等生产

酶的本质
萨姆纳研究成果是什么？
从刀豆种子中提取得到脲酶，这种酶能催化尿 素分解成氨和CO2，并证明脲酶是蛋白质
20世纪80年代切赫和奥特曼发现了什么？
发现少数RNA也具有生物催化功能
酶的本质
酶在活细胞中产生， 但可以在细胞内，也 可以在细胞外甚至在
体外起作用
请给酶下一个较完整的定义.
酶是由活细胞产生具有催化作用的有机物
2、过氧化氢和H2O2酶溶液、淀粉和淀粉酶，选 择哪一组作实验材料？ 淀粉和淀粉酶，
过氧化氢在高温下会自行分解
3、应该选碘液还是斐林试剂来鉴定实验结果呢？
碘液
该实验本身需要控制温度，而斐林试剂使用时要水浴加热
温度对酶活性的影响
组别
A
B
C
试管
1号 1′号 2号 2′号 3号 3′号
淀粉 淀粉酶 淀粉 淀粉酶 淀粉 淀粉酶
结果预测
实验步骤：
对照步实骤验
对照组 试管编实号验组
1
2
3
4
说明
变量
一 H2O2 浓度 3%
剂量
2ml
3% 3% 2ml 2ml
3% 无关变量
2ml
二 反应条件
常温
90℃
肝脏研 FeCl3 磨液
自变量
剂量
2滴清水 2滴清水 2滴 2滴
观 气泡产生 不明显 少量 较多 大量 察 带火星的卫生香 不复燃 不复燃 变亮 复燃
A、观察产生气泡的数目的多少。 B、用无火焰的卫生香来鉴定，氧气多会使无火 焰的卫生香复燃。
酶的作用机理
问题质疑：
1、与1号试管相比，为什么2号试管加热后过氧化氢 就能分解？ 加热使反应加快的本质：使过氧化氢分子得到能量， 从常态转变为容易分解的活跃状态。