本发明专利技术提供了一种将搅拌式生物发酵罐组装为流化床式酶反应器的方法，属于生物反应器设计与改造技术领域。将搅拌式生物发酵罐的水浴系统外接带夹层层析柱的夹套水进出口，利用发酵罐系统上的蠕动泵快速的将底物溶液从下方口压入装有固定化酶的层析柱中，将固定化酶悬浮，与底物溶液充分接触。该发明专利技术利用搅拌式发酵罐设备系统组装为流化床式酶反应器，实现自动控温控pH的酶催化反应，节省设备资金且减少场地占有量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物工程领域中的生物反应器设计与改造
，涉及一种将搅拌式发酵罐快速组装为流化床式酶反应器的方法。
技术介绍
酶尤其是固定化酶在生物体外进行催化反应时，都必需在一定的反应容器中进行，以便控制酶催化反应的各种条件和速度。酶反应器是用于完成酶促反应的核心装置，它为酶催化反应提供合适的场所和最佳的反应条件，它处于酶催化应过程的中心地位，是连接原料和产物的桥梁。 流化床式反应器的特点是底物溶液以足够大的流速，从反应器底部向上通过固定化酶柱床时，便能使固定化酶颗粒始终处于流化状态。流化床式反应器可用于处理黏度较大和含有固体颗粒的底物溶度，也可用于需要供气体或排放气体的酶反应，其流动方式使反应液的混合程度介于连续搅拌式酶反应器的全混型和填充床式酶反应器的平推流型之间。 工业酶催化反应过程中使用的酶种类众多，酶催化剂形式（固定化酶、游离酶、固定化细胞、游离细胞等）多样，底物物理化学性质差异大，酶催化动力学性质和酶稳定性都存在差异，所有这些因素都要求设计适应催化过程要求的酶反应器，然而目前商品化酶反应器以搅拌罐式反应器为主，难以适应快速发展的酶工程技术的要求。本专利技术提供了一种在发酵罐原有系统基础上，快速组装为流化床式酶反应器的方法，实现发酵罐与流化床反应器的设备集成，节省设备投资。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种将搅拌罐式生物发酵罐组装为流化床式酶反应器的方法，同时保留生物发酵罐原有功能，实现一种设备具有两种（发酵罐、流化床式酶反应器）使用功能，适宜规模化推广使用。 本专利技术可以通过如下措施达到：一种将搅拌式发酵罐系统组装为流化床式酶反应器的方法，其特征在于包含如下步骤： 1. 搅拌式发酵罐系统：发酵罐主体、控制系统、恒温水浴循环装置、蒸汽发生器、空气压缩泵和空气储罐均具备。 2. 将搅拌式发酵罐的恒温水浴循环装置的进出水口分别外接层析柱的夹套进出口，层析柱上下方口10cm处均有砂芯，其中上方口为活动砂芯以方便固定化酶加入。由层析柱上方口以静沉方式加入固定化酶，并用缓冲液淋洗平衡，同时将搅拌式发酵罐的pH电极插入层析柱上方口。 3. 将酶催化底物溶液补料瓶、酸瓶和碱瓶的外接软管分别接入搅拌罐式发酵罐的蠕动泵，其中酸碱补料瓶的软管出口置于层析柱的上方口，而底物溶液补料瓶软管与层析柱的下方口连接。 4. 开启与底物溶液补料瓶连接的蠕动泵，快速推动底物溶液自下方口进入层析柱，将固定化酶悬浮，与底物溶液充分接触完成反应。启动搅拌式发酵罐的主板控制系统，根据酶催化工艺要求，实现温度、pH和底物补料的控制。 5. 当底物溶液将要充满层析柱料腔时，启动外接蠕动泵，以恒定速率流出一定量的反应液，保证层析柱内的底物溶液不至溢出。 具体实施方式： 以下结合酶法生产6-氨基青霉烷酸和豌豆蛋白多肽的实施例对本专利技术进行进一步说明，本专利技术的保护范围不受实施例的限制。 搅拌式发酵罐系统的主辅设备齐全，包括发酵罐主体、发酵罐控制系统、空气压缩机和空气储罐、恒温循环水浴、蒸汽发生器，各装置设备之间依靠硅胶软管相互连接。 实施例1：将搅拌式生物发酵罐组装为流化床式酶反应器生产6-氨基青霉烷酸 将搅拌式发酵罐的恒温水浴循环装置的进出水口分别外接层析柱的夹套进出口，层析柱的有效长宽分别为40cm和8cm。由层析柱上方口以静沉方式加入固定化青霉素酰化酶（107 U/g），并用pH8.0缓冲液淋洗平衡，预平衡后的固定化酶高度为层析柱实际使用高度的1/4。将搅拌式发酵罐的pH电极插入层析柱上方口，同时将酶催化底物溶液补料瓶、酸瓶和碱瓶的外接软管分别接入搅拌罐式发酵罐的蠕动泵，其中酸碱补料瓶的软管出口置于层析柱的上方口，而底物溶液补料瓶软管与层析柱的下方口连接。开启与底物溶液补料瓶连接的蠕动泵，进样量以60ml/min的速度快速推动质量分数为10%的底物溶液自下方口进入层析柱，将固定化酶悬浮，与底物溶液充分接触完成反应。当底物溶液将要充满层析柱料腔时，启动外接蠕动泵，以恒定速率流出一定量的反应液，保证层析柱内的底物溶液不至溢出。循环水浴控制反应温度为40℃，利用发酵罐控制系统进行自动酸碱滴定控制反应pH为8.0，利用比色法测定层析柱下方出口的产物6-氨基青霉烷酸的得率为76%。 实施例2：将搅拌式生物发酵罐组装为流化床式酶反应器生产豌豆蛋白多肽 将搅拌式发酵罐的恒温水浴循环装置的进出水口分别外接层析柱的夹套进出口，层析柱的有效使用长宽分别为85cm和10cm。固定化枯草芽孢杆菌蛋白酶（352 U/g），并用pH7.5缓冲液淋洗平衡，预平衡后的固定化酶高度为层析柱实际使用高度的1/5。将搅拌式发酵罐的pH电极插入层析柱上方口，同时将酶催化底物溶液补料瓶、酸瓶和碱瓶的外接软管分别接入搅拌罐式发酵罐的蠕动泵，其中酸碱补料瓶的软管出口置于层析柱的上方口，而底物溶液补料瓶软管与层析柱的下方口连接。开启与底物溶液补料瓶连接的蠕动泵，进样量以65ml/min的速度快速推动质量分数为6%的底物溶液自下方口进入层析柱，将固定化酶悬浮，与底物溶液充分接触完成反应。当底物溶液将要充满层析柱料腔时，启动外接蠕动泵，以恒定速率流出一定量的反应液，保证层析柱内的底物溶液不至溢出。循环水浴控制反应温度为48℃，利用发酵罐控制系统进行自动酸碱滴定控制反应pH为7.5，利用茚三酮比色法测定层析柱下方出口的产物豌豆蛋白多肽的得率为24%。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种将搅拌式发酵罐系统组装为流化床式酶反应器的方法，其特征在于利用搅拌式发酵罐原有系统，发酵罐外接带有可进出恒温循环水的双层夹套层析柱，层析柱的底部和上端10cm处均有过滤砂芯，用于截留固定化酶。
【技术特征摘要】
1.一种将搅拌式发酵罐系统组装为流化床式酶反应器的方法，其特征在于利用搅拌式发酵罐原有系统，发酵罐外接带有可进出恒温循环水的双层夹套层析柱，层析柱的底部和上端10cm处均有过滤砂芯，用于截留固定化酶。
2.根据权利要求1所述，一种将搅拌式发酵罐系统组装为流化床式酶反应器的方法，其特征在于其包括如下步骤：搅拌式发酵罐系统：发酵罐主体、控制系统、恒温水浴循环装置、蒸汽发生器、空气压缩泵和空气储罐均具备；将搅拌式发酵罐的恒温水浴循环装置的进出水口分别外接层析柱的夹套进出口；由层析柱上...
【专利技术属性】
技术研发人员：程仕伟，孙虎山，梁建光，李维卫，
申请(专利权)人：鲁东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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