[发明专利]一种微球-膜集成酶反应器及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种微球‑膜集成酶反应器及其制备方法和应用，所述微球‑膜集成酶反应器包括载酶微球和膜组件；所述载酶微球包括微球、所述微球表面的改性层、所述改性层上负载的酶。本发明所涉及的微球‑膜集成酶反应器将酶固定化技术与膜反应器相结合，既具备了载酶量高、催化效率高的特点；还具备膜反应器的流体力学优势，同时还能对酶进行截留，实现酶的高利用率；还能实现大分子底物和小分子产物在线分离，简化流程操作。综上，该集成酶反应器结构简单、高效、节能，设备集成度高，占地面积少，设备投资低，易于工业化及规模化应用。

技术领域

本发明属于酶反应器技术领域，涉及一种微球-膜集成酶反应器及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代生物技术的发展，酶被广泛应用于医药、食品加工、废水处理等领域，具有催化效率高、专一性强、绿色无污染等优点。酶体外催化反应需要在一定的容器中进行，以便于调控反应条件和反应速率，该反应容器及其附属设备称为酶反应器。根据反应器结构不同，可以将其分为搅拌罐式反应器、鼓泡式反应器、填充床式反应器、流化床式反应器、酶膜反应器等。

CN210856150U公开了一种具有两层搅拌结构的酶反应器，实行上层搅拌臂和下层搅拌臂反向转动，配合循环组件的设置提高了酶反应试剂和相关化学试剂之间的流动性，增加了反应试剂与相关物料的接触，提高了酶反应效果。但是，游离酶操作稳定性低，在使用过程中易变性失活。而且，生物酶价格昂贵、难以回收，造成生产成本高且难以实现连续化生产。

CN211255950U公开了一种苯甘氨酸的连续生产及酶回收装置，其结构包括酶反应器、酶分离器和产物储罐，实现了在苯甘氨酸的制备过程中同步分离酶，降低了酶用量，提高了酶催化效率，延长了酶使用寿命。但是该装置酶回收率低，结构复杂且能耗高。

通过酶固定化可以提高酶稳定性，实现酶的重复利用，降低生产成本。CN209974663U公开了一种高效棕榈酸异辛酯生产装置，所述酶膜反应器为卧式罐体。固定化酶膜层设有若干个间隔排布，反应物在流通过程中，依次与脂肪酶接触，提高保留时间，保证反应充分；膜层厚度由膜反应器入口方向至出口方向依次降低，以调整反应液的反应速度，减少反应物在固定化酶膜层中出现短路或者堵塞现象，使得平均保留时间变短，有利于反应的进行。该反应器设备紧凑但多层膜级联造成传质阻力增大，且膜载酶位点有限造成载酶量较低，反应器生产效率低。此外，在该反应器内膜仅作为酶固定化载体并不能充分发挥其分离作用。

目前，连续式酶反应器的生产效率主要受酶活性、有效酶载量以及物质传递的限制。因此，设计新型酶反应器以解决酶载量和传质动力学之间的矛盾对实现固定化酶的工业应用具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种微球-膜集成酶反应器及其制备方法和应用。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种微球-膜集成酶反应器，所述微球-膜集成酶反应器包括载酶微球和膜组件；

所述载酶微球包括微球、所述微球表面的改性层、所述改性层上负载的酶。

本发明所涉及的微球-膜集成酶反应器将酶固定化技术与膜反应器相结合，既具备了载酶量高、催化效率高的特点；还具备膜反应器的流体力学优势，例如传质路径短、阻力小、分离效率高，在该反应器内，部分沿径向传递的产物可以直接透过膜进入后续流程，而无需流经整个微球填充柱，达到了缩短传质路径、降低传质阻力的目的；同时还能对酶进行截留，实现酶的高利用率；还能实现大分子底物和小分子产物在线分离，简化流程操作。综上，该集成酶反应器结构简单、高效、节能，设备集成度高，占地面积少，设备投资低，易于工业化及规模化应用。

优选地，所述微球-膜集成酶反应器还包括反冲洗和脉冲逆向流操作元件。