酶膜反应器是用于酶膜反应的设备。

归纳起来,酶膜反应器具有以下一些特点：

(1)与普通化学反应相比,酶促反应速率快,选择性高,条件温和;

(2)膜是酶固定化的良好载体;

(3)能够有效消除产物抑制;

(4)传质面积大,传质速率快;

(5)避免了乳化和破乳、液泛等问题;

(6)易于连续化、自控与集成化。

酶膜反应器主要用于有机相酶催化,手性拆分与手性合成,反胶团中的酶催化,辅酶或辅助因子的再生,生物大分子的分解等场合。

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,随着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,其应用领域也将会越来越广泛。本文概述了酶膜反应器的特点及其分类,介绍了酶膜反应器的应用领域和一些应用实例。并讨论酶膜反应器存在的一些瓶颈问题及其解决办法。

酶膜反应器可以根据酶的存在状态、液相数目、膜组件型式、膜材料类型、反应与分离耦合方式、传质推动力等的区别,分为不同的类型:

(1)根据酶的存在状态,可将酶膜反应器分为游离态和固定化酶膜反应器。前者酶均匀地分布于反应物相中,酶促反应在接近本征动力学的状态下进行,但酶易发生剪切失活或泡沫变性,装置性能受浓差极化和膜污染的显著影响。固定化酶膜反应器中,酶通过吸附、交联、包埋、化学键合等方式被“束缚”在膜上,酶装填密度高,反应器稳定性和生产能力高,产品纯度和质量好,废物量少。但酶往往分布不均匀,传质阻力也较大。

(2)根据液相数目的不同,可将酶膜反应器分为单液相(超滤式)和双液相酶膜反应器。单液相酶膜反应器多用于底物分子量比产物大得多,产物和底物能够溶于同一种溶剂的场合。双液相酶膜反应器多用于酶促反应涉及两种或两种以上的底物,而底物之间或底物与产物之间的溶解行为差别较大的场合。

(3)根据膜组件型式的不同,可将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四种。其差别在于结构复杂性、装填密度、膜的更换、抗污染能力、清洗、料液要求、成本等方面有所不同。

(4)根据膜材料的不同,可将酶膜反应器分为高分子酶膜反应器和无机酶膜反应器。高分子膜材料种类多,制作方便,成本低,因而应用较多。

(5)根据反应与分离的耦合方式不同,可将酶膜反应器分为一体式和循环式酶膜反应器。在前一种应用方式中,系统通常包含一个搅拌槽式反应器加上一个膜分离单元。在后种应用方式中,膜既作为酶的载体,同时又构成分离单元。

(6)根据传质推动力的不同,可将酶膜反应器分为压差驱动、浓差驱动、电位差驱动的酶膜反应器。

另外,可以根据膜的亲疏性以及结构形态的不同,酶膜反应器还有其它分类方法。