[發明專利]固定化細胞（或酶）內循環流化床反應器及其在有機相生物催化中的應用

無效

• 申請號: 200710063268.X
• 申請日: 2007-01-05
• 公開（公告）號: CN101215519A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發明（設計）人: 劉會洲;李玉光;熊小超;李望良;安震濤;邢建民;李信
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種新型氣升式流化床生化反應器。更具體的，該反應器可用于固定化酶或固定化細胞生物催化反應，特別適用于好氧固定化細胞有機相生物催化反應。

背景技術

生物技術的迅猛發展，將為改善和提高人類生活質量發揮關鍵作用，已成為21世紀具有巨大發展潛力的高新技術之一。其中，生物催化和生物轉化是新一代工業生物技術的主體。生物催化，是指采用生物催化劑(酶、微生物和動植物細胞)催化有機物的合成或分解，具有選擇性高、反應條件溫和、環境友好的特點。但采用游離細胞或酶進行生物催化反應時，往往會有產品和生物催化劑的分離困難、步驟繁瑣、生物催化劑不能重復利用等缺點。而固定化生物催化劑的主要優點是，催化劑易于從反應系統中分離，同時固定化生物催化劑可以反復使用，所生成的產物不受污染容易精制；固定化生物催化劑有一定的形狀和機械強度，可以裝填在反應器中長期使用，便于實現生產連續化和自動化。因此，固定化生物催化劑(酶、細胞等)在生產中的應用逐漸增多，為生物催化技術的應用開辟了新的途徑。(Klibanov?AM.Science?1983，219：722-727)

固定化酶和固定化細胞反應器的形式很多，根據進、出料方式及操作方式，可概括分為間歇式反應器和連續式反應器兩大類，主要包括：填充床反應器、攪拌罐式反應器、流化床反應器等。迄今發表的固定化生物反應器的研究工作主要集中于填充床反應器。固定化酶通常可以用各種形狀，如球形、碎片、圓盤、薄片、丸粒等填充于床層內。填充床反應器具有操作簡單、物質輸送速度高、反應速度快的優點(指無基質抑制的動力學)。但對固定化活細胞來講，由于充O₂和除去CO₂為其所必需，填充床反應器容易造成CO₂氣體除去和氣體與液體接觸不足的一系列問題。攪拌罐反應器由于具有攪拌系統，反應器內的各組成成分能得到充分混合，其缺點是攪拌漿的剪切力大，容易引起固定化酶/細胞的破壞，同時還有軸封和能耗高的問題。在流化床反應器內，固體顆粒因基質的連續流動而處于流化狀態，達到混合的目的。在較小的氣體、液體流量下，流化床反應器具有可使氣-液-固良好混合的優點，既減少剪切作用，又有利于傳質，從而解決了機械攪拌反應器存在的能耗高、結構復雜、放大難等問題。可以看出，在固定化酶/細胞生物催化反應中，流化床反應器具有巨大潛力，值得重視。

Cytopilot^TM?Mini是唯一一種商業化的集成式流動床生物反應器(ModularIntegrated?Fluidized?Bed?Bioreactor)，它通過使用攪拌槳產生約2-8升/分鐘的流量通過大孔載體床，使體系形成內循環回路(Reiter?M，et?al.Bio/Technology?1991，9：1100-1102)。Cytopilot生物反應器具有幾項獨特之處，如組合式更換部件，充分的氧合作用，以及它既可做為流動床，又可做為填充床使用。其設計規模，已從試驗室，中試到工業規模。但這種反應器仍采用攪拌漿作為內循環的動力，能耗比較高。