THIẾT BỊ PHẢN ỨNG ENZYME, CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT ĐỘNGCỦA ENZYME TRONG DUNG DỊCH PHẢN ỨNG

THIẾT BỊ PHẢN ỨNG ENZYME, CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT ĐỘNGCỦA ENZYME TRONG DUNG DỊCH PHẢN ỨNG1.THIẾT BỊ PHẢN ỨNG ENZYME Thiết bị phản ứng enzyme là nơi diễn ra các phản ứng chuyển hóa các hợp chất nhờ sự xúc tác của enzyme. Thiết bị phản ứng enzyme gồm một hay nhiều bình phản ứng nối tiếp nhau bởi các bộ phận hổ trợ như cánh khoấy hay khối vật liệu đệm,… Có 5 loại thiết bị phản ứng cơ bản: - Thiết bị phản ứng gián đoạn - Thiết bị phản ứng liên tục - Thiết bị phản ứng dạng màng - Thiết bị phản ứng dạng cột - Thiết bị phản ứng tầng sôi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ  Chủ đề: THIẾT BỊ PHẢN ỨNG ENZYME, CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT ĐỘNGCỦA ENZYME TRONG DUNG DỊCH PHẢN ỨNG Mơn: CƠNG NGHỆ ENZYME 1.THIẾT BỊ PHẢN ỨNG ENZYME Thiết bị phản ứng enzyme nơi diễn phản ứng chuyển hóa hợp chất nhờ xúc tác enzyme Thiết bị phản ứng enzyme gồm hay nhiều bình phản ứng nối tiếp phận hổ trợ cánh khoấy hay khối vật liệu đệm,… Có loại thiết bị phản ứng bản: - Thiết bị phản ứng gián đoạn - Thiết bị phản ứng liên tục - Thiết bị phản ứng dạng màng - Thiết bị phản ứng dạng cột - Thiết bị phản ứng tầng sôi 1.1 Thiết bị phản ứng gián đoạn: (Stirred Tank Reactor - STR ) 1.1.1: Cấu tạo Thiết bị phản ứng enzyme gián đoạn thường gồm bình phản ứng có trang bị phận khuấy vầ ngăn làm tăng hiệu khuấy 1.1.2: Nguyên tắc hoạt động Dung dịch chất đưa vào bình phản ứng theo mẻ Sau thời gian khuấy, phản ứng enzyme kết thúc, toàn dung dịch phản ứng enzyme lấy khỏi thiết bị Như vậy, enzyme chất có thời gian lưu thiết bị Trong số trường hợp, người ta bổ sung thêm enzyme chất để phản ứng diễn triệt để( fed- batch operation ) 1.1.3: Ưu, nhược điểm - Ưu điểm: + Tính linh động cao: dùng thiết bị để thực phản ứng khác tạo sản phẩm khác + Đạt độ chuyển hóa cao khống chế thời gian phản ứng theo yêu cầu + Chi phí đầu tư thấp phải trang bị thiết bị điều khiển tự động + Nhược điểm: + Năng suất thấp + Mức độ giới hóa tự động hóa thấp + Mức độ độc hại nguy hiểm người sản xuất cao + Khó điều chỉnh khống chế trình 1.2 Thiết bị phản ứng liên tục: ( Continuous Flow Reactor - CFR) 1.2.1: Cấu tạo Thiết bị phản ứng liên tục có cấu trúc thiết bị gián đoạn vận hành liên tục với vận tốc dòng chất vào thiết bị vận tốc dòng sản phẩm + chất khỏi thiết bị Thiết bị phản ứng liên tục vận hành với enzyme cố định Có thể hoạt động theo hai phương thức: Có khuấy trộn khơng có khuấy trộn 1.2.2: Nguyên tắc hoạt động Dòng chất trộn lẫn hoàn toàn tức thời với toàn dung dịch phản ứng thiết bị, enzyme tiếp xúc với dung dịch có nồng độ chất thấp nồng độ sản phẩm cao Trong điều kiễn vận hành lý tưởng, toàn dung dịch thiết bị đảo trộn đồng Dòng sản phẩm lưu laị thiết bị ngắn lâu tượng đảo ngược dòng chảy 1.2.3: Ưu, nhược điểm + Ưu điểm: - Có khả giới hóa tự động hóa cao - Năng suất cao - Chất lượng sản phẩm ổn định + Nhược điểm: - Chi phí đầu tư cao - Tính linh động thấp, có khả thực phản ứng khác tạo sản phẩm 1.3: Thiết bị phản ứng dạng màng( membrane reator – MR) 1.3.1: Cấu tạo: Thiết bị dạng màng trang bị màng bán thấm cho phép phân tử sản phẩm qua mà không cho phép phần tử enzyme qua Thiết bị dạng màng hoạt động gián đoạn hay liên tục 1.3.2: Nguyên tắc hoạt động Dòng chất đưa vào hai đầu thiết bị, cánh khuấy khuấy trộn đồng Các chất khuếch tán qua màng  dòng sản phẩm lọc ngồi Các chất bã cịn lại dính màng, sau thời gian làm việc ta phải thay màng 1.3.3: Ưu, nhược điểm + Ưu điểm: - Giảm chi phí, vấn đề thường gặp phải - Có kiểm sốt chặt chẽ vận tóc dịng - Tránh khó khăn phân cực nồng độ hay vô hoạt enzyme - Cho phép dễ dàng thay enzyme đặc biệt enzme khơng bền + Nhược điểm: - Có giá thành cao - Chịu ảnh hưởng hiệu ứng ức chế 1.4: Thiết bị phản ứng dạng cột: (Packed Bed Reactor - PBR) 1.4.1: Cấu tạo Thiết bị phản ứng dạng cột có hình trụ, lấp đầy chất mang có gắn enzyme nguyên tắc cố định enzyme 1.4.2: Nguyên tắc hoạt động: Cơ chất vào chảy dòng qua cá lớp hạt enzyme cố định theo chiều từ xuống song song với trục dọc thiết bị không bị khuấy trộn ngược Sau qua lớp enzyme cố định, sản phẩm theo cửa cảu thiết bị 1.4.3: Ưu, nhược điểm + Ưu điểm: • -Cơ chất khu vực thiết bị có hội tiếp xúc với enzyme • -Cơ chất khu vực thiết bị có hội tiếp xúc với enzyme + Nhược điểm: • Kích thước lớn, khó khăn kiểm sốt nhiệt độ kiểm sốt pH • Có tượng đảo trộn ngược thiết bị 1.5: Thiết bị phản ứng tầng sôi: 1.5.1: Cấu tạo Đây thiết bị trung gian thiết bị dạng cột thiết bị phản ứng liên tục có khuấy trộn Thiết bị bao gồm lớp hạt enzyme cố định thổi ngược lên phía nhờ dịng chất, có khơng kết hợp với dịng khí (oxi hay khí trơ ) chất cần thiết cho phản ứng diễn thiết bị 1.5.2: Nguyên tắc hoạt động Dòng chất vào thổi ngược hạt enzyme cố định lên phía trên, có khơng kết hợp với dịng khí diễn q trình phản ứng Trong suốt trình hạt eyme giữ lơ lửng tạo thành trạng thái tầng sôi thiết bị Sản phẩm sau qua lớp enzyme cố định theo cuat thiết bị 1.5.3: Ưu, nhược điểm + Ưu điểm: - Có đường kính nhỏ vận tốc dịng lớn thường có đặc tính thiết bi tầng sôi lý tưởng - Thiết bị đặc biệt phù hợp trường hợp chất sử dụng sản phẩm q trình dạng khí + Nhược điểm: - Khó khăn nâng cấp thiết bị 1.6 Lựa chọn thiết bị phản ứng enzyme: Để lựa chọn thiết bị phản ứng enzyme phù hợp cần:  Đặc tính phản ứng enzyme: + Phản ứng có thuận nghịch, có bị ức chế chất có bị ức chế sản phẩm cuối hay khơng + Đặc tính sản phẩm + Dạng enzyme sử dụng ( cố định hay tự do) + Động học phản ứng enzyme + Các tính chất lý hóa chất mang trường hợp sử dụng enzyme cố định  Năng suất quy mơ q trình  Mức độ kiểm soát phản ứng khả kiểm sốt tự động q trình phản ứng enzyme: pH, nhiệt độ, nồng độ chất hay sản phẩm  Phụ thuộc chi phí thân thiết bị phương thức vận hành chúng CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYME TRONG DUNG DỊCH PHẢN ỨNG: 2.1 Nhiệt độ: - Tốc độ phản ứng tỷ lê thuận với nhiệt độ giới hạn định - Nhiệt độ tương ứng với tốc độ phản ứng emzyme cao gọi nhiệt độ tối ưu, enzyme có nhiệt độ tối ưu khác - Nhiệt độ cao nhiệt độ tối ưu, hoạt tính enzyme giảm  enzyme bị biến tính - Ở nhiệt độ thấp nhiệt độ tối ưu hoạt tính enzyme yếu tăng trở lại tăng dần nhiệt độ 2.2 pH: - Ảnh hưởng đến mức độ ion hóa enzyme chất - Tùy enzyme có pH tối ưu khác - Để đạt hiệu xúc tác, nghiên cứu xác định nhiệt độ pH tối ưu enzyme quan trọng 2.3 Chất kìm hãm hoạt hóa enzyme: 2.3.1: Chất kìm hãm:  Chất kìm hãm: chất làm giảm hoạt tính enzyme làm giảm lực ezyme với chất làm enzyme khả kết hợp với enzyme  Tác dụng: Làm giảm hoạt tính enzyme khơng bị thay đổi enzyme Cơ chế kìm hãm thuận nghịch khơng thuận nghịch - Có loại chất kìm hãm: + Chất kìm hãm khơng cạnh tranh + Chất kìm hãm cạnh tranh + Kìm hãm sản phẩm phẩm ứng 2.3.2: Chất hoạt hóa:  Chất hoạt hóa: chất làm tăng hoạt tính eyme chúng có chất hóa hoạc khác  Tác dụng: - Giúp tăng hoạt tính enzyme nồng độ định - Tác dụng ức chế vượt nồng độ - Giúp phá vỡ số liên kết phần tử tiền enzyme phục hồi nhóm chức trung tâm hoạt động enzyme ... nâng cấp thiết bị 1.6 Lựa chọn thiết bị phản ứng enzyme: Để lựa chọn thiết bị phản ứng enzyme phù hợp cần:  Đặc tính phản ứng enzyme: + Phản ứng có thuận nghịch, có bị ức chế chất có bị ức chế... trình phản ứng enzyme: pH, nhiệt độ, nồng độ chất hay sản phẩm  Phụ thuộc chi phí thân thiết bị phương thức vận hành chúng CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYME TRONG DUNG DỊCH PHẢN ỨNG: ... khuấy, phản ứng enzyme kết thúc, toàn dung dịch phản ứng enzyme lấy khỏi thiết bị Như vậy, enzyme chất có thời gian lưu thiết bị Trong số trường hợp, người ta bổ sung thêm enzyme chất để phản ứng