本发明属于生物工程领域中的生物反应器设计与改造技术领域，涉及一种将搅拌式发酵罐系统组装为鼓泡式酶反应器的方法。
背景技术：
酶反应器是用于完成酶促反应的核心装置，为酶催化反应提供合适的场所和最佳的反应条件，处于酶催化反应过程的中心地位。酶反应器不同于生物发酵罐，其酶催化过程时间短，对调控要求高，生物发酵过程中重点注意的严防染菌、溶氧控制等因素对酶催化反应反而影响不大。
鼓泡式酶反应器(Bubble column reactor)是一种无搅拌装置的反应器,利用从反应器底部通入的气体产生的大量气泡，在上升过程中起到底物与酶的混合作用。鼓泡式反应器可以用于游离酶和固定化酶的催化反应，在使用鼓泡式反应器进行固定化酶的催化反应时，反应系统中存在固、液、气三相，又称为三相流化床式反应器。鼓泡式反应器的结构简单，操作容易, 剪切力小，物质与热量的传递效率高，是有气体参与的酶催化反应中常用的一种反应器。
酶工程技术的快速发展对酶催化反应器需求较大，且多种类型的酶反应器如何能够同时实现，从而满足科研小试以及产品中试的工艺条件要求是众多科研工作者或企业工程师们迫切需要解决的问题。目前商品化酶反应器可供选择的种类和类型很少，多以搅拌罐式酶反应器为主，难以适应快速发展的酶工程技术的要求。本发明提供了一种将搅拌罐式发酵罐快速组装为鼓泡式酶反应器的方法，实现发酵罐和鼓泡式酶催化反应器在同一设备装置上实现，解决设备重复购买等问题，具有较好的经济与社会效益。
技术实现要素：
本发明提供一种将搅拌罐式生物发酵罐系统组装为鼓泡式酶反应器的方法，同时保留生物发酵罐原有功能，因而不影响生物发酵罐的正常使用，实现一种设备同时具有生物发酵罐和鼓泡式酶反应器的使用功能，有效解决目前酶反应器购买难且设备难以达到催化工艺要求的突出问题，节省设备购置资金且实现设备利用最大化，适宜规模化推广使用。
本发明可以通过如下措施达到：一种将搅拌式发酵罐系统组装为鼓泡式酶反应器的方法，其特征在于利用搅拌式发酵罐原有设备，发酵罐的水浴系统用硅胶软管外接层析柱的夹套水进出口，将发酵罐体上的无菌空气出口硅胶软管外接层析柱的下方口，其具体包括如下步骤：
1. 搅拌式发酵罐系统的发酵罐主体、控制系统、恒温水浴循环装置、蒸汽发生器、空气压缩机和空气储罐均具备。
2. 将搅拌罐式发酵罐组装为鼓泡式酶反应器
1）具有双层夹套的层析柱，层析柱近下方口填充砂芯用于截留固定化酶。
2）将搅拌式发酵罐的恒温水浴循环装置的进出水口分别用硅胶软管外接层析柱的夹套进出口。
3）由层析柱的上方口以静沉方式加入固定化酶，并用缓冲液淋洗平衡，然后将搅拌式发酵罐的pH电极插入层析柱的上方口并浸入液面下。
4）将底物溶液补料瓶、调节pH的酸瓶和碱瓶的外接硅胶软管分别接入搅拌式发酵罐的蠕动泵，各软管出口均置于层析柱的上方口。
5）将发酵罐体的无菌空气输送硅胶软管出口外接层析柱的下方口，即组装为鼓泡式酶反应器。
3. 启动搅拌式发酵罐的主板控制系统，调节发酵罐体上的转子流量计调节按钮，以此控制进入层析柱下方口的空气流量，利用上行的无菌空气推动力将固定化酶在层析柱内悬浮，使得固定化酶和底物溶液充分悬浮混合，进行催化反应。根据酶催化工艺要求实现温度、pH和底物补料的控制，自层析柱的上方口定期取样进行反应过程检测。反应完毕后，自层析柱的下方口流出反应液用于产品精制，被沙芯截留的固定化酶可以重复进行酶催化反应。
具体实施方式：
以下结合酶法生产6-氨基青霉烷酸、壳寡糖和豌豆蛋白多肽的实施例对本发明进行进一步说明，本发明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：将搅拌式发酵罐系统组装为鼓泡式酶反应器生产6-氨基青霉烷酸
具有双层夹套的层析柱，层析柱的有效使用长宽分别为60cm和10cm，下方填充砂芯，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。由层析柱上方口以静沉方式加入固定化青霉素酰化酶（105 U/g），并用pH8.0的缓冲液淋洗平衡，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式发酵罐的蠕动泵，且均置于层析柱的上方口，而将无菌空气的出口软管与层析柱的下方口连接。
开启蠕动泵进质量分数为10%的青霉素钾盐底物溶液，进样量为8ml/min，至层析柱的3/5处停止进底物溶液。打开发酵罐体上的转子流量计调节按钮，以2.5L/min的速度从层析柱的下方口进无菌空气，从而将固定化青霉素酰化酶悬浮，进而与底物充分接触。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，定期自层析柱上方口取样0.1ml进行比色法检测，当转化率最大时终止反应，比色法测定6-氨基青霉烷酸的得率为78.6%。
实施例2：将搅拌式发酵罐系统组装为鼓泡式酶反应器生产豌豆蛋白多肽
具有双层夹套的层析柱，层析柱的有效使用长宽分别为90cm和10cm，下方填充砂芯，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。由层析柱上方口以静沉方式加入固定化枯草芽孢杆菌蛋白酶（352 U/g），并用pH7.5的缓冲液淋洗平衡，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式发酵罐的蠕动泵，且均置于层析柱的上方口，而将无菌空气的出口软管与层析柱的下方口连接。
开启蠕动泵进质量分数为6%的豌豆蛋白底物溶液，，至层析柱的3/5处停止进底物溶液。打开发酵罐体上的转子流量计调节按钮，以3 L/min的速度从层析柱的下方口进无菌空气，从而将固定化枯草芽孢杆菌蛋白酶悬浮，进而与底物充分接触。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，定期自层析柱上方口取样0.3ml进行比色法检测，当转化率最大时终止反应，测定豌豆蛋白多肽的得率为30.7%。