专利名称：一种酶催化反应装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及酶催化反应技术领域，尤其涉及一种酶催化反应装置。
背景技术：
酶是一类由生物体产生的、具有高效和专一催化功能的蛋白质，在生物体内，酶参 与催化几乎所有的物质转化过程，与生命活动有密切关系；在体外，酶可作为催化剂用于工 业生产。与非生物催化剂相比，酶催化剂具有高效率、高选择性的特点，广泛应用于食品、纺 织、皮革、农业、生物医药、照相器材等行业。酶催化反应装置，俗称酶反应器，是根据酶的催化特性设计的反应装置，物料在酶 反应器中以游离酶或固定化酶为催化剂进行酶催化反应，能够实现酶催化剂的反复使用。 常见的酶反应器包括搅拌罐型反应器、固定化床型反应器、流化床型反应器、膜式反应器和 鼓泡塔型反应器，其中，搅拌罐型反应器是游离酶催化反应最常选用的酶反应器，搅拌罐型 反应器一般由酶反应釜、搅拌器和保温装置组成，参见图1，图1为现有技术的搅拌罐型反 应器的结构示意图，其中，101为酶反应釜，为酶催化反应的主要场所；102为搅拌器，用于 搅拌，使物料混合更为均勻，反应更加充分；保温装置未在图中示出，其作用在于保持反应 体系温度，保持酶的活性。搅拌罐型反应器具有结构简单、酶与底物混合充分均勻、传质阻 力小、反应条件易控制、能处理胶体状底物、不溶性底物等优点。影响酶催化反应的因素主要包括反应体系的pH值、反应温度、水分活度、反应时 间、酶用量占底物的比例等，因此，评价酶反应器性能的参数主要包括酶的活性、酶活的稳 定性、酶的选择性、产物产量、底物转化率等，而提高产物产量及底物转化率是酶反应器的 发展方向。超微粉碎技术是利用机械或流体动力的方法将物料颗粒粉碎至微米级甚至纳米 级微粉的过程，经过超微粉碎得到的微粉具有良好的溶解性、分散性、吸附性和化学活性。 发明人研究发现，以经过超微粉碎的物料为原料进行酶催化反应，能够提高酶催化反应的 效率，从而提高产物产量和底物转化率。但是，目前并没有出现将超微粉碎技术与酶催化技 术结合的报道，也没有出现运用超微粉碎技术辅助酶催化反应的装置。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型提供了一种酶催化反应装置，本实用新型提供的酶催化反 应装置不仅操作简便、安全性高，而且反应效率高、反应速度快。为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案一种酶催化反应装置，包括酶反应釜，还包括超微粉碎机，其进料口与所述酶反应釜的出料口相连，其出料口与所述酶反应釜 的进料口相连。优选的，所述酶反应釜的外壁上设置有保温层。优选的，还包括温度控制介质储存罐，所述温度控制介质储存罐的出料口与所述保温层相连。优选的，所述酶反应釜内设置有搅拌器。优选的，所述酶反应釜内设置有温度传感器。优选的，所述超微粉碎机的出料口上设置有取样管，所述取样管上设置有第一开关。优选的，所述酶反应釜的出料口上设置有排料管，所述排料管上设置有第二开关。优选的，还包括酶液罐，所述酶液罐的出料口与所述酶反应釜的进料口相连。优选的，还包括气体储存罐，所述气体储存罐的出料口与所述酶反应釜的进料口 相连。优选的，所述超微粉碎机为盘式超微高速剪切粉碎机。与现有技术相比，本实用新型提供的酶催化反应装置包括酶反应釜和超微粉碎 机，所述超微粉碎机的进料口与所述酶反应釜的出料口相连，所述超微粉碎机的出料口与 所述酶反应釜的进料口相连。本实用新型将超微粉碎机与酶反应釜耦合，使物料在酶反应 釜和超微粉碎机内循环，进行酶催化反应的同时进行超微粉碎，超微粉碎后继续进行酶催 化反应，超微粉碎后的物料具有更好的反应活性，从而提高了反应速度和反应效率。此外， 本实用新型提供的酶催化反应装置采用了酶反应釜和超微粉碎机的一体化设计，操作简 便、安全性高。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术的搅拌罐型反应器的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的酶催化反应装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，
以下结合附图和具体 实施方式对本实用新型进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一 部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没 有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。本实用新型将超微粉碎技术与酶催化反应技术结合，将超微粉碎机与酶反应釜耦 合，使物料在酶反应釜和超微粉碎机内循环，进行酶催化反应的同时进行超微粉碎化，超微 粉碎化后继续进行酶催化反应，超微粉碎化后的物料具有更好的反应活性，从而提高了反 应速度和反应效率。参见图2，图2为本实用新型实施例提供的酶催化反应装置的结构示意图。其中， 1为酶反应釜，2为超微粉碎机，酶反应釜1的出料口与超微粉碎机2的进料口相连，超微粉 碎机2的出料口与酶反应釜1的进料口相连。酶反应釜1是酶催化反应的主要场所，为了便于清洗和维护，本实施例中酶反应釜1为圆锥形、封闭式的反应釜；在其他实施例中，酶反应釜1可以是矩形，也可以是圆柱 形。酶反应釜1的外壁上设置有保温层11，保温层11的作用在于保持酶反应釜1的内 部具有适宜温度以便保持酶的活性进行反应或者使酶失活停止反应。保温层11分别与第 一温度控制介质储存罐121和第二温度控制介质储存罐122相连，第一温度控制介质储存 罐121和第二温度控制介质储存罐122分别为高温介质或低温介质，其作用在于向保温层 11内通入介质，升高或降低酶反应釜1内部的温度，如在本实施例中，第一温度控制介质储 存罐121为高温介质，第二温度控制介质储存罐122为低温介质，将高温介质通入保温层11 中，提高酶反应釜1内部的温度，使酶失活、反应停止；然后将低温介质通入保温层11中，使 物料冷却。在其他实施例中，可以只设置一个温度控制介质储存罐，即只向保温层11中通 入高温介质使酶失活，等待物料自然冷却。在本实用新型中，所述温度控制介质可以为水蒸 气，也可以为空气。在第一温度控制介质储存罐121与保温层11之间依次还设置有第一循环泵123 和第一阀门124，通过开启第一循环泵123和第一阀门IM实现第一温度控制介质储存罐 121内的介质和保温层11内的介质的交换。在第二温度控制介质储存罐122与保温层11之间依次还设置有第二循环泵125 和第二阀门126，通过开启第二循环泵125和第二阀门1 实现第二温度控制介质储存罐 122内的介质和保温层11内的介质的交换。除了本实施例中提及的夹层控温的方式，在其他实施例中，也可以通过其他方式 实现酶反应釜1的保温，如直接向酶反应釜1内部通入温度控制介质等。所述酶反应釜1内设置有搅拌器13，搅拌器13的作用在于使物料与酶充分混合， 保证物料与酶在反应过程中的均一性，消除物料与酶内部的温度梯度，从而提高反应速度 和反应效率。所述酶反应釜1内设置有热电偶温度计14，热电偶温度计14的作用在于实时监控 酶反应釜1内部的温度，保证酶的活性和酶活的稳定性。超微粉碎机2的作用是对物料进行超微粉碎，提高物料的反应活性，使反应速度 更快、效率更高。超微粉碎机2的进料口通过第一管道3与酶反应釜1的出料口相连，出料 口通过回流管道4与酶反应釜1的进料口相连，即实现物料在超微粉碎机2和酶反应釜1 内的循环。所述超微粉碎机为盘式超微高速剪切粉碎机。在其他实施例中，所述超微粉碎 机还可以为其他液体超微粉碎机。在第一管道3上设置有排料管31，排料管31上设置有第三阀门32。排料管31和 第三阀门32的作用在于反应结束后，将反应后得到的混合物排出以获得反应产物。在回流管道4上设置有取样管41，取样管41上设置有第四阀门42。取样管41和 第四阀门42的作用在于对超微化后的物料进行取样，以便监测酶催化反应进行的程度。在回流管道4上设置有第三循环泵43，第三循环泵43用于实现物料在超温粉碎机 2和酶反应釜1之间的循环。在第一管道3和回流管道4之间设置有旁路管道5，旁路管道5与超微粉碎机2 以并联的方式存在，此时，旁道管路5上设置有第五阀门51，超微粉碎机2的进料口设置有 第六阀门21 当物料的粒径较大、需要进行超微化时，开启第六阀门21、关闭第五阀门51，使物料经过超微粉碎机实现循环；当物料的粒径足够小、无需进行超微化时，关闭第六阀门 21、开启第五阀门51，使物料经过旁路管道5实现循环。本实用新型提供的酶催化反应装置的操作及工作流程如下向酶反应釜1中加入反应原料和酶催化剂，开启搅拌器13 ；开启第一温度控制介质储存罐121和/或第二温度控制介质储存罐122，监测热电 偶温度计14的温度，使酶反应釜1内部的温度达到酶催化反应的温度；开启超微粉碎机2，使原料和酶在超微粉碎机2和酶反应釜1之间循环；从取样管41取样，检测样品粒径及成分当粒径足够小时，关闭超微粉碎机2，使 原料和酶经旁路管道5循环；当反应较为完全时，停止循环；开启第一温度控制介质储存罐121，使酶反应釜1的温度达到酶的失活温度，使酶 灭活，停止反应；开启第二温度控制介质储存罐122，将物料冷却，冷却后的物料经排料管31排出， 即可得到酶催化反应的产物。由上述酶催化反应装置的结构及操作方法可知，本实用新型提供的酶催化反应装 置适用于以游离酶为催化剂、以液体物料为反应基质的酶催化反应。但是，本领域技术人员 可以理解，所述酶催化反应装置也可以用于以固定化酶为催化剂的酶催化反应。进一步的，在另外一个实施例中，除了包括上述技术方案所述的所有装置及部件 外，还包括酶液罐6，酶液罐6的出料口与酶反应釜1的进料口相连。在酶液罐6的出料口 与酶反应釜1的进料口之间还设置有蠕动泵61。酶液罐6和蠕动泵61的作用在于控制酶 催化剂的加入时间以及加入量，从而提高酶催化剂的利用效率，避免操作人员与酶的直接 接触，满足环保、安全的要求。例如，当反应原料粒径较大时，首先使反应原料在酶反应釜1 和超微粉碎机2之间循环，即只进行超微粉碎，得到粒径较小的反应原料后，再开启蠕动泵 61，加入酶液，使反应原料和酶同时循环，进行酶催化反应的同时进行超微粉碎；而当反应 原料粒径较小时，可同时加入反应原料和酶，直接使反应原料和酶同时循环，进行酶催化反 应的同时进行超微粉碎。进一步的，在另外一个实施例中，除了包括上述技术方案所述的所有装置及部件 外，还包括气体储存罐7，气体储存罐7的出料口与酶反应釜1的进料口相连。在气体储存 罐7的出料口与酶反应釜1的进料口之间依次还设置有第七阀门71和气体输送泵72。气 体储存罐7、第七阀门71和气体输送泵72的作用在于实现以气体作为原料的酶催化反应。 开启第七阀门71和气体输送泵72，即可将气体输送至酶反应釜1内参加反应。回流管道4、酶液罐6和气体储存罐7通过第一三通阀8和第二三通阀9实现与酶 反应釜1的进料口的连接，其中，回流管道4连接在第一三通阀8的第一端，酶反应釜1的 进料口连接在第一三通阀8的第二端，第一三通阀8的第三端与第二三通阀9的第一端相 连，酶液罐6和气体储存罐7分别连接在第二三通阀9的第二端和第三端，如图2所示。两 个三通阀的设计不仅减少了管路开口，简化了装置的结构，而且减轻了管道残留污染。由上述描述可知，除了同时进行酶催化反应和超微粉碎，本实施例提供的酶催化 反应装置还能够实现常规的酶催化反应、均质、剪切乳化等操作将超微粉碎机2关闭，使物料经过旁路管道5，即可进行常规的酶催化反应，但是 由于在催化反应过程中反应原料和酶经过了循环，混合更加充分、均勻，因此，反应效率更尚；将酶液罐6关闭，不向酶反应釜1内添加酶催化剂，即可实现物料的均质和剪切乳 化；与常规均质和剪切乳化相比，由于在均质和剪切乳化的过程中物料经过了循环，混合更 加充分、均勻，因此，均质和剪切乳化的效果更好。与现有技术相比，本实用新型提供的酶催化反应装置包括酶反应釜和超微粉碎 机，所述超微粉碎机的进料口与所述酶反应釜的出料口相连，所述超微粉碎机的出料口与 所述酶反应釜的进料口相连。本实用新型将超微粉碎机与酶反应釜耦合，使物料在酶反应 釜和超微粉碎机内循环，进行酶催化反应的同时进行超微粉碎化，超微粉碎化后继续进行 酶催化反应，超微粉碎化后的物料具有更好的反应活性，从而提高了反应速度和反应效率。 此外，本实用新型提供的酶催化反应装置采用了酶反应釜和超微粉碎机的一体化设计，操 作简便、安全性高。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他 实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新 型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定 义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因 此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理 和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求1.一种酶催化反应装置，包括酶反应釜，其特征在于，还包括超微粉碎机，其进料口与所述酶反应釜的出料口相连，其出料口与所述酶反应釜的进 料口相连。
2.根据权利要求1所述的酶催化反应装置，其特征在于，所述酶反应釜的外壁上设置有保温层。
3.根据权利要求2所述的酶催化反应装置，其特征在于，还包括温度控制介质储存罐， 所述温度控制介质储存罐的出料口与所述保温层相连。
4.根据权利要求1所述的酶催化反应装置，其特征在于，所述酶反应釜内设置有搅拌器。
5.根据权利要求1所述的酶催化反应装置，其特征在于，所述酶反应釜内设置有温度 传感器。
6.根据权利要求1所述的酶催化反应装置，其特征在于，所述超微粉碎机的出料口上 设置有取样管，所述取样管上设置有第一开关。
7.根据权利要求1所述的酶催化反应装置，其特征在于，所述酶反应釜的出料口上设 置有排料管，所述排料管上设置有第二开关。
8.根据权利要求1所述的酶催化反应装置，其特征在于，还包括酶液罐，所述酶液罐的 出料口与所述酶反应釜的进料口相连。
9.根据权利要求1所述的酶催化反应装置，其特征在于，还包括气体储存罐，所述气体 储存罐的出料口与所述酶反应釜的进料口相连。
10.根据权利要求1 9任意一项所述的酶催化反应装置，其特征在于，所述超微粉碎 机为盘式超微高速剪切粉碎机。
专利摘要本实用新型提供了一种酶催化反应装置，包括酶反应釜，还包括超微粉碎机，其进料口与所述酶反应釜的出料口相连，其出料口与所述酶反应釜的进料口相连。与现有技术相比，本实用新型将超微粉碎机与酶反应釜耦合，所述超微粉碎机的进料口与所述酶反应釜的出料口相连，所述超微粉碎机的出料口与所述酶反应釜的进料口相连，使物料在酶反应釜和超微粉碎机内循环，进行酶催化反应的同时进行超微粉碎，超微粉碎后继续进行酶催化反应，超微粉碎后的物料具有更好的反应活性，从而提高了反应速度和反应效率。此外，本实用新型提供的酶催化反应装置采用了酶反应釜和超微粉碎机的一体化设计，操作简便、安全性高。
文档编号C12M1/00GK201890877SQ201020641088
公开日2011年7月6日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者何李, 李绍振, 许洪高, 马洪江, 高彦祥 申请人:北京汇源饮料食品集团有限公司