[发明专利]固定酶反应器及反应系统

说明书

本发明公开了一种固定酶反应器及反应系统，涉及酶反应技术领域，所述固定酶反应器包括中空纤维水凝胶管、外壳、第一接头、第二接头、循环导管；所述中空纤维水凝胶管具有纤维网状的管壁和所述管壁围合成的多个管腔，酶包埋在所述管壁中；所述外壳的内部具有循环腔体，所述中空纤维水凝胶管位于所述循环腔体中且两端的管口与所述循环腔体隔离；两个第一接头分别连通所述中空纤维水凝胶管两端的管口，两个第二接头分别连通所述循环腔体；所述循环导管的一端连接其中一个第一接头，另一端连接其中一个第二接头。本发明的优点在于：增加了酶与底物的接触面积，提高了反应速度。

技术领域

本发明涉及酶反应技术领域，尤其涉及一种固定酶反应器及反应系统。

背景技术

随着工业的发展，酶已经广泛应用于工业的各个领域中，酶反应器是针对酶的理化性质而设计的反应设备，其设计的目标就是提高效率、降低成本、减少耗能和污染，从而获得经济效益和社会效益的最大化。以固定酶作为生物反应的场所即为固定酶反应器，通常将酶和固定酶的载体放入固定酶反应器中参与催化反应。

现有的固定酶反应器主要存在的问题有：首先现有的固定酶反应器常采用旋转流体的方式使底物与酶接触，从而导致反应不充分，造成原料的浪费、生产效率低下的问题，如公开号为CN214400543U的专利文献公开了一种固定酶反应器，包括导流装置和反应柱，底物溶液经过导流装置后与反应柱内的固定酶进行酶化反应，导流装置形成环形叶栅，底物溶液全部从叶栅间通过，会形成旋转流体，该固定酶反应器中酶与底物反应的比表面积较小，这就需要底物溶液第一次发生酶化反应后，多次利用循环管道再次流入进液口，进行多次酶化，增加了反应时间，降低了生产效率。同时现有的固定酶反应器反应器大部分结构较为复杂，整体的制造和修复成本较大。最后，现有的固定酶反应器多为独立模式，不能串联使用，这也大大降低了生产效率。

公开号为CN113604451A的专利文献公开了一种固定化酶及其制备方法和应用，通过3D生物打印技术制备具有纤维网状的管壁和所述管壁围合形成的管腔的水凝胶中空纤维管，酶包埋固定于管壁内，具有较高的比表面，能有效提高酶与底物的结合，从而提高酶与底物的反应效率；酶在中空纤维的包裹下，酶的稳定性比游离状态下明显提高；且中空纤维管状结构的存在能够在不影响酶活的情况下制成大尺寸的水凝胶结构，从而便利酶催化后的回收，不需要繁琐的手段。该方法提出了以中空纤维水凝胶管为酶固定载体，但没有解决如何将包埋有酶的中空纤维水凝胶管集成化在固定酶反应器中，以提高底物与酶的接触面积的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够将包埋有酶的中空纤维水凝胶管集成化，提高酶与底物的接触面积的固定酶反应器及反应系统。

本发明是通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：固定酶反应器，包括中空纤维水凝胶管、外壳、第一接头、第二接头、循环导管；所述中空纤维水凝胶管具有纤维网状的管壁和所述管壁围合成的多个管腔，酶包埋在所述管壁中；所述外壳的内部具有循环腔体，所述中空纤维水凝胶管位于所述循环腔体中且两端的管口与所述循环腔体隔离；两个第一接头分别连通所述中空纤维水凝胶管两端的管口，两个第二接头分别连通所述循环腔体；所述循环导管的一端连接其中一个第一接头，另一端连接其中一个第二接头。该装置将包埋有酶的中空纤维水凝胶管集成化，以底物溶液先从中空纤维水凝胶管的内腔流过，再从其外层流过为一个反应周期，具有较高的比表面，增加了酶与底物的接触面积，提高了反应速度。

作为优化的技术方案，两个第一接头与所述中空纤维水凝胶管两端的管口之间分别安装有分流机构，所述分流机构包括第一分流板、第二分流板；所述第一分流板与所述第二分流板间隔排列，所述第一分流板靠近所述第一接头，所述第二分流板靠近所述中空纤维水凝胶管的管口；所述第一分流板上贯穿有多个第一分流孔，所述第二分流板上贯穿有多个第二分流孔。底物溶液先经过分流结构分流，再从中空纤维水凝胶管的内腔流过，采用两块分流板的分流效果要优于无分流板和一块分流板，能够提升底物溶液的均匀度，从而提升底物溶液与酶的反应效果。