一种用于酶解反应的膜反应器及其使用方法

技术领域

本发明涉及酶化工技术领域，尤其涉及一种用于酶解反应的膜反应器及其使用方法。

背景技术

酶是生物体产生的、以蛋白质或者RNA形式存在的一类特殊生物催化剂。酶在适合的pH值、温度和浓度下能够促进一些反应的发生。酶解反应是通过酶的作用使物质降解，是现代生物活性物质提取的重要技术之一。目前，常用的酶解组件一般包括反应罐体、控温装置、搅拌装置和pH调节装置，能够保证酶解反应能够在酶最适温度、pH值条件下顺利进行。但是目前的酶解组件存在酶解程度不高的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于酶解反应的膜反应器及其使用方法，本发明将酶解装置与膜分离组件耦合，在酶解同时分离酶解反应产物，使酶解反应向正方向推动，进而达到提高酶解程度，降低酶的用量的效果。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种用于酶解反应的膜反应器，包括酶反应罐1和与所述酶反应罐1管道连接的酸碱调节组件4，其特征在于，所述膜反应器还包括膜分离组件2、滤液储罐3和补水组件5；

所述酶反应罐1、膜分离组件2和滤液储罐3依次通过管道连接；

所述补水组件5通过管道与所述酶反应罐1的罐体内连通。

优选的，所述酶反应罐1的体壁包括内层和外层，所述内层和外层形成中空腔体；所述中空腔体的外壁设置有进水口和出水口；所述进水口和出水口分别和外置的循环水罐6通过管道连接。

优选的，所述酸碱调节组件4包括酸储罐和碱储罐；所述酸储罐和碱储罐分别通过管道与所述酶反应罐1的罐体内连通。

优选的，所述酸储罐和碱储罐与所述酶反应罐1的罐体内连通的管道上分别设置有加药泵和阀门。

优选的，所述酶反应罐1的罐壁上设置有出料口12和回料口11；所述膜分离组件2的侧壁上设置有进液口22和出液口23；所述膜反应组件的顶壁上设置有回液口21；

所述出料口12和进液口22通过管道9-1连接；所述回料口11和回液口21通过管道9-2连接；

所述管道9-1上设置有循环泵7-3和加压泵7-2；所述管道9-2通过支管和所述管道9-1连通，管道9-1上的连通点位于循环泵7-3和加压泵7-2之间。

优选的，所述酶反应罐1内还设置有搅拌组件1-1。

优选的，所述酶反应罐1内还设置有pH探测器。

优选的，所述膜分离组件2包括陶瓷膜组件；所述陶瓷膜组件的截留分子量为7500～8500Da。

本发明还提供了上述方案所述膜反应器的使用方法，包括以下步骤：

将底物和酶添加到酶反应罐1中，进行酶解反应；

开启酸碱调节组件4；

所述酶解反应进行20～30min时，开启膜分离组件2和补水组件5；

所述酶解反应进行3～4h时，关闭补水组件5。

本发明提供一种用于酶解反应的膜反应器，将酶反应罐1与膜分离组件2耦合，酶反应发生于酶反应罐1中；和酸碱调节组件4维持酶反应处于恒定pH值；膜分离组件2在酶反应同时分离产物，能够降低酶反应罐中产物含量；酶解液通过管路收集于滤液储罐3中；补水组件5向酶反应罐中加水，保持酶反应浓度恒定以及膜组件运行稳定。本发明的膜反应器能够节省酶的用量，提高酶反应程度的效果，缩短分离酶解产物时间，提高酶解效率。

附图说明

图1为本发明的膜反应器的结构示意图，图1中1为酶反应罐，4为酸碱调节组件，2为膜分离组件，3为滤液储罐，5为补水组件，1-1为搅拌组件，6为循环水罐，9-1和9-2为管道，7-6为循环水泵，7-4和7-5为加药泵，7-1为加压水泵，7-3为循环泵，7-2为加压泵，11为酶反应罐1的回料口，12为酶反应罐1的出料口，22为膜分离组件2的进液口，21为膜分离组件2的回液口，23为膜分离组件2的出液口，8-1、8-2、8-3、8-4、8-5、8-6和8-7为阀门。

具体实施方式

本发明提供了一种用于酶解反应的膜反应器，包括酶反应罐1和与所述酶反应罐1管道连接的酸碱调节组件4，所述膜反应器还包括膜分离组件2、滤液储罐3和补水组件5；

所述酶反应罐1、膜分离组件2和滤液储罐3依次通过管道连接；

所述补水组件5通过管道与所述酶反应罐1的罐体内连通。

在本发明的一个实施例中，所述膜反应器的结构示意图如图1所示。

在本发明的一个实施例中，所述酶反应罐1内还包括搅拌组件1-1；本发明对所述搅拌组件1-1的结构没有特殊限制，采用本领域常规设置即可。

在本发明的一个实施例中，所述酶反应罐1的体壁包括内层和外层，所述内层和外层形成中空腔体；所述中空腔体的外壁设置有进水口和出水口；所述进水口和出水口分别和外置的循环水罐6通过管道连接；所述进水口和/或出水口与外置的循环水罐6连接的管道上设置有循环水泵7-6。在本发明中，所述中空腔体内有循环水，所述循环水用于加热或冷却酶反应罐1，进而控制酶解温度，所述循环水储存于循环水罐6中，循环水通过管道在循环水泵7-6提供的压力下在中空腔体中循环。

在本发明的一个实施例中，所述酸碱调节组件4优选的包括酸储罐4-1和碱储罐4-2；所述酸储罐4-1和碱储罐4-2分别通过管道与所述酶反应罐1的罐体内连通；所述酸储罐4-1和碱储罐4-2与所述酶反应罐1的罐体内连通的管道上分别设置有加药泵7-4、加药泵7-5以及和阀门8-3和阀门8-4；所述阀门8-3和阀门8-4优选为电动阀门。

在本发明中，所述酸碱调节组件4用于控制酶反应罐1中的酶解反应的pH值。

在本发明中，所述酶反应罐1内优选的设置有pH探测器，本发明对所述pH探测器没有特殊限制，采用本领域常规设置即可。在本发明中，所述pH探测器用于监测酶反应罐1中pH，当底物溶液pH偏离酶活最适pH时，根据具体情况，阀门8-3或阀门8-4开启，在加药泵7-4或加药泵7-5的作用下向酶反应罐中加入酸或碱来调节酶反应罐1中pH值。

在本发明的一个实施例中，所述酶反应罐1和补水组件5通过管道连接；所述酶反应罐1和补水组件5连接的管道上优选的设置有加压水泵7-1，用于向酶反应罐1的罐体内补水，保持酶反应浓度恒定以及膜组件运行稳定。在本发明中，所述酶反应罐1和补水组件5连接的管道上上优选的设置有阀门8-1和阀门8-2；所述阀门8-1和阀门8-2优选的分别位于加压水泵7-1的两侧；所述阀门8-1和阀门8-2优选为电动阀门。

在本发明的一个实施例中，所述酶反应罐1的罐壁上设置有出料口12和回料口11；所述膜分离组件2的侧壁上设置有进液口22和出液口23；所述膜反应组件的顶壁上设置有回液口21；所述出料口12和进液口22通过管道9-1连接；所述回料口11和回液口21通过管道9-2连接；所述管道9-1上设置有循环泵7-3和加压泵7-2；所述管道9-2通过支管和所述管道9-1连通，管道9-1上的连通点位于循环泵7-3和加压泵7-2之间。

在本发明中，同时启动循环泵7-3和加压泵7-2能够使酶解液按照要求的流速过滤分离。在本发明中，所述循环泵7-3的扬程优选为25m，所述加压泵7-2的扬程优选为30m。

在本发明的一个实施例中，所述管道9-1上优选的设置有阀门8-5和阀门8-6；所述阀门8-5位于酶反应罐1的出料口12和加压泵7-2之间；所述阀门8-6优选的位于循环泵7-3和膜分离组件2的进液口22之间；所述阀门阀门8-5和阀门8-6分别优选为电动阀门。

在本发明的一个实施例中，所述膜分离组件2的出液口23和滤液储罐3通过管道连接；所述膜分离组件2的出液口23和滤液储罐3连接的管道上优选的设置有阀门8-7，所述阀门8-7优选为电动阀门。

在本发明的一个实施例中，所述膜分离组件2优选的包括陶瓷膜组件；所述陶瓷膜组件的截留分子量优选为7500～8500Da，更优选为8000Da。

本发明还提供了上述方案所述膜反应器的使用方法，包括以下步骤：

将底物和酶添加到酶反应罐1中，进行酶解反应；

开启酸碱调节组件4；

所述酶解反应进行20～30min时，开启膜分离组件2和补水组件5；

所述酶解反应进行3～4h时，关闭补水组件5。

在本发明中，在加压水泵7-1的作用下以滤液相同流量向酶反应罐1中补水。在本发明中，以滤液相同流量向酶反应罐1中补水能够保证反应浓度和膜分离组件运行的稳定性。

在本发明中，关闭补水组件5后，膜分离组件2的浓液不断回到酶反应罐1，使酶反应罐1中的料液浓度升高，膜分离组件2继续运行，达到酶解程度加深，节省酶用量，节省分离酶解产物时间的效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

实施例1

将1g淀粉和6g淀粉酶添加到酶反应罐1中，钙离子浓度为150ppm，进行酶解反应，酶反应罐1的出水通过循环泵7-3、加压泵7-2的作用进入膜分离组件2，膜分离组件2的滤液进入滤液储罐3。

其中，循环泵7-3的扬程为25m，加压泵7-2的扬程为30m。

开启酸碱调节组件4，调至pH为5.0；

所述酶解反应进行25min时，开启膜分离组件2和补水组件5；

所述酶解反应进行3h时，关闭补水组件5后，继续运行膜分离组件2，滤液储罐3中即为可利用的酶解液。

上述反应器与间歇式釜反应器(YM-5L)相比较，水解相同浓度的淀粉，得到相同浓度的葡萄糖，间歇式釜反应器所用时间为酶解反应器时间的7～8倍。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。