酶反應過程

酶反應過程是指利用酶催化劑所具有的特異催化功能，藉助工藝學手段和生物反應器裝置來生產所需的生物化工產品的過程，與發酵過程相比，它採用了反應專一性的酶為催化劑，無副產品，過程精製和產物分離純化較方便。在生物反應器及操作方式上有較大的選擇餘地，除分批釜式反應器外，可考慮用膜式反應器進行連續操作。在應用固定化酶為催化劑時，更可採用各種固定牀和流化牀的連續操作反應器。

古代人類雖不知道酶的存在，但是自古以來就知道利用植物和微生物的酶來催化反應生產各種食品。如利用麥芽中的麥芽糖酶來製備飴糖，利用酒藥中的微生物產生的澱粉酶和酒化酶來生產酒釀、黃酒和白酒等。隨着科學技術的發展，人們認識到，雖然酶是活細胞產生的，但是許多酶可以單獨分離得到，在分離的狀態下，酶仍然能繼續它的生物催化作用。20世紀40年代，以生產抗生素為代表的深層液體通氣純種培養技術獲得成功，從生產技術方面為酶製劑工業的形成創造了條件。以後，酶的生產、分離、精製，酶在遊離狀態下的利用，固定化酶的製備和利用，酶反應器的應用等技術的發展，導致70年代初人們將酶反應過程（有時也稱酶過程）從發酵過程中分出去，單獨成為酶工程中的核心部分。

以酶為催化劑的酶反應過程，可根據作用於底物的酶性質決定。以單一酶為催化劑的反應稱單酶反應；以兩個酶或兩個以上酶參與反應的過程稱多酶反應；或稱多酶串聯反應。從化學反應工程角度出發，可分為單（液）相催化反應以及多相催化反應，後者以液固相催化反應為主。遊離酶的反應常屬前者，而固定化酶的反應則屬後者。

以工業生產為目的的酶過程可由以下五個步驟所組成：

①產生酶的微生物發酵過程。

②胞內酶的微生物細胞破碎過程。可用機械研磨、高壓勻漿器進行破碎;也可用加入溶菌酶的方法處理,或用超聲波、反覆凍融的物理方法。胞外酶則不需上述操作，直接將發酵液過濾除去菌體即可。

③酶的分離純化過程。根據酶分子與其他蛋白質之間性質的差異，例如分子的大小、溶解度的不同，用鹽析法、有機溶媒沉澱法、電滲析法、離子交換層析和電泳法等技術，將酶進行分離純化。

④為了提高酶的催化性能，將酶固定在載體上的固定化過程（見固定化酶）。

⑤酶反應器的設計和酶反應控制。對於遊離酶反應，通常採用分批攪拌槽反應器；對於固定化酶反應，則常用連續柱式反應器（見生物反應器）。

有單酶反應和多酶反應。

①單酶反應　用氨基酰化酶對酰化DL－氨基酸進行水解,析出為L-氨基酸和酰基-D-氨基酸是典型的單酶反應。

若採用液相催化反應，當間歇反應結束後，給產物的提取帶來困難。由於缺乏適當分離手段，酶使用一次就被棄掉，很不經濟。工業上採用液固催化反應，即用固定化氨基酰化酶進行連續生產（見圖）。底物乙酰-DL-氨基酸溶液以一定流速進入酶反應柱，反應過程中對温度、pH進行控制，經過濃縮後，利用溶解度不同進行分離得到產品L－氨基酸。酰化-D-氨基酸用化學方法進行消旋化反應後，作為基質循環使用。該法與用液態酶間歇式反應相比較，有操作穩定、分離簡便、收率高、成本低等優點。

②多酶反應　以DL-α-氨基-ε-乙內酰胺為原料通過由L-α-氨基-ε-已內酰胺水解和α-氨基-ε-已內酰胺消旋酶共同固定的酶柱後，即可獲得最終產品L-氨基酸。