CN106925186B - 反应器设备、包括该反应器设备的反应体系的评价设备以及评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种反应器设备、包括该反应器设备的反应体系的评价设备以及反应体系的评价方法。本发明的反应器设备包括反应装置和出料装置，其中，物流在分配装置中的压降是在反应器单元中的压降的10倍以上。通过本发明的反应器设备，可以高效且准确地评价反应体系，更具体而言，可以高效且准确地评价酶催化反应体系。

Description

反应器设备、包括该反应器设备的反应体系的评价设备以及 评价方法
技术领域
本发明涉及一种反应器设备、包括该反应器设备的反应体系的评价设备以及评价方法。更具体而言，本发明涉及一种能够高效地、准确地评价反应体系的设备及其方法。
背景技术
随着生物技术的发展，生物催化因其独特的性质和温和友好的催化条件受到了人们越来越多的关注，也得到了迅猛的发展，在工业生产中占有重要的地位。另外，在油脂工业，生物催化技术也得到了越来越多的研究和应用。例如采用添加酶制剂来提高压榨过程中油脂的得率的技术；目前正在大力推广的使用磷脂酶用于植物油的脱胶技术；已经大规程产业化的酶法酯交换技术，用于生产低反人造奶油、起酥油以及一些特殊的结构酯产品的技术；以及具有重大前景的生物柴油技术。
目前在油脂工业中广泛应用的酶制剂以脂肪酶为主，例如诺维信公司生产的Lipozyme TL IM。 这是一种固定在硅胶载体上的脂肪酶，在工业上被广泛的应用于酯交换反应。通常采用连续化的工艺，即将酶制剂填充在固定床反应器中，将原料通过泵连续地泵入反应器中以实现酯交换的目的。
US8697393公开了一种酯交换工艺，其中，将经过前处理的原料油脂连续地通过四个填充酶的反应器进行酯交换反应。
US8703442公开了一种用于酶法酯交换的反应器装置，其中，将酶填充在反应器中，原料从反应器入口进由出口出来，通过间歇性更换反应器进口处的酶制剂来实现连续化生产。
CN101595206公开了一种对脂质进行酶处理的连续化工艺和设备，其中，采用多个彼此串联的含酶固定床反应器。
上述的连续化生产技术在工业生产中具有显著的优势，能最大程度的利用酶制剂的催化活性，同时简化操作流程。然而，目前制约生物技术在油脂工业中广泛应用的主要问题之一是成本高，体现在酶制剂成本高、使用寿命短、反应速率不够快、生产强度不高等方面。因此，如何延长酶制剂的使用寿命，以及开发更高效、成本更低的新型酶制剂一直是本领域的研究热点之一。
US8685680公开了一种延长酯交换反应中酶制剂催化寿命的方法，其中，测试的对象是诺维信公司生产的Lipozyme TL IM， 每个方案测试的时间从10-60天不等。
US20050014237公开了一种增加酶法酯交换反应产率的方法，其中，测试的对象是诺维信公司生产的Lipozyme TL IM，每个方案测试的时间从40-60天不等。
除了通过改变工艺来增加酶制剂的寿命之外，蛋白质工程的手段也越来越多地用于改造酶制剂本身，以提高其催化能力。Nagao等人(Nagao, T.; Shimada, Y.; Sugihara,A.; Tominaga, Y., Increase in stability of Fusarium heterosporum lipase.Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic 2002, 17 (3), 125-132.)报道了通过定点突变的方法对来源于Fusarium heterosporum的脂肪酶进行改造，并将其固定在阴离子交换树脂上用于催化制备结构脂OPO。通过测试，该酶制剂热稳定性得到了大幅度提高，其半衰期达到了370天。
专利文献1：US8697393
专利文献2：US8703442
专利文献3：CN101595206
专利文献4：US8685680
专利文献5：US20050014237
非专利文献1： Increase in stability of Fusarium heterosporum lipase.Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic 2002, 17 (3), 125-132。
发明内容
发明所要解决的技术问题
如上所述，对于酶的催化性能的评价工作是一个非常耗时的过程，并且现有技术中，用于评价的装置通常是串联的填充床反应器，重复测试的工作会大幅度增加评价时间，降低评价效率。另外，由于是在各自独立的评价实验中进行评价，不能保证实验条件的一致性，这导致难以比较不同酶之间的活性。
另外，在现有的酶活性测定设备中，当反应装置中的多个反应器是并联连接时，可以在不同反应器中填充不同的酶催化剂，进行评价实验。但是，在并联的各反应器间仍然存在条件差异，即由于各反应器之间存在压力不均，造成每个反应器之间的物流流量不同，这造成反应条件不一致，导致不同酶之间的活性比较不准确。另外，在使用相同的酶，评价不同结构的反应器的反应效率时，由于压力不均造成每组反应器之间的物流流量等条件存在差异，这也造成反应条件不一致，也会导致难以准确地评价结构不同的反应器的反应效率的优劣。
因此，需要开发一种高效且准确的反应体系的评价设备及评价方法。
解决技术问题的技术手段
为了解决上述技术问题，本发明的发明人经过深入地研究，结果发现，通过采用特定的反应器设备，可以在测定条件彼此相同的平行条件下对反应效率进行评价，由此可以高效且准确地评价不同酶或催化剂的活性。另外，通过本发明的反应器设备，可以高效且准确地比较不同结构的反应器单元的反应效率。由此解决了上述技术问题。
本发明提供以下。
[1]. 一种反应器设备，其包括分配装置和反应装置，其中，所述分配装置包括至少2条并联的流路分配单元，在各流路分配单元上设有流量控制组件，所述反应装置包括至少2个并联的反应器单元，进入分配装置的物流通过所述至少2条流路分配单元各自分别进入所述反应装置的至少2个的反应器单元，物流在分配装置中的压降是在反应器装置中的压降的10倍以上，优选20倍以上，更优选50倍以上，最优选100倍以上。
[2]. 根据[1]所述的反应器设备，其中，所述分配装置还包括用于引入物流的共口，引入的物流经由共口流入各流路分配单元。
[3]. 根据[1]或[2]所述的反应器设备，其中，所述流量控制组件是流量阀门。
[4]. 根据[1]或[2]所述的反应器设备，其中，所述流量控制组件是至少一个膜组，优选是串联排列的两个以上膜组。
[5]. 根据[4]所述的反应器设备，其中，所述膜组由透过性膜和固定该膜的固定件制成。
[6]. 根据[4]或105[5]所述的反应器设备，其中，所述膜组的膜的材质是陶瓷、金属或塑料，优选所述塑料是选自H-PES、H-PVDF、H-PVC和H-PAN中的至少一种。
[7]. 根据[1]或[2]所述的反应器设备，其中，所述流量控制组件是微孔膜。
[8]. 根据[7]所述的反应器设备，其中，所述微孔膜具有孔径为10um~100um的孔，优选孔径为25-100um、25-50um、25-75um、50-100um、50-75um或者75-100um。
[9]. 根据[7]或[8]所述的反应器设备，其中，微孔膜的物流透过面积是可调节的。
[10]. 根据[7]~[9]任一项所述的反应器设备，其中，所述微孔膜带有用于阻挡微孔的滑动部件。
[11]. 根据[7]~[10]任一项所述的反应器设备，其中，所述微孔膜是由陶瓷、金属或塑料制成的，优选所述塑料是选自H-PES、H-PVDF、H-PVC和H-PAN中的至少一种。
[12]. 根据[1]~[11]任一项所述的反应器设备，其中，所述流路分配装置具有2个以上32个以下的并联的流路分配单元，优选为2个以上16个以下。
[13]. 根据[1]~[12]任一项所述的反应器设备，其中，所述反应器单元包括一个以上的反应器。
[14]. 根据[1]~[13]任一项所述的反应器设备，其中，当反应器单元包括两个以上反应器时，反应器的连接方式选自串联连接和并联连接中的至少一种。
[15]. 根据[1]~[14]任一项所述的反应器设备，其中，所述两个以上并联的反应器单元是结构相同的反应器单元。
[16]. 根据[1]~[14]任一项所述的反应器设备，其中，所述两个以上并联的反应器单元是结构不同的反应器单元。
[17]. 根据[1]~[16]任一项所述的反应器设备，其中，所述反应装置具有2个以上32个以下的并联的反应器单元，优选为2个以上16个以下。
[18]. 根据[1]~[17]任一项所述的反应器设备，其中，所述分配装置中的流路分配单元的数量与所述反应装置中的反应器单元的数量相等，使得来自各流路分配单元的物流进入各反应器单元。
[19]. 根据[1]~[18]任一项所述的反应器设备，其中，反应器的结构各自独立地选自上进下出型、下进上出型、轴径流向型、径向流向型和混合流向型。
[20]. 根据[1]~[19]任一项所述的反应器设备，其中，所述反应器单元是填充型反应器单元。
[21]. 一种反应体系的评价设备，其具有[1]~[20]任一项所述的反应器设备。
[22]. [21]所述的反应体系的评价设备，其还具有，
用于向[1]~[20]任一项所述的反应器设备的分配装置进料的进料装置，
用于接收来自[1]~[20]任一项所述的反应器设备的反应装置的出料的出料装置，
用于对出料进行采样的采样装置，和
用于分析采样装置得到的采样的分析装置。
[23]. 根据[22]所述的反应体系的评价设备，其中，采样装置位于反应装置与出料装置之间，或者位于出料装置之后。
[24]. 根据[22]或[23]所述的反应体系的评价设备，其中，所述设备进一步具有保温装置，优选所述反应器设备处于保温装置中，更优选所述反应器设备、采样装置处于保温装置中。
[25]. [22]~[24]任一项所述的反应体系的评价设备，其中，所述保温装置是水浴保温装置、油浴保温装置或烘箱保温装置，优选为烘箱保温装置。
[26]. [22]~[25]任一项所述的反应体系的评价设备，其中，所述采样装置和分析装置是一体化采样分析装置，优选是全自动采样装置和分析装置。
[27]. [21]~[26]任一项所述的反应体系的评价设备，其中，所述各反应器中填充酶催化剂。
[28]. [27]所述的反应体系的评价设备，其中，各反应器中填充的酶催化剂可以是相同的，也可以是不同的。
[29]. [1]~[20]任一项所述的反应器设备或者[21]~[28]任一项所述的反应体系的评价设备在酶反应评价中的应用。
[30]. 反应体系的评价方法，其使用[1]-[20]任一项所述的反应器设备，包括以下步骤：
进料步骤，其中，使物流通过进料装置进入分配装置，
分配步骤，其中，在分配装置中，使物流通过各自设有流量控制组件的至少2条并联的流路分配单元，
反应步骤，使从各流路分配单元流出的物流分别进入反应装置的至少2个并联的反应器单元进行反应，
采样步骤，用采样装置对从反应装置流出的物流进行采样，和
分析步骤，用分析装置对采样的样品进行分析，
其中，物流在分配装置中的压降是在反应器单元中的压降10倍以上，优选20倍以上，更优选50倍以上，最优选100倍以上。
[31]. 根据[30]所述的反应体系的评价方法，在反应步骤之后包括出料步骤。
[32]. 根据[31]所述的反应体系的评价方法，其中，采样步骤在反应步骤和出料步骤之间，或者在出料步骤之后。
[33]. 根据[30]~[32]任一项所述的反应体系的评价方法，其中，进一步包括使用保温装置的保温步骤，优选使反应器设备处于保温装置中，更优选所述反应器设备、采样装置处于保温装置中。
[34]. 根据[33]所述的反应体系的评价方法，其中，保温步骤通过使用水浴保温装置、油浴保温装置或烘箱保温装置来进行，优选使用烘箱保温装置来进行。
[35]. [30]~[34]任一项所述的反应体系的评价方法，其中，所述采样步骤和分析步骤是一体化的采样分析步骤，优选是利用全自动采样装置和分析装置的采样分析步骤。
[36]. [30]~[35]任一项所述的反应体系的评价方法，其中，所述各反应器中填充酶催化剂。
[37]. [36]所述的反应体系的评价方法，其中，各反应器中填充的酶催化剂可以是相同的，也可以是不同的。
发明效果
通过使用本发明的反应器设备，可以在并联的反应器单元中同时使用不同的酶或催化剂进行反应，由此可以在短时间内对大量地酶或催化剂进行活性测定、进行评价，也可以利用该设备进行产品的制备。另外，通过使物流在分配装置中的压降比在反应器单元中的压降高的多，可以极大地降低不同反应器单元之间的物流流量差，由此可以使各反应器单元之间的反应条件一致，可以准确地比较不同酶或催化剂之间的活性差异。进而，通过本发明的反应体系的评价设备，可以准确的评价结构不同的反应器或结构不同的反应器单元的对于反应效率的影响。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的流程框图。
图2是表示本发明的反应器结构的示意图，其中，图2(a)表示上进下出式结构；图2(b)是表示下进上出式结构；图2(c)是表示轴径流向型结构；图2(d)是表示径向流向型结构；图2(e)是表示混合流向型结构。
图3是本发明的反应器设备的一个实施方式的示意图。
图4是本发明分配装置的示意图，其中，图4(a)是带有流量阀门的分配装置的示意图；图4（b）是带有膜组的分配装置的示意图；图4（c）是带有微孔膜的分配装置的示意图。
图5是表示本发明的评价设备的一个实施方式的示意图。
图6是表示本发明的评价设备的另一个实施方式的示意图
图7是比较不同酶、不同结构的反应器单元的催化活性的图。
附图标记：
11 进料装置，12 分配装置，13 反应装置，14 采样装置，15 出料装置，16 分析装置，17 保温装置
31 分配装置，32 反应装置，33 流路分配单元，34 反应器单元，35 流量控制组件，36 共口
411 421 431 共口
413 423 433 出口
412 阀门，422 膜组，432 微孔膜。
具体实施方式
本发明详述如下。
[反应器设备]
在现有技术中发现，如果将反应器串联来评价酶、催化剂等的活性，则需要依次进行反应，非常耗费时间，并且每次反应的条件，例如温度、物流流速等未必相同，难以准确评价、比较不同酶、催化剂等的活性。如果将反应器并联连接，在不同的反应器中填充不同的酶、催化剂等，可以提高评价效率，但由于各反应器中填充的酶、催化剂等不同，其存在状态可能不同，填充密度也可能不同，导致各反应器之间存在不同的压降，这也会影响物流的流量，因此，难以准确地评价、比较不同酶、催化剂等的活性。
本发明的图3是本发明的反应器设备的一个实施方式的示意图。如图中所示，本发明中的反应器设备包括分配装置31和反应装置32，其中，所述分配装置31包括至少2条并联的流路分配单元33，在各流路分配单元33上设有流量控制组件35，所述反应装置32包括至少2个并联的反应器单元34，通过共口36进入分配装置31的物流通过所述至少2条流路分配单元33各自分别进入所述反应装置32的至少2个的反应器单元34，物流在分配装置31中的压降是在反应器单元33中的压降的10倍以上，优选20倍以上，更优选50倍以上，最优选100倍以上。
应予说明，本发明中，物流在分配装置中的压降是指，物流进入分配装置时的压力减去流出流路分配单元时的压力。当各流路分配单元所产生的压降不同时，物流在分配装置中的压降是指最小的压降，即物流进入分配装置时的压力减去流出流路分配单元时的最大压力。物流在反应器单元中的压降是指，物流在进入反应装置的反应器单元时的压强减去流出反应器单元时的压强。当作为评价平行反应或制备产品时，各分配装置中的流路分配单元的物料的流量基本相同，流量之间的差为3%以内。在本发明的一个优选的实施例中，所述的反应器单元中的反应压强为0.5～3bar，优选为0.8～2bar。
通过使物流在分配装置中的压降是在反应器单元中的压降的10倍以上，优选20倍以上，更优选50倍以上，最优选100倍以上，例如在分配装置中的压降为10bar时，在反应器单元中的压降为0.1bar甚至0.01bar。由此，在每个流路分配单元至反应器单元的流路中，物流的流量主要由分配装置的压降主导，所以反应器单元处的微小压降可忽略不计，从而实现了每个反应器单元中的流量基本相等。由此，可以实现各反应器单元的进料条件为平行条件。
应予说明，本发明中，“流量基本相等”是指，各反应器单元中，最大流量和最小流量与基准值相差不超过3%。
通过本发明的上述反应器设备，可以使各反应器单元中的反应条件，例如物流流量等基本相同。由此，可以准确地评价、比较在反应器单元中填充的酶、催化剂等的活性。
分配装置是用于将物流分配到设有流量控制组件的各流路分配单元后使其再流出的装置，通过本发明的分配装置的物流的压降非常高。
本发明的反应器设备中，分配装置31可以进一步包括用于引入物流的共口36，被引入的物流经由共口流入各流路分配单元33。
本发明的分配装置中，流量控制组件可以是流量阀门、模组或者微孔膜。且分配装置中的压降，可通过流量控制组件调节。但是，本发明的流量控制组件不限于此，只要是可以实现流量控制的组件即可。
在本发明的图4中，示出了本发明的分配装置的示意图。但是，本发明的分配装置并不限于此。
如图4(a)所示，分配装置包括共口411、作为流量控制组件的流量阀门412以及流路分配单元的出口413。通过控制流量阀门412的大小来调节物流在流路分配单元中的压降，使得物流在分配装置中的压降是在反应器单元中的压降的10倍以上，优选20倍以上，更优选50倍以上，最优选100倍以上。
如图4(b)所示，分配装置包括共口421、作为流量控制组件的膜组422以及流路分配单元的出口423。通过设置膜组422，使得物流在分配装置中的压降是在反应器单元中的压降的10倍以上，优选20倍以上，更优选50倍以上，最优选100倍以上。
作为流量控制组件的模组可以是一个也可以是2个以上。当具有2个以上膜组时，各膜组在流路分配单元中串联排列。通过改变膜组的数量，来控制物流在分配装置中的压降。
对于本发明中的膜组，没有特别限定，可以使用本领域常用的膜组。例如，本发明的膜组可以由透过性膜和固定该膜的固定件制成。膜组的膜的材质可以是陶瓷、金属或塑料，可以根据物流的温度、成分来适当地选择。从膜组本身的稳定性、耐受性以及成本的角度考虑，膜的材质优选是陶瓷。膜的材质也可以是塑料，该塑料可以是选自H-PES、H-PVDF、H-PVC和H-PAN中的至少一种。
如图4(c)所示，分配装置包括共口431、作为流量控制组件的微孔膜432以及流路分配单元的出口433。通过控制微孔膜432的物流透过面积，可以调节物流在流路分配单元中的压降，使得物流在分配装置中的压降是在反应器单元中的压降的10倍以上，优选20倍以上，更优选50倍以上，最优选100倍以上。
所述微孔膜具有孔径为10um~100um的孔。可以根据需要调节微孔膜的孔的孔径的大小，例如，孔径还可以为25-100um、25-50um、25-75um、50-100um、50-75um或者75-100um。
本发明的微孔膜通过控制物流透过面积，可以调节物流在流路分配单元中的压降。具体而言，在本发明的一个实施方式中，微孔膜带有用于阻挡微孔的滑动部件，通过滑动部件，调节微孔膜的可通过物流的面积。
本发明的微孔膜的膜材质可以是陶瓷、金属或塑料，可以根据物流的温度、成分来适当地选择。从微孔膜本身的稳定性、耐受性以及成本的角度考虑，膜材质优选是陶瓷。膜材质也可以是塑料，该塑料可以是选自H-PES、H-PVDF、H-PVC和H-PAN中的至少一种。
本发明的流路分配装置具有2个以上并联的流路分配单元。从反应器装置的结构考虑，优选具有32个以下并联的流路分配单元。优选流路分配单元的数目为 2个、3个、4个、6个、8个、16个或32个。更优选为2个以上16个以下。
反应装置是具有反应器单元的装置。在反应器单元中，物流与反应器单元中的酶、催化剂等相互作用，发生反应。
本发明的反应装置包括至少2个并联的反应器单元。来自分配装置的各流路分配单元的物流各自分别进入至少2个并联的反应器单元。
在本发明的一个实施方式中，本发明的反应器单元包括一个以上的反应器。当反应器单元包括两个以上反应器时，反应器可以串联连接，可以并联连接，也可以串并联混合连接。例如，当反应器单元包括三个反应器时，这三个反应器可以依次串联，也可彼此并联，还可以将两个反应器串联以后再和第三个反应器并联。
在本发明的反应器设备的一个实施方式中，两个以上并联的反应器单元是结构相同的反应器单元。应予说明，本发明中，“结构相同的反应器单元”是指，各反应器单元中的反应器相同，反应器的连接方式相同。通过在两个以上并联的结构相同的反应器单元的反应器中填充不同的酶或催化剂，可以准确地比较不同酶或催化剂之间的活性。
在本发明的反应器设备的一个实施方式中，两个以上并联的反应器单元是结构不同的反应器单元。应予说明，本发明中，“结构不同的反应器单元”是指，各反应器单元中的反应器不同，或者反应器的连接方式不同，或者两者都不同。通过在两个以上并联的结构不同的反应器单元的反应器中填充相同的酶或催化剂，可以评价不同结构的反应器或者不同结构的反应器单元对反应效率的影响。
本发明的反应装置具有2个以上32个以下的并联的反应器单元。优选反应器单元的数目为 2个、3个、4个、6个、8个、16个或32个。更优选为2个以上16个以下。
本发明的一个实施方式中，本发明的分配装置中的流路分配单元的数量与所述反应装置中的反应器单元的数量相等，由此，使得来自各流路分配单元的物流分别进入各反应器单元。
在本发明的图2中，示出了本发明的反应器的结构。但是，本发明的反应器结构并不限于此。反应器的结构可以是上进下出型、下进上出型、轴径流向型、径向流向型或混合流向型。同一反应器单元中的反应器的结构可以相同，也可以不同。
本发明的一个实施方式中，反应器单元是填充型反应器单元。
在现有技术中，对于填充型反应器来说，催化剂或酶被填充在反应器中，由于所使用的载体的不同，填充密度的不同等原因，使得物流在反应器中流量也存在很大不同。但是，通过使用本发明的反应器设备，物流在分配装置中的压降是在反应器单元中的压降的10倍以上，优选20倍以上，更优选50倍以上，最优选100倍以上，即使使用不同反应器结构、填装方式、进料及出料方式，也可以使得各反应器单元中的物流的流量基本相等。
[反应体系的评价设备]
本发明的反应体系的评价设备具有上述本发明的反应器设备。
具体而言，本发明的反应体系的评价设备具有：上述本发明的反应器设备；用于向反应器设备的分配装置进料的进料装置；用于接收来自反应器设备的反应装置的出料的出料装置；用于对出料进行采样的采样装置，和用于分析采样装置得到的采样的分析装置。
对于本发明的反应体系的评价设备中的反应器设备，可以使用上述[反应器设备]中所述的各要素。
本发明的反应体系的评价设备中，采样装置位于反应装置与出料装置之间，或者位于出料装置之后。
本发明的反应体系的评价设备优选包括保温装置。所述保温装置可以是本领域公知的装置，例如可以列举水浴保温装置、油浴保温装置、烘箱保温装置等。其中，从操作简便、维护便捷的角度考虑，所述保温装置优选为烘箱保温装置。
在本发明的反应体系的评价设备中，优选使反应器设备处于保温装置中，更优选反应器设备、采样装置处于保温装置中。通过使用保温装置，可以使各反应器单元中的反应处于相同的温度条件下，另外通过使采样装置处于保温装置中，可以保持采取的样品中的成分与反应后的物流中的成分的一致性。
如图1的流程框图所示，在本发明的反应体系的评价设备中，使物流依次通过进料装置11、分配装置12、反应装置13和出料装置15，采样装置14位于反应装置13、出料装置15之间，分析装置16与采样装置14连接。分配装置12、反应装置13和采样装置14位于保温装置中。但是，采样装置14也可以位于出料装置15之后。应予说明，分配装置12和反应装置13组成本发明的反应器装置。
通过在本发明的反应体系的评价设备中，使用本发明的反应器设备，由此使得在每个流路分配单元至反应器单元的流路中，物流的流量主要由分配装置的压降主导，所以反应器单元处的微小压降可忽略不计，从而实现了每个反应器单元中的流量基本相等。由此，可以实现各反应器单元的进料条件为平行条件。
本发明的评价设备中，通过采样装置及分析装置进行采样和分析，可以获得出料中反应产物的种类、浓度等数据。采样及分析装置可以使用本领域公知的装置。例如，采样装置和分析装置是一体化采样分析装置，优选是全自动采样装置和分析装置。
另外，采样装置及分析装置中，优选包含切换阀(未图示)，通过该切换阀，可以实时对反应产物进行采样，然后进行实时分析。由此，可以实现不间断全自动采样及分析，监控反应整个过程，通过分析数据挖掘反应细化机理。
本发明的评价设备的反应器单元中，在反应器中填充酶催化剂。该酶催化剂可以是相同的，也可以是不同的。
在本发明的评价设备的一个实施方式中，两个以上并联的反应器单元是结构相同的反应器单元。应予说明，本发明中，“结构相同的反应器单元”是指，各反应器单元中的反应器相同，反应器的连接方式相同。通过在两个以上并联的结构相同的反应器单元的反应器中填充不同的酶或催化剂，可以准确地比较、评价不同酶或催化剂之间的活性。
在本发明的评价设备的一个实施方式中，两个以上并联的反应器单元是结构相同的反应器单元。
在本发明的评价设备的一个实施方式中，两个以上并联的反应器单元是结构不同的反应器单元。应予说明，本发明中，“结构不同的反应器单元”是指，各反应器单元中的反应器不同，或者反应器的连接方式不同，或者两者都不同。通过在两个以上并联的结构不同的反应器单元的反应器中填充相同的酶或催化剂，可以评价不同结构的反应器或者不同结构的反应器单元对反应效率的影响。
图5表示本发明的反应体系的评价设备的一个实施方式，其包括进料装置、分配装置、反应装置、采样装置、分析装置和出料装置，其中，反应装置中设有3个并联的反应器单元，通过采样装置分别对流出反应器单元的物流进行采样，并使用分析装置进行分析。
图6表示本发明的反应体系的评价设备的一个实施方式，其包括进料装置、分配装置、反应装置、采样装置、分析装置和出料装置，其中，反应装置中设有2个并联的反应器单元，其中一个反应器单元是两个反应器串联，另一个反应器单元由一个反应器组成，通过采样装置分别对流出反应器单元的物流进行采样，并使用分析装置进行分析。
[反应体系的评价方法]
本发明的反应体系的评价方法使用本发明的上述反应器设备，所述方法包括以下步骤：进料步骤，其中，使物流通过进料装置进入分配装置；分配步骤，其中，在分配装置中，使物流通过各自设有流量控制组件的至少2条并联的流路分配单元；反应步骤，使从流路分配单元流出的物流分别进入反应装置的至少2个并联的反应器单元进行反应；采样步骤，用采样装置对从反应装置流出的物流进行采样，和分析步骤，用分析装置对采样的样品进行分析，其中，物流在分配装置中的压降是在反应器单元中的压降10倍以上，优选20倍以上，更优选50倍以上，最优选100倍以上。
相应的，本发明公开了一种产品的制备方法，所述的反应的方法包括至少2条并联的流路分配过程和反应过程，所述的流路分配过程和反应过程对应，物流通过分配过程进入反应过程，且所述的流路分配过程中的压降是在反应过程中的压降的10倍以上，优选20倍以上，更优选50倍以上，最优选100倍以上；进一步优选的，所述的流路分配过程中，每个反应过程之间的物流的流量差为5%以内,优选为3%以内。
在本发明所述一种产品的制备方法，其中所述的反应过程中的压强(绝对压强)为0.5～3bar。
在本发明所述一种产品的制备方法中，所述的产品为油脂产品，更优选为酯交换油脂。在本发明的一个具体实施例中，利用本发明所述的方法制备得到的产品为1,3-二饱和脂肪酸-2-不饱和脂肪酸甘油酯。
对于本发明的反应体系的评价方法中的反应器设备，可以使用上述[反应器设备]中所述的各要素。
通过在本发明的反应体系的评价方法中，使用本发明的上述反应器设备，由此使得在每个流路分配单元至反应器单元的流路中，物流的流量主要由分配装置的压降主导，所以反应器单元处的微小压降可忽略不计，从而实现了每个反应器单元中的流量基本相等。由此，可以实现各反应器单元的进料条件为平行条件。
本发明的反应体系的评价方法中，在反应步骤之后可以包括出料步骤。
本发明的反应体系的评价方法中，采样步骤在反应步骤和出料步骤之间，或者在出料步骤之后。
本发明的反应体系的评价方法中，可以进一步包括使用保温装置的保温步骤，优选使反应器设备处于保温装置中，更优选所述反应器设备、采样装置处于保温装置中。保温步骤可以通过使用水浴保温装置、油浴保温装置或烘箱保温装置来进行，优选使用烘箱保温装置来进行。通过使用保温装置，可以使各反应器单元中的反应处于相同的温度条件下，另外通过使采样步骤处于保温装置中，可以保持采取的样品中的成分与反应后的物流中的成分的一致性。
本发明的反应体系的评价方法中，采样步骤和分析步骤可以是一体化的采样分析步骤，优选是利用全自动采样装置和分析装置的采样分析步骤。
本发明的反应体系的评价方法中，在所述各反应器中填充酶催化剂。在各反应器中填充的酶催化剂可以是相同的，也可以是不同的。
在本发明的评价方法的一个实施方式中，两个以上并联的反应器单元是结构相同的反应器单元。应予说明，本发明中，“结构相同的反应器单元”是指，各反应器单元中的反应器相同，反应器的连接方式相同。通过在两个以上并联的结构相同的反应器单元的反应器中填充不同的酶或催化剂，可以准确地比较不同酶或催化剂之间的活性。
在本发明的评价方法的一个实施方式中，两个以上并联的反应器单元是结构不同的反应器单元。应予说明，本发明中，“结构不同的反应器单元”是指，各反应器单元中的反应器不同，或者反应器的连接方式不同，或者两者都不同。通过在两个以上并联的结构不同的反应器单元的反应器中填充相同的酶或催化剂，可以评价不同结构的反应器或者不同结构的反应器单元对反应效率的影响。
如上所述的制备方法或评价方法，其中所述的反应过程中为酶催化反应，和/或反应器中填充酶催化剂。
[反应体系的评价]
本发明中，反应体系的评价是指在各反应器单元中填充不同的酶或催化剂的条件下，评价不同酶或催化剂对于反应效率的影响；或者在各反应器单元中填充相同的酶或催化剂的条件下，评价不同结构的反应器或者不同结构的反应器单元对反应效率的影响。
在相同时间、相同的流量、相同的反应温度以及相同结构的反应器单元的条件下，使底物通过不同的酶或催化剂，通过检测产物的相关指标来测定酶制剂的催化效果。对测得的数据，利用数学建模方法(例如，线性拟合法)，按照下述公式(1)和(2)，进行计算，这样利用短时间就可以对的大量的酶的活性进行反应条件相同的平行对比评价。
通常而言，酶的失活符合一级失活模型，其活性的变化可以用以下的公式(1)和(2)描述：
K=K0*exp(-kd*t) (1)
kd=ln(2)/t1/2 (2)
其中K为酶的活性，K0为酶的初始活性，kd为失活常数，t1/2为酶制剂的活性降低为初始活性一半时所需要的时间。
根据以上的数学模型，通过测试不同酶在较短时间内的活性变化就可以计算出不同酶的寿命。
本发明提到的上述特征，或实施例提到的特征可以任意组合。本案说明书所揭示的所有特征可与任何组合物形式并用，说明书中所揭示的各个特征，可以任何可提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代。因此除有特别说明，所揭示的特征仅为均等或相似特征的一般性例子。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与要素仅作示范之用。
实施例
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则所有的百分数、比率、比例、或份数按重量计。
本发明实施例中所用的油脂均来源于嘉里特种油脂，固定化脂肪酶Lipozyme TLIM，液体酶制剂Lipozyme TL100L 均来源于诺维信公司，用于固定化的大孔吸附树脂X-5购买自上海华震树脂有限公司。下述实施例中流量阀门进行压降的调节。
实施例1
将100g大孔吸附树脂X-5浸泡在去离子水中过夜，然后用95%的乙醇浸泡过夜，最后用去离子水冲洗数遍。将处理过的树脂中加入100mL的Lipozyme TL100L液体酶和4mL 1%的戊二醛溶液，在25℃，150rpm摇床中进行固定化2小时。过滤除去上清液，将固定化后的树脂放在室温进行干燥，得到固定化酶X-5。
实施例2
称取80g固定化酶X-5填充到反应柱1中，在反应柱2和反应柱3中分别填充80gLipozyme TL IM。用于测试脂肪酶酯交换寿命的原料为60%棕榈油硬脂精(IV 16)和40% 高油酸葵花籽油。所用的设备的组成示意图如附图5所示。烘箱的温度设定在65℃，单管的流速控制在100g/h，棕榈油硬脂精通过分配装置的压降为10 bar，通过反应柱的压降0.5bar。通过测定产物在40℃下的固脂含量来计算酯交换率。计算公式如下：
酯交换率=(原料固脂含量-样品固脂含量)/(原料固脂含量-平衡固脂含量)*100%
其中平衡固脂含量为原料经过化学酯交换后的固脂含量。每隔段时间测定每个反应柱出来油样的重量和酯交换率来测定反应器的平行程度和脂肪酶的使用寿命，结果如表1所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
反应柱1填装的是实验室固定的脂肪酶X-5，从评测结果可以看出其使用寿命比商业化脂肪酶Lipozyme TL IM差一些；反应柱2和3填充的均为Lipozyme TL IM，从评测的结果可以看出两者的差异很小，表明平行测试结果稳定。此外，从三个反应器的流速变化可以看出，流速基本能控制在100g/h，变化幅度在3%以内。以上的数据说明了本发明所提出的反应评价装置能有效的用于多种脂肪酶的评测，大大缩短了评测时间，提高了准确度。
对比例1
称取80g固定化酶X-5填充到反应柱1中，在反应柱2中填充80g Lipozyme TL IM。用于测试流速变化的的原料为60%棕榈油硬脂精(IV 16)和40% 高油酸葵花籽油。烘箱的温度设定在65℃，单管的流速控制在100g/h左右，通过分配装置的分配压降为3 bar，通过反应装置的反应压降0.5bar左右。每隔一段时间测试两根反应器出口的流速。测试结果如表2所示。
对比例2
将对比例1中分配装置的分配压降降低到1bar，其他的条件和对比例1一样，结果如表2所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE004
由以上的结果可以发现，若分配器的压降和反应器的压降比值较小，两根反应器流速会出现较大的波动，平衡之后并不能得到相同的流速。
实施例3
在反应柱1中装入80g硅胶粉，在反应柱2中装入80g Lipozyme TL IM， 并将反应柱1和反应柱2头尾串联，使反应柱1作为反应柱2的前处理柱。在反应柱3中转入80gLipozyme TL IM 作为对照，结果如附图6所示。其他的条件和实施例2一致。棕榈油硬脂精通过分配装置的压降为50bar，通过反应柱的压降为1 bar。结果如表3所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE006
从结果可以看出，添加前处理柱之后，脂肪酶的使用寿命能得到提高，而且两个柱子出口的流速没有发生显著的变化，说明该设备的对反应条件的控制比较稳定。因此，本发明所述的设备能用于脂肪酶催化工艺上的测试。
实施例4
酶的失活符合一级失活模型，其活性的变化可以用以下的公式(1)和(2)描述：
K=K0*exp(-kd*t) (1)
kd=ln(2)/t1/2 (2)
其中K为酶的活性，K0为酶的初始活性，kd为失活常数，t1/2为酶制剂的活性降低为初始活性一半时所需要的时间。
根据上述的模型，可以对实施例2和实施例3所获得数据进行线性拟合，其中酯交换率用来反应脂肪酶的催化活性，结果示于附图7。
根据上述的数学模型，可以计算出两种不同的脂肪酶的半衰期，以及两种不同操作工艺下脂肪酶半衰期的变化。其中，固定化脂肪酶X-5的半衰期为14天，Lipozyme TL IM的半衰期为25天，而在增加了前处理柱之后的Lipozyme TL IM的半衰期增加到了75天。说明了Lipoyzme TL IM比固定化酶X-5有更长的使用寿命，此外，增加前处理硅胶柱能大幅度的提升脂肪酶的使用寿命。
产业实用性
通过本发明所述的评价设备和评价方法，能在较短时间内对不同类型的酶的活性高效且准确地进行评价。此外，配合现有的采样分析技术，容易开发出能实现在线分析测试的整合设备。本发明的设备和方法可用于各种工艺研究优化工作，以此进行结构筛选、平行性实验、寿命实验、对比实验、耐受性实验、工艺参数优化。

Claims (30)

1.一种酯交换油脂产品的制备方法，所述的制备方法包括至少2条并联的流路分配过程和至少2条并联反应过程，反应中的物流通过分配过程进入反应过程，且所述的流路分配过程中的压降是在反应过程中的压降的10倍以上，所述制备方法使用酯交换油脂反应器设备，所述酯交换油脂反应器设备包括分配装置和反应装置，其中，所述分配装置包括至少2条并联的流路分配单元，在各流路分配单元上设有流量控制组件，所述反应装置包括至少2个并联的反应器单元，进入分配装置的物流通过所述至少2条流路分配单元各自分别进入所述反应装置的至少2个的反应器单元，物流在分配装置中的压降是在反应器装置中的压降的10倍以上，所述流量控制组件为选自膜组和微孔膜中的至少一者，
其中，在各反应器单元中填充酶，所述2个以上并联的反应器单元是结构不同的反应器单元，
所述膜组是串联排列的两个以上膜组，通过改变所述膜组的数量，控制物流在分配单元中的压降，
所述微孔膜的物流透过面积是可调节的，通过控制物流的透过面积，调节物流在分配单元中的压降。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述反应器设备的所述分配装置还包括用于引入物流的共口，引入的物流经由共口流入各流路分配单元。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述反应器设备的各反应器单元中填充的酶可以是相同的，也可以是不同的。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述反应器设备的所述膜组由透过性膜和固定该膜的固定件制成。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述反应器设备的所述膜组的膜的材质是陶瓷、金属或塑料。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述反应器设备的所述流量控制组件是微孔膜，所述微孔膜具有孔径为10um~100um的孔。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述反应器设备的所述微孔膜带有用于阻挡微孔的滑动部件。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述反应器设备的所述微孔膜是由陶瓷、金属或塑料制成的。
9.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述反应器设备的所述分配装置具有2个以上32个以下的并联的流路分配单元。
10.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述反应器设备的所述反应器单元包括一个以上的反应器。
11.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，当反应器单元包括两个以上反应器时，反应器的连接方式选自串联连接和并联连接中的至少一种。
12.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述反应器设备的所述反应装置具有2个以上32个以下的并联的反应器单元。
13.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述反应器设备的所述分配装置中的流路分配单元的数量与所述反应装置中的反应器单元的数量相等，使得来自各流路分配单元的物流进入各反应器单元。
14.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述反应器设备的反应器的结构各自独立地选自上进下出型、下进上出型、轴径流向型、径向流向型和混合流向型。
15.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述反应器设备的所述反应器单元是填充型反应器单元。
16.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述反应器设备中，物流在分配装置中的压降是在反应器装置中的压降的20倍以上。
17.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述反应器设备中，物流在分配装置中的压降是在反应器装置中的压降的100倍以上。
18.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述塑料是选自H-PES、H-PVDF、H-PVC和H-PAN中的至少一种。
19.根据权利要求6所述的制备方法，其中，孔径为25~100um。
20.根据权利要求6所述的制备方法，其中，孔径为50~100um。
21.根据权利要求6所述的制备方法，其中，孔径为25~75um。
22.根据权利要求8所述的制备方法，其中，所述塑料是选自H-PES、H-PVDF、H-PVC和H-PAN中的至少一种。
23.根据权利要求9所述的制备方法，其中，所述流路分配装置具有2个以上16个以下的并联的流路分配单元。
24.根据权利要求12所述的制备方法，其中，所述反应装置具有2个以上16个以下的并联的反应器单元。
25.根据权利要求1所述的制备方法，其中反应过程中所得到的产品为1,3-二不饱和脂肪酸-2-饱和脂肪酸甘油酯。
26.根据权利要求1所述的制备方法，其中所述的反应过程中的反应压强为0.5～3bar。
27.根据权利要求1所述的制备方法，其中，流路分配过程中的压降是在反应过程中的压降的20倍以上。
28.根据权利要求1所述的制备方法，其中，流路分配过程中的压降是在反应过程中的压降的100倍以上。
29.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的流路分配过程中，每个反应过程之间的流量差为3%以内。
30.根据权利要求26所述的方法，其中所述的反应过程中的反应压强为0.8～2bar。
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