3 - 8 효소반응기의 종류(교반반응기,회분배양기)

제 3장 효소 및 효소반응

 

 

 

8. 효소반응기의 종류

 

생물반응기(bioreator)는 동물,식물, 미생물 또는 생물체에서 특정 기능을 수행하는 소기관, 고분자 물질들이

 

생체 내에서 수행되는 생화학적 기작(mecanism)을 인위적으로 설계된 시스템에서 발휘할 수 있도록 고안된 장치이다.

 

특히, 촉매로 효소를 사용하여 반응을 일으키는 장치를 효소반응기(enzyme reactor)라고 한다.

 

화학반응기와는 달리 상온, 상압, 중성의 pH의 온화한 조건에서 운전되어, 에너지 소모는 크지 않다.

 

반응기의 목적은 촉매와 반응물질 사이에서 효율적인 반응이 일어나도록 물질의 전달과 확산에 대한 저항을 최소화하는 것이다.

 

 

 

생물반응기의 조건

 

1. 알맞은 통기설비와 교반설비를 갖추어야 한다.

 

2. 동력 소비가 적어야 한다.

 

3. 온도 조절과 pH 조절이 되어야 한다.

 

4. 시료채취(sampling)가 쉬워야 한다.

 

5. 증발에 의한 반응액의 수분 손실이 적어야 한다.

 

6. 작동(operation), 반응액의 회수, 반응조의 세척 및 유지에 노동력이 적게 들어야 한다.

 

7. 값이 싸고, 사후관리가 쉬워야 한다.

 

 

 

 

생물 반응기 종류

 

효소의 특성과 기질, 생성물의 특징에 맞게 여러가지 반응기가 고안되었다.

 

 

1) 교반 반응기(stirred tank reactor)

 

산소공급을 원활히 하기 위해 난류(turbulent flow) 형성을 유도한다. 이때 교반이 격렬해 전단응력(shear stress)을 많이 받는다.

 

전단력(shear force)때문에 고정화 효소 반응기에는 적합하지 않다.

 

 

2) 베드형 반응기(bed reactor)

 

촉매의 충진상태, 반응액의 흐름방향에 따라 두개로 나뉜다.

 

- 충진형 반응기(packed bed reactor)

 

 장점은 촉매의 충진량을 높일 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다. 간단하게 작동하고, 운전비용이 절감된다.

 

 단점은 환경을 일정하게 유지하기가 어렵고, 산소전달이 어렵다. 고점도 기질을 사용할 수 없다.

 

- 유동층 반응기(fluidized bed reactor)

 

 촉매입자가 유동적이어서, 반응기 용액과 현탁되어 있는 형태를 띤다.

 

 pH와 온도조절이 쉽고, 산소공급이 가능하며, 불용성 기질인 경우에도 사용이 가능하다.

 

 

 

3) 막 반응기(membrane reator)

 

membrane filter는 특정 size의 pore를 갖는다. 생성물의 분자량이 기질과 효소에 비해 충분히 작을 때 사용된다.

 

반응이 일어나는 것고 생산물의 분리가 동시에 이루어진다. 보통 수용성 효소 반응에 사용된다.

 

 

4) 기타

 

루프(loop)형 반응기는 반응액의 흐름을 주입공기, 반응액, stirrer를 이용한 순환식으로 이루어진다.

 

간단하고 장치가 저렴하다. 오염 위험성도 적고, 전단응력도 적게 받는다.