专利名称：一种涂布胶乳凝胶复合载体固定化细胞的新工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及固定化细胞技术领域，特别涉及胶乳与可用于胶乳涂布的基材的复合 载体做为固定化载体的方法及其该固定化细胞在水处理和发酵工程中的应用。
背景技术：
固定化细胞技术是通过化学或物理的方法将游离的细胞或微生物与水不溶性载 体结合，使之不溶于水但仍具有高生物活性的一项技术。固定化细胞技术在固定化细胞的 同时，又有利于菌种的筛选、净化及固定化，与一般的悬浮微生物处理方法相比可以消除微 生物的流失，便于对微生物进行回收利用，便于进行连续化生产操作，便于处理过程的控 制，可以有效的控制防止染杂菌，提高处理过程的稳定性。固定化细胞的研究已涉及食品与 发酵工业，化学合成工业，医疗诊断，环境净化，能源开发等各个领域，发展前景广阔。固定化细胞技术的关键在于所选取的固定化载体的性能。衡量一种因定化微生物 是否具有应用价值，主要是看其微生物活性、操作稳定性，机械稳定性、重复使用次数及制 备成本等。目前所采用的固定化载体材料主要包括无机载体、有机高分子载体和复合载体 三类，有机高分子材料又分为天然高分子材料和合成高分子材料。无机载体具有稳定性好、 机械强度高、成本低等优点，但用无机材料制备的固定化细胞活性相对较低，微生物与载体 的结合程度不够牢固，需较长时间完成初始化固定过程；天然高分子材料做为载体时具有 无毒性、传质性能好等优点，但材料强度低；合成有机高分子材料一般而言强度较高，但生 物亲和性及传质性能较差，复合载体是把有机载体和无机载体复合而成，兼具两者的优点， 两类材料在许多性能方面互补，因此可将这两类载体材料结合，组成复合载体材料，以改进 材料的性能。传统的固定化方法中所用的包埋载体主要为聚乙烯醇，明胶，聚丙烯酰胺，海藻酸 盐、卡拉胶等高分子聚合物。这些聚合物存在一定的缺点，比如大部分固定化载体均有水 溶解性，将会直接影响固定化颗粒的强度和使用寿命。聚乙烯醇与硼酸交联制备的颗粒存 在水溶膨胀性，随着时间的增长，颗粒体积增大，使得颗粒强度不大，使用寿命比较短。琼脂 凝胶机械强度低，通透性差。聚丙烯酰胺凝胶单体的毒性高，活性低，不易成型。海藻酸钙 强度不高，且用其进行固定化细胞的制备工艺较复杂。
发明内容
本发明的目的是通过胶乳的凝胶化包埋处理微生物并利用胶乳的胶黏性将微生 物黏附在胶乳中，将胶乳凝胶涂布于基材表面制成一层新的复合载体固定化细胞，从而提 供了一种新的固定化载体材料和新的固定化方法。本发明所采用的技术方案如下(1)取活化增殖后的微生物与胶乳按质量比100 1 1 100混合，搅拌混勻。(2)将步骤(1)中制作的微生物与胶乳的混合物均勻涂布于基材表面，然后加入 凝聚剂或在-50 80°C下干燥0 4小时，即得固定化细胞，胶乳凝胶成膜黏附于基材表
(3)将步骤(2)中制作的固定化细胞用清水冲洗干净，用于具体工程需要。本发明提供了一种新的微生物固定化方法，与现有方法相比，具有以下优点1.本发明克服了现有的包埋法固定化细胞所使用的载体易溶胀、传质性能较差、 使用寿命短、机械强度低等缺点。本发明所使用的胶乳凝胶固定化细胞使用寿命长、机械强 度高、与载体结合牢固、载体对微生物无毒性、不易溶胀、固定化细胞活性高且操作稳定性 好，连续培养超过60批，微生物活性不下降。2.本发明开发了一种新的包埋固定化细胞的方法，将胶乳涂布在基质材料表面成 凝胶膜，制备工艺简单，传统包埋工艺需要造粒处理，制备工艺复杂。3.本发明所使用的固定化载体胶乳来源广泛，价格低廉，为产业化应用提供了条 件。4.本发明使用了板材和纸张做为基质载体固定化细胞，载体强度高、来源广泛、价 格低廉，为产业化应用提供了条件。5.本发明使用复合载体固定化细胞，微生物细胞与载体之间作用力强，受环境的 影响小，所以承受水力水质变化的能力强，能够承受较高强度水流的剪切力，能够抵御有毒 有害物质的侵袭，所处理的发酵液PH在2 11范围内对胶乳凝胶材料的溶胀性能影响不 大，不会破坏。6.本发明可使用的基质材料种类繁多，固定化组合工艺多种多样，所以复合固定 化技术的工艺灵活，可根据废水的实际情况选择合理经济的固定化方法以及便宜耐用的复 合载体，操作管理简便易行。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明做进一步说明，但本项发明并不限于下面的实施例子。实施例1 将胶菌比0.6 1的胶菌混合液涂布于汽车滤纸原纸表面，在恒温烘箱中40°C下 干燥30min取出，将变硬的滤纸裁剪后折叠为瓦楞片状，在中间穿孔，穿在木棍上，形成多 层结构，以利于固着在上面的细胞与底物的接触。将制作好的材料放在发酵器皿中，在葡萄 糖浓度10%的发酵液中发酵。前3次糖转化率接近100%，之后下降，连续发酵60批，还原 糖利用率稳定在85%左右，乙醇得率在40%以上。实施例2 将胶菌比0.6 1的胶菌混合液涂布于聚酯板表面，在恒温烘箱中40°C下干燥 30min取出，胶乳黏附在聚酯板表面形成凝胶膜固定化。将制作好的材料发在发酵器皿中， 在葡萄糖浓度10%的发酵液中发酵。连续发酵60批，还原糖利用率稳定在80%以上，乙醇 得率在35%以上。实施例3 将胶菌比0.6 1的胶菌混合液涂布于多孔陶瓷板表面，在恒温烘箱中40°C下干 燥30min取出，形成黏附于多孔陶瓷板上的凝胶膜固定化材料。将制作好的材料放在发酵 器皿中，在葡萄糖浓度10%的发酵液中发酵。连续发酵60批，还原糖利用率稳定在85%以 上，乙醇得率在40%以上。
权利要求
一种新的微生物固定化工艺，其特征在于所说的方法主要依次包括如下步骤(1)取活化增殖后的微生物与胶乳按质量比100∶1～1∶100混合，搅拌混匀。(2)将微生物与胶乳的混合物均匀涂布于基材表面，然后加入凝聚剂或干燥处理，胶乳凝胶成膜黏附于基材表面，即得固定化细胞。(3)将步骤(2)中制作的固定化细胞用清水冲洗干净，用于具体工程需要。
2.根据权利要求书1所述的方法，其特征在于涂布于基材表面的胶乳经处理后所形 成的凝胶膜厚度不超过3厘米。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于微生物的固定化通过在胶乳中加入凝聚 剂或干燥处理的方法使胶乳凝胶化来制备。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所说的干燥温度为-50 80°C，干燥时间 为0 4小时。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所说的胶乳包括天然胶乳、人造胶乳、合 成胶乳。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所说的基材包括纸张、纸板、无纺布、织 布、塑胶板、橡胶板、火山岩板、多孔陶瓷板、混凝土板、水泥板、木板、胶合板、密度板、刨花 板。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所说的凝聚剂包括明矾、硫酸铝、氯化钙、 硝酸钙、醋酸环己烷、氯化铝、氯化镁、氯化铁、氯化钡、硫酸铁、硫酸亚铁、硅氟化钾、硅氟化 钠、硫酸铵、氯化铵、氯化锌、锌铵络合物、聚乙烯甲基醚、聚醚聚甲醛缩二甲醇、聚丙二醇、 聚乙二醇、聚氯化铝、聚氯化铁、聚硝酸铝、聚硫酸铝、聚硫酸铁、聚硫酸亚铁、聚磷酸铝、聚 氯化铝铁、聚硅酸铝、聚硅酸铝铁、聚硫酸铝铁、聚硅酸铁、聚磷酸铝铁、聚氯化硫酸铝铁。
全文摘要
本发明属于固定化细胞技术领域，特别涉及胶乳和可用于胶乳涂布的基材的复合载体做为固定化载体的方法。该方法包括取经活化增殖的微生物，将微生物与胶乳混合，搅拌混匀，再均匀涂布于基材表面。然后在-50～80℃下干燥0～4小时或加入凝聚剂使胶乳凝胶化，最后取出用自来水进行清洗，用于具体工程需要。本发明的特点是工艺简单，所使用的固定化载体不存在溶解或溶胀现象，且来源广泛，价格低廉，对微生物无害，固定化细胞机械强度高，寿命长，稳定性高，连续反应60批，微生物保持高活力。本发明可广泛应用于废水处理、医药工业、食品饮料工业，改进传统的发酵工艺。
文档编号C12N11/14GK101955924SQ20101018065
公开日2011年1月26日 申请日期2010年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者吴伟兵, 周小凡, 张帅, 马金霞 申请人:南京林业大学