颗粒状固定化酶的制备设备及使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物化学领域，尤其涉及生产固定化酶的反应器，具体是指一种颗粒状固定化酶的制备设备及使用方法。
【背景技术】
[0002]现代生物技术实现了酶的大规模生产，自由酶在食品、化工和医药工业中得到了广泛应用。虽然酶在常温常压条件下能高效地催化反应，并且有很高的专一性，但是酶作为一种蛋白质，稳定性差，对热、强酸、强碱和有机溶剂等均不稳定[36]，即使在酶的最适反应条件下，也往往会很快失活。而且自由酶只能采用批式反应器，反应后酶不能回收，使产品的分离纯化困难，容易造成蛋白质污染，所以对现代工业来说自由酶还不是一种理想的催化剂。为此，人们制备了各类固定化酶。在各类固定化材料中卡拉胶、明胶具有稳定性好、成本低的优点，是用量最为广泛的固定化材料。但是固定化后的胶一般是大的块状，需要手工或者机械切片，而片状催化剂装卸入反应器不方便，片状流动性差，在反应器内容易流体短路等，而切片也增加了工序以及造成催化剂的流失。
[0003]球状催化剂具有广泛的优点，能否把卡拉胶固定化酶由一般的片状改为球状？有研究人员已经做了一些尝试。如有文献说明基于水和许多有机溶剂不相容，水在有机溶剂中分散成液滴的原理，(孙万儒，微生物学通报，1986，13(1):213-35)报道使用乙酸丁酯分散卡拉胶液体，形成球形颗粒。具体方法如下:加热制备8%的卡拉胶溶液，室温下冷却到60°C，取20ml胶液与20ml40%的细胞液混匀，流加到搅拌的保温30°C的乙酸丁酯中，直到分散成小颗粒，加入10%的KC1溶液，继续搅拌10分钟滤去溶剂，再加2%的KC1固化一小时即形成1?3_的固定化细胞。此方法的缺点是使用的乙酸丁酯不易回收，溶剂有对人有刺激性，需要在安全性较高的环境下操作。
[0004]但是总体上目前还没有工业上能够大规模廉价制备以明胶、卡拉胶为材料的颗粒状固定化酶或者固定化细胞的设备及方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够大规模制备颗粒状固定化酶的制备设备及使用方法。
[0006]为了实现上述目的，本发明具有如下构成:
[0007]该颗粒状固定化酶的制备设备，其主要特点是，所述的颗粒状固定化酶的制备设备包括减速机、搅拌装置、加热夹套、筒体及喷头，所述的筒体上方连接有所述的减速机，所述的筒体内设有搅拌装置，所述的筒体外设有加热夹套，所述的筒体下方连接有喷头，其中所述的喷头为锥形喷头。
[0008]优选地，所述的搅拌装置为浆式搅拌叶。
[0009]更优选地，所述的加热夹套内置有加热介质，所述的加热介质为水及蒸汽，加热温度为20?120°C。
[0010]进一步优选地，所述的锥形喷头分布有0.5?2_的圆孔或针形喷头，所述的锥形喷头孔径为0.8?1.8mm，孔间距为6?15mm。
[0011]更进一步优选地，所述的锥形喷头孔径为1.0?1.4mm，孔间距为8?12mm。
[0012]再进一步优选地，所述的搅拌装置转速为150?350rpm。
[0013]最优选地，所述的搅拌装置转速为200?300rpm。
[0014]根据所述的颗粒状固定化酶的制备设备的使用方法，其主要特点是，所述的使用方法使用所述的颗粒状固定化酶的制备设备制备颗粒状固定化酶或者固定化细胞。
[0015]优选地，所述的使用方法具体为:
[0016]将固定化材料以及菌体或者酶类生物体，预先溶解配料，然后经过栗计量进入所述的颗粒状固定化酶的制备设备，经过混合加热，进入喷头，在喷头的转动下以及重力作用下分散成为球形液滴，落入下方固化液体中成为球形固体颗粒。
[0017]更优选地，所述的固定化材料包括:明胶、卡拉胶、海藻酸钠，聚乙烯醇，琼脂，和混合的混合物。
[0018]采用了该发明中的颗粒状固定化酶的制备设备及使用方法，其有益效果为:该装置可以达到混合与加热的混合功能，卡拉胶、明胶等材料与固定化酶或者固定化菌体单独配料，卡拉胶、明胶凝固点都在50度以下，在高于凝固点之上是液体状态，与生物材料(酶或者细胞)混合均匀，经过搅拌混合和保温，流动到锥形喷头，在旋转的锥形喷头作用下分散成为球形液体，喷出的液体开始是液流，然后因为表面张力，逐渐成为液滴落下，落入下方固化液体中固化，冷却凝固成为固体，即可得到颗粒状固定化酶或者固定化菌体。
【附图说明】
[0019]图1为本发明的颗粒状固定化酶的制备设备示意图。
[0020]图2为本发明的颗粒状固定化酶的制备设备用于制备固定化酶或固定化细胞的使用示意图。
[0021]附图标记
[0022]1减速机
[0023]2搅拌叶
[0024]3加热夹套
[0025]4筒体
[0026]5喷头
[0027]A固定化材料配料反应器
[0028]B生物材料配料反应器
[0029]C颗粒状固定化酶制备设备
[0030]D固化液储存罐
【具体实施方式】
[0031]为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
[0032]如图1?2所示的颗粒状固定化酶的制备设备及使用方法，其具体实施例为:
[0033]实施例1:
[0034]称取2.0kgK-卡拉胶以及50L水加入A反应器中，水浴加热至90 °C，使胶熔化，保温备用；称取氨基酰化酶0.5KG与水50L加入B反应器，50°C保温待用。反应器转速为230rpm，开孔孔径为1.2mm，启动总体积50L的C颗粒状固定化酶制备设备，下方出料阀门暂时关闭，A液与B液按照2:1比例加入C颗粒状固定化酶制备设备，保温温度设定80°C，搅拌10分钟，开启阀门，控制转速为230rpm，喷出的液滴滴入下方0.3mol/LKCI溶液的D固化液储存罐中，8小时后，过滤，得到直径1_左右的球形颗粒，经过测定1_颗粒总量大于95%。
[0035]实施例2:
[0036]称取5.0kg明胶以及100L水加入A反应器中，120°C，使胶灭菌熔化，冷却到70°C保温备用；称取氨基酰化酶0.5KG与水30L加入B反应器，50°C保温待用。反应器转速为230rpm，开孔孔径为1.2mm，启动总体积50L的C颗粒状固定化酶制备设备，下方出料阀门暂时关闭，A液与B液按照3:1比例加入C颗粒状固定化酶制备设备，保温温度设定80°C，搅拌10分钟，开启阀门，控制转速为230rpm，喷出的液滴滴入下预冷至5°C水中，8小时后，过滤，得到直径1_左右的球形颗粒，经过测定1_颗粒总量大于85%。
[0037]实施例3:
[0038]称取琼脂5KG以及100L水加入A反应器中，120°C，使胶灭菌熔化，冷却到50°C保温备用；称取氨基酰化酶0.5KG与水30L加入B反应器，50°C保温待用。反应器转速为230rpm，开孔孔径为1.2mm，启动总体积50L的C颗粒状固定化酶制备设备，下方出料阀门暂时关闭，A液与B液按照3:1比例加入C颗粒状固定化酶制备设备，保温温度设定80°C，搅拌10分钟，开启阀门，控制转速为230rpm，喷出的液滴滴入下预冷至5°C水中，8小时后，过滤，得到直径1mm左右的球形颗粒，经过测定1mm颗粒总量大于91 %。
[0039]实施例4:
[0040]称取聚乙烯醇8KG以及90L水加入A反应器中，120°C，使胶灭菌熔化，冷却到30°C保温备用；称取氨基酰化酶0.5KG与水30L加入B反应器，30°C保温待用。反应器转速为230rpm，开孔孔径为1.2mm，启动总体积50L的C颗粒状固定化酶制备设备，下方出料阀门暂时关闭，A液与B液按照3:1