CN101948822A - 一种胶乳凝胶固定化细胞的新工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于微生物固定化技术领域，特别涉及凝胶化的胶乳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，加入凝聚剂使胶乳凝胶化，然后在-50～80℃下干燥0～4小时，再将凝胶切成颗粒，用自来水进行清洗，用于具体工程需要。

Description

一种胶乳凝胶固定化细胞的新工艺

技术领域

本发明涉及细胞固定化技术领域，特别涉及凝胶化的胶乳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，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，搅拌混匀。

(2)在步骤(1)中制作的微生物与胶乳的混合物中加入凝聚剂或干燥处理，使胶乳凝胶化，即得固定化细胞。

(3)将步骤(2)制得的固定化细胞切成颗粒，用清水冲洗，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，将微生物包埋在胶乳凝胶中，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。

具体实施方式

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：

软胶与离心后的活性污泥按质量比1∶2混合于烧杯中，用强力搅拌机搅拌均匀后，向混合物中加入占软胶质量5％的CaCI₂做为凝聚剂，混合均匀，放入40℃的恒温水浴锅中胶凝30min，使软胶凝胶，用力挤压胶凝后的混合物，以排出其中的多余水分，然后将混合物加入到注射器中，挤出呈柱状，用剪刀切成形状规则的圆柱体，放入烘箱在30℃下烘30min，将制备好的固定化活性污泥切成3mm见方的颗粒。

用经过驯化的固定化活性污泥处理造纸脱墨废水，调节污泥COD负荷率为3.86kg/(KgMLSS·d)，温度为30℃，PH为7.0，曝气10h，每天换水一次。测定处理前后污水COD和SS的变化情况。连续运行两个月固定化颗粒对污水COD的去除率依然很高，去除率为82％，对污水SS的去除率在70％左右。

实例2：

软胶与离心后的活性污泥按质量比1∶2混合于烧杯中，用强力搅拌机搅拌均匀后，向混合物中加入占软胶质量3％的聚合氯化铝做为凝聚剂，混合均匀，放入40℃的恒温水浴锅中胶凝30min，使软胶凝胶，用力挤压胶凝后的混合物，以排出其中的多余水分，然后将混合物加入到注射器中，挤出呈柱状，用剪刀切成形状规则的圆柱体，放入烘箱在30℃下烘30min，将制备好的固定化活性污泥切成3mm见方的颗粒。

用经过驯化的固定化活性污泥处理生活废水，调节污泥COD负荷率为1.09kg/(KgMLSS·d)，温度为30℃，PH为6.6，曝气10h，每天换水一次。测定处理前后污水COD和SS的变化情况。连续运行两个月固定化颗粒对污水COD的去除率在60％以上，对污水SS的去除率在70％左右。

实例3：

丁苯胶乳与离心后的活性污泥按质量比1∶2混合于烧杯中，用强力搅拌机搅拌均匀后，向混合物中加入占丁苯胶乳质量5％的氯化钙做为凝聚剂，混合均匀，放入30℃的恒温水浴锅中胶凝30min，使软胶凝胶，用力挤压胶凝后的混合物，以排出其中的多余水分，然后将混合物加入到注射器中，挤出呈柱状，用剪刀切成形状规则的圆柱体，放入烘箱在30℃下烘30min，将制备好的固定化活性污泥切成3mm见方的颗粒。

用经过驯化的固定化活性污泥处理实验室自制废水，调节污泥COD负荷率为2.68kg/(KgMLSS·d)，温度为30℃，PH为6.0，曝气10h，每天换水一次。测定处理前后污水COD和SS的变化情况。连续运行两个月固定化颗粒对污水COD的去除率在60％左右，对污水SS的去除率在50％以上。

Claims (5)

1.一种新的固定化细胞工艺，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)在步骤(1)中制作的微生物与胶乳的混合物中加入凝聚剂或干燥处理，使胶乳凝胶化，即得固定化细胞。

(3)将步骤(2)制得的固定化细胞切成颗粒，用清水冲洗，用于具体工程需要。

2.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。

3.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℃，干燥时间为0～4小时。

4.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。

5.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。