CN101948824A

CN101948824A - 一种颗粒状胶乳凝胶复合载体固定化细胞的新工艺

Info

Publication number: CN101948824A
Application number: CN 201010180663
Authority: CN
Inventors: 周小凡; 张帅; 马金霞; 吴伟兵
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2010-05-24
Filing date: 2010-05-24
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2030-05-24
Also published as: CN101948824B

Abstract

本发明属于固定化细胞技术领域，特别涉及胶乳和多孔材料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。再加入基质材料颗粒，经过搅拌混匀。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。

Description

一种颗粒状胶乳凝胶复合载体固定化细胞的新工艺

技术领域

本发明涉及微生物固定化技术领域，特别涉及胶乳与多孔材料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基质材料复合而成，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，将胶乳凝胶包裹于基质材料表面制成一种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，搅拌混匀。

(2)将颗粒状的基质材料加入步骤(1)中制作的微生物与胶乳的混合物，搅拌混匀，然后加入凝聚剂或在-50～80℃下干燥0～4小时，即得固定化细胞，外形呈颗粒状，大小由基质材料的颗粒大小决定。基质材料与胶乳的质量比为1000∶1～1∶1

(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180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，将胶乳凝胶包裹在基质材料颗粒表面，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.本发明使用了火山岩滤料及混凝土多孔砖做为基质材料固定化细胞，载体表面粗糙，比表面积较大，孔隙率40％以上，且载体强度高、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1g活性干酵母在10ml浓度为3％的葡萄糖溶液中活化半个小时，按照胶菌比1.5∶1加入1.5g胶乳搅拌均匀，再加入25g粒径为5-6mm的火山岩浆滤料，搅拌混合均匀，在恒温干燥箱中40±5℃下干燥0.5～1个小时，取出用清水冲洗三遍后制成固定化颗粒。

在300ml的锥形瓶中加入固定化颗粒和浓度为10％的葡萄糖溶液在35℃下恒温发酵，发酵液PH为5.0，加入的营养盐：KH₂PO₄ 2.5g/L，MgSO₄ 0.25g/L，CaCI₂ 0.25g/L，尿素0.24g/L。

经过一天还原糖的利用率达到90％以上，乙醇得率45％，间歇分批式加入发酵液进行反应，反应周期为一天，超过180天还原糖利用率均在90％以上，乙醇得率维持在40％以上。

实施例2：

将1g活性干酵母在10ml浓度为3％的葡萄糖溶液中活化半个小时，按照胶菌比1∶1加入1g胶乳搅拌均匀，再加入12g粒径为3mm的混凝土多孔砖，搅拌混合均匀，在恒温干燥箱中40±5℃下干燥0.5～1个小时，取出用清水冲洗三遍后制成固定化颗粒。

在300ml的锥形瓶中加入固定化颗粒和浓度为12.5％的葡萄糖溶液在35℃下恒温发酵，发酵液PH为5.0，加入的营养盐：KH₂PO₄ 2.5g/L，MgSO₄ 0.25g/L，CaCI₂ 0.25g/L，尿素0.24g/L。

经过一天还原糖的利用率达到90％以上，乙醇得率44％，间歇分批式加入发酵液进行反应，反应周期为一天，超过60天还原糖利用率均在90％以上，乙醇得率40％以上。

实施例3：

将1g活性干酵母在10ml浓度为2％的葡萄糖溶液中活化半个小时，按照胶菌比1∶1加入1g胶乳搅拌均匀，再加入12g粒径为5-6mm的混凝土多孔砖，搅拌混合均匀，加入浓度为5％的CaCI₂做为凝聚剂，静置5分钟后用清水冲洗三遍制成固定化颗粒。

在300ml的锥形瓶中加入固定化颗粒和浓度为7％的葡萄糖溶液在30℃下恒温发酵，发酵液PH为5.0，经过一天还原糖的利用率达到90％以上，乙醇得率41％，间歇分批式加入发酵液进行反应，反应周期为一天，超过60天还原糖利用率均在90％以上，乙醇得率40％以上。

实例4：

将离心后的活性污泥与胶乳混合后，加入粒径为3mm的混凝土多孔砖颗粒，搅拌一定时间，使得混凝土多孔砖表面包裹活性污泥混合体，混凝土多孔砖∶活性污泥∶胶乳的质量比为50∶2∶1。然后将包裹好的颗粒置于浓度5％的CaCl2溶液中浸泡30分钟，捞出颗粒在30℃下烘30min，即制成固定化活性污泥。

将驯化好的混凝土多孔砖颗粒处理造纸脱墨废水，污泥COD负荷为1.65kg/(kgMLSS·d)，造纸脱墨废水取40ml，PH为7.0，曝气10h，每天换水一次，连续运行2个月，COD去除率一直维持在70％左右，SS去除率50％以上。

Claims

1.一种新的细胞固定化工艺，其特征在于所说的方法主要依次包括如下步骤：

(2)将颗粒状的基质材料加入步骤(1)中制作的微生物与胶乳的混合物，搅拌混匀，然后加入凝聚剂或干燥处理，即得固定化细胞，外形呈颗粒状，大小由基质材料的颗粒大小决定。

2.根据权利要求书1所述的方法，其特征在于：经过搅拌混匀后，微生物与胶乳的混合物覆盖在基质材料表面。

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℃，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：所说的基质材料粒径为0.1～10mm或通过破碎使基质材料的粒径为0.1～10mm，所加的基质材料与胶乳的质量比为1000∶1～1∶1。

6.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。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所说的基质材料包括砂子、沸石、矿渣、焦炭、麦饭石、多孔玻璃、膨润土、硅藻土、凹凸棒土、陶瓷、活性炭、浮石、火山岩滤料、混凝土多孔砖、磁性四氧化三铁、氧化铝、γ-三氧化二铝、二氧化硅、硅胶、微球、海藻石。

8.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。