CN1064069A

CN1064069A - 固定化细胞用陶瓷载体及制备方法

Info

Publication number: CN1064069A
Application number: CN 91100809
Authority: CN
Inventors: 张永明; 肖尊文; 缪松兰
Original assignee: Jingdezhen Ceramic Institute
Current assignee: Jingdezhen Ceramic Institute
Priority date: 1991-02-05
Filing date: 1991-02-05
Publication date: 1992-09-02

Abstract

本发明属一种固定化细胞用陶瓷载体。它主要采用普通陶瓷原料，掺入少量可燃性物质和可挥发性物质，在一定工艺下制得具有一定几何形状含50％以上呈正态分布微孔的产品。主要用于固定床式固定化细胞生物反应器中，具有床层阻力小、几何比表面积大等，广泛应用于食品、医药的发酵工业和石化等工业的废水处理。

Description

本发明属于一种陶瓷载体，适用于生物工程领域中固定化细胞用的一种新型载体。

由于传统发酵工业采用的游离发酵法存在着发酵周期长，成本高，难于自动控制等缺点，因此，人们研究了一项新的技术即固定化酶技术，其固定化的作用就是使酶促反应快，底物转化率高，便于工业化生产控制。最初的固定酶是将水溶性酶与不溶性载体结合起来，成为不溶于水的酶的衍生物。在固定化酶基础上发展起来的固定化细胞，同固定化酶相比，省去了酶的提取和精制过程，具有制备简单，操作方便，贮藏稳定性好的优点。

固定化细胞的活性和稳定性受所用载体及其制备方法的影响。早期的载体大多数是海藻酸钙、卡拉胶、聚乙烯醇等凝胶类物质，由于这类物质的生化稳定性较差，机械强度低，且成本高，工业化应用受到一定的限制，因此，人们开始选用性能良好的陶瓷载体来代替它。据文献Immobilized Enzymes 44，776（1976）所述美国康宁公司的H.H Weetall等人曾用氧化铝、氧化锆、氧化钛为材料，采用特种陶瓷的制备方法，做成小球状陶瓷载体，用于固定葡萄糖化酶，其化学组成有以下几种：

（1）SiO₂75% TiO₂25%

（2）SiO₂90% ZrO₂10%

（3）SiO₂89.3% ZrO₂15.7%

（4）SiO₂75% Al₂O₃25%

（5）TiO₂98% MgO 2%

这类陶瓷载体大多需要进行表面化学处理后用化学交联剂进行交联，或者直接经化学交联剂交联。因此，生产成本高、固定化方法复杂、且酶活力较低、酶使用周期短。此外，邵桂元在《上海科技大学学报》1985·2期中介绍曾用一陶瓷环做为固定化酵母细胞的载体进行酒精发酵的试验，但这不能适用于工业化生产。至今为止，未发现固定化细胞用陶瓷载体。

本发明的目的是针对上述存在的问题，发明一种可根据细胞特性制备具有一定微孔结构的固定化细胞用陶瓷载体及其制备方法。

下面详细描述本发明的内容。

一种固定化陶瓷载体，它主要由以下物质组成：（重量百分数）采用普通的陶瓷原料80～92%、可燃性物质3.5～14.5%、可挥发性物质3.5%、添加剂1～2%、制成具有一定几何形状并含有50%以上呈正态分布微孔的陶瓷载体。该载体适用于固定化床式固定化细胞生物反应器中。其中所指的可燃性物质是稻壳、糠灰、木质纤维素、淀粉、炭粉等有机物;所指的可挥发性物质为碳酸盐或硫酸盐等无机盐;该产品的几何形状一般为：横截面呈园环形、车轮形、齿轮形等的筒体，微孔结构与尺寸应根据所固定细胞的大小和形状等生理特性来设计和制备。上述的产品，其制备方法是：采用已精制的普通陶瓷泥料，与通过细度为8～40目的可燃性物质和可挥发性物质，以及添加剂一起加水进行混合均匀，使其含水率为20～25%，而后经真空练泥机加工成可塑状泥料，再通过使其能具有一定几何形状的配套模具压制成型、或挤压成条状切成1.0～3.0cm的坯体，烘干后置1100℃～1300℃氧化气氛中烧结而成。

本发明具有如下优点和积极效果：

（1）陶瓷载体置于固定床式生物反应器时，不需经任何处理，床层阻力小，几何比表面积大，细胞进入陶瓷载体的微孔中进行增殖，而不会脱落，适用于工业化生产。

（2）陶瓷载体再生处理的方法简单，能经受高温及强酸强碱的处理。

（3）陶瓷载体的堆积空隙率大于50%，堆积密度小于0.8g/cm³。

本发明实施例：

将普通陶瓷精制原料85%，加入细度为16目的木屑10%，碳酸钙3.5%，添加剂1.5%配料后，加适量水，使泥料含水率为22%，经练泥机加工成可塑状，通过模具挤制成外径φ1.5cm，内径φ0.8cm的园环状的长条，烘干后切成2cm高的载体坯体，最后在氧化气氧中，经1200℃的高温烧制而成，即可获得80%以上的微孔分布在孔径为φ5～16mm范围内的园环状陶瓷载体。这种陶瓷载体的堆积密度为0.8g/cm³，堆积空隙率50%。

将上述园环状载体用于固定化啤酒酵母细胞进行啤酒发酵时，首先将这种载体填充于生物反应器内，用高温水蒸汽进行灭菌处理，经干燥后将酵母细胞虹吸入反应器内，使酵母液浸没载体，残余液排尽，再将培养液加入，使细胞增殖12～24小时，最后将培养液排尽，便可进行啤酒发酵生产。该陶瓷载体固定化酵母细胞可连续使用一个生产季节。

综上所述，本发明的陶瓷载体主要用于固定床式固定化细胞生物反应器中，具有床层阻力小、几何比表面积大、载体再生处理方法简单，能经受高温和强酸、碱的处理等特点，因此，这种反应器可广泛用于食品、医药的发酵工业和石油、化工等工业的废水处理。

Claims

1、一种固定化陶瓷载体，其特征是由：普通陶瓷原料80～92%，可燃性物质3.5～14.5%、可挥发性物质3.5%、添加剂1～2%组成的具有一定几何形状并含有50%以上呈正态分布微孔的陶瓷载体。

2、根据权利要求1所述的陶瓷载体，其特征是可燃性物质为稻壳、糠灰、木质纤维素、淀粉、炭粉等有机物。

3、根据权利要求1所述的陶瓷载体，其特征是可挥发性物质为碳酸盐或硫酸盐等无机盐。

4、根据权利要求1所述的陶瓷载体，其特征是它的几何形状一般为：横截面呈园环形、车轮形、齿轮形等的筒体。

5、根据权利要求1所述的陶瓷载体，用于固定床式固定化细胞生物反应器中。

6、根据权利要求1、5所述的陶瓷载体，其特征是微孔的结构与尺寸应根据所固定细胞的大小和形状等生理特性来设计和制备。

7、一种制造固定化陶瓷载体的方法，其特征是：采用已精制的普通陶瓷泥料、与通过细度为8～40目的可燃性物质和可挥发性物质，以及添加剂一起加水混合均匀，使其含水率为20～25%，而后经真空练泥机加工成可塑状泥料，再通过使其能具有一定几何形状的配套模具压制成型、或挤压成条状切成1.0～3.0cm的坯体，烘干后置1100℃～1300℃氧化气氛中烧结而成。