專利名稱：一種顆粒狀膠乳凝膠復合載體固定化細胞的新工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微生物固定化技術領域，特別涉及膠乳與多孔材料的復合載體做為固 定化載體的方法及其該固定化細胞在水處理和發(fā)酵工程中的應用。
背景技術：
固定化細胞技術是通過化學或物理的方法將游離的細胞或微生物與水不溶性載 體結合，使之不溶于水但仍具有高生物活性的一項技術。固定化細胞技術在固定化細胞的 同時，又有利于菌種的篩選、凈化及固定化，與一般的懸浮微生物處理方法相比可以消除微 生物的流失，便于對微生物進行回收利用，便于進行連續(xù)化生產(chǎn)操作，便于處理過程的控 制，可以有效的控制防止染雜菌，提高處理過程的穩(wěn)定性。固定化細胞的研究已涉及食品與 發(fā)酵工業(yè)，化學合成工業(yè)，醫(yī)療診斷，環(huán)境凈化，能源開發(fā)等各個領域，發(fā)展前景廣闊。固定化細胞技術的關鍵在于所選取的固定化載體的性能。衡量一種因定化微生物 是否具有應用價值，主要是看其微生物活性、操作穩(wěn)定性，機械穩(wěn)定性、重復使用次數(shù)及制 備成本等。目前所采用的固定化載體材料主要包括無機載體、有機高分子載體和復合載體 三類，有機高分子材料又分為天然高分子材料和合成高分子材料。無機載體具有穩(wěn)定性好、 機械強度高、成本低等優(yōu)點，但用無機材料制備的固定化細胞活性相對較低，微生物與載體 的結合程度不夠牢固，需較長時間完成初始化固定過程；天然高分子材料做為載體時具有 無毒性、傳質性能好等優(yōu)點，但材料強度低；合成有機高分子材料一般而言強度較高，但生 物親和性及傳質性能較差，復合載體是把有機載體和基質材料復合而成，兼具兩者的優(yōu)點， 兩類材料在許多性能方面互補，因此可將這兩類載體材料結合，組成復合載體材料，以改進 材料的性能。傳統(tǒng)的固定化方法中所用的包埋載體主要為聚乙烯醇，明膠，聚丙烯酰胺，海藻酸 鹽、卡拉膠等高分子聚合物。這些聚合物存在一定的缺點，比如大部分固定化載體均有水 溶解性，將會直接影響固定化顆粒的強度和使用壽命。聚乙烯醇與硼酸交聯(lián)制備的顆粒存 在水溶膨脹性，隨著時間的增長，顆粒體積增大，使得顆粒強度不大，使用壽命比較短。瓊脂 凝膠機械強度低，通透性差。聚丙烯酰胺凝膠單體的毒性高，活性低，不易成型。海藻酸鈣 強度不高，且用其進行固定化細胞的制備工藝較復雜。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是通過膠乳的凝膠化包埋處理微生物并利用膠乳的膠黏性將微生 物黏附在膠乳中，將膠乳凝膠包裹于基質材料表面制成一種新的復合載體固定化細胞，從 而提供了一種新的固定化載體材料和新的固定化方法。本發(fā)明所采用的技術方案如下(1)取活化增殖后的微生物與膠乳按質量比100 1 1 100混合，攪拌混勻。(2)將顆粒狀的基質材料加入步驟(1)中制作的微生物與膠乳的混合物，攪拌混 勻，然后加入凝聚劑或在-50 80°C下干燥0 4小時，即得固定化細胞，外形呈顆粒狀，大
3小由基質材料的顆粒大小決定?；|材料與膠乳的質量比為1000 1 1 1(3)將步驟(2)中制作的固定化細胞用清水沖洗干凈，用于具體工程需要。本發(fā)明提供了一種新的微生物固定化方法，與現(xiàn)有方法相比，具有以下優(yōu)點1.本發(fā)明克服了現(xiàn)有的包埋法固定化細胞所使用的載體易溶脹、傳質性能較差、 使用壽命短、機械強度低等缺點本發(fā)明所使用的膠乳凝膠固定化細胞使用壽命長、機械強 度高、與載體結合牢固、載體對微生物無毒性、不易溶脹、固定化細胞活性高且操作穩(wěn)定性 好，連續(xù)培養(yǎng)超過180批，微生物活性不下降。2.本發(fā)明開發(fā)了一種新的包埋固定化細胞的方法，將膠乳凝膠包裹在基質材料顆 粒表面，制備工藝簡單，傳統(tǒng)包埋工藝需要造粒處理，制備工藝復雜。3.本發(fā)明所使用的固定化載體膠乳來源廣泛，價格低廉，為產(chǎn)業(yè)化應用提供了條 件。4.本發(fā)明使用了火山巖濾料及混凝土多孔磚做為基質材料固定化細胞，載體表面 粗糙，比表面積較大，孔隙率40%以上，且載體強度高、來源廣泛、價格低廉，為產(chǎn)業(yè)化應用 提供了條件。5.本發(fā)明使用復合載體固定化細胞，微生物細胞與載體之間作用力強，受環(huán)境的 影響小，所以承受水力水質變化的能力強，能夠承受較高強度水流的剪切力，能夠抵御有毒 有害物質的侵襲，所處理的發(fā)酵液PH在2 11范圍內對膠乳凝膠材料的溶脹性能影響不 大，不會破壞。6.本發(fā)明可使用的基質材料種類繁多，固定化組合工藝多種多樣，所以復合固定 化技術的工藝靈活，可根據(jù)廢水的實際情況選擇合理經(jīng)濟的固定化方法以及便宜耐用的復 合載體，操作管理簡便易行。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明做進一步說明，但本項發(fā)明并不限于下面的實施例子。實施例1 將lg活性干酵母在10ml濃度為3%的葡萄糖溶液中活化半個小時，按照膠菌比 1.5 1加入1.5g膠乳攪拌均勻，再加入25g粒徑為5-6mm的火山巖漿濾料，攪拌混合均 勻，在恒溫干燥箱中40士5°C下干燥0. 5 1個小時，取出用清水沖洗三遍后制成固定化顆粒。在300ml的錐形瓶中加入固定化顆粒和濃度為10%的葡萄糖溶液在35°C下恒溫 發(fā)酵，發(fā)酵液 PH 為 5. 0，加入的營養(yǎng)鹽:KH2P04 2. 5g/L，MgS04 0. 25g/L，CaCI2 0. 25g/L，尿 素 0. 24g/L。經(jīng)過一天還原糖的利用率達到90%以上，乙醇得率45%，間歇分批式加入發(fā)酵液 進行反應，反應周期為一天，超過180天還原糖利用率均在90%以上，乙醇得率維持在40% 以上。實施例2 將lg活性干酵母在10ml濃度為3%的葡萄糖溶液中活化半個小時，按照膠菌比 1 1加入lg膠乳攪拌均勻，再加入12g粒徑為3mm的混凝土多孔磚，攪拌混合均勻，在恒 溫干燥箱中40士5°C下干燥0. 5 1個小時，取出用清水沖洗三遍后制成固定化顆粒。
在300ml的錐形瓶中加入固定化顆粒和濃度為12. 5%的葡萄糖溶液在35°C下恒 溫發(fā)酵，發(fā)酵液 PH 為 5. 0，加入的營養(yǎng)鹽:KH2P04 2. 5g/L，MgS04 0. 25g/L，CaCI2 0. 25g/L， 尿素 0. 24g/L。經(jīng)過一天還原糖的利用率達到90%以上，乙醇得率44%，間歇分批式加入發(fā)酵液 進行反應，反應周期為一天，超過60天還原糖利用率均在90%以上，乙醇得率40%以上。實施例3 將lg活性干酵母在10ml濃度為2%的葡萄糖溶液中活化半個小時，按照膠菌比 1 1加入lg膠乳攪拌均勻，再加入12g粒徑為5-6mm的混凝土多孔磚，攪拌混合均勻，加 入濃度為5%的CaCI2做為凝聚劑，靜置5分鐘后用清水沖洗三遍制成固定化顆粒。在300ml的錐形瓶中加入固定化顆粒和濃度為7%的葡萄糖溶液在30°C下恒溫發(fā) 酵，發(fā)酵液PH為5. 0，經(jīng)過一天還原糖的利用率達到90%以上，乙醇得率41 %，間歇分批式 加入發(fā)酵液進行反應，反應周期為一天，超過60天還原糖利用率均在90%以上，乙醇得率 40%以上。實例4 將離心后的活性污泥與膠乳混合后，加入粒徑為3mm的混凝土多孔磚顆粒，攪拌 一定時間，使得混凝土多孔磚表面包裹活性污泥混合體，混凝土多孔磚活性污泥膠乳 的質量比為50 2 1。然后將包裹好的顆粒置于濃度5%的CaC12溶液中浸泡30分鐘， 撈出顆粒在30°C下烘30min，即制成固定化活性污泥。將馴化好的混凝土多孔磚顆粒處理造紙脫墨廢水，污泥COD負荷為1.65kg/ (kgMLSS d)，造紙脫墨廢水取40ml，PH為7. 0，曝氣10h，每天換水一次，連續(xù)運行2個月， COD去除率一直維持在70%左右，SS去除率50%以上。
權利要求
一種新的細胞固定化工藝，其特征在于所說的方法主要依次包括如下步驟(1)取活化增殖后的微生物與膠乳按質量比100∶1～1∶100混合，攪拌混勻。(2)將顆粒狀的基質材料加入步驟(1)中制作的微生物與膠乳的混合物，攪拌混勻，然后加入凝聚劑或干燥處理，即得固定化細胞，外形呈顆粒狀，大小由基質材料的顆粒大小決定。(3)將步驟(2)中制作的固定化細胞用清水沖洗干凈，用于具體工程需要。
2.根據(jù)權利要求書1所述的方法，其特征在于經(jīng)過攪拌混勻后，微生物與膠乳的混合 物覆蓋在基質材料表面。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于微生物的固定化通過在膠乳中加入凝聚 劑或干燥處理的方法使膠乳凝膠化來制備。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所說的干燥溫度為-50 80°C，干燥時間 為0 4小時。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所說的基質材料粒徑為0.1 10mm或通 過破碎使基質材料的粒徑為0.1 10mm，所加的基質材料與膠乳的質量比為1000 1 1 1。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所說的膠乳包括天然膠乳、人造膠乳、合 成膠乳。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所說的基質材料包括砂子、沸石、礦渣、焦 炭、麥飯石、多孔玻璃、膨潤土、硅藻土、凹凸棒土、陶瓷、活性炭、浮石、火山巖濾料、混凝土 多孔磚、磁性四氧化三鐵、氧化鋁、三氧化二鋁、二氧化硅、硅膠、微球、海藻石。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所說的凝聚劑包括明礬、硫酸鋁、氯化鈣、 硝酸鈣、醋酸環(huán)己烷、氯化鋁、氯化鎂、氯化鐵、氯化鋇、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硅氟化鉀、硅氟化 鈉、硫酸銨、氯化銨、氯化鋅、鋅銨絡合物、聚乙烯甲基醚、聚醚聚甲醛縮二甲醇、聚丙二醇、 聚乙二醇、聚氯化鋁、聚氯化鐵、聚硝酸鋁、聚硫酸鋁、聚硫酸鐵、聚硫酸亞鐵、聚磷酸鋁、聚 氯化鋁鐵、聚硅酸鋁、聚硅酸鋁鐵、聚硫酸鋁鐵、聚硅酸鐵、聚磷酸鋁鐵、聚氯化硫酸鋁鐵。
全文摘要
本發(fā)明屬于固定化細胞技術領域，特別涉及膠乳和多孔材料的復合載體做為固定化載體的方法。該方法包括取經(jīng)活化增殖的微生物，將微生物與膠乳混合，攪拌混勻。再加入基質材料顆粒，經(jīng)過攪拌混勻。然后在-50～80℃下干燥0～4小時或加入凝聚劑使膠乳凝膠化，最后取出用自來水進行清洗，用于具體工程需要。
文檔編號C12N11/14GK101948824SQ20101018066
公開日2011年1月19日 申請日期2010年5月24日 優(yōu)先權日2010年5月24日
發(fā)明者吳偉兵, 周小凡, 張帥, 馬金霞 申請人:南京林業(yè)大學