一种微生物固定化载体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微生物固定化载体及其制备方法，该固定化载体呈螺旋管状体，其由不锈钢网和尼龙网叠合后卷绕形成，在不锈钢网和尼龙网外覆盖有磁性化后的聚乙烯醇薄膜层，其制备方法包括磁性聚乙烯醇薄膜制备、磁性聚乙烯醇薄膜修饰激活、螺旋管状结构制备以及微生物的固定步骤。本发明专利技术的优点是：表面接触面积大，吸附的微生物菌体多，具有磁性，操作简单，减少生产操作步骤，降低成本，吸附性强，载体的活性和稳定性强，可到达多次重复利用的目的，不仅减小了占用空用，产物产率得到提高；同时不会影响传质效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发酵工业
，尤其是涉及一种用于固定化微生物的载体及其制备方法。
技术介绍
固定化细胞技术自问世以来，显示出广阔的发展前景。固定化细胞在乙醇发酵工 业上成果较为显著，固定化酵母细胞用于发酵酒精与传统发酵工艺相比，具有速度快、周期 短、生产能力高、工艺设备简单，易于实现连续化及自动化和产物容易提取等优点，并在一 定程度上减少发酵工厂的设备投资和环境污染. 选择适宜的固定化细胞载体是实现工业化的关键，而载体的好坏又取决于载体的 机械强度、寿命和包埋微生物细胞的容量和活性。固定载体中应用最广泛的是海藻酸钙，虽 易成形、无毒、成本低廉，但强度差，使用寿命短，对醪液中PO 43-敏感。其它的一些天然高 分子化合物，如琼脂，明胶和卡拉胶等，虽强度得到改善，但价格偏高。聚乙烯醇作为包埋载 体的优点有机械强度高、化学性能稳定、抗微生物分解能力强、对微生物无毒、价格低廉和 使用寿命长等一系列优点。 展望本世纪高分子科学的发展，有机高分子和无机材料杂化复合技术日益引起人 们的关注，高分子表面功能化是其中的一个重要发展趋势。运用这种方法所制备的材料兼 有有机和无机材料的特性，可以满足实际应用中多种不同需要。其中具有特殊功能团的高 分子材料如吸附高分子、导磁高分子等是人们研究的热点，特别是磁性功能高分子载体在 科学工作者的努力下，已经实现了部分产业化。 目前磁性高分子载体主要是磁性高分子微球(magneticm icrospheres)，是指通 过适当方法使有机高分子与磁性材料相结合所形成的具有一定磁性及特殊结构的微球。这 种磁性载体具有两个显著特点一是它的超顺磁性，即在磁场存在时显示出磁性，当磁场撤 走时磁性又迅速消失，从而避免生物高分子载体被永久磁化；二是可以对其表面进行化学 修饰从而赋予其表面多种功能团(如-OH、 -COON， _NH2等)。正因为具有这两方面的特性， 磁性载体在许多领域显示出强大的生命力以其作载体在细胞分离、生物医学、固定化酶和 固定化微生物中展现出广阔的应用前景。 细胞的标记与分离是磁性高分子微球最早的应用研究之一，自上世纪年代以来便 有很多学者致力于该领域的研究。磁性微球作为不溶载体，在其表面接具有生物活性的吸 附剂或其它配体如抗体、荧光物质、外源凝结素等活性物质，在外加磁场作用下，利用他们 与特定细胞的特异性结合，可快速有效地将细胞分离、分类或检测细胞的种类或及数量分 布。 磁性高分子微球在固定化酶方面研究较为成熟，其研究成果也较为理想。与传统 非磁性材料相比，磁性高分子微球具有以下优点(l)有利于固定化酶从反应体系中分离 和回收，操作简便，对于双酶反应体系，当一种酶的失活较快时，就可以用磁性材料来固载 另一种酶，回收后反复使用，降低成本；(2)磁性微球固定化酶放入磁场稳定的流动床反应器中，可以减少持续反应体系中的操作，适合于大规模连续化操作；(3)利用外部磁场可以 控制磁性材料固定化酶的运动方式和方向，替代传统的机械搅拌方式，提高固定化酶的催 化效率；(4)可以改善酶的生物相容性、免疫活性、亲疏水性提高酶的稳定性。利用紫外线照射聚苯乙烯磁性微球得到羧基，然后将微球加入含酶的磷酸缓冲液中，35t:水浴下搅拌150min ，得到固定化酶，这种微球在外部磁场的作用下在流动反应器中可以不停的运动，磁 性微球对弱磁场有较好的响应性，而且本身不会聚集。但是这些磁性微球对菌体的吸附作 用力较弱，菌体容易脱落，重复利用率低，球体容易堆积，空间占用多，而且死亡菌体下沉后 会落在底部的球体表面，影响传质效果，而且微球的生产过程复杂，生产成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可以固定微生物的载体的制备方法，使用该方法制得的 载体吸附菌体作用力强，重复利用率高，制备方法简单，成本低廉。 本专利技术的另一 目的是提供一种微生物固定化载体，该载体对菌体的吸附力强，空 间占用少，提高菌体与载体之间的接触面积，传质效果好。 本专利技术的技术解决方案是一种微生物固定化载体的制备方法，它包括以下步 骤 磁性聚乙烯醇膜载体的制备用蒸馏水充分溶解聚乙烯醇，在9(TC温度下搅拌， 制成的聚乙烯醇水溶液；将磁流体倒入聚乙烯醇溶液中混匀，依序加入25%戊二醛的水溶 液、浓盐酸和2%海藻酸钠的水溶液，继续搅拌lh后，将溶液倒至表面覆盖尼龙网的不锈钢 网上，用磁场分离沉淀，沉淀依次用50%酒精和蒸馏水反复洗涤，常温下干燥，得到磁性聚 乙烯醇薄膜载体； 螺旋管状构造制备将磁性聚乙烯醇薄膜载体巻曲成螺旋管状构造； 固定化菌体将微生物菌体加入到含有磁性聚乙烯醇薄膜载体的发酵培养液中， 搅拌24h后，用2% NaCl水溶液洗脱未被固定化的目的微生物，然后用无菌水反复洗涤载 体，至上清液中无目的微生物洗出为止。 本专利技术的方法中，聚乙烯醇即PVA是由聚醋酸乙烯酯经皂化而成的高分子化合 物，是一种水溶性的高聚物。由于它具有独特的强力粘接性、皮膜柔韧性、平滑性、耐油性、 耐溶剂性、保护胶体性、气体阻绝性、耐磨性以及经特殊处理所具有的耐水性；而且具有良 好的生物相容性，对微生物活细胞没有毒害作用，将其经过磁化修饰，可使载体具有磁性， 使微生物定向移动，并快速吸附在载体表面，吸附力强，不易脱落，将载体巻曲成螺旋管状， 结构稳定，重复利用率高，可以增大接触面积，方便微生物在载体表面累积，同时死亡微生 物下沉不会落在载体表面，传质效果好。 它在步骤b前还设有载体激活的步骤d :使用l，l-羧基二咪唑羧基化磁性聚乙烯 醇薄膜表面的羟基，再将磁性聚乙烯醇薄膜加入到体积浓度为20% l，l-羧基二咪唑的丙 酮溶液中，在室温条件搅拌24h后，用磁场分离沉淀，沉淀用丙酮反复洗涤，真空干燥。这样 处理，可以得到激活的磁性聚乙烯醇薄膜载体，增强其生物活性，进一步提高其稳定性。 所述步骤a中，制成的聚乙烯醇水溶液浓度为10%。所述的磁流体选用Fe304j;f 述不锈钢网的目数为200目。这样制备方便，选材容易。 所述的微生物菌体为丙酮丁醇梭菌，可以获得发酵液中高浓度的丙酮丁醇均，最大限量的利用底物发酵生产丁醇，同时有利于解除发酵过程中产物抑制作用。 本专利技术的另一技术解决方案是一种微生物固定化载体，该固定化载体呈螺旋管状体，其由不锈钢网和尼龙网叠合后巻绕形成，在不锈钢网和尼龙网外覆盖有磁性化后的聚乙烯醇薄膜层。使用不锈钢网可以提高载体整体的机械强度，保证其结构不发生变形，尼龙网有利于沉淀生成附着。这样制成的载体结构强度高，重复利用率高，同时，吸附效果好。 本专利技术的优点是 1.膜状其表面接触面积大，吸附的微生物菌体多，操作简单，无需制备成微球，减 少生产操作步骤，降低成本。 2.由于聚乙烯醇膜磁性化，具有磁性，在外加磁场下，可以使具体定向移动，按照 一定的顺序，有序而且牢固地吸附在磁性聚乙烯醇膜表面上，不易脱落。 3.通过磁性聚乙烯醇膜的表面修饰和激活，其载体的活性增强外，其稳定性也增 强，可到达多次重复利用的目的。 4.磁性聚乙烯醇膜螺旋管状结构，不仅减小了占用空用，同时也使菌体与载体有 更多的接触空间，一方面使菌体在磁性聚乙烯醇膜处大量累积，产物产率得到提高；另一方 面死亡的菌体下沉，不至于落到载体表面，影响传质效果发酵结束后，可以直接取出螺旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微生物固定化载体的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：　　ａ、磁性聚乙烯醇膜载体的制备：用蒸馏水充分溶解聚乙烯醇，在９０℃温度下搅拌，制成的聚乙烯醇水溶液；将磁流体倒入聚乙烯醇溶液中混匀，依序加入２５％戊二醛水溶液、浓盐酸和２％海藻酸钠水溶液，继续搅拌１ｈ后，将溶液倒至表面覆盖尼龙网的不锈钢网上，用磁场分离沉淀，沉淀依次用５０％酒精和蒸馏水反复洗涤，常温下干燥，得到磁性聚乙烯醇薄膜载体；　　ｂ、螺旋管状构造制备：将磁性聚乙烯醇薄膜载体卷曲成螺旋管状构造；　　ｃ、固定化菌体：将微生物菌体加入含有磁性聚乙烯醇薄膜载体的发酵培养液中，搅拌２４ｈ后，用２％ＮａＣｌ溶液洗脱未被固定化的目的微生物，然后用无菌水反复洗涤载体，至上清液中无目的微生物洗出为止。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏武，陈柏铨，傅国英，何丹，王学伟，
申请(专利权)人：广东中科天元新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]