固定化細胞可以提高細胞在反應液中的集中度便于細胞與反應液的分離，并有效阻止惡劣條件如pH、溫度、有毒物質對細胞的侵害，對催化細胞起到保護的作用。盡管如此，傳統(tǒng)固定化方法的固定化介質提供的狹小空間和相對較差的傳質和擴散性能阻礙了細胞的生長，且存在細胞泄露的缺陷。為了克服傳統(tǒng)固定化方法的缺陷，本文將微生物組織工程支架引入到固定化催化方面來。分別采用聚乙烯醇、海藻酸鈣作為支架材料，啤酒酵母為種子細胞，用聚乙烯醇/有機蒙脫石納米復合凝膠分別對兩種支架進行包衣，制備兩種不同的微生物組織工程支架。分別考察并比較兩種支架的特性以及這兩種包衣片的性質，同時利用制備好的微生物組織工程包衣片進行簡單的乙醇催化，考察其儲存穩(wěn)定性及重復利用能力。 首先，以聚乙烯醇/蒙脫石復合物為支架材料，制備出直徑為4mm、厚度為2mm的片狀多孔支架。采用鹽浸法制孔，通過調節(jié)聚乙烯醇、蒙脫石的混合溶液與致孔劑的配比及優(yōu)化，對模型反復凍融得孔隙率為71%的三維多孔支架。以海藻酸/蒙脫石復合物為支架材料，制備出直徑為8mm、厚度為2mm的碟狀多孔支架。采用石蠟微球浸出法，通過調節(jié)海藻酸鈉、蒙脫石的混合溶液與致孔劑的配比及優(yōu)化。使用氯化鈣的溶液與其進行離子交換，經干燥、石蠟浸出得孔隙率為93%的三維多孔支架。前者水溶液中無膨脹現(xiàn)象，后者膨脹系數(shù)為1.18.兩種支架操作都較簡單，對酵母細胞毒性小，皆適合用于酵母細胞培養(yǎng)。對兩種支架進行擴散分析，皆得到較好效果。 其次，以兩種三維支架作為載體，用以接種啤酒酵母細胞進行培養(yǎng)，以聚乙烯醇/有機蒙脫石納米復合凝膠對生長了細胞的三維支架進行包衣，，并經過硼酸交聯(lián)和硫酸鈉硬化，得到微生物組織工程包衣片。考察兩種支架的細胞載量、包衣效果，以及作為生物催化劑在不同pH和溫度下兩種包衣片細胞醇脫氫酶(alcohol dehydrogenase, ADH)的活性影響、凝膠包衣片細胞的儲藏穩(wěn)定性。實驗結果表明，聚乙烯醇支架細胞載量為32mg cell d.w. cm~(-3)gel，海藻酸支架細胞載量為45mgcell d.w. cm~(-3)gel。兩種支架的包衣厚度為200~300μ m，無細胞泄露現(xiàn)象。無論是pH還是溫度，相對于游離細胞包衣片內細胞的耐受能力都得到明顯提高。在4℃儲藏一個月后，包衣片內細胞的ADH酶的活性還保留了其最初活性的75.4%。 最后，以PVA/MMT微生物組織工程包衣片作為生物催化劑用來生物催化生產乙醇。對每次催化后的支架進行再培養(yǎng)，考察其重復使用性能。每次進行催化后ADH酶的活性都能很快恢復，范圍在98%~101%之間。



本文編號：2114860