[发明专利]提高催化剂催化效能的微孔凝胶颗粒固定化细胞的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高催化剂中传质效率和胞内酶活性等催化效能的微孔凝胶颗粒固定化 细胞的制备方法。

背景技术

PVA能形成良好的凝胶，常用于细胞包埋固定化，其应用中常用的有PVA冷冻法，PVA 化学交联法，PVA辐射交联法，国内外在这些方面有大量报道。PVA化学交联法和PVA辐 射交联法或是容易开联，或是对细胞有毒性而在实际应用时受到一定限制。本发明是PVA应 用的物理方法，即PVA冷冻法，凝胶成型利用PVA在0℃～-40℃冷冻适当的时间PVA链间 的氢键和微晶区形成三维网络，从而形成物理交联的PVA水凝胶，且该凝胶具有一定的力学 强度，常温下在水中只会溶胀而不会溶解。

本发明中所用粘土有蒙脱石、凹凸棒等，其共同特征为具有纳米形态，比表面积较大， 吸附性能良好，化学反应活性良好，是优良的载体材料。

海藻酸钠固定化细胞因其操作简便、细胞毒性较小等优点而广泛应用。但其缺点是海藻 酸钙在磷酸缓冲液及中不稳定，脱钙使得结构松散而坍塌。本发明正是利用海藻酸钙凝胶对 磷酸盐溶液或其它钙离子络合剂化学侵蚀的敏感性，通过化学侵蚀将已固定化细胞的含海藻 酸钙凝胶中的海藻酸盐部分溶解，从而在原来的凝胶中形成空穴，达到致孔的目的，以提高 在用固定化细胞为催化剂进行生物催化反应时原料和产物的传输效率。

国内外凝胶固定化成型后的形状常为透镜状(传质较好，细胞载量低)及球状(粒径较 大，传质较差，细胞载量较低)。本发明最后成型的包埋了细胞的微孔凝胶为不规则细小颗粒。 制粒采用制药工艺中常用的湿法制粒，操作简单方便，易得。颗粒大小均匀，粒径可控，形 状为类圆形，干细胞载量可达50％，且传质性能有较大提高。

用CTAB对微生物细胞进行透性化处理是提高细胞用于生物催化反应时细胞催化能力的 有效方法。本发明在固定化了细胞后，又进行细胞的透性化，提高了胞内酶的活性。而常见 的细胞固定化是没有进行过透性化处理的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用PVA-粘土-海藻酸钠等材料制备微孔凝胶颗粒固定化细 胞的方法，用以提高催化剂中传质效率和胞内酶活性等催化效能。广泛用于包埋各种细胞。

为了实现上述目的，本发明利用了PVA-粘土-海藻酸钠包埋细胞的方法，包括湿法制粒、 化学固化、物理固化、脱钙致孔、CTAB透性化处理等五个主要步骤。即首先将一定量的湿 态细胞或干粉状细胞与适量的粘土混合，再加入适量的PVA水溶液和海藻酸钠溶液，制粒。 混合均匀后，将颗粒投入适当浓度的CaCl₂溶液中。经过适当固化时间，取出颗粒洗涤后， 将表面吹干，立即冻融；解冻后的颗粒置于适当浓度的磷酸盐溶液或其它钙离子络合剂中脱 钙，再经洗涤即得包埋了细胞的微孔凝胶催化剂，最后通过透性化处理可进一步提高胞内酶 活性而增强催化效力。

利用本发明可获得不同粒径的微孔凝胶，且其颗粒及微孔分布较均匀，通透性、机械强 度、细胞载量均良好。经扫描电镜观察，利用本发明所得颗粒表面有PVA的网格状纤维。

利用本发明获得的微孔凝胶颗粒包埋的细胞在低温下能长期保存，在生物催化反应中能 长期反复使用。这将有利于生物催化技术在生物催化及生物转化工业领域中的广泛应用。

具体实施事例

实例一：

将1g面包酵母与3g凹凸棒搅拌混合，再加入5％PVA水溶液2ml，2％海藻酸钠溶液 2ml，一边振荡一边搅拌，直至形成细小的颗粒，过筛，即得所要的颗粒。将颗粒投入20ml 4％Cacl₂溶液中，轻轻搅拌，使其充分固化。5分钟后，过滤，并用纯化水洗涤两次。在温 和冷风条件下将颗粒表面吹干，随即放在-20℃的冰柜中冷冻。18小时后，取出颗粒，在室 温下解冻1小时。如此反复2次即可。将解冻的颗粒投入15ml pH＝71mol/L磷酸缓冲液中 在30℃，120rpm条件下振荡。4小时后，过滤，洗涤后即得包埋了细胞的微孔凝胶。最后 用0.5％CTAB 100ml进行透性化处理10min，以提高固定化细胞的酶活性，洗涤后，即得包 埋了透性化细胞的微孔凝胶颗粒，粒径500～700μm。

实例二：

将1g啤酒酵母与2.5g蒙脱石搅拌混合，再加入8％PVA水溶液2ml，2％海藻酸钠溶液 2ml，一边振荡一边搅拌，直至形成细小的颗粒，将颗粒投入20ml 4％Cacl₂溶液中，轻轻搅 拌，使其充分固化。10分钟后，过滤，并用纯化水洗涤两次。在温和冷风条件下将颗粒表面 吹干，随即放在-20℃的冰柜中冷冻。18小时后，取出颗粒，在室温下解冻1小时。如此反 复2次即可。将解冻的颗粒投入15ml 1mol/L磷酸缓冲液中在30℃，120rpm条件下振荡。3 小时后，过滤，洗涤后即得包埋了细胞的微孔凝胶。最后用0.1％CTAB 100ml进行透性化处 理30min，以提高固定化细胞的酶活性，洗涤后，即得包埋了透性化细胞的微孔凝胶颗粒，粒 径700～900μm。