[发明专利]一种固定化酵母凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种固定化酵母凝胶及其制备方法和应用，其包括丙烯酸酯凝胶和固定于该丙烯酸酯凝胶中的啤酒酵母。本发明以丙烯酸酯凝胶作为包埋剂固定化酵母，吸附重金属离子具有良好的吸附效果，在适当的条件下，对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附率分别为97.15％和92.25％，且吸附后容易过滤除去，同时可对重金属进行回收，并减少对环境二次污染。

技术领域

本发明属于酵母固定化技术领域，具体涉及一种固定化酵母凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

现代工业迅速发展，产生了大量含重金属废水，对水体结构造成了严重污染。重金属因其具有毒性强、易富集和不易被生物代谢等特点，通过食物链富集最终危害人体健康。目前水体重金属污染常用的修复法有生物吸附、电化学、离子交换、化学沉淀、反渗透和过滤等。其中生物吸附法是以利用生物体或其衍生物吸附水体中的金属离子，具有选择性好、材料来源广、吸附率高、成本低且不会造成二次污染等优点而受到广泛关注。已被开发用于水体重金属吸附的微生物种类有细菌、霉菌、酵母和藻类等。其中酵母菌因具有对外界条件耐性强，廉价易得等优点，使得利用酵母菌做生物吸附剂具有巨大的潜力。

近年来研究发现死体酵母菌细胞和活体一样具有吸附性能，吸附材料的选择从单一的活生物体扩大到“半存活”、“半完整”生物体，甚至死细胞，许多学者发现死细胞或是“半存活”、“半完整”状态的细胞能以相等甚至更高的效率吸附金属，从而解决了由于高浓度金属离子对活生物体毒性作用而使其应用受到限制的问题。但是游离态或悬浮态酵母机械强度低，且吸附重金属离子后难以分离而再生。同时凝胶作为吸附剂因其固有构造的不均匀性及有效能量耗散机制的不足，致使它们的机械强度不强，在很大程度上也限制了其发展。如果采用凝胶将酵母细胞固定化，可以增加凝胶吸附剂的多孔性、稳定性和亲水性，不仅能提高吸附剂吸附效率，而且也有利于酵母细胞与吸附物的分离，不易造成二次污染。丙烯酸酯凝胶是一种聚合物，电导率高、稳定性好，较海藻酸钠具有更好的吸水性和溶胀性，因此本研究采用丙烯酸酯凝胶包埋法对酵母菌进行固定，开展其对水体重金属Pb²⁺和Cd²⁺污染的吸附研究，制备的固定化酵母菌吸附剂因此具有处理能力大、固液分离操作简便、金属回收与吸附剂再生方便等优点，为新型生物质吸附剂的开发提供了技术支持。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固定化酵母凝胶。

本发明的另一目的在于提供上述固定化酵母凝胶的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述固定化酵母凝胶的应用。

本发明的技术方案如下：

一种固定化酵母凝胶，包括丙烯酸酯凝胶和固定于该丙烯酸酯凝胶中的啤酒酵母，该啤酒酵母限位并富集于丙烯酸酯凝胶的褶皱中，且啤酒酵母表面的羧基与丙烯酸酯凝胶中的胺基发生酰胺化反应而相连；上述丙烯酸酯凝胶由包括NaOH、去离子水、丙烯酰胺、N，N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸和Irgacure 1173的原料制成，其中N，N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸和丙烯酰胺质量比为1∶15-17∶3-5，且啤酒酵母在丙烯酸酯凝胶中的浓度为4-6g/L。

在本发明的一个优选实施方案中，所述N，N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸和丙烯酰胺质量比为1∶16∶3.6。

在本发明的一个优选实施方案中，所述啤酒酵母在丙烯酸酯凝胶中的浓度为5g/L。

本发明的另一技术方案如下：

上述固定化酵母凝胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)将NaOH于0-4℃溶解于去离子水中，然后加入丙烯酸反应0.4-0.6h；

(2)在步骤(1)所得的物料中加入丙烯酰胺混合均匀，再加入适量N，N-亚甲基双丙烯酰胺超声分散溶解，接着加入啤酒酵母搅拌均匀，最后加入Irgacure 1173，充分超声至均匀，获得悬浮液；