文档介绍：固定化细胞技术在废水处理中的应用
实验目的:学****固定化细胞技术的方法及意义。(琼脂包埋法、海藻酸钙包埋法)
实验原理、实验材料、实验步骤、实验结果自己整理。问题与讨论(课堂布置)
微生物固定化方法中,以包埋法最为常用:包埋法的原理是将微生物细胞截留在水不溶性的凝胶聚合物孔隙的网络空间中。通过聚合作用或通过离子网络形成,或通过沉淀作用,或改变溶剂、温度、pH值使细胞截留、凝胶聚合物的网络可以阻止细胞的泄露,同时能让底物物质渗入进去和产物扩散出来。
包埋材料可分为天然高分子多糖类和合成高分子化合物两大类。
固定化微生物细胞的实用化对包埋载体的要求包括:
(1)固定化过程简单,易于制成各种形状,能在常温常压下固定化;
(2)成本低;(3)固定化过程中及固定化后对微生物无毒;
(4)基质通透性好;(5)固定化细胞密度大;
(6)载体内细胞漏出少,外面的细胞难以进入
(7)物理强度和化学稳定性好;(8)抗微生物分解:
(9)沉降分离性好。
在这些要求中,(1)和(2)涉及固定化细胞制备的成本;(3)-(6)针对固定化细胞的催化活性;而(7)-(9)则是出于对固定化细胞的操作稳定性的考虑。作为包埋载体,天然高分子多糖类的海藻酸钠和卡拉胶应用最多,它们具有固化、成形方便,对微生物毒性小及固定化密度高等优点。但它们抗微生物分解性能较差,机械强度较低。天然卡拉胶中含有l—卡拉胶,它使凝胶强度降低,除去l-卡拉胶所需的费用较高,而且凝胶对钠离子比较敏感。海藻酸钠凝胶在磷酸盐溶液中不稳定。这两种载体的凝胶虽然可用交联剂进行稳定化处理,但活力和传质性能又会下降。
合成高分子化合物中常用的载体物质有聚丙烯酰***、光硬化树脂等。它们的突出优点是抗微生物分解性能好,机械强度高,化学性能稳定。但是聚合物网络的形成条件比较剧烈,对微生物细胞的损害较大,而且成形的多样性和可控性不好。适用于细胞固定化的光硬化树脂聚合物一般尚未商品化,且固定化的操作条件也较严格。
天然高分子多糖作为包埋材料
用于包埋固定化微生物细胞的天然高分子多糖包括:琼脂、海藻酸钙、卡拉胶等。在天然高分子多糖凝胶中网络形成的不同机理如图2-2所示。
图2 天然高分子多糖凝胶中网络形成的不同机理
细胞固定化技术(一)
——琼脂包埋法
(1)原理
在溶液中改变一个或多个参数,如改变温度、盐度、pH值或溶剂,一些天然或合成高分子聚合物,通过沉淀作用可以形成凝胶。
琼脂是一种天然高分子多糖,其结构示意图如图3所示。
琼脂凝胶截留细胞是一种非常简单易行的微生物细胞固定化方法。琼脂凝胶网络形成的模型如图4所示。凝胶网络的结构示意图如图5所示。
图3 琼脂的结构
图4 琼脂凝胶网络形成的模型
图5 琼脂凝胶网络的结构示意图
(2)固定化方法(实验中将采用方法I)
利用琼脂在温度高于50℃时熔化、而低于此温度时则凝固的特性,将其溶于水后与微生物混合,然后冷却凝固或滴入非水相溶液中,从而制成固定化微生物。其特点是包埋微生物活性较高,制作较容易。缺点是氧和底物及产物的扩散受到限制,琼脂凝胶的机械强度较差,且成球受温度影响较大。
以琼脂为载体,建立包埋固定化微生物细胞的方法如下。
方法I
①将琼脂加热溶于水,冷却至45—50℃;
②使琼脂溶液