微生物组织工程在生物催化中的应用

论文摘要

固定化细胞可以提高细胞在反应液中的集中度便于细胞与反应液的分离，并有效阻止恶劣条件如pH、温度、有毒物质对细胞的侵害，对催化细胞起到保护的作用。尽管如此，传统固定化方法的固定化介质提供的狭小空间和相对较差的传质和扩散性能阻碍了细胞的生长，且存在细胞泄露的缺陷。为了克服传统固定化方法的缺陷，本文将微生物组织工程支架引入到固定化催化方面来。分别采用聚乙烯醇、海藻酸钙作为支架材料，啤酒酵母为种子细胞，用聚乙烯醇/有机蒙脱石纳米复合凝胶分别对两种支架进行包衣，制备两种不同的微生物组织工程支架。分别考察并比较两种支架的特性以及这两种包衣片的性质，同时利用制备好的微生物组织工程包衣片进行简单的乙醇催化，考察其储存稳定性及重复利用能力。首先，以聚乙烯醇/蒙脱石复合物为支架材料，制备出直径为4mm、厚度为2mm的片状多孔支架。采用盐浸法制孔，通过调节聚乙烯醇、蒙脱石的混合溶液与致孔剂的配比及优化，对模型反复冻融得孔隙率为71%的三维多孔支架。以海藻酸/蒙脱石复合物为支架材料，制备出直径为8mm、厚度为2mm的碟状多孔支架。采用石蜡微球浸出法，通过调节海藻酸钠、蒙脱石的混合溶液与致孔剂的配比及优化。使用氯化钙的溶液与其进行离子交换，经干燥、石蜡浸出得孔隙率为93%的三维多孔支架。前者水溶液中无膨胀现象，后者膨胀系数为1.18.两种支架操作都较简单，对酵母细胞毒性小，皆适合用于酵母细胞培养。对两种支架进行扩散分析，皆得到较好效果。其次，以两种三维支架作为载体，用以接种啤酒酵母细胞进行培养，以聚乙烯醇/有机蒙脱石纳米复合凝胶对生长了细胞的三维支架进行包衣，并经过硼酸交联和硫酸钠硬化，得到微生物组织工程包衣片。考察两种支架的细胞载量、包衣效果，以及作为生物催化剂在不同pH和温度下两种包衣片细胞醇脱氢酶（alcohol dehydrogenase, ADH）的活性影响、凝胶包衣片细胞的储藏稳定性。实验结果表明，聚乙烯醇支架细胞载量为32mg cell d.w. cm-3gel，海藻酸支架细胞载量为45mgcell d.w. cm-3gel。两种支架的包衣厚度为200300μ m，无细胞泄露现象。无论是pH还是温度，相对于游离细胞包衣片内细胞的耐受能力都得到明显提高。在4℃储藏一个月后，包衣片内细胞的ADH酶的活性还保留了其最初活性的75.4%。最后，以PVA/MMT微生物组织工程包衣片作为生物催化剂用来生物催化生产乙醇。对每次催化后的支架进行再培养，考察其重复使用性能。每次进行催化后ADH酶的活性都能很快恢复，范围在98%101%之间。

论文目录

• 英汉缩略语名词对照
• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 1 蒙脱石对菌体的吸附
• 2 微生物组织工程
• 3 生物催化
• 4 微生物组织工程的组建
• 第一章 用两种复合材料制备组织工程支架
• 1 材料与仪器
• 2 实验方法
• 3 结果与讨论
• 4 本章小结
• 第二章 微生物组织工程支架包衣片催化剂的制备及其性质研究
• 1 材料与仪器
• 2 实验方法
• 3 结果与讨论
• 4 本章小结
• 第三章 微生物组织工程支架包衣片催化制备乙醇
• 1 材料与仪器
• 2 实验方法
• 3 结果与讨论
• 4 本章小结
• 全文总结
• 参考文献
• 文献综述
• 1 固定化细胞技术
• 2 传统固定化细胞的几种方法
• 3 改进固定化方法
• 4 结语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表文章情况