CN86105304B - 制备固定化酶的方法及所使用的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了制备固定化酶的方法，该方法包括在旋转圆盘的离心力作用下含酶液体飞离圆盘的周界而形成液滴或小液滴，使该液滴或小液滴与固化溶液接触。本发明还公开了实现所述方法的装置。

Description

制备固定化酶的方法及所使用的装置
本发明涉及在短时间内大量制备固定化酶的方法，及用于实现该方法的装置，本发明应用于制备生物反应器操作中所用的固定化酶。
关于生物反应器中所用的固定化酶的制备技术，以早为人们熟悉的方法为例，有利用压缩气体在给定压力条件下从小喷咀的咀尖喷出含酶液体而生成液滴或小液滴的方法，以及如Chibata等人所公布的利用角叉菜胶的截留固定法。
在这些方法中，将含有微生物的藻酸钠溶液或角叉菜胶水溶液的混合物滴入凝胶化试剂中如氯化钙以生成截留微生物的凝胶颗粒。然而，所有这些方法，对大量生产凝胶颗粒而言，在制粒能力方面仍然是有缺点的。其缺点包括由于悬浮液滴是在喷咀的射出口形成，从而需要不时地揩抹清理喷咀的咀尖。因此，所有这些方法中没有一个可以认为是适于在短时间内大量生产微生物凝胶颗粒的方法。
本发明的目的在于提供能在短时间内制备大量固定化酶的方法，以及实现所述方法的装置。本发明提供了制备大量的固定化微生物或固定化酶凝胶颗粒的新颖方法，以及实现该方法的装置。按照本发明，可以极迅速且大量地生产固定化凝胶颗粒。其结果，这种短时间内的固定化操作可使酶活性的失活降低到最低程度。
简而言之，本发明涉及一种方法，此方法包括把一种酶的粗提物或微生物与一种载体溶液混合起来，再将此混合溶液即含酶液体送到一旋转圆盘上，以便从圆盘的周界释放液滴或小液滴，并使液滴或小液滴与凝胶化试剂的水溶液或固化溶液接触，因此制成固定化酶;本发明亦涉及实现所述方法的装置，该装置包括一个用于制备、贮存及供应含酶液体的容器，一个旋转圆盘以便借助该圆盘旋转时的离心力从其周界将含酶液体释放成液滴或小液滴，以及使释放出的液滴或小液滴能与凝胶化溶液接触的容器，其特征在于，所述装置中的旋转圆盘是在其周界上有锯齿形切口的旋转圆盘，其另一特征在于，在该装置中提供了多个旋转圆盘。
图1说明实现本发明的方法的装置。
图2说明在其周界有锯齿形切口的圆盘。
图3说明利用多个圆盘的装置，该装置为湿壁型。
在各图中，1、2、3、4及5分别表示含酶液体、液体进料管、旋转圆盘、固化溶液及湿壁柱。
在图1中，一充分大的盛装凝胶化溶液的容器4，在其上装配着固定在一电动机转轴上的圆盘3。盛装凝胶化溶液的容器是用冷水浴冷却的，通常，该冷水浴用冰保持冷冻。另外有一液体进料罐，在其中搅拌并制备含酶液体、或酶或含酶微生物与一载体溶液的混合液体;最好用例如浴套等方法冷却该液体进料罐，以便保持进液中酶的活性。借助一泵使含酶液体通过进料管2流到旋转圆盘上，最好流到圆盘近圆心的地方上，由于离心力而使含酶液体沿着该圆盘的径向流动而到达其周界处。最后，液体飞离圆盘周界而流入凝胶化溶液中，并在其中进行凝胶化反应而形成凝胶颗粒。
图2说明在其周界具有有锯形切口的旋转圆盘，为本发明的方法和装置中所用的旋转圆盘。
图1及图2显示本发明的方法和装置的基本原理，而图3则说明按本发明用于大量生产固定化颗粒的实施装置，在此装置中应用了多个旋转圆盘。该多个旋转圆盘都固定在一电动机的转轴上，每个圆盘上配备一个液体进料单元，将含酶液体输送到各圆盘上。
凝胶化溶液可以装在如图1中所示的放置在圆盘下的容器中，或可使凝胶化溶液在圆盘的周围由上向下流动而形成湿壁5，如图3中所示的湿壁柱。
在图3中，凝胶化溶液向下流动至湿壁柱的底部时，可使之与形成的颗粒分离开来，并循环至湿壁柱的顶部，以使它仍可作为凝胶化溶液而继续使用。亦可另加些新鲜的凝胶化溶液。此方案对大量生产固定化微生物凝胶特别有效。
可使用的微生物有诸如假酵母属和酵母属普通酵母及诸如假单胞菌属、大肠杆菌属、土壤丝菌属、葡糖杆菌属和酵单胞菌属等普通细菌。对这些微生物的品种并没有特别附加限制。同时对于酶的类型也没有任何限定。
酶或微生物的固定化载体，其中最著名并被广泛应用的有藻酸盐溶液及角叉菜胶。本发明对于它们的种类当然也没有任何限制。
按照本发明，形成的固定化微生物颗粒平均大小约为0.5-6毫米。正确选择旋转圆盘的直径及其旋转速度使生产所需尺寸的颗粒。通常大小为2-3毫米的颗粒具有最广泛的使用价值。
凝胶化溶液通常使用氯化钙的水溶液。
按本发明，所述的固定化酶颗粒并非经常是完善的球体，相反却往往是滴状或小滴状。颗粒的纵横比例为1.6-3.0，它不会在实际应用中造成特别不便。
飞离旋转圆盘而落下凝胶化溶液中形成的凝胶，通常最好是使其与凝胶化溶液接触一定时间继续进行陈化。
本发明将以下列实例进行叙述。但必须理解本发明并非限于这些实例或被这些实例所限制。
实例1
本实例中的固定化微生物是用图1中所示的装置及图2中所示的旋转圆盘制备成的。
在含葡萄糖的培养介质中培养大肠杆菌，通过离心收集所培养的大肠杆菌。将收集的湿微生物与等重量的等渗氯化钠溶液混合，将之再与4倍重量6%（重量）的藻酸钠溶液混合，如此制备了微生物悬浮体。
将得到的悬浮体装入一容器中并在约20℃温度下保存。另外，配制每升0.5摩尔的氯化钙水溶液作为凝胶化溶液。
利用泵将该悬浮液输送到旋转圆盘上，而后，使该悬浮液以小液滴形式飞离圆盘而落进冷却至10℃的凝胶化溶液中，让它们停留在凝胶化溶液中约1小时使其陈化。然后，将颗粒从凝胶化溶液中取出，并测定它们的颗粒大小。其结果示于表1中。实例中所用旋转圆盘的直径为150毫米，圆盘上锯齿数为70，齿深为9毫米。
表1
用旋转圆盘制备固定化微生物测试结果
液体进料速度 圆盘旋转速度 平均颗粒尺寸 颗粒纵横比例
克/小时 转／分 毫米
250 〈＆＆〉 3.9 1.8
〈＆＆〉 3.4 2.0
〈＆＆〉 3.3 2.5
〈＆＆〉 2.5 2.3
〈＆＆〉 〈＆＆〉 1.7
1，883 〈＆＆〉 6.4 2.4
300 4.8 2.8
390 2.4 1.7
450 2.0 2.2
2，320 250 4.9 2.8
320 4.1 2.7
390 3.7 3.1
433 2.5 2.3
实例2
用与实例1相同的装置制备固定化微生物，但所用的旋转圆盘在其周界上无锯齿形切口。在低的进料速度下获得类似实例1的结果。
实例3
图3的装置配备有3个类似实例1的旋转圆盘以制备固定化微生物。
试验在液体进料速度为10公斤/小时、圆盘转速为420转/分、用每升0.5摩尔的氯化钙水溶液作为凝胶化溶液的条件下进行。操作30分钟后，获得〈＆＆〉公斤平均颗粒尺寸为2.6毫米的固定化微生物凝胶颗粒。

Claims (5)

1、一种制备固定化酶的方法，其特征在于，该方法包括把含酶液体送入水平放置的旋转圆盘上表面，在离心力作用下，使含酶液体从旋转圆盘的周界飞出而形成液滴或小液滴，并使它们与固化溶液接触。
2、一种制备固定化酶的装置，其特征在于，所述装置包括盛装含酶液体的容器，该容器配有液体供料管以输送所述液体，还包括可绕轴旋转的水平放置的圆盘，所述液体供料管开口位于圆盘之上，以及盛有可对从旋转圆盘飞离出来的液滴或小液滴进行固化的溶液的容器，该容器在固化溶液的表面接受液滴或小液滴。
3、按权利要求2所述的装置，其特征在于，其中所述的圆盘为一种在其周界上有锯齿形切口的圆盘。
4、按权利要求2所述的装置，其特征在于，其中的多个圆盘是固定在所述的旋转轴上。
5、按权利要求2所述的装置，其特征在于，其中所述接受液滴或小液滴的容器具有围绕所述圆盘的周界的壁，并以这样的方式提供固化溶液，即其中所述的壁为在其上面有不断流下的固化液薄层组成的湿壁。
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