纖維素-不銹鋼粉復(fù)合擴(kuò)張床介質(zhì)的制備及應(yīng)用.pdf

1、擴(kuò)張床吸附(expanded bed adsorption,EBA)技術(shù)是一種新型的生物分離技術(shù),集固液分離、濃縮和初步純化于一個(gè)單元操作之中,能直接從含有細(xì)胞和細(xì)胞碎片的發(fā)酵液或勻漿液中提取目標(biāo)產(chǎn)物,而不必事先除去懸浮的固體顆粒。吸附介質(zhì)是決定擴(kuò)張床吸附技術(shù)是否成功應(yīng)用的關(guān)鍵因素。本文以不銹鋼粉為增重劑,將其包埋于纖維素黏膠中,采用“反相懸浮熱再生”法制備了一種新型擴(kuò)張床復(fù)合基質(zhì)?？疾炝嗽搹?fù)合基質(zhì)的制備工藝、理化性質(zhì)和擴(kuò)張床特性,隨后

2、將其制備成染料親和介質(zhì),研究了親和介質(zhì)的吸附性能和擴(kuò)張床純化應(yīng)用實(shí)例。全文分為五部分。第一部分綜述了擴(kuò)張床吸附技術(shù)的歷史沿革、基本原理和操作方法,重點(diǎn)介紹了擴(kuò)張床吸附基質(zhì)的特性要求、常見(jiàn)種類和制備方法。在敘述纖維素介質(zhì)理化性質(zhì)和制備應(yīng)用情況的基礎(chǔ)上,提出了本文的研究思路,即以不銹鋼粉為增重劑,通過(guò)“反相懸浮熱再生”技術(shù)包埋于纖維素骨架之中,制備一種新型的親水性擴(kuò)張床吸附基質(zhì)。第二部分綜述了一套擴(kuò)張床吸附介質(zhì)的表征方法。該方法包括了對(duì)空白

3、基質(zhì)的基本物理性質(zhì)(濕真密度、含水率、收縮率、機(jī)械強(qiáng)度)、孔結(jié)構(gòu)特征(孔度、孔容、孔徑、孔比表面積)、儀器分析(外觀形態(tài)、粒徑分布、Zeta電位)、擴(kuò)張床特性(擴(kuò)張性能、流體混合性能)及染料親和介質(zhì)的吸附性能(染料配基含量、酶活測(cè)定、總蛋白測(cè)定、凝膠電泳、批吸附性能、柱層析性能)等方面性能的表征。通過(guò)這些表征方法,可以評(píng)價(jià)出所制備吸附介質(zhì)的應(yīng)用潛力。第三部分考察了纖維素/不銹鋼粉復(fù)合基質(zhì)的制備工藝,得到較優(yōu)的工藝條件:老成溫度為15℃,

4、時(shí)間為24 hr,黃化溫度為30℃,時(shí)間為3 hr;分散相與聚合相質(zhì)量比為6:1;攪拌速度為500-600 rpm。在此工藝條件下,詳細(xì)考察了不銹鋼粉加量對(duì)兩種不同粒徑分布復(fù)合基質(zhì)的基本性質(zhì)和孔結(jié)構(gòu)特征的影響,結(jié)果表明:不銹鋼粉顆粒起到很好的增重作用,且對(duì)孔結(jié)構(gòu)特征影響較小;復(fù)合基質(zhì)具有規(guī)則的球形外觀、良好的基本性質(zhì)、孔結(jié)構(gòu)特征和粒徑分布,與商品化擴(kuò)張床基質(zhì)相近。第四部分研究了上述兩種不同粒徑分布復(fù)合基質(zhì)的擴(kuò)張床特性。首先,通過(guò)Rich

5、ardson-Zaki方程式對(duì)基質(zhì)在擴(kuò)張床內(nèi)的擴(kuò)張行為進(jìn)行了描述,發(fā)現(xiàn)此方程式可以較好地描述擴(kuò)張率與流動(dòng)相流速的關(guān)系。然后用RTD測(cè)試對(duì)擴(kuò)張床內(nèi)的流體混合性能進(jìn)行了研究,表明流動(dòng)相的流速是影響擴(kuò)張床操作穩(wěn)定性的重要參數(shù),其值的增大會(huì)引起軸向分散系數(shù)的增大。在所研究的實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi),采用本文所制備基質(zhì)的擴(kuò)張床內(nèi)的流體流動(dòng)可以近似為平推流。第五部分討論了染料親和介質(zhì)的制備,提出較優(yōu)的工藝條件:黏膠中纖維素含量為8 wt％,空白基質(zhì)的不銹鋼粉與黏

6、膠質(zhì)量比為0.25,粒徑分布為60-150μm,初始染料溶液濃度為20 mg/mL?？疾炝怂苽涞娜玖嫌H和介質(zhì)的酶活和蛋白吸附性能,包括吸附等溫線和吸附動(dòng)力學(xué)曲線,并以Streamline OEAE為對(duì)照。結(jié)果表明,親和介質(zhì)對(duì)乳酸脫氫酶的吸附符合Langmuir等溫式,且具有較高的吸附容量;酶活吸附動(dòng)力學(xué)曲線較好,與動(dòng)力學(xué)速率參數(shù)模型吻合。進(jìn)行了固定床層析和擴(kuò)張床層析的實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了直接從兔肌勻漿液中分離兔肌乳酸脫氫酶,純化倍數(shù)和回收率分