[发明专利]一种表面改性材料及其制备方法和在酵母细胞吸附与聚集生长中的应用

说明书

本发明公开了一种表面改性材料及其制备方法和在酵母细胞吸附与聚集生长中的应用；所述表面改性材料具有巯基官能团、苯环官能团和氨基官能团中的任意一种或几种组合。本发明通过将表面改性材料应用于固定化连续发酵过程中，可有效提升酵母细胞在固定化载体表面吸附生长的能力。

技术领域

本发明涉生物化工技术领域，尤其涉及一种表面改性材料及其制备方法和在酵母细胞吸附与聚集生长中的应用。

背景技术

固定化技术是一种通过物理或化学的方法将游离于培养基中的细胞或酶限定在特定的空间区域内，使其既能保持原本的代谢催化能力又具有反复利用的优势。固定化技术根据其固定化方法的区别可分为吸附固定法、交联固定法和包埋固定法。与传统的游离发酵相比，固定化技术以其高效的处理效率、极强的稳定性、极高的生物密度、优秀的环境抗性、良好的分离能力和可持续使用等优点开辟了生物发酵生产的新篇章。

基于生物被膜固定化连续发酵技术，其特征是基于微生物细胞具有在固定化载体表面形成生物被膜的能力，微生物细胞主动吸附到固定化载体表面，在载体表面进行生长，成熟，扩散，瓦解，如此循环往复，实现生物被膜的自我更新，实现真正意义上的可循环、连续化发酵。与传统固定化连续发酵相比，基于生物被膜固定化连续发酵的优势如下：(1)细胞的固定化方式不同，生物被膜细胞直接吸附在载体表面，自行合成胞外聚合物，不断发展生长，形成生物被膜，而传统包埋固定化的细胞处于载体内部，其生长发育受制于载体的空间大小；(2)细胞的空间环境不同，生物被膜细胞粘附在固定化载体表面，直接与发酵液接触，在工业生产中不存在传质的问题，而包埋固定化由于细胞被海藻酸钙、卡拉胶、琼脂等物质包埋，在发酵过程中因为浓度极差的影响而导致细胞处于相对饥饿的状态；(3)细胞的发酵能力不同，无论是在环境抗性还是在最终产量和发酵效率上，生物被膜固定化细胞的发酵能力是传统固定化细胞远远达不到的。现有的生物被膜固定化技术中，通常是通过对微生物进行改造以改善微生物细胞在固定化载体表面的吸附能力，鲜有通过对固定化载体进行修饰的方式提高细胞吸附能力的尝试。本发明通过对固定化载体材料表面进行改性修饰，从而提高固定化载体对微生物细胞的吸附能力，进而提升微生物细胞固定化的效率，提升产能。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种表面改性材料。

本发明还要解决的技术问题是提供上述表面改性材料的制备方法。

本发明进一步要解决的技术问题是提供上述表面改性材料的应用。

发明思路：基于酿酒酵母细胞具有在载体表面吸附生长并形成生物被膜的能力，本发明通过对材料表面进行改性修饰，改性修饰后的材料更有利于酵母细胞吸附与聚集生长，在酵母细胞吸附培养过程中加入经过表面改性修饰的材料，可以使更多的酵母细胞在材料表面吸附和聚集，这一优势可应用于酵母细胞固定化连续发酵过程中，进而缩短每一批次发酵时长，降低生产成本，提高终产物的产率。

为了解决上述第一个技术问题，本发明公开了一种表面改性材料，其具有巯基官能团、苯环官能团和氨基官能团中的任意一种或几种组合；优选地，所述表面改性材料的表面具有巯基官能团和/或苯环官能团；进一步优选地，所述表面改性材料的表面具有巯基官能团。

其中，所述巯基官能团优选为巯基。

其中，所述苯环官能团优选为苯环。

其中，所述氨基官能团优选为氨基。

其中，所述材料为玻璃片、棉纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、木浆棉、聚乳酸、活性炭、聚乙烯、聚乙烯醇、聚氨酯、粘土、金属和陶瓷中的任意一种；优选地，所述材料为玻璃片和棉纤维；进一步优选地，所述材料为棉纤维。

为了解决上述第二个技术问题，本发明公开了上述表面改性材料的制备方法，即利用生物法、化学法、物理法中的任意一种或几种的组合法对所述材料表面进行改性修饰，使材料表面具有巯基官能团、苯环官能团、氨基官能团中的任意两种或三种的组合。