Способ получения гранулированного биокатализатора Советский патент 1991 года по МПК C12N11/04 

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к способам получения сферических частиц полимеров на основе гелей, и может быть использовано в микробиологической, медицинской, фармацевтической, пищевой промышленности при работе с биокатализаторами, в химической промышленности, аналитической химии и в научно-исследовательской практике.

Известен способ получения частиц биокатализаторов, заключающийся в том, что смесь биокатализатора с желирующим агентом (например, альгинатом натрия) подают в разбрызгиватель, представляющий собой вращающийся от привода мотора барабан с перфорированными по периметру отверстиями. Под действием центробежной силы смесь выдавливается через отверстия и капли подают в раствор осадителя. Получаемые

при этом частицы имеют цилиндрическую форму с поперечным диаметром 2 мм 1

Недостатками данного способа являются сложность подбора необходимого соотношения между концентрацией, вязкостью полимеризационной смеси и угловой скоростью вращения барабана или дисков, обеспечивающих капельное разбрызгивание по смеси, необходимость в специальном оборудовании, большой расход клеток и полимера, а также невозможность получения сферических гранул заданного небольшого размера, например 0,5-1.0 мм.

Наиболее близким к изобретению по достигаемому эффекту и технической сущности является способ получения сферических частиц Са-альгинатного геля, согласно которому смесь желирующего (альгината Na) с биологическим материалом (или без него)

Os

чэ со о ел

подают в цилиндрический резервуар и сжатым воздухом выталкивают эту смесь через трубку (0,8x3,8 мм) 2.

Коаксиальная трубка несколько большего диаметра (2,9 мм) используется для сдувания альгинатных капель, размер которых контролирутеся потоком сжатого воздуха, подаваемого по коаксиальной трубке под давлением, Внутренняя игла должна быть механически фиксирована, чтобы предотвратить осцилляции внутренней трубки, и только при этом получаются сферические гранулы в области размеров 0,010- 0,12 мм, Высота падения капель на поверхность сшивающего раствора 25 см. Этот раствор содержит 1 % CaCte и поверхностно-активное соединение для уменьшения поверхностного натяжения. Полученные гранулы могут быть использованы в хроматографии.

Для иммобилизации биологического материала используют ту же основную схему, но целью в данном случае является получение частиц 0,5-3,5 мм в диаметре, Используют трубку 1,2x38 мм. Размер частиц в основном определяется поверхностным натяжением альгинатного раствора и не зависит от внутреннего диаметра иглы. Отрыв капель осуществляют сжатым воздухом. Способ позволяет получать однородные частицы оптимального для иммобилизованных биокатализаторов размера.

Недостатком известного способа является его сложность, обусловленная необходимостью использования сжатого воздуха. При ведении процесса в асептических условиях необходима дополнительная микробиологическая очистка воздуха с целью предотвращения инфицирования биокатализатора посторонней микрофлорой. Кроме того, использование данного метода для носителей, гелеобразование которых сопряжено со снижением температуры, затруднительно, так как продувка воздухом приводит к затвердеванию полимера на конце подающей трубки. В этом случае необходимо подавать подогретый воздух.

Цель изобретения - упрощение способа. Для этого предусматривается смешение биологического материала с растворенным полимером и подача смеси по каплям в раствор осадителя, при этом раствор осадителя приводят в движение, а отрыв капель при подаче смеси осуществляют движущейся поверхностью осадителя. при этом заданный размер гранул устанавливают путем фиксации расстояния между движущейся поверхностью осадителя и концом подающей смесь трубки с помощью поплавка, расположенного на поверхности осадителя.

Использование приема отрыва капель движущейся поверхностью осадителя позволяет получать частицы небольшого заданного размера за счет того, что отрыв капель осуществляется до момента завершения их полного формирования, сопряженного с увеличением их размера выше

заданного.

Размер получаемых частиц определяется расстоянием от конца подающей трубки до колеблющейся поверхности осадителя, а их однородность по размеру и форме обеспечивается неизменностью этого расстояния в процессе получения частиц.

На фиг. 1 и 2 показаны установки для осуществления способа.

Смесь желирующего агента (анионная форма полимера) с биологическим материалом из сосуда 1 (фиг. 1) подают под давлением, которое может создаваться за счет нагнетания воздуха в сосуд 1 с помощью

нипеля 2 или с помощью насоса через гибкую трубку 4, имеющую выходное отверстие с внутренним диаметром 0,2-1,2 мм, в сосуд 3 с раствором осадителя. Скорость подачи и капельное поступление смеси обеспечивают вентилем 6. Расстояние от конца трубки до поверхности осадителя устанавливают в соответствии с задаваемым размером получаемых частиц с учетом степени сжатия полимера. Раствор осадителя (хлористого

кальция, солей других многовалентных катионов, других сшивающих агентов в зависимости от выбранного - носителя) перемешивают с помощью магнитной мешалки 7 или любого другого устройства.

Капля полимеризационной смеси отрывается от конца подающей трубки движущейся поверхностью осадителя в тот момент , когда ее диаметр становится равным от конца подающей трубки до поверхности осадител,я.

С целью предотвращения попадания сшивающего агента внутрь подающей трубки и ее забивания конец трубки фиксируют на поплавке 5 (из пенопласта или любого

0 другого плавающего материала), обеспечивающем неизменное расстояние от конца трубки до поверхности осадителя во время получения частиц заданного размера. Получение гранул предлагаемым способом не

5 требует использования больших количеств полимера и клеток, что делает его особенно удобным при использовании в научно-исследовательской практике. Однако производительность установки может быть повышена путем увеличения числа трубок

подающих смесь полимера с биокатализатором.

Возможна также схема осуществления способа, когда осадитель не перемешивается с помощью магнитной мешалки, а движется ламинарным потоком, при этом фиксация расстояния осуществляется не поплавком, а другими конструктивными средствами, например, жесткой фиксацией трубки (фиг. 2).

Пример 1.5 мл клеточной суспензии Cluconobacter oxydans, содержащей 20 г/л клеток, смешивают с 5 мл 4%-ного водного раствора альгината натрия и помещают в герметично укупоренный сосуд 1, снабженный ниппелем 2. С помощью шприца в сосуд нагнетают избыточное давление. Смесь под давлением по каплям подают в сосуд 3 с раствором 0,1 М CaCl2 через гибкую трубку 4 с отверстием на конце, имеющим внутренний диаметр 0,5 мм. Конец трубки закреплен на поплавке 5 из пенопласта, свободно плавающем на поверхности осадителя таким образом, что расстояние от конца трубки до поверхности осадителя составляет около 1 мм. Скорость подачи и капельное поступление смеси обеспечиваются вентилем 6. Раствор осадителя перемешивают с помощью магнитной мешалки 7, чтобы исключить образование воронки.

Получают однородные сферические гранулы альгинатного геля диаметром 0,8-0,9 мм.

Пример 2. Способ осуществляют, как описано в примере 1. но при этом подачу смеси клеток с водным раствором полимера осуществляют с помощью перистальтического насоса. Получают гранулы диаметром 0,8-0,9 мм.

Пример 3. Способ осуществляют, как описано в примере 1, но клетки смешивают с 4%-ным раствором поли- ft -галактурони- да. Расстояние от конца трубки до поверхности осадителя устанавливают равным 0,5 мм. Получают гранулы сферической формы диаметром 0,5-0,6 мм.

Пример 4. Способ осуществляют, как описано в примере 1, но при этом клетки смешивают с 4%-ным раствором хитозана, а в качестве осадителя используют 3%-ный водный раствор пирофосфата натрия. Получают сферические гранулы диаметром 0,9- 1,0мм. После завершения гелеобразования

гранулы сжимаются и диаметр полученных частиц составляет 0,4-0,6 мм.

Пример 5. Способ осуществляют, как

описано в примере 1, но при этом клетки

5 смешиваютс4%-ным водным раствором зостерина. Получают гранулы сферической

формы диаметром 0,8-0,9 мм.

Пример 6. Способ осуществляют, как описано в примере 1, но при этом расстоя- 0 ние от конца трубки до поверхности осадителя устанавливают равным 3,0-3,1 мм. Получают частицы сферической формы диаметром 2,8-3,0 мм.

Пример 7. Способ осуществляют на 5 установке, изображенной на фиг. 2. Смесь клеток с Na-солью альгината, приготовленную, как описано в примере 1, помещают в шприц 8, укрепленный с помощью штатива так, чтобы расстояние от выходного отвер- 0 стия иглы шприца до поверхности осадителя (0.1 М CaCte) составляло 1-1,3 мм. Осадитель движется по желобу 10, соединенному с двумя сосудами 11 и 12. Поступление смеси осуществляют самотеком или 5 нажатием на поршень шприца. Образующиеся в желобе гранулы собирают в приемник 12. Получают сферические гранулы альгинатного геля диаметром 1,1-1,4 мм.

Таким образом, предлагаемый способ 0 позволяет упростить процесс получения гранул биокатализаторов заданного размера (0,5 - 3 мм), однородных по размеру и форме. Способ не требует использования сжатых газов и специальных устройств для 5 их очистки.

Формула изобретения 1. Способ получения гранулированного биокатализатора, предусматривающий смешение биологического материала, обладаю-- 0 щего ферментативной активностью, с раствором полимера и введение полученной смеси по каплям в раствор осадителя, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, перед подачей смеси 5 раствор осадителя приводят в движение и капли вводят в осадитель путем отрыва их движущейся поверхностью осадителя.

. 2. Способ Tio п. 1,отличающийся тем, что, с целью обеспечения заданного 0 размера гранул, расстояние между движущейся поверхностью осадителя и выходным отверстием подающего смесь устройства устанавливают неизменным.

4

5

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано в микробиологической, медицинской, пищевой, химической промышленности, аналитической химии и в научно-исследовательской практике. Цель изобретения - упрощение способа. Биологический материал смешивают с раствором полимера Полученную смесь подают по каплям в растворе осади- теля При этом отрыв капель смеси осущест- вляют движущейся поверхностью осадителя до момента завершения их полного формирования. Размер получаемых частиц задают расстоянием от конца подающей смесь трубки до колеблющейся поверхности осадителя, а их однородность по размеру и форме обеспечивают неизменностью этого расстояния в процессе получения частиц. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. со

Фиг.1

Редактор О.Юрковецкая Техред М.Моргентал

Заказ 4051ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35. Раушская наб.. 4/5

Корректор Т.Палий