海藻酸鈉-殼聚糖-海藻酸鈉(ACA)液芯微膠囊制備工藝優(yōu)化及性能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、海藻酸鹽/殼聚糖固芯微膠囊在生物細胞發(fā)酵領域雖然具有顯著的優(yōu)勢,但仍存在一些不足:由于微膠囊內(nèi)是固芯三維網(wǎng)狀結構,使得細胞生長空間位阻較大,影響了細胞的大量增殖,同時固芯造成分子傳質(zhì)阻力大,微膠囊中心區(qū)域細胞不能及時獲得營養(yǎng)物質(zhì)和排出代謝產(chǎn)物,致使微囊化細胞生長和生產(chǎn)能力下降。針對這些不足,本文采用檸檬酸鈉液化微膠囊的固芯,制得海藻酸鈉/殼聚糖/海藻酸鈉(ACA)液芯微膠囊。首先采用響應面優(yōu)化法對液芯微膠囊的制備工藝條件進行優(yōu)化,尋找制

2、備具有較好機械強度的液芯微膠囊的工藝條件;然后考察液芯微膠囊的傳質(zhì)性能包括小分子物質(zhì)通過膜的傳質(zhì)系數(shù)和微膠囊膜的截留分子量;最后對細胞進行微囊化培養(yǎng),考察ACA液芯微囊化細胞的生長和代謝情況。旨在為ACA液芯微囊化技術在細胞發(fā)酵培養(yǎng)領域的應用奠定理論與實踐基礎。
   主要結論如下:
   1.對成膜材料殼聚糖進行改性,目的是提高殼聚糖的脫乙酰度和降低殼聚糖分子量。采用醇溶劑法制得具有高脫乙酰度(>90%)的殼聚糖,采用

3、NaNO2氧化法降解高分子量殼聚糖制得一定低分子量范圍的殼聚糖。
   2.通過單因素實驗確定制備ACA液芯微膠囊的工藝條件范圍:殼聚糖脫乙酰度>90%,殼聚糖分子量為30000~50000,殼聚糖的pH值5.0~6.3,殼聚糖濃度>5.0g/L,成膜反應時間15 min~30min,檸檬酸鈉的pH<6.5,液化時間>20 min。
   3.在單因素實驗基礎上,用膨脹率(Sw)來表征液芯微膠囊膜的機械強度,采用響應面優(yōu)

4、化法對ACA液芯微膠囊制備過程中11個因子進行優(yōu)化實驗,尋找顯著影響因子,確定最優(yōu)工藝條件。首先由Plackett-burman實驗結果得到殼聚糖濃度、殼聚糖pH值和檸檬酸鈉pH值是影響ACA液芯微膠囊膜強度的三個顯著因子;然后由最陡爬坡實驗逼近響應值最大的中心區(qū)域,確定中心點的條件為:殼聚糖濃度為5.5 g/L,殼聚糖溶液pH為6.2,檸檬酸鈉pH為6.0;最后由最陡爬坡實驗的中心點設計中心組合實驗,建立模型,繪制響應面曲線,計算最優(yōu)

5、化的制備條件為:殼聚糖濃度5.9 g/L,殼聚糖溶液pH為6.22,檸檬酸鈉pH為5.53。進行驗證實驗,實驗結果與優(yōu)化理論值相符。
   4.在優(yōu)化條件的基礎上制備ACA液芯微膠囊,考察液芯微膠囊的傳質(zhì)性能。首先建立傳質(zhì)模型,考察4種小分子底物(谷氨酸、L-苯丙氨酸、葡萄糖和乳糖)通過微膠囊膜的傳質(zhì)系數(shù),通過實驗數(shù)據(jù)擬合得到谷氨酸、L-苯丙氨酸、葡萄糖和乳糖的傳質(zhì)系數(shù)分別為0.0126,0.0110,0.0071及0.0049

6、;其次,由一系列已知分子量的聚乙二醇作為模型分子確定液芯微膠囊膜的截留分子量為2000。
   5.在優(yōu)化條件的基礎上制備ACA液芯微膠囊并包埋大腸桿菌和釀酒酵母細胞,考察ACA液芯微囊化細胞的生長和代謝情況。首先比較了大腸桿菌和釀酒酵母細胞在ACA液芯微膠囊內(nèi)和固芯微膠囊內(nèi)的生長情況,其次考察了液芯微囊化釀酒酵母細胞的代謝和多批次培養(yǎng)情況。實驗結果證明大腸桿菌和釀酒酵母細胞在液芯微膠囊內(nèi)的生長情況良好,細胞密度比固芯微膠囊大;

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