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

1、海藻酸鹽/殼聚糖固芯微膠囊在生物細(xì)胞發(fā)酵領(lǐng)域雖然具有顯著的優(yōu)勢(shì)，但仍存在一些不足：由于微膠囊內(nèi)是固芯三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得細(xì)胞生長(zhǎng)空間位阻較大，影響了細(xì)胞的大量增殖，同時(shí)固芯造成分子傳質(zhì)阻力大，微膠囊中心區(qū)域細(xì)胞不能及時(shí)獲得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和排出代謝產(chǎn)物，致使微囊化細(xì)胞生長(zhǎng)和生產(chǎn)能力下降。針對(duì)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(yīng)面優(yōu)化法對(duì)液芯微膠囊的制備工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，尋找制

2、備具有較好機(jī)械強(qiáng)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(guò)膜的傳質(zhì)系數(shù)和微膠囊膜的截留分子量；最后對(duì)細(xì)胞進(jìn)行微囊化培養(yǎng)，考察ACA液芯微囊化細(xì)胞的生長(zhǎng)和代謝情況。旨在為ACA液芯微囊化技術(shù)在細(xì)胞發(fā)酵培養(yǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用奠定理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。
　　 主要結(jié)論如下：
　　 1.對(duì)成膜材料殼聚糖進(jìn)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(guò)單因素實(shí)驗(yàn)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(yīng)時(shí)間15 min～30min，檸檬酸鈉的pH＜6.5，液化時(shí)間＞20 min。
　　 3.在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，用膨脹率(Sw)來(lái)表征液芯微膠囊膜的機(jī)械強(qiáng)度，采用響應(yīng)面優(yōu)

4、化法對(duì)ACA液芯微膠囊制備過(guò)程中11個(gè)因子進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，尋找顯著影響因子，確定最優(yōu)工藝條件。首先由Plackett-burman實(shí)驗(yàn)結(jié)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(qiáng)度的三個(gè)顯著因子；然后由最陡爬坡實(shí)驗(yàn)逼近響應(yīng)值最大的中心區(qū)域，確定中心點(diǎn)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(shí)驗(yàn)的中心點(diǎn)設(shè)計(jì)中心組合實(shí)驗(yàn)，建立模型，繪制響應(yīng)面曲線，計(jì)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(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與優(yōu)化理論值相符。
　　 4.在優(yōu)化條件的基礎(chǔ)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(guò)微膠囊膜的傳質(zhì)系數(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(chǔ)上制備ACA液芯微膠囊并包埋大腸桿菌和釀酒酵母細(xì)胞，考察ACA液芯微囊化細(xì)胞的生長(zhǎng)和代謝情況。首先比較了大腸桿菌和釀酒酵母細(xì)胞在ACA液芯微膠囊內(nèi)和固芯微膠囊內(nèi)的生長(zhǎng)情況，其次考察了液芯微囊化釀酒酵母細(xì)胞的代謝和多批次培養(yǎng)情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明大腸桿菌和釀酒酵母細(xì)胞在液芯微膠囊內(nèi)的生長(zhǎng)情況良好，細(xì)胞密度比固芯微膠囊大；