一種用于全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的制備方法。本發(fā)明屬于生物化工【技術(shù)領(lǐng)域】。一種用于全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的制備方法，以殼聚糖粉末(CTS)、聚偏氟乙烯粉末(PVDF)、海藻酸鈉、檸檬酸鈉和氯化鈣為原料，通過固化成球、溶膠-凝膠成膜、液化成膠囊等工序，制備得到CTS/PVDF復合膜微膠囊。CTS/PVDF復合膜微膠囊可作為全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器。經(jīng)過本發(fā)明制得的微膠囊粒徑均勻，機械性較好，選擇通透性好，用于固定產(chǎn)脂肪酶細菌全細胞，酶活損失率大大降低。
【專利說明】一種用于全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的制備方法。本發(fā)明屬于生物化工【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]為優(yōu)化生物反應(yīng)及傳遞性能，生物反應(yīng)器的微型化是新的發(fā)展方向之一。微反應(yīng)器(又稱微膠囊)，作為細胞的固定化載體，外層高分子膜的選擇透過性能保證了微反應(yīng)器內(nèi)外的物質(zhì)交換，而內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)提供了細胞貼壁的表面，外部攪拌可使微膠囊處于懸浮狀態(tài)而剪切力不會傷及細胞活性，并有利于細胞團組織分化達到增產(chǎn)的目的，更重要的，可以重復利用微膠囊內(nèi)部細胞產(chǎn)生的活性物質(zhì)，簡化分離純化步驟。因此，微膠囊在細胞大規(guī)模培養(yǎng)與應(yīng)用方面得到廣泛重視。
[0003]目前，用于制備微膠囊的材料包括天然高分子(海藻酸鈉、聚賴氨酸、殼聚糖、淀粉等)、半合成高分子材料(縮甲基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素等)和全合成高分子材料(聚乙纟布、聚本乙纟布、聚丁_■纟布、聚丙纟布、聚釀、聚服、聚乙_■醇、聚乙纟布醇、聚酸胺、聚丙火布酰胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、環(huán)氧樹脂、聚硅氧烷等)三大類，應(yīng)用于包埋酶、藥品或者細胞等等。但上述微膠囊材料通透性較差，雖可提供保護細胞的環(huán)境，阻止剪切力、噬菌體等對細胞的損害，但同時也使細胞處于與外部相對隔離的狀態(tài)，細胞與環(huán)境的物質(zhì)交換受阻，限制了外部營養(yǎng)的輸入和內(nèi)部代謝廢物輸出，既不利于細胞生長繁殖，也不利于其代謝產(chǎn)物的輸出，如果囊膜強度較弱更易發(fā)生機械破損。因此微膠囊膜的通透性與機械強度是影響其應(yīng)用的關(guān)鍵因素。殼聚糖是較為常用的微膠囊材料之一，具有優(yōu)良的成膜性、安全性、生物相容性，但它的機械性較差，大大限制了其作為催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的應(yīng)用，同時其成膜的通透性也不能滿足催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對上述存在問題，提供一種用于全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的制備方法，即利用殼聚糖的成膜性及其對細胞的親和性、無毒性，結(jié)合聚偏氟乙烯的成膜性、多孔性和優(yōu)良的機械性等，得到高通量、高強度的全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器。
[0005]本發(fā)明提供一種用于全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的制備方法，以殼聚糖粉末(CTS)、聚偏氟乙烯粉末(PVDF)、海藻酸鈉、檸檬酸鈉和氯化鈣為原料，通過固化成球、溶膠-凝膠成膜、液化成膠囊等工序，制備得到CTS/PVDF復合膜微膠囊。
[0006]制備過程包括如下步驟:
[0007]I)向發(fā)酵培養(yǎng)液中加入海藻酸鈉，形成溶液A ;將溶液A逐滴滴入氯化鈣溶液中，進行鈣化成球；
[0008]2)將殼聚糖溶于乙酸中，攪拌均勻并溶脹，形成溶液B ;將聚偏氟乙烯溶于二甲基乙酰胺中，攪拌均勻并溶脹，形成溶液C ；
[0009]3)將溶液B與溶液C按一定體積比充分混合，形成溶液D ；
[0010]4)將I)中形成的鈣化小球置于溶液D中浸潰一定時間，然后置于10%氫氧化鈉溶液中固化。
[0011]5)將4)中固化后的小球置于檸檬酸鈉溶液中液化一定時間，得到CTS/PVDF復合膜微膠囊。
[0012]所述海藻酸鈉溶液的質(zhì)量濃度為1-50% ；
[0013]所述氯化鈣溶液的質(zhì)量濃度為0.1-40% ；
[0014]所述殼聚糖在乙酸中的質(zhì)量濃度為0.1-40% ；
[0015]所述聚偏氟乙烯在二甲基乙酰胺中的質(zhì)量濃度為0.1-30% ；
[0016]所述殼聚糖溶液B與聚偏氟乙烯溶液C體積比為50-1: I ；
[0017]所述鈣化小球在溶液D中浸潰時間為0.1-1OOh ；
[0018]所述檸檬酸鈉的質(zhì)量濃度為0.01-50% ;
[0019]所述固化后小球在檸檬酸鈉溶液中液化時間為0.l_80h。
[0020]CTS/PVDF復合膜微膠囊可作為全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點及效果:經(jīng)過本發(fā)明制得的微膠囊粒徑均勻，機械性較好，選擇通透性好，用于固定產(chǎn)脂肪酶細菌全細胞，酶活損失率大大降低。

【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進一步說明，但是它們并不是對本發(fā)明作任何限制。
[0023]實施例1:
[0024]—種用于全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的制備方法，以殼聚糖粉末(CTS)、聚偏氟乙烯粉末(PVDF)、海藻酸鈉、檸檬酸鈉和氯化鈣為原料，通過固化成球、溶膠-凝膠成膜、液化成膠囊等工序，制備得到CTS/PVDF復合膜微膠囊。
[0025]制備過程包括如下步驟:
[0026]I)配制發(fā)酵培養(yǎng)液2份:蛋白胨1.0 %，葡萄糖2.0 %，硫酸銨0.1 %，酵母浸膏0.5%,硫酸鎂0.05%，橄欖油1.0%，磷酸氫二鉀0.2%。使用前調(diào)pH為8.5，I X 15Pa滅菌 20min。
[0027]2)向I份發(fā)酵培養(yǎng)液中加入海藻酸鈉，攪拌均勻并溶脹，形成含6%海藻酸鈉的溶液A ;將溶液A逐滴滴到濃度為5 %的氯化鈣溶液中，鈣化24h，得到粒徑約3-4_的凝膠小球，機械強度好；
[0028]3)將殼聚糖溶于乙酸中，攪拌均勻并溶脹，形成含2%殼聚糖的溶液B ;將聚偏氟乙烯溶于二甲基乙酰胺中，攪拌均勻并溶脹，形成含2.25%聚偏氟乙烯的溶液C ；
[0029]4)將溶液B與溶液C按體積比為15: I的比例充分混合，形成溶液D ；
[0030]5)將2)中形成的I丐化小球置于溶液D中浸潰1h,然后取出置于10%氫氧化鈉溶液中固化24h。
[0031]6)將5)中固化后的小球置于0.5%檸檬酸鈉溶液中液化15h，即得CTS/PVDF復合膜微膠囊，直徑為5-6mm。
[0032]7)在無菌超凈工作臺中將陰溝桿菌接種到6)中形成的微膠囊內(nèi)部，隨即置于另一份發(fā)酵液中進行培養(yǎng)，溫度為32°C，轉(zhuǎn)速為120rmp/min，5天后取Iml發(fā)酵液測脂肪酶酶活性，結(jié)果表明酶活損失率僅為20.7%。
[0033]實施例2:
[0034]—種用于全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的制備方法，以殼聚糖粉末(CTS)、聚偏氟乙烯粉末(PVDF)、海藻酸鈉、檸檬酸鈉和氯化鈣為原料，通過固化成球、溶膠-凝膠成膜、液化成膠囊等工序，制備得到CTS/PVDF復合膜微膠囊。
[0035]制備過程包括如下步驟:
[0036]I)配制發(fā)酵培養(yǎng)液2份:蛋白胨1.0 %，葡萄糖2.0 %，硫酸銨0.1 %，酵母浸膏0.5%,硫酸鎂0.05%，橄欖油1.0%，磷酸氫二鉀0.2%。使用前調(diào)pH為8.5，I X 15Pa滅菌 20min。
[0037]2)向I份發(fā)酵培養(yǎng)液中加入海藻酸鈉，攪拌均勻并溶脹，形成含20%海藻酸鈉的溶液A ;將溶液A逐滴滴到濃度為15 %的氯化鈣溶液中，鈣化24h，得到粒徑約3-4_的凝膠小球，機械強度好；
[0038]3)將殼聚糖溶于乙酸中，攪拌均勻并溶脹，形成含20%殼聚糖的溶液B ;將聚偏氟乙烯溶于二甲基乙酰胺中，攪拌均勻并溶脹，形成含22%聚偏氟乙烯的溶液C ;
[0039]4)將溶液B與溶液C按體積比為30: I的比例充分混合，形成溶液D ；
[0040]5)將2)中形成的I丐化小球置于溶液D中浸潰20h,然后取出置于10%氫氧化鈉溶液中固化24h。
[0041]6)將5)中固化后的小球置于5%檸檬酸鈉溶液中液化25h，即得CTS/PVDF復合膜微膠囊，直徑為5-6mm。
[0042]7)在無菌超凈工作臺中將陰溝桿菌接種到6)中形成的微膠囊內(nèi)部，隨即置于另一份發(fā)酵液中進行培養(yǎng)，溫度為32°C，轉(zhuǎn)速為120rmp/min，5天后取Iml發(fā)酵液測脂肪酶酶活性，結(jié)果表明酶活損失率僅為35.5%。
[0043]實施例3:
[0044]—種用于全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的制備方法，以殼聚糖粉末(CTS)、聚偏氟乙烯粉末(PVDF)、海藻酸鈉、檸檬酸鈉和氯化鈣為原料，通過固化成球、溶膠-凝膠成膜、液化成膠囊等工序，制備得到CTS/PVDF復合膜微膠囊。
[0045]制備過程包括如下步驟:
[0046]I)配制發(fā)酵培養(yǎng)液2份:蛋白胨1.0 %，葡萄糖2.0 %，硫酸銨0.1 %，酵母浸膏0.5%,硫酸鎂0.05%，橄欖油1.0%，磷酸氫二鉀0.2%。使用前調(diào)pH為8.5，I X 15Pa滅菌 20min。
[0047]2)向I份發(fā)酵培養(yǎng)液中加入海藻酸鈉，攪拌均勻并溶脹，形成含30%海藻酸鈉的溶液A ;將溶液A逐滴滴到濃度為10 %的氯化鈣溶液中，鈣化24h，得到粒徑約3-4mm的凝膠小球，機械強度好；
[0048]3)將殼聚糖溶于乙酸中，攪拌均勻并溶脹，形成含6%殼聚糖的溶液B ;將聚偏氟乙烯溶于二甲基乙酰胺中，攪拌均勻并溶脹，形成含8.5%聚偏氟乙烯的溶液C ；
[0049]4)將溶液B與溶液C按體積比為8: I的比例充分混合，形成溶液D ；
[0050]5)將2)中形成的I丐化小球置于溶液D中浸潰35h,然后取出置于10%氫氧化鈉溶液中固化24h。
[0051]6)將5)中固化后的小球置于15%檸檬酸鈉溶液中液化8h，即得CTS/PVDF復合膜微膠囊，直徑為5-6mm。
[0052]7)在無菌超凈工作臺中將陰溝桿菌接種到6)中形成的微膠囊內(nèi)部，隨即置于另一份發(fā)酵液中進行培養(yǎng)，溫度為32°C，轉(zhuǎn)速為120rmp/min，5天后取Iml發(fā)酵液測脂肪酶酶活性，結(jié)果表明酶活損失率僅為23.4%。
[0053]本發(fā)明公開一種用于全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的制備方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過借鑒本文內(nèi)容，適當改變工藝路線等環(huán)節(jié)實現(xiàn)，盡管本發(fā)明的方法已通過較佳實施例子進行了描述，相關(guān)技術(shù)人員明顯能在不脫離本
【發(fā)明內(nèi)容】
與范圍內(nèi)對本文所述的方法進行改動或重新組合，來實現(xiàn)最終結(jié)果。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發(fā)明的內(nèi)容和范圍中。
【權(quán)利要求】
1.一種用于全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的制備方法，以殼聚糖粉末(CTS)、聚偏氟乙烯粉末(PVDF)、海藻酸鈉、檸檬酸鈉和氯化鈣為原料，通過固化成球、溶膠-凝膠成膜、液化成膠囊等工序，制備得到CTS/PVDF復合膜微膠囊。制備過程包括如下步驟: 1)向發(fā)酵培養(yǎng)液中加入海藻酸鈉，形成溶液A;將溶液A逐滴滴入氯化鈣溶液中，進行鈣化成球； 2)將殼聚糖溶于乙酸中，攪拌均勻并溶脹，形成溶液B;將聚偏氟乙烯溶于二甲基乙酰胺中，攪拌均勻并溶脹，形成溶液C ; 3)將溶液B與溶液C按一定體積比充分混合，形成溶液D； 4)將I)中形成的I丐化小球置于溶液D中浸潰一定時間,然后置于10%氫氧化鈉溶液中固化。 5)將4)中固化后小球置于檸檬酸鈉溶液中液化一定時間，即得CTS/PVDF復合膜微膠囊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CTS/PVDF復合膜微膠囊，其特征在于:CTS/PVDF復合膜微膠囊可作為全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器，粒徑均勻，機械性好，選擇通透性好，用于固定產(chǎn)脂肪酶細菌全細胞，酶活損失率大大降低。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的制備方法，其特征在于:所述海藻酸鈉溶液的質(zhì)量濃度為1_50%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的制備方法，其特征在于:所述氯化鈣溶液的質(zhì)量濃度為0.1-40%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的制備方法，其特征在于:所述殼聚糖在乙酸中的質(zhì)量濃度為0.1-40%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的制備方法，其特征在于:所述聚偏氟乙烯在二甲基乙酰胺中的質(zhì)量濃度為0.1-30%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的制備方法，其特征在于:所述殼聚糖溶液B與聚偏氟乙烯溶液C體積比為50-1: I。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的制備方法，其特征在于:所述鈣化小球在溶液D中浸潰時間為0.l-100h。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的制備方法，其特征在于:所述朽1檬酸鈉的質(zhì)量濃度為0.01-50%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于全細胞催化酯交換反應(yīng)微反應(yīng)器的制備方法，其特征在于:固化后小球在朽1檬酸鈉溶液中液化時間為0.l-80ho
【文檔編號】C12M1/40GK104277969SQ201310283691
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月8日
【發(fā)明者】唐雪嬌, 李飛飛, 段雨欣, 甘蘭, 張志丹, 章熠凡 申請人:南開大學