NaCS/PDMDAAC生物微胶囊成囊特性及固定化法生产1，3-丙二醇的研究

论文摘要

生物微胶囊作为最常用的固定化活细胞技术,受人工器官、基因治疗及生物化工等领域发展的推动,引起研究者的广泛兴趣。聚电解质成膜反应以其温和快速的特点成为制备生物微胶囊的最重要方法。本文以纤维素硫酸钠（NaCS）/聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC）为聚电解质成囊反应的代表,提出了改变胶囊大小及膜特性的方法,研究了聚电解质成膜反应特性与聚电解质溶液特性之间的关系,并应用NaCS/PDMDAAC微胶囊固定化Candida krusei和Klebsiella pneumoniae,最后通过二过程的串联实现了葡萄糖到1,3-丙二醇的转化。 首先,建立了可控制胶囊大小的气流微囊发生器。该装置通过调节气速来控制液滴大小,进而控制胶囊的大小,可有效调节胶囊直径在1.0mm到2.6mm之间,并建立了气速大小与胶囊大小之间的关系式。 其次,在纤维素硫酸钠（NaCS）—聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC）胶囊体系的基础上,通过引入羧甲基纤维素（CMC）,制备得到一种新型的三组分CMC-NaCS/PDMDAAC胶囊。以开始收缩时间、直径、膜厚和机械强度等宏观特性为胶囊的考察对象,研究了不同反应物浓度、不同反应条件下,制备得到的CMC-NaCS/PDMDAAC胶囊的特性。以强度为衡量标准,CMC-NaCS/PDMDAAC胶囊的较优的反应条件为:35-40g/L NaCS,6-8g/L CMC,60g/L PDMDAAC在25℃下反应30-40分钟。并详细研究了小分子物质(葡萄糖、甘油、酪氨酸和维生素B12)透过胶囊的扩散特性,初步考察了胶囊稳定性及菌的泄漏情况。 第三,在对CMC-NaCS/PDMDAAC胶囊研究的基础上,详细考察了添加其它类型物质（中性小分子、中性聚合物、小分子盐）对NaCS/PDMDAAC体系胶囊的影响,并对影响方式进行了定性的分析。通过测定添加物对聚电解质稀溶液比浓粘度、Zeta电位,以及对聚电解质阴阳离子反应后悬浊液浊度、Zeta电位的影响,将稀溶液特性与制备胶囊过程关联。提出了改善胶囊特性的二种方式:一是添加物参与聚电解质体系的反应（如CMC引入NaCS/PDMDAAC体系）,二是添加物对聚电解质在溶液中的伸展特性要有强烈的影响(如PEG6000和NaCl引入

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 生物微胶囊技术
• 1.1.1 生物微胶囊技术概述
• 1.1.2 生物微胶囊制备方法
• 1.1.3 生物微胶囊制备材料的选择
• 1.1.4 生物微胶囊的性能
• 1.2 聚电解质反应形成的微胶囊
• 1.2.1 聚电解质概述
• 1.2.2 聚电解质成膜的原理
• 1.2.3 制备聚电解质络合物胶囊的仪器
• 1.2.4 聚电解质生物微胶囊体系
• 1.2.5 改善聚电解质络合型胶囊特性的研究
• 1.3 纤维素硫酸钠／聚二甲基二烯丙基氯化铵生物微胶囊
• 1.3.1 NaCS／PDMDAAC形成的PEC膜特性研究进展
• 1.3.2 NaCS／PDMDAAC胶囊应用研究进展
• 1.4 发酵法生产甘油的研究
• 1.5 发酵法生产1,3-丙二醇的研究
• 1.6 本文的研究思路和目标
• 参考文献
• 第二章 一种由气流控制的微囊制备装置
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料与方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 主要设备
• 2.2.3 气流微囊发生器
• 2.2.4 实验方法
• 2.2.4.1 NaCS／PDMDAAC胶囊的制备
• 2.2.4.2 Alginate-Ca胶珠的制备
• 2.2.5 分析方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 模型建立
• 2.3.2 针孔大小对胶囊大小影响
• 2.3.3 气速对胶囊大小的影响
• 2.3.4 气速对胶囊直径分布的影响
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第三章 NaCS-CMC／PDMDAAC胶囊制备及其性能
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 仪器设备
• 3.2.3 实验方法
• 3.2.3.1 胶囊的制备
• 3.2.3.2 扩散系数的测定和计算
• 3.2.3.3 细胞的微囊化包埋
• 3.2.3.4 微囊化细胞的培养
• 3.2.3.5 胶囊稳定性及菌的泄漏
• 3.2.4 分析方法
• 3.2.4.1 胶囊机械强度的测定
• 3.2.4.2 胶囊直径的测定
• 3.2.4.3 胶囊膜厚的测定
• 3.2.4.4 酵母细胞的计数及囊外发酵液浊度测量
• 3.2.4.5 L-酪氨酸浓度的测定
• 3.2.4.6 葡萄糖浓度的测定
• 12浓度的测定'>3.2.4.7 维生素B₁₂浓度的测定
• 3.2.4.8 甘油浓度的测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 胶囊的外观特征
• 3.3.2 聚电解质浓度对胶囊特性的影响
• 3.3.3 反应时间和温度对胶囊特性的影响
• 3.3.4 胶囊的扩散系数
• 3.3.5 胶囊的稳定性
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 添加不同类型的物质对PEC成膜特性的影响及相关机理探讨
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料与方法
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 仪器设备
• 4.2.3 实验方法
• 4.2.3.1 胶囊的制备
• 4.2.3.2 聚电解质稀溶液的配置
• 4.2.3.3 聚电解质稀溶液间反应
• 4.2.4 分析方法
• 4.2.4.1 胶囊机械强度的测定
• 4.2.4.2 胶囊膜厚的测定
• 4.2.4.3 Zeta电位的测定
• 4.2.4.4 比浓粘度的测定
• 4.2.4.5 浊度的测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 添加物对NaCS／PDMDAAC胶囊特性的影响
• 4.3.1.1 添加聚电解质
• 4.3.1.2 添加中性小分子
• 4.3.1.3 添加非电离聚合物
• 4.3.1.4 添加小分子盐
• 4.3.2 添加物对聚电解质稀溶液特性的影响
• 4.3.2.1 添加物对聚电解质稀溶液Zeta电位的影响
• 4.3.2.2 添加物对聚电解质溶液比浓粘度的影响
• 4.3.2.3 添加物影响溶液中聚电解质状态的解释
• 4.3.3 聚电解质阴阳离子反应后的溶液特性
• 4.3.3.1 NaCS与PDMDAAC稀溶液反应后的浊度和Zeta电位变化
• 4.3.3.2 含添加物的体系反应后的Zeta电位和浊度变化
• 4.3.3.3 添加物参与反应
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第五章 微胶囊固定化假丝酵母产甘油的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验材料与方法
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 仪器设备
• 5.2.3 实验方法
• 5.2.3.1 细胞的微囊化
• 5.2.3.2 细胞种子液制备
• 5.2.3.3 细胞游离培养
• 5.2.3.4 固定化细胞摇瓶培养
• 5.2.3.5 固定化细胞气升反应器培养
• 5.2.3.6 传质系数的测定
• 5.2.4 分析方法
• 5.2.4.1 细胞浓度的测定
• 5.2.4.2 葡萄糖浓度的测定
• 5.2.4.3 甘油浓度的测定
• 5.2.4.4 囊内囊外待测菌液的制备
• 5.2.4.5 活细胞数的测定
• 5.2.4.6 相对总浓度的计算方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 不同渗透压调节剂对Candidakrusei产甘油的影响
• 5.3.2 不同甘油初始浓度对Candidakrusei产甘油的影响
• 5.3.3 气升反应器中补料游离培养
• 5.3.4 微囊化细胞生长、糖耗及产甘油情况
• 5.3.5 固定化后底物透过胶囊传质系数
• 5.3.6 固定化培养过程中囊内活细胞数
• 5.3.7 创造囊内高渗环境培养耐高渗酵母产甘油
• 5.3.7.1 创造囊内高渗环境的方法
• 5.3.7.2 适合包埋的大分子的选择
• 5.3.7.3 包埋PEG4000后对胶囊强度的影响
• 5.3.7.4 包埋PEG4000后对扩散的影响
• 5.3.7.5 囊内高渗微环境下酵母生长、糖耗及甘油生成
• 5.3.7.6 在气升式反应器中批式培养
• 5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 微胶囊固定化克雷伯杆菌产1，3-丙二醇
• 6.1 引言
• 6.2 实验材料与方法
• 6.2.1 实验材料
• 6.2.2 仪器设备
• 6.2.3 实验方法
• 6.2.3.1 培养基组成
• 6.2.3.2 细胞包埋方法
• 6.2.3.3 游离培养方法
• 6.2.3.4 固定床反应器培养
• 6.2.4 分析方法
• 6.2.4.1 菌浓的测定
• 6.2.4.2 甘油浓度的测定
• 6.2.4.3 1,3-丙二醇、乙醇、乙酸含量的测定
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 摇瓶游离培养
• 6.3.2 固定化培养
• 6.3.2.1 摇瓶固定化培养
• 6.3.2.2 固定床中批式发酵
• 6.3.2.3 固定床中连续发酵
• 6.4 小结
• 参考文献
• 第七章 固定化双菌串联法由葡萄糖发酵生产1,3-丙二醇
• 7.1 引言
• 7.2 实验材料与方法
• 7.2.1 实验材料
• 7.2.2 仪器设备
• 7.2.3 实验方法
• 7.2.3.1 产甘油假丝酵母培养基组成
• 7.2.3.2 克雷伯肺炎杆菌培养基组成
• 7.2.3.3 细胞包埋方法
• 7.2.3.4 游离培养方法
• 7.2.3.5 固定化双菌工艺流程
• 7.2.4 分析方法
• 7.2.4.1 葡萄糖浓度的测定
• 7.2.4.2 甘油浓度的测定
• 7.2.4.3 1,3-丙二醇、乙醇、乙酸含量的测定
• 7.3 结果与讨论
• 7.3.1 甘油发酵液产1,3-丙二醇
• 7.3.2 固定化双菌串联发酵生产1,3-丙二醇
• 7.4 小结
• 参考文献
• 第八章 结论和建议
• 8.1 结论
• 8.2建议
• 博士期间论文发表情况
• 致谢