[发明专利]一种用于全细胞催化酯交换反应微反应器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于全细胞催化酯交换反应微反应器的制备方法。本发明属于生物化工技术领域。

背景技术

为优化生物反应及传递性能，生物反应器的微型化是新的发展方向之一。微反应器(又称微胶囊)，作为细胞的固定化载体，外层高分子膜的选择透过性能保证了微反应器内外的物质交换，而内部空间结构提供了细胞贴壁的表面，外部搅拌可使微胶囊处于悬浮状态而剪切力不会伤及细胞活性，并有利于细胞团组织分化达到增产的目的，更重要的，可以重复利用微胶囊内部细胞产生的活性物质，简化分离纯化步骤。因此，微胶囊在细胞大规模培养与应用方面得到广泛重视。

目前，用于制备微胶囊的材料包括天然高分子(海藻酸钠、聚赖氨酸、壳聚糖、淀粉等)、半合成高分子材料(缩甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素等)和全合成高分子材料(聚乙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯、聚醚、聚脲、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚酰胺、聚丙烯酰胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、环氧树脂、聚硅氧烷等)三大类，应用于包埋酶、药品或者细胞等等。但上述微胶囊材料通透性较差，虽可提供保护细胞的环境，阻止剪切力、噬菌体等对细胞的损害，但同时也使细胞处于与外部相对隔离的状态，细胞与环境的物质交换受阻，限制了外部营养的输入和内部代谢废物输出，既不利于细胞生长繁殖，也不利于其代谢产物的输出，如果囊膜强度较弱更易发生机械破损。因此微胶囊膜的通透性与机械强度是影响其应用的关键因素。壳聚糖是较为常用的微胶囊材料之一，具有优良的成膜性、安全性、生物相容性，但它的机械性较差，大大限制了其作为催化酯交换反应微反应器的应用，同时其成膜的通透性也不能满足催化酯交换反应微反应器的要求。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种用于全细胞催化酯交换反应微反应器的制备方法，即利用壳聚糖的成膜性及其对细胞的亲和性、无毒性，结合聚偏氟乙烯的成膜性、多孔性和优良的机械性等，得到高通量、高强度的全细胞催化酯交换反应微反应器。

本发明提供一种用于全细胞催化酯交换反应微反应器的制备方法，以壳聚糖粉末(CTS)、聚偏氟乙烯粉末(PVDF)、海藻酸钠、柠檬酸钠和氯化钙为原料，通过固化成球、溶胶-凝胶成膜、液化成胶囊等工序，制备得到CTS/PVDF复合膜微胶囊。

制备过程包括如下步骤：

1)向发酵培养液中加入海藻酸钠，形成溶液A；将溶液A逐滴滴入氯化钙溶液中，进行钙化成球；

2)将壳聚糖溶于乙酸中，搅拌均匀并溶胀，形成溶液B；将聚偏氟乙烯溶于二甲基乙酰胺中，搅拌均匀并溶胀，形成溶液C；

3)将溶液B与溶液C按一定体积比充分混合，形成溶液D；

4)将1)中形成的钙化小球置于溶液D中浸渍一定时间，然后置于10％氢氧化钠溶液中固化。

5)将4)中固化后的小球置于柠檬酸钠溶液中液化一定时间，得到CTS/PVDF复合膜微胶囊。

所述海藻酸钠溶液的质量浓度为1-50％；

所述氯化钙溶液的质量浓度为0.1-40％；

所述壳聚糖在乙酸中的质量浓度为0.1-40％；

所述聚偏氟乙烯在二甲基乙酰胺中的质量浓度为0.1-30％；

所述壳聚糖溶液B与聚偏氟乙烯溶液C体积比为50-1∶1；

所述钙化小球在溶液D中浸渍时间为0.1-100h；

所述柠檬酸钠的质量浓度为0.01-50％；

所述固化后小球在柠檬酸钠溶液中液化时间为0.1-80h。

CTS/PVDF复合膜微胶囊可作为全细胞催化酯交换反应微反应器。

本发明的优点及效果：经过本发明制得的微胶囊粒径均匀，机械性较好，选择通透性好，用于固定产脂肪酶细菌全细胞，酶活损失率大大降低。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明，但是它们并不是对本发明作任何限制。

实施例1：

一种用于全细胞催化酯交换反应微反应器的制备方法，以壳聚糖粉末(CTS)、聚偏氟乙烯粉末(PVDF)、海藻酸钠、柠檬酸钠和氯化钙为原料，通过固化成球、溶胶-凝胶成膜、液化成胶囊等工序，制备得到CTS/PVDF复合膜微胶囊。

制备过程包括如下步骤：

1)配制发酵培养液2份：蛋白胨1.0％，葡萄糖2.0％，硫酸铵0.1％，酵母浸膏0.5％，硫酸镁0.05％，橄榄油1.0％，磷酸氢二钾0.2％。使用前调pH为8.5，1×10⁵Pa灭菌20min。