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《浙江大学》 2004年
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中空海藻酸钙微胶囊的性质及其固定化枯草杆菌生产纳豆激酶的研究

柴燚  
【摘要】: 中空海藻酸钙微胶囊是起源于海藻酸钙凝胶珠的一种固定化体系,它不仅具有海藻酸钙凝胶珠的来源广泛,价格低廉,固定化条件温和,操作简单,生物相容性好,基质和产物扩散阻力小等众多优点,而且还能克服凝胶珠的营养物质和氧气不易传递到内部,细胞只能生长在胶珠表面和凝胶孔中等缺点,因而是一种有广阔发展前景的新型微胶囊体系。 论文首先研究了中空海藻酸钙微胶囊的制备装置和制备方法,考察了制囊反应物海藻酸钠和CaCl_2浓度、滴加速度以及凝胶反应时间对微胶囊的直径、膜厚和机械强度等性质的影响,并确定了中空海藻酸钙微胶囊的制备条件:10g·L~(-1)的SA溶液,10g·L~(-1)的CaCl_2溶液,12g·L~(-1)的CMC溶液,150滴/min的滴加速度和10min的凝胶反应时间。 其次测定了葡萄糖、乳糖、乳酸、谷氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸七种小分子底物在中空海藻酸钙微胶囊中的扩散性能,并根据非稳态数学模型,计算了小分子底物从溶液向微胶囊中的混合扩散系数D_m和在微胶囊囊膜中的扩散系数D_1。这些小分子底物的D_m比在纯水中的扩散系数小1%~8%,D_1比在纯水中的扩散系数小50%~94%。此结果说明中空海藻酸钙微胶囊对小分子物质的传质阻力很小,小分子物质在微胶囊内的扩散接近于自由扩散。当制备微胶囊的SA浓度在一定范围内变化时(8g·L~(-1)~12g·L~(-1)),小分子底物的D_m值几乎不变。 论文还测定了球形大分子牛血清白蛋白(BSA(V))在微胶囊中的扩散能力,结果BSA(V)不能从微胶囊外扩散进入囊内,但却可以从微胶囊内扩散出来。通过对不同分子量的线性大分子聚乙二醇从溶液向微胶囊内扩散的研究,确定了中空海藻酸钙微胶囊对线性大分子物质的截留分子量为4000。 以枯草杆菌为固定化对象,研究了中空海藻酸钙微胶囊的制囊成分以及该微胶囊与枯草杆菌的生物相容性,结果证明此微胶囊体系与枯草杆菌的生物相容性良好。根据中空海藻酸钙微胶囊体系的特点,优化得到了固定化枯草杆菌的较佳培养基为胰蛋白胨2.27%,木糖2%,酵母抽提物1%,CaCl_2 0.02%,MgSO_4 0.05%,Tris 0.25%,HCl(0.2M)9.2mL/100mL培养基,pH7.0。论文还证明了在发酵培养条件下,微胶囊内细胞代谢生产的纳豆激酶可以从微胶囊内扩散出来。 最后利用优化的培养基进行了中空海藻酸钙微胶囊固定化枯草杆菌的4批连续培养,结果纳豆激酶的酶活在第1批培养时达到了最高值2000 IU·mL~(-1),虽然后面几 浙江大学硕士学位论文 摘要 批的酶活逐渐下降,但是仍达到了1500IU·mL一‘。论文中所得到的纳豆激酶产量高 于前人研究的结果,而且在多批连续培养中,每一次更换培养基时都可以收获一次纳 豆激酶,这说明采用中空海藻酸钙微胶囊固定化培养枯草杆菌有利于提高产物纳豆激 酶的产量。对‘中空海藻酸钙微胶囊体系来说,经历了300多个小时的4批培养之后, 微胶囊仍有较好的稳定性,破裂微胶囊的数目也较少,充分展现了此微胶囊体系用于 固定化细胞进行多批连续培养的良好发展前景。
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