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二十二碳六烯酸(DHA)生产工艺简介(下)

发布时间:2022-01-15   浏览:5245次

(3)培养出有活性、适量的纯种,接种入生产的容器中;

  (4)微生物在适合于产物生长的条件下,在发酵罐中生长;

  (5)产物萃取和精制;

  (6)过程中排出的废弃物的处理。

  六个部分之间的关系如图所示。研究和发展计划,总是围绕着就逐步改善发酵的效益而进行的。在建立发酵过程以前,首先要分离出产生菌,并改良菌种,使所产生的产物符合工业要求。然后测定培养的需求,设计包括提取过程在内的工厂。以后的发展计划,包括连续不断的改良菌种、培养基和提取过程

  3.4.2发酵过程示意图

  图2典型的发酵过程示意图

  3.4.3发酵生产的条件

  (1)某种适宜的微生物

  (2)保证或控制微生物进行代谢的各种条件(培养基组成,温度,溶氧pH等)

  (3)进行微生物发酵的设备

  (4)提取菌体或代谢产物,精制成产品的方法和设备

  4、发酵后期酒精回收

  工业生产中常常采用下图所示的流程进行操作。连续精馏装置主要包括精馏塔,蒸馏釜(或称再沸器)等。精馏塔常采用板式塔,也可采用填料塔。加料板以上的塔段,称为精馏段;加料板以下的塔段(包括加料板),称为提馏段。连续精馏装置在操作过程中连续加料,塔顶塔底连续出料,故是一稳定操作过程。

  图3简易回收塔

  (1)塔板的作用

  塔板的作用是提供气液分离的场所;每一块塔板是一个混合分离器,并且足够多的板数可使各组分较完全分离。因此每一块塔板是一个混合分离器,经过若干块塔板上的传质后(塔板数足够多),即可达到对溶液中各组分进行较完全分离的目的。

  (2)回流的作用

  回流的主要作用就是提供不平衡的汽液两相,而构成汽液两相接触传质的必要条件。

  注意:工业用精馏塔内由于塔顶的液相回流和塔底的汽相回流,为每块塔板提供了汽、液来源。

  三、DHA生产理论研究

  1、DHA的代谢途径

  1.1DHA的分解代谢

  天然不饱和脂肪酸多为顺式,需转变为反式构型,才能被β-氧化酶系作用,进一步氧化分解。在生物体内,不饱和脂肪酸的氧化需要更多酶的参与才能顺利进行,由于双键的存在,使DHA比饱和及单不饱和脂肪酸更难氧化分解。DHA不能在线粒体中β-氧化,而是被过氧化物酶体氧化,皮肤表皮15-脂氧合酶的活性非常高,将DHA转化为17-羟基二十碳六烯酸。DHA被哺乳动物吸收后,绝大部分结合成甘油三酯。

  1.2DHA的合成代谢

  哺乳动物自身不能合成DHA,但可由摄食的油酸、亚油酸或亚麻酸转化而成。在动物体内,摄食的油酸或亚油酸主要转化为AA,而合成的DHA极少且缓,人体内DHA主要由植物油亚麻酸转化而来,由于转化涉及3种酶(其中△6去饱和酶为限速酶)的代谢过程,因此转化效率较低。

  微生物合成多价不饱和脂肪酸通常是在单不饱和脂肪酸基础上开始,合成机制与高等生物一致,包括延长碳链和去饱和作用两个过程,分别由相应的膜结合延长酶和脱饱和酶催化,使碳链增长;脂肪酸脱饱和体系由微粒体膜结合的细胞色素b5、NADH-细胞色素b5还原酶和脱饱和酶组成。微生物合成DHA是从油酸开始,其脱饱和途径是ω-3;供体(乙酰CoA或丙二酰单酰CoA)提供两个碳原子,在12、13位C原子之间引入一个双键,形成亚油酸,再在15、16位碳原子间引入一个双键,形成α-亚麻酸,再经进一步的碳链延长和脱饱和而形成DHA,形成过程如下:

  图4代谢图分析

  2、影响微藻培养生产DHA的理化因素

  2.1物理因素

  影响微藻生长生产DHA的物理因素有光照、温度、溶氧量、盐度、pH值等。

  (1)光照:脂肪酸的合成具有藻种的特异性。

  (2)温度:不同的温度对藻细胞的生长具有较大的影响。随温度的升高,藻细胞的代谢和呼吸作用加快,生长速率增大。而随温度的减低,藻细胞的代谢和呼吸作用降低。细胞内的多不饱和脂肪酸累积量逐渐增大,DHA含量也逐渐增大。

  (3)盐度:盐度对微藻脂肪酸组成的影响因种而异。一般来说,在高盐浓度下,多不饱和脂肪酸的含量下降。而在适宜的盐度时,DHA含量随着盐度的升高而增大。

  (4)溶氧量:在脂肪酸的代谢途径中,分子氧参与脂肪酸的去饱和过程是多不饱和脂肪酸合成过程的限 制因子,微藻发酵生产DHA的含量也受氧浓度的影响。一般来说,高浓度的溶氧中生产的DHA含量大于低浓度中的DHA含量。

  (5)pH值:不同的微藻都有其适宜的pH值。它不仅影响了微藻细胞内外的离子平衡,也影响了藻细胞膜的通透性。

  此外,培养周期、培养密度、保存方式也对微藻生产DHA有影响。

  2.2化学因素

  (1)碳氮比:培养基中的氮源组成主要影响微藻细胞内饱和及不饱和脂肪酸的比例,当培养基中C/N比升高时,Chlorellasorokiniana细胞内多不饱和脂肪酸的含量增大。同时培养基的碳、氮源的选择也影响了微藻生产DHA的产量,这表现为不同的藻种对碳、氮源有不同的适应性。

  (2)氯化钠:在海洋藻类中,钠离子的作用主要是调节细胞生长中胞内外的渗透压。在高盐浓度下,藻细胞的细胞膜的流动性和渗透压降低,多不饱和脂肪酸含量下降,DHA的含量也下降,而低盐度下时DHA的含量较高。

  2.3微藻生产DHA的方式

  (1)自养方式

  对光合自养的微藻进行研究,发现一些光合自养微藻能产生DHA。如光甲藻和隐甲藻中,DHA是磷脂酰胆碱的主要成分,特别是隐甲藻体内,将近总脂肪酸的50%的成分为DHA。人们也已经从海藻中发现DHA,含量占总脂肪酸的12%~36%。光合自养微藻的大规模培养多采用开放式池、封闭式池和封闭式光合生物反应器系统进行培养。

  (2)异养方式

  与自养培养方式相比,其具有培养过程无需光照,减少能量;可具有较大的培养密度,可提高底物的转化率,缩短了发酵周期;能控制温度、溶氧等培养参数。

  目前,已经成功地进行了隐甲藻异养及混养的研究。

  2.4影响真菌合成DHA的因素

  2.4.1培养基的组成

  (1)碳源:真菌发酵生产DHA时,不同的碳源对生物量、菌体脂质量和脂质DHA含量都有极大的影响。总体而言,葡萄糖是较佳的碳源,生物量、菌体脂质量、脂质DHA含量以及DHA产量都是较高的。葡萄糖也是油脂发酵生产中常使用的碳源,而且可被有效转化为油脂。

  (2)氮源:氮的数量和来源对真菌合成多不饱和脂肪酸有着重要的影响。酵母抽提物、谷氨酸钠和胰蛋白胨有利于ThraustochytriumaureumATCC34304的生长,其中以酵母抽提物的生物量高,谷氨酸钠还有利于脂质的积累,各种氮源对脂质DHA的含量影响不是十分明显,从DHA的产量看,酵母抽提物和谷氨酸钠为较好的氮源。

  (3)碳氮比:除了碳源、氮源外,培养基中碳氮比也影响真菌合成DHA。微生物生长于碳源过剩、氮源不足,或者是剥夺氮源的环境,便会激发和促进脂质的积累作为碳及能源的备用库。一般情况下高的碳氮比有利于脂质的积累和促进菌体的生长,但碳氮比过高,脂质中DHA含量将会下降。

  (4)无机盐及微量元素:在培养海洋微生物时,除非培养基中含有足够的所有必需微量元素,否则,好采用天然海水。由于破囊壶菌和裂殖壶菌均为海生真菌,因此培养基中添加一定量无机盐是非常必要的。

  (5)前体促进剂:一些酸和维生素对真菌合成DHA也是十分有用的。

  2.4.2通气与搅拌

  微生物合成多不饱和脂肪酸过程中的去饱和作用需要分子氧的参与,分子氧的有效性决定其产生脂肪酸的不饱和度。因此,提高培养基中氧浓度有利于不饱和脂肪酸的合成。机械搅拌对培养Thraustochytrium和Schizochytrium生产DHA有不同的影响。由于Thraustochytrium缺乏细胞壁和富含不饱和脂肪酸,细胞脆性大,机械搅拌抑制其生长。但Schizochytrium的情况则不同,适当提高搅拌速度能促进菌体的生长。另外,搅拌器的叶轮类型对菌体的生长也有影响。

  2.4.3初始pH值

  真菌生产DHA时,选择适宜的初始pH值也是十分重要的。

  2.4.4温度对DHA的生产有着极其重要的影响

  嗜冷微生物比嗜温微生物能合成更多的多不饱和脂肪酸。许多研究也表明,低温能促进微生物合成不饱和脂肪酸。Brown和Rose认为,由于低温增加氧的可溶性,产生大量胞内分子氧,有利于需氧参与的长链脂肪酸的去饱和作用。另外,低温下,微生物产生大量多不饱和脂肪酸也是一种适应低温环境的手段,因为多不饱和脂肪酸,特别是EPA、DHA能保持微生物细胞膜低温流动性,从而维持细胞正常功能。

  2.4.5种龄和接种量

  种龄显著影响ThraustochytriumaureumATCC34304的脂质积累和DHA产量,对生物量和脂质DHA含量影响不大,种龄24h和5%的接种量时脂质积累和DHA产量高。

  2.4.6光照

  破囊弧菌和裂殖弧菌为具有光刺激生长特性的海生真菌,因此,光照对其生产DHA也有影响,ThraustochytriumaureumATCC34304在33W荧光灯光照下的生物量、脂质量和DHA产量都比黑暗培养时高。

  2.4.7培养时间

  破囊弧菌和裂殖弧菌发酵初期的生物量和脂质量呈线形增加,至对数生长末期达到高,此后,生物量保持平稳,而脂质量有所下降。DHA含量随培养时间变化并不明显。

  目前,研究多不饱和脂肪酸的合成途径、去饱和酶基因的性质、藻细胞内脂肪酸的组成、分布、DHA合成的途径及合成前体物质等也为多不饱和脂肪酸的工业化生产提供了更多的理论基础。

  四、DHA的分离提取

  1、低温分级法

  利用不同的脂肪酸在过冷的溶剂中的溶解度差异来分离浓缩DHA。即将总脂肪酸置于1~10倍的无水丙酮中,并冷却至-25℃以下,混合液的下层为饱和的脂肪酸和低度的不饱和脂肪酸结晶,而上层含有大量的高度的不饱和脂肪酸的丙酮溶液,将混合液过滤,滤液在真空下蒸馏除去丙酮,就可得到较纯的DHA。

  2、溶剂提取法

  利用不同脂肪酸的金属盐在某种溶剂中的差异来分离浓缩DHA。该种方法是通过皂化后,在皂液加入H2SO4,并将pH调至1~2,分离上层粗脂肪酸乙醇混合液,加入回收乙醇,并反复水洗粗脂肪酸至pH为中性。即可得相对较纯的DHA。

  3、尿素包合法

  脂肪酸与尿素的结合能力取决于其不饱和程度,脂肪酸的不饱和程度越高,其于尿素结合的能力越弱。因而可将饱和脂肪酸、低度不饱和脂肪酸、高度不饱和脂肪酸分离开来。然后,利用适当的溶剂萃取,真空干燥后可得到DHA含量较高的不饱和脂肪酸。

  4、超临界CO2萃取法

  超临界流体萃取(supercriticalfluidextraction,简称SFE)是近代发展起来的一种新型化工分离技术。它原理主要是将DHA溶于超临界状态的CO2中,通过改变温度和压力,达到分离DHA的目的。它能够分离出较纯的DHA,但是对含有相同的碳数而双键不同的脂肪酸却效果较差。此外,现在还具有脂肪酶水解法、膜分离法、硝酸银层析法、高 效液相色谱法等。

  5、酶法破碎

  细胞破碎的方法而言可分为机械法和非机械法,机械法包括珠磨法、高压匀浆法、超声波法和微波法等;非机械法包括溶酶法、酸热法和自溶法等。

  酶解法是一种研究较广的细胞破碎方法,它利用酶反应,分解破坏细胞壁上的特殊键,从而达到破壁的目的。

  自溶法是一种特殊的溶酶方式,其所需的溶胞酶是由微生物本身产生的。事实上,在微生物生长代谢过程中,大多都能产生一定的水解自身细胞壁上聚合物结构的酶,以便使生长繁殖过程进行下去。控制一定条件,可以诱发微生物产生过剩的溶胞酶或激发自身溶胞酶的活力,以达到细胞自溶的目的。目前常用的自溶促进剂有食盐、乙醇、甲苯、硫醇等。某些试验是通过在菌液加入NaCl使其达到一定的浓度进行处理的。不溶固形物的含量随处理时间延长而减少,这是因为NaCl溶液中,存在渗透压差,溶剂分子大量进入细胞,引起细胞膜发生破裂,使得细胞水解酶与底物接触而被激活,分解细胞,原生质外溢,胞内产物释放致使不溶固形物减少。

  自溶作用是酶解的另一种方法,在一定程度上能用于工业生产,但对不稳定的微生物则容易引起蛋白质变性,自溶后细胞培养液过滤速度也会降低。

  其使用方法为:溶菌酶是专门作用于微生物细胞壁的水解酶,酶解条件为:pH值7·2的0·2mol·L-1的磷酸钾缓冲溶液,0·8mol·L-1的氯化钾溶液,0·5%的溶菌酶。在30℃将菌体振荡不同时间后离心,菌体酶解后加入丙酮。影响因素:温度、PH、自溶时间等对自溶效果都有影响,根据菌体的不同而有不同的影响。

  酶法破碎的缺点:酶法避免了大量溶剂的使用,但酶作用的条件比较苛刻,这给过程的操作带来麻烦。

  目前很多是将酶法与其它各种细胞破碎方法结合起来,如酶解-超声波法,酶解-高压破碎法等。

  五、DHA的微胶囊化

  1、概念

  生物微胶囊是一种将生物大分子或微生物、动植物细胞,包封在一层亲水性的半透膜内所形成的珠状微胶囊。生物微胶囊制备技术是20世纪末发展起来的一项新型技术,它已在细胞和酶的固定化、微生物和动植物细胞大规模培养、药物控制释放等诸多领域得到广泛运用,并展现出良好的发展前景。

  微胶囊技术是指把分散的固体、液体或气体物质完全包封在一层半透膜中形成微小粒子的技术。微胶囊通常是在囊壁内填入囊心(又称包容物)配制而成。壁材是决定微胶囊性能的重要因素,不同的应用条件对微胶囊壁材有不同的要求。原则上,只要能够包囊芯材成膜的高分子材料都可作为微胶囊的壁材。

  天然或合成高分子材料是制作囊壁的良好基材。天然高分子材料主要有植物胶、阿拉伯胶、海藻酸钠、卡拉胶、琼脂等,其次是淀粉及纤维素衍生物,如糊精、低聚糖、甲壳素等。国外开发了乳化性、成膜性及致密性良好的淀粉衍生物作为包埋香精的壁材。此外明胶、酪蛋白、大豆蛋白、蜡(虫蜡、石蜡、蜂蜡)等也是很好的壁材。这类材料无毒或毒性很小、黏度大、易成膜,但机械强度差,其中淀粉及纤维素不耐酸、不耐高温、易水解。人工合成高分子材料主要有聚酯、聚醚、聚酰胺等。这类材料具有良好的机械性能,并且容易通过化学或物理修饰进行控制。通常要根据芯材的物理性质来选择适宜的壁材,不同的芯材需要不同类型的壁材。一种理想的壁材必须具有如下特点:(1)高浓度时有良好的流动性,保证在微胶囊化过程中有好的可操作性能;(2)良好的溶解性能;(3)在加工过程中能够乳化囊心形成稳定的的乳化体系;(4)胶囊易干燥及容易脱落;(5)对于活性生物的微胶囊材料需有很好的生物相容性。

  合成高分子壁材则可显示化学“裁剪”的优势。微胶囊囊壁的形状与所填物质状态有关,一般来说,含固体的微胶囊形状与固体相同,含液体或气体的微胶囊的形状为球形。微胶囊的大小一般在2~1000μm范围内。囊壁因有许多微孔而具有良好的半透性。液体囊心或水溶性囊心可以通过溶解、渗透或扩散过程,透过囊壁释放出来。其释放速度又可以通过改变囊壁材料的化学组成、厚度、硬度、孔径大小等加以控制。即使是致密壁材内的囊心,在控制压力、紫外线强度等外界因素的作用下,也可以人们期望的速率释放出来。微胶囊的特殊结构使囊心与外界环境相互隔离,使其免受外界温度、氧气和紫外线等因素的影响;即便是性质不稳定的囊心,也不易发生化学变化。微胶囊的特殊结构还可以使原本会发生反应的几种组分分开,使其“各自为政”,保持“原汁原味”,并可根据需要控制它们的分离或混合。因此,根据不同特殊应用的要求,制备有特定结构的含不同囊心的微胶囊,将它们搀杂到应用体系

  中,能显著改善产品性能,提高其附加值,起到非同寻常的效果。

  2、微胶囊技术的发展概况

  微胶囊技术大概始于20世纪30年代,当时大西洋海岸渔业公司(AtlanticCoastFishers)提出了在液体石蜡中,以明胶为壁材制备鱼肝油一明胶微胶囊的方法。20世纪50年代,微胶囊技术开始取得重大成果,其中利用机械方法制备微胶囊的先驱者是美国的Wurster,在40年代末他首先采用空气悬浮法制备微胶囊,并成功的用于药物包衣,至今仍常把空气悬浮法成为Wurster法。美国NCR(国家出纳)公司的Green是利用物理化学原理制备微胶囊的先行者,50年代初他发明了相分离复合凝聚法制备含油明胶微胶囊,并用于制备无碳复写纸,在商业上取得了极大的成功,由此开创了以相分离为基础的物理化学制备微胶囊的新领域。50年代末到60年代,人们开始将聚合法应用于微胶囊的制备,发表了许多以高分子聚合反应为基础的化学方法制备微胶囊的资料,其中以界面聚合反应的成功引人注目。70年代以来,微胶囊制备技术日益成熟,应用范围也由初的药物包覆和无碳复写纸扩展到食品、轻工、医药、石化、农业及生物技术等领域。

  3、微胶囊的特性表征及传质规律

  3.1微胶囊的特性表征

  微胶囊的主要功能是保护膜内物质和控制物质渗透,因此膜的强度和渗透特性是微胶囊的主要性能指标。目前,国际上通用截割相对分子质量作为微胶囊的重要性能表征。然而截割相对分子质量只反映了微胶囊对不同相对分子质量溶质的阻隔能力,对于低于截割相对分子质量的溶质分子就不能予以反映。鉴于微胶囊的阻隔作用与超滤膜(截留蛋白)和微滤膜(截留细胞)相仿,而微胶囊传质机理则与透析相似。因此可以建立以下特性表征参数。

  3.1.1平衡分配系数K

  平衡分配系数是平衡状态下溶质在微胶囊中的浓度和主体溶液的浓度之比。反映了微胶囊膜在平衡状态下对物质的整体透过能力。

  3.1.2截留率R

  截留率是溶质在主体溶液中的浓度和溶质在微胶囊中浓度之差占溶质在主体溶液中的浓度的百分率。截留率反映了不同相对分子质量溶质通过微胶囊膜的透过特性。

  3.1.3截割相对分子质量

  截割相对分子质量被定义为微胶囊膜不能透过的大分子的低相对分子质量。

  3.1.4大孔径dequ

  截割相对分子质量一定程度上反映了膜孔径的大小,其大孔径不会超过截割相对分子质量所对应的分子的直径。

  3.1.5透过速率J

  透过速率为单位时间单位胶囊外表面透过的溶质的质量。

  4、传质规律

  微胶囊不论用于什么方面,都涉及到物质的截留和传递,而微胶囊的大小、微胶囊膜的厚度、微胶囊膜的孔径都不同程度的影响微胶囊膜的渗透扩散性能。

  4.1扩散系数的影响

  微胶囊的扩散过程包括两部分:一是微胶囊膜中的传递过程,有效扩散过程系数Dm(常数);二是微胶囊内的传递过程,有效扩散系数为Di(常数),两者都为非稳定扩散。D是膜相有效扩散系数和膜内有效扩散系数的比值,反映了膜相和膜内扩散阻力的大小。D远大于1时,膜内扩散为控制扩散;D为1时,则Dm=Di,底物在膜相与膜内具有相同的扩散能力;D远小于1时,膜相扩散为速率控制步骤,传质阻力主要集中在膜相。

  4.2微胶囊粒径大小的影响

  减小粒径等效于延长扩散时间。同时,粒径的减小还会增加微胶囊的传质面积。

  4.3膜厚的影响

  D远大于1时,膜厚对扩散没有影响;D小于1时,膜越厚,越慢达到平衡,平衡浓度越低;D越小,膜厚影响越大,微胶囊内部浓度分布越慢趋于平衡,平衡浓度越低。综上所述,通过控制微胶囊的制备条件提高微胶囊膜的通透性以增大膜相扩散系数,在制备条件允许的情况下尽量减小粒径,在保证膜强度的前提下减小膜厚度。

  4.4分类

  微胶囊根据其囊壁材的不同可分为不透微胶囊和半透微胶囊。

  5、微胶囊制备

  在工业或实验室中,微胶囊化的具体制备方法很多,有化学方法、物理化学方法和物理方法。其中物理方法需要较复杂的设备,投资较大;化学法包括界面聚合、原位聚合、乳化、辐射化学法等;物理化学法一般有相分离法(含水溶液相分离和相分离两种)、溶剂蒸发法、界面沉积法以及喷雾干燥法等;物理法包括静电沉积法、气相沉积法、流化床喷雾法、真空蒸汽沉积法等。化学方法和物理化学方法一般通过反应釜即可进行,因此应用较多。

  微胶囊的制作过程是先将芯材加工成微粉状,分散在适当介质中,然后引入壁材(成膜物质),使用特殊方法将壁材物质在芯材粒子表面形成薄膜(也称外壳或保护膜),后经过化学或物理处理,达到一定的机械强度,形成稳定的薄膜(也称为壁膜的固化)。制作微胶囊关键的是芯材物质的选择和成膜技术。选择芯材的原则是既要考虑芯材的物性,又要兼顾芯材和壁材的相容性及二者的相互作用

  5.1化学法

  5.1.1界面聚合法

  界面聚合的基本原理是将两种带不同活性基团的单体分别溶于两种互不相溶的溶剂中,当一种溶液分散到另一种溶液中时,在两种溶液的界面上单体相遇生成了一层聚合物膜。常用的活性单体有水溶性二(多)元醇、二(多)元胺、二(多)元酚和油溶性二(多)元酰氯、二(多)异氰酸酯等。反应后分别形成聚酰胺、聚酯、聚脲或聚氨酯。如:

  如果被包裹物是亲油性的,应先将被包裹物和油溶性单体溶于溶剂,然后将此溶液在水中分散成很细的液滴,再在不断搅拌下往水相中加入含有水溶性单体的水溶液,于是在液滴表面上很快生成一层很薄的聚合物膜。经沉淀、过滤和干燥工序后,便得到包有液滴的微胶囊,其结构如图1所示。如果被包裹的是水溶性物,则整个过程正好与上述方法相反。

  图5界面聚合法制备微胶囊示意图

  由于聚合反应中常有小分子酸或碱生成,因此界面聚合法制备微胶囊时,要求被包裹物能耐酸碱性,并不会与单体发生反应。此外,包入微胶囊中的微量多余单体的去除也是必须认真对待的技术问题。界面聚合法所得微胶囊的壁薄,被包裹物渗透性较好,通过改变搅拌速度或加入不同的适量表面活性剂可以得到不同粒径和分布的微胶囊。不同单体聚合时因交联程度不同可以得到不同厚度、硬度的囊壁,壁材上的微孔大小也可得到控制。

  5.1.2原位聚合法

  即单体成分及催化剂全部位于芯材液滴的内部或者外部,发生聚合反应而微胶囊化界面聚合和原位聚合法均是以单体为原料,并经聚合反应形成囊壁。原位聚合法的必要条件是:单体是可溶的,而聚合物是不可溶的。与界面聚合法相比,可用于该法的单体很广,如气溶胶、液体、水溶性的或油溶性的单体或单体的混合物,低分子量的聚合物或预聚物等。因此,各种各样的材料均可用来构成囊壁。

  5.1.3锐孔法

  锐孔法可采用能溶于水或溶剂的聚合物作壁材。其固化通常是采用加入固化剂或热凝聚来完成,也可利用带有不同电荷的聚合物络合来实现。近来,多采用无毒且具有生物活性的壳聚糖阳离子与带有负电荷的多酶糖如海藻酸盐、羧甲基纤维素、硫酸软骨素、透明质酸等络合来形成囊壁。

  锐孔法是因聚合物的固化导致微胶囊囊壁的形成,即先将线性聚合物溶解形成溶液,当其固化时,聚合物迅速沉淀析出形成囊壁。因为大多数固化反应即聚合物的沉淀作用,是在瞬间进行并完成的,故有必要使含有芯材的聚合物溶液在加到固化剂中之前,预先成型,锐孔法可满足这种要求,这也是该法的由来。

  5.2物理法

  5.2.1喷雾干燥法

  喷雾干燥法将芯材分散于囊壁材料的稀溶液中,形成悬浮液或乳浊液。用泵将此分散液送到含有喷雾干燥的雾化器中,分散液则被雾化成小液滴,液滴中所含溶剂迅速蒸发而使壁材析出成囊;喷雾干燥法应用于疏水性、亲水性及与水反应的物质的微胶囊化。与其它工艺相比,该法操作简单,只需一道工序就可获得良好的粉末或颗粒。影响该过程的因素是芯材与壁材的比例、初始溶液的浓度、粘度及温度。此外,壁材的物理性质也决定着囊壁的性能。由于喷雾干燥的干燥速度很快,而且物料的温度不会超过气流的温度,喷雾干燥法很适合于热敏材料的微胶囊化。喷雾干燥法存在两个缺点:一是蒸发温度高且暴露在溶剂/空气中,活性物质易失活;二是由于溶剂的快速除去,囊壁上易有缝隙,致密性差。这些缺陷在低温操作下可避免。

  5.2.2空气悬浮法

  空气悬浮法又称流化床法或喷雾包衣法,其工作原理是将芯材颗粒置于硫化床中,冲入空气使芯材随气流做循环运动,溶解或熔融的壁材通过喷头雾化,喷洒在悬浮上升的芯材颗粒上,并沉积于其表面。这样经过反复多次的循环,芯材颗粒表面可以包上厚度适中且均匀的壁材层,从而达到微胶囊化目的。

  5.2.3真空蒸发沉积法

  该法是以固体颗粒作为芯材,壁材的蒸气凝结于芯材的表面而实现胶囊化。

  5.2.4静电结合法

  该法又称复凝聚法,适用于对非水溶性的固体粉末或液体进行包囊。


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