论文总字数：14870字

摘 要

由于生物技术的发展，酶作为一种生物催化刹，因其具有高选择性、反应条件温和、无污染等特点，广泛应用于食品加工、医药和精细化工等行业。酶固定化技术主要包括固定化方法的研究和固定化载体的研究两个方面。本文主要讨论了包埋法固定化技术中，微胶囊的制作方法和应用发展。

本试验以壳聚糖和羧甲基纤维素为原料制备羧甲基纤维素钠--壳聚糖微胶囊,再通过硅化增加微胶囊的硬度，并用其固定大肠杆菌。通过催化麦芽糖产海藻糖来测定其包埋大肠杆菌的效果。

以壳聚糖（Chitinous，CS）和羧甲基纤维素钠（Caboxy Methyl Cellulose，CMC）为基本材料，在优化条件下硅化后形成的壳聚糖-羧甲基纤维素钠-二氧化硅杂化微胶囊，经红外光谱仪，质构仪和扫描电镜对其进行实验观察，发现其有着良好的稳定性，用其包埋大肠杆菌后，菌体在微胶囊内分布均匀且能有效的催化麦芽糖，还可以方便的进行回收再利用。此外本文还考察了壳聚糖浓度、pH值、反应时间、转速等条件对微胶囊硬度的影响。结果表明壳聚糖浓度、pH值、反应时间对微胶囊硬度影响较大，而转速、温度的影响不大。而且经过硅化之后的壳聚糖/二氧化硅杂化微胶囊的硬度有了很大的提升。

关键词: 微胶囊 壳聚糖 羧甲基纤维素钠 制备 催化

Chitinous / Silica Hybrid preparation and application of micro-capsules

Abstract

Due to the development of biotechnology, biocatalysis enzymes as a brake, because of its high selectivity, mild reaction conditions, pollution and other characteristics, widely used in food processing, pharmaceutical and fine chemical industry. Enzyme immobilization techniques include both research studies and immobilization carrier immobilization methods. This paper discusses embedding immobilized enzyme technology, production methods and application development micro-capsules.

In this study, chitinous and carbohydrate cellulose, sodium carbohydrate cellulose raw material preparation - chitinous micro-capsules, the micro-capsules through suicide increased hardness, and with its fixed Escherichia coil. E. coil to determine its effect by embedding catalytic transpose maltose.

Chitinous (CS) and sodium carbohydrate cellulose (McNamara) as the basic material, Chitinous / silica hybrid micro capsule under optimized conditions formed after the suicide, by infrared spectroscopy, texture and scanning experimental observation of electron microscopy were found to have good stability, with its embedded after E. coil bacteria evenly distributed and can be effective catalytic maltose in the micro capsules, also can easily be recycled. In addition paper also examines the effect of Chitinous concentration, pH, reaction time, speed and other conditions on the hardness of the micro capsules. The results showed that Chitinous concentration, pH, reaction time on the micro capsule greater hardness, but has little impact speed and temperature. And after suicide after Chitinous / silica hybrid micro capsule hardness has been greatly improved.

Keywords: micro capsules; Chitinous; characterization; Preparation;Catalysis

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 固定化酶的特点与方法 1

1.1.1固定化酶的特点 1

1.1.2固定化酶的方法 1

1.2 微胶囊的制备 2

1.2.1 微胶囊制备的材料 2

1.2.2制备方法 2

1.3 微胶囊的表征 2

1.4 微胶囊的应用 3

1.5 壳聚糖、羧甲基纤维素钠以及二氧化硅的优点 3

第二章 实验部分 6

2.1试剂与仪器 6

2.1.1 主要试剂 6

2.1.2 仪器设备 6

2.2 壳聚糖/二氧化硅杂化微胶囊的制备 7

2.2.1 CS/CMCNa微胶囊的制备 7

2.2.2 CS/CMCNa微胶囊制备条件的优化 7

2.2.3 CS/CMCNa微胶囊的硅化 7

2.2.4微胶囊的表征 8

2.3 固定化大肠杆菌杂化微胶囊的制备 8

2.3.1大肠杆菌的培养 8

2.3.2固定化大肠杆菌 8

2.3.3 酶活测定 8

2.3.4 海藻糖含量的测定 9

2.3.5 固定化酶杂化微胶囊的表征 9

2.4 结果与分析 9

2.4.1 微胶囊的形态观察 9

2.4.2 壳聚糖浓度对微胶囊硬度的影响 10

2.4.3 CMC浓度对微胶囊硬度的影响 11

2.4.4壳聚糖pH对微胶囊硬度的影响 12

2.4.5 反应时间对微胶囊硬度的影响 12

2.4.6催化效果 13

2.5 结果与分析 14

第三章 结论与展望 15

参考文献 16

致 谢 19

第一章 绪论

1.1 固定化酶的特点与方法

1.1.1固定化酶的特点

固定化酶具有下列优点: 固定化酶极易与底物、产物分开; 可以在较长时间内进行反复分批反应和装柱连续反应; 在大多数情况下, 能够提高酶的稳定性; 酶反应过程能够严格控制: 产物溶液中没有酶的残留, 简化了提纯工艺; 较游离酶更适合于多酶反应; 可以增加产物的收率, 提高产物的质量;酶的使用效率提高, 成本降低^{[ 1-3]} 。

1.1.2固定化酶的方法

酶的固定化方法主要可以分为以下4种：

1. 吸附法

吸附法是利用离子键、物理吸附等方法，将酶固定在纤维素、琼脂糖等多糖类或玻璃、离子交换树脂等载体上的固定方式。该法操作简便，条件温和、且酶活力损失很少，但此法存在酶和载体之间结合力弱的缺陷，酶容易发生脱附造成活性下降^[4]。

1. 交联法

交联法是利用双功能或多功能试剂进行酶蛋白之间的交联，使酶分子和多功能试剂之间形成共价键，得到交联网架结构。酶与载体结合牢固，但条件苛刻，操作复杂，易破坏酶的活性中心，酶活回收率低，且耗时，成本高^[5]。交联法一般作为其它固定化方法的辅助手段^[6]。

1. 共价结合法

共价结合法是酶蛋白分子的功能基匿耜匿相支持物表面上的反应基霞之间形成化学共价键连接以固定酶的方法。由于酶与载体间连接牢固，不易发生酶脱落，有良好的稳定性及重复使用性。但固定化反应激烈，酶活性丧失更严重，且需要的酶量较大^[7]。

1. 包埋法

包埋法主要分为凝胶包埋法和微胶囊包埋法。凝胶包埋法是将酶包埋在凝胶内部的微孔中，而微胶囊包埋法是将酶包埋在高分子半透膜中。胶囊法固定化酶最接近自由酶的工作环境, 能最大限度地保留酶的活性。这种方法不需要化学修饰酶蛋白的氨基酸残基，反应条件温和，有较高的酶包埋量，很少改变酶的结构，酶活回收率高，适宜的笼效应也使酶的稳定性和重复使用性大大增加。此法包埋的酶量大，在酶催化和生物医学上具有很大的应用潜力。

1.2 微胶囊的制备

1.2.1 微胶囊制备的材料

载体对固定化酶有较大影响，要制得理想的固定化酶，既要选用合理有效的固定化方法，同时又要有良好的载体。而良好的载体既需要有高机械强度、高结合能力，也要有稳定的物理和化学性质，抗微生物降解等特性。从载体材料的组成来看，常用的固定化酶载体主要分为高分子载体和无机载体两大类^[9]。其中，高分子载体又可分为天然高分子载体和合成高分子载体。天然高分子载体材料主要有琼脂、壳聚糖、海藻酸钠、卡拉胶等。

无机材料具有一些有机材料不具备的优点，如物理化学稳定性好、机械强度高、不易被微生物降解、耐酸碱、成本低、寿命长等。为了克服有机高分子载体的缺点，可利用溶胶-凝胶等方法通过金属烷氧化物的水解缩聚引入无机组分，获得杂化的固定化酶载体，引入的无机组分主要有硅、钛、铝、锌等。由于硅原子电负性大，原子半径小，配位饱和，故硅醇盐反应活性低，亲核水解反应慢，其溶胶-凝胶反应可以均匀地进行。因此，杂化固定化酶载体的无机组分以氧化硅居多^[8-10]。

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