[发明专利]SA/NaCS-PDMDAAC微胶囊、固定化酵母细胞及其应用

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种新型SA/NaCS-PDMDAAC微胶囊、SA/NaCS-PDMDAAC微胶囊固定化酵母细胞的制备方法及固定化酵母细胞在生物合成胞苷三磷酸中的应用。

二、背景技术

纤维素硫酸钠(NaCS)作为硫酸多糖，具有抗菌、避孕等作用，并且也是组成微胶囊的主要成分，是一种可溶性聚阴离子，但是至今为止该产品还没有商品化。由于纤维素分子量、种类不同，以及反应温度，反应时间，固液比不同等而造成产品性能差异较大，所以在制备NaCS-PDMDAAC微胶囊前制备NaCS，了解其各特征参数对后续制备微胶囊有利。目前有制备的形式可分为均相法和非均相法，均相反应所得NaCS取代度较高，取代分布均匀，产品断链少，纤维素利用率高，但是制备过程中使用一些具有毒性或高危险性化学品如(DMF，SO₃，N₂O₄)，对环境污染严重，所以非均相法制备日益受到重视。以德国Dautzenberg博士为首的研究小组和柏林工业大学研究较多，浙江大学生物工程研究所也进行了多年研究。该方法是采用硫酸/正丙醇法制备NaCS，通过工艺优化，能制得NaCS取代度约为0.3，适用于制备生物微胶囊。

生物微胶囊技术作为一种新兴的最适合进行全细胞固定的方法，它的研究起始于Chang首次提出的“人工细胞”。它可以将细胞，酶等大分子物质通过一层半透的囊膜阻隔在囊内的液态环境中，允许小分子营养物质自由进入及囊内代谢产物自由排出。与其它固定化技术相比，利用生物微胶囊将生物质包埋在内部的微胶囊固定化技术，具有制备简单、损耗小、生物互适性好、后处理方便等优点；比游离细胞体系更高的菌浓及酶活；简化下游分离处理；高反应速率等。因此，微胶囊的制备及其应用技术已成为食品与发酵工业、化学分析、医疗诊断、环境净化及能源生产等各个领域的研究热点。所以研究微胶囊技术的重要性对这个时代有个不言而喻的重要性。20世纪80年代，前民主德国科学院高分子化学所的Dautzenberg博士发明了NaCS-PDMDAAC生物微胶囊。NaCS即纤维素硫酸钠，为聚阴离子化合物。PDMDAAC即聚二甲基二烯丙基氯化铵，为聚阳离子化合物，当这两种带不同电荷的物质混合时，在两者的界面发生络合反应，生成多聚电解质复合体(PEC)，形成一层半透膜。

胞苷三磷酸(CTP)作为机体细胞内的一种正常成分，参与体内多种生理生化反应，并且是一种重要的心脑血管类生物药物，同时也是合成寡聚糖、胞苷二磷酸(CDP)-胆碱等多种药物的中间体。上世纪70年代开始，各国学者开始研究游离干湿酵母合成CTP，转化率可达80％以上，90年代我国学者林元藻等利用酵母体内的复合酶系合成CTP进行了具体研究。固定化的研究是从90年代末开始研究，邱蔚然、唐学友等利用k-卡拉胶-魔芋多糖复配胶固定化啤酒酵母合成胞苷三磷酸，CTP转化率可达90％以上。JozefNahalka等研究了以果胶酸凝胶为载体固定化E.coli菌用于CTP等核苷三磷酸的合成。

三、技术内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新型的SA/NaCS-PDMDAAC微胶囊，该微胶囊制备简单，直径适中，膜层薄，机械强度甚佳，传质性能较好。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种SA/NaCS-PDMDAAC微胶囊，其制备包括如下步骤：配制海藻酸钠(SA)和纤维素硫酸钠(NaCS)的混合溶液(即聚阴离子溶液)，其中海藻酸钠的浓度为0.5～3w/v％，纤维素硫酸钠的浓度为3～6w/v％，将海藻酸钠和纤维素硫酸钠的混合溶液滴入到4～8w/v％的聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)溶液(即聚阳离子溶液)中，搅拌反应10～80min后用蒸馏水洗涤，即得所述的SA/NaCS-PDMDAAC微胶囊，置于0.9w/v％氯化钠溶液中保存。

NaCS的制备好坏是制备微胶囊好坏的关键，一般而言，使得纤维素硫酸钠的取代度达到0.35左右，粘度达到30cp左右就可以，取代度越高粘度越小，粘度小则制备微胶囊的强度就不够。本发明具体推荐所述的纤维素硫酸钠通过如下方法制备：将98％的浓硫酸与100％的正丙醇以体积比1∶0.5～3在0～8℃下混合，得到磺化剂；利用脱脂棉作为纤维素与磺化剂混合，其中磺化剂的体积用量以纤维素的质量计为5～30ml/g，在温度为-5～5℃下反应20～70min，反应液经后处理得到所述的纤维素硫酸钠。