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    二十二碳六烯酸(DHA)生產工藝簡介(下)

    發布時間:2022-01-15   瀏覽:4520次

    (3)培養出有活性、適量的純種,接種入生產的容器中;

     ?。?)微生物在適合于產物生長的條件下,在發酵罐中生長;

     ?。?)產物萃取和精制;

     ?。?)過程中排出的廢棄物的處理。

      六個部分之間的關系如圖所示。研究和發展計劃,總是圍繞著就逐步改善發酵的效益而進行的。在建立發酵過程以前,首先要分離出產生菌,并改良菌種,使所產生的產物符合工業要求。然后測定培養的需求,設計包括提取過程在內的工廠。以后的發展計劃,包括連續不斷的改良菌種、培養基和提取過程

      3.4.2發酵過程示意圖

      圖2典型的發酵過程示意圖

      3.4.3發酵生產的條件

     ?。?)某種適宜的微生物

     ?。?)保證或控制微生物進行代謝的各種條件(培養基組成,溫度,溶氧pH等)

     ?。?)進行微生物發酵的設備

     ?。?)提取菌體或代謝產物,精制成產品的方法和設備

      4、發酵后期酒精回收

      工業生產中常常采用下圖所示的流程進行操作。連續精餾裝置主要包括精餾塔,蒸餾釜(或稱再沸器)等。精餾塔常采用板式塔,也可采用填料塔。加料板以上的塔段,稱為精餾段;加料板以下的塔段(包括加料板),稱為提餾段。連續精餾裝置在操作過程中連續加料,塔頂塔底連續出料,故是一穩定操作過程。

      圖3簡易回收塔

     ?。?)塔板的作用

      塔板的作用是提供氣液分離的場所;每一塊塔板是一個混合分離器,并且足夠多的板數可使各組分較完全分離。因此每一塊塔板是一個混合分離器,經過若干塊塔板上的傳質后(塔板數足夠多),即可達到對溶液中各組分進行較完全分離的目的。

     ?。?)回流的作用

      回流的主要作用就是提供不平衡的汽液兩相,而構成汽液兩相接觸傳質的必要條件。

      注意:工業用精餾塔內由于塔頂的液相回流和塔底的汽相回流,為每塊塔板提供了汽、液來源。

      三、DHA生產理論研究

      1、DHA的代謝途徑

      1.1DHA的分解代謝

      天然不飽和脂肪酸多為順式,需轉變為反式構型,才能被β-氧化酶系作用,進一步氧化分解。在生物體內,不飽和脂肪酸的氧化需要更多酶的參與才能順利進行,由于雙鍵的存在,使DHA比飽和及單不飽和脂肪酸更難氧化分解。DHA不能在線粒體中β-氧化,而是被過氧化物酶體氧化,皮膚表皮15-脂氧合酶的活性非常高,將DHA轉化為17-羥基二十碳六烯酸。DHA被哺乳動物吸收后,絕大部分結合成甘油三酯。

      1.2DHA的合成代謝

      哺乳動物自身不能合成DHA,但可由攝食的油酸、亞油酸或亞麻酸轉化而成。在動物體內,攝食的油酸或亞油酸主要轉化為AA,而合成的DHA極少且緩,人體內DHA主要由植物油亞麻酸轉化而來,由于轉化涉及3種酶(其中△6去飽和酶為限速酶)的代謝過程,因此轉化效率較低。

      微生物合成多價不飽和脂肪酸通常是在單不飽和脂肪酸基礎上開始,合成機制與高等生物一致,包括延長碳鏈和去飽和作用兩個過程,分別由相應的膜結合延長酶和脫飽和酶催化,使碳鏈增長;脂肪酸脫飽和體系由微粒體膜結合的細胞色素b5、NADH-細胞色素b5還原酶和脫飽和酶組成。微生物合成DHA是從油酸開始,其脫飽和途徑是ω-3;供體(乙酰CoA或丙二酰單酰CoA)提供兩個碳原子,在12、13位C原子之間引入一個雙鍵,形成亞油酸,再在15、16位碳原子間引入一個雙鍵,形成α-亞麻酸,再經進一步的碳鏈延長和脫飽和而形成DHA,形成過程如下:

      圖4代謝圖分析

      2、影響微藻培養生產DHA的理化因素

      2.1物理因素

      影響微藻生長生產DHA的物理因素有光照、溫度、溶氧量、鹽度、pH值等。

     ?。?)光照:脂肪酸的合成具有藻種的特異性。

     ?。?)溫度:不同的溫度對藻細胞的生長具有較大的影響。隨溫度的升高,藻細胞的代謝和呼吸作用加快,生長速率增大。而隨溫度的減低,藻細胞的代謝和呼吸作用降低。細胞內的多不飽和脂肪酸累積量逐漸增大,DHA含量也逐漸增大。

     ?。?)鹽度:鹽度對微藻脂肪酸組成的影響因種而異。一般來說,在高鹽濃度下,多不飽和脂肪酸的含量下降。而在適宜的鹽度時,DHA含量隨著鹽度的升高而增大。

     ?。?)溶氧量:在脂肪酸的代謝途徑中,分子氧參與脂肪酸的去飽和過程是多不飽和脂肪酸合成過程的限 制因子,微藻發酵生產DHA的含量也受氧濃度的影響。一般來說,高濃度的溶氧中生產的DHA含量大于低濃度中的DHA含量。

     ?。?)pH值:不同的微藻都有其適宜的pH值。它不僅影響了微藻細胞內外的離子平衡,也影響了藻細胞膜的通透性。

      此外,培養周期、培養密度、保存方式也對微藻生產DHA有影響。

      2.2化學因素

     ?。?)碳氮比:培養基中的氮源組成主要影響微藻細胞內飽和及不飽和脂肪酸的比例,當培養基中C/N比升高時,Chlorellasorokiniana細胞內多不飽和脂肪酸的含量增大。同時培養基的碳、氮源的選擇也影響了微藻生產DHA的產量,這表現為不同的藻種對碳、氮源有不同的適應性。

     ?。?)氯化鈉:在海洋藻類中,鈉離子的作用主要是調節細胞生長中胞內外的滲透壓。在高鹽濃度下,藻細胞的細胞膜的流動性和滲透壓降低,多不飽和脂肪酸含量下降,DHA的含量也下降,而低鹽度下時DHA的含量較高。

      2.3微藻生產DHA的方式

     ?。?)自養方式

      對光合自養的微藻進行研究,發現一些光合自養微藻能產生DHA。如光甲藻和隱甲藻中,DHA是磷脂酰膽堿的主要成分,特別是隱甲藻體內,將近總脂肪酸的50%的成分為DHA。人們也已經從海藻中發現DHA,含量占總脂肪酸的12%~36%。光合自養微藻的大規模培養多采用開放式池、封閉式池和封閉式光合生物反應器系統進行培養。

     ?。?)異養方式

      與自養培養方式相比,其具有培養過程無需光照,減少能量;可具有較大的培養密度,可提高底物的轉化率,縮短了發酵周期;能控制溫度、溶氧等培養參數。

      目前,已經成功地進行了隱甲藻異養及混養的研究。

      2.4影響真菌合成DHA的因素

      2.4.1培養基的組成

     ?。?)碳源:真菌發酵生產DHA時,不同的碳源對生物量、菌體脂質量和脂質DHA含量都有極大的影響??傮w而言,葡萄糖是較佳的碳源,生物量、菌體脂質量、脂質DHA含量以及DHA產量都是較高的。葡萄糖也是油脂發酵生產中常使用的碳源,而且可被有效轉化為油脂。

     ?。?)氮源:氮的數量和來源對真菌合成多不飽和脂肪酸有著重要的影響。酵母抽提物、谷氨酸鈉和胰蛋白胨有利于ThraustochytriumaureumATCC34304的生長,其中以酵母抽提物的生物量高,谷氨酸鈉還有利于脂質的積累,各種氮源對脂質DHA的含量影響不是十分明顯,從DHA的產量看,酵母抽提物和谷氨酸鈉為較好的氮源。

     ?。?)碳氮比:除了碳源、氮源外,培養基中碳氮比也影響真菌合成DHA。微生物生長于碳源過剩、氮源不足,或者是剝奪氮源的環境,便會激發和促進脂質的積累作為碳及能源的備用庫。一般情況下高的碳氮比有利于脂質的積累和促進菌體的生長,但碳氮比過高,脂質中DHA含量將會下降。

     ?。?)無機鹽及微量元素:在培養海洋微生物時,除非培養基中含有足夠的所有必需微量元素,否則,好采用天然海水。由于破囊壺菌和裂殖壺菌均為海生真菌,因此培養基中添加一定量無機鹽是非常必要的。

     ?。?)前體促進劑:一些酸和維生素對真菌合成DHA也是十分有用的。

      2.4.2通氣與攪拌

      微生物合成多不飽和脂肪酸過程中的去飽和作用需要分子氧的參與,分子氧的有效性決定其產生脂肪酸的不飽和度。因此,提高培養基中氧濃度有利于不飽和脂肪酸的合成。機械攪拌對培養Thraustochytrium和Schizochytrium生產DHA有不同的影響。由于Thraustochytrium缺乏細胞壁和富含不飽和脂肪酸,細胞脆性大,機械攪拌抑制其生長。但Schizochytrium的情況則不同,適當提高攪拌速度能促進菌體的生長。另外,攪拌器的葉輪類型對菌體的生長也有影響。

      2.4.3初始pH值

      真菌生產DHA時,選擇適宜的初始pH值也是十分重要的。

      2.4.4溫度對DHA的生產有著極其重要的影響

      嗜冷微生物比嗜溫微生物能合成更多的多不飽和脂肪酸。許多研究也表明,低溫能促進微生物合成不飽和脂肪酸。Brown和Rose認為,由于低溫增加氧的可溶性,產生大量胞內分子氧,有利于需氧參與的長鏈脂肪酸的去飽和作用。另外,低溫下,微生物產生大量多不飽和脂肪酸也是一種適應低溫環境的手段,因為多不飽和脂肪酸,特別是EPA、DHA能保持微生物細胞膜低溫流動性,從而維持細胞正常功能。

      2.4.5種齡和接種量

      種齡顯著影響ThraustochytriumaureumATCC34304的脂質積累和DHA產量,對生物量和脂質DHA含量影響不大,種齡24h和5%的接種量時脂質積累和DHA產量高。

      2.4.6光照

      破囊弧菌和裂殖弧菌為具有光刺激生長特性的海生真菌,因此,光照對其生產DHA也有影響,ThraustochytriumaureumATCC34304在33W熒光燈光照下的生物量、脂質量和DHA產量都比黑暗培養時高。

      2.4.7培養時間

      破囊弧菌和裂殖弧菌發酵初期的生物量和脂質量呈線形增加,至對數生長末期達到高,此后,生物量保持平穩,而脂質量有所下降。DHA含量隨培養時間變化并不明顯。

      目前,研究多不飽和脂肪酸的合成途徑、去飽和酶基因的性質、藻細胞內脂肪酸的組成、分布、DHA合成的途徑及合成前體物質等也為多不飽和脂肪酸的工業化生產提供了更多的理論基礎。

      四、DHA的分離提取

      1、低溫分級法

      利用不同的脂肪酸在過冷的溶劑中的溶解度差異來分離濃縮DHA。即將總脂肪酸置于1~10倍的無水丙酮中,并冷卻至-25℃以下,混合液的下層為飽和的脂肪酸和低度的不飽和脂肪酸結晶,而上層含有大量的高度的不飽和脂肪酸的丙酮溶液,將混合液過濾,濾液在真空下蒸餾除去丙酮,就可得到較純的DHA。

      2、溶劑提取法

      利用不同脂肪酸的金屬鹽在某種溶劑中的差異來分離濃縮DHA。該種方法是通過皂化后,在皂液加入H2SO4,并將pH調至1~2,分離上層粗脂肪酸乙醇混合液,加入回收乙醇,并反復水洗粗脂肪酸至pH為中性。即可得相對較純的DHA。

      3、尿素包合法

      脂肪酸與尿素的結合能力取決于其不飽和程度,脂肪酸的不飽和程度越高,其于尿素結合的能力越弱。因而可將飽和脂肪酸、低度不飽和脂肪酸、高度不飽和脂肪酸分離開來。然后,利用適當的溶劑萃取,真空干燥后可得到DHA含量較高的不飽和脂肪酸。

      4、超臨界CO2萃取法

      超臨界流體萃取(supercriticalfluidextraction,簡稱SFE)是近代發展起來的一種新型化工分離技術。它原理主要是將DHA溶于超臨界狀態的CO2中,通過改變溫度和壓力,達到分離DHA的目的。它能夠分離出較純的DHA,但是對含有相同的碳數而雙鍵不同的脂肪酸卻效果較差。此外,現在還具有脂肪酶水解法、膜分離法、硝酸銀層析法、高 效液相色譜法等。

      5、酶法破碎

      細胞破碎的方法而言可分為機械法和非機械法,機械法包括珠磨法、高壓勻漿法、超聲波法和微波法等;非機械法包括溶酶法、酸熱法和自溶法等。

      酶解法是一種研究較廣的細胞破碎方法,它利用酶反應,分解破壞細胞壁上的特殊鍵,從而達到破壁的目的。

      自溶法是一種特殊的溶酶方式,其所需的溶胞酶是由微生物本身產生的。事實上,在微生物生長代謝過程中,大多都能產生一定的水解自身細胞壁上聚合物結構的酶,以便使生長繁殖過程進行下去??刂埔欢l件,可以誘發微生物產生過剩的溶胞酶或激發自身溶胞酶的活力,以達到細胞自溶的目的。目前常用的自溶促進劑有食鹽、乙醇、甲苯、硫醇等。某些試驗是通過在菌液加入NaCl使其達到一定的濃度進行處理的。不溶固形物的含量隨處理時間延長而減少,這是因為NaCl溶液中,存在滲透壓差,溶劑分子大量進入細胞,引起細胞膜發生破裂,使得細胞水解酶與底物接觸而被激活,分解細胞,原生質外溢,胞內產物釋放致使不溶固形物減少。

      自溶作用是酶解的另一種方法,在一定程度上能用于工業生產,但對不穩定的微生物則容易引起蛋白質變性,自溶后細胞培養液過濾速度也會降低。

      其使用方法為:溶菌酶是專門作用于微生物細胞壁的水解酶,酶解條件為:pH值7·2的0·2mol·L-1的磷酸鉀緩沖溶液,0·8mol·L-1的氯化鉀溶液,0·5%的溶菌酶。在30℃將菌體振蕩不同時間后離心,菌體酶解后加入丙酮。影響因素:溫度、PH、自溶時間等對自溶效果都有影響,根據菌體的不同而有不同的影響。

      酶法破碎的缺點:酶法避免了大量溶劑的使用,但酶作用的條件比較苛刻,這給過程的操作帶來麻煩。

      目前很多是將酶法與其它各種細胞破碎方法結合起來,如酶解-超聲波法,酶解-高壓破碎法等。

      五、DHA的微膠囊化

      1、概念

      生物微膠囊是一種將生物大分子或微生物、動植物細胞,包封在一層親水性的半透膜內所形成的珠狀微膠囊。生物微膠囊制備技術是20世紀末發展起來的一項新型技術,它已在細胞和酶的固定化、微生物和動植物細胞大規模培養、藥物控制釋放等諸多領域得到廣泛運用,并展現出良好的發展前景。

      微膠囊技術是指把分散的固體、液體或氣體物質完全包封在一層半透膜中形成微小粒子的技術。微膠囊通常是在囊壁內填入囊心(又稱包容物)配制而成。壁材是決定微膠囊性能的重要因素,不同的應用條件對微膠囊壁材有不同的要求。原則上,只要能夠包囊芯材成膜的高分子材料都可作為微膠囊的壁材。

      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膠、阿拉伯膠、海藻酸鈉、卡拉膠、瓊脂等,其次是淀粉及纖維素衍生物,如糊精、低聚糖、甲殼素等。國外開發了乳化性、成膜性及致密性良好的淀粉衍生物作為包埋香精的壁材。此外明膠、酪蛋白、大豆蛋白、蠟(蟲蠟、石蠟、蜂蠟)等也是很好的壁材。這類材料無毒或毒性很小、黏度大、易成膜,但機械強度差,其中淀粉及纖維素不耐酸、不耐高溫、易水解。人工合成高分子材料主要有聚酯、聚醚、聚酰胺等。這類材料具有良好的機械性能,并且容易通過化學或物理修飾進行控制。通常要根據芯材的物理性質來選擇適宜的壁材,不同的芯材需要不同類型的壁材。一種理想的壁材必須具有如下特點:(1)高濃度時有良好的流動性,保證在微膠囊化過程中有好的可操作性能;(2)良好的溶解性能;(3)在加工過程中能夠乳化囊心形成穩定的的乳化體系;(4)膠囊易干燥及容易脫落;(5)對于活性生物的微膠囊材料需有很好的生物相容性。

      合成高分子壁材則可顯示化學“裁剪”的優勢。微膠囊囊壁的形狀與所填物質狀態有關,一般來說,含固體的微膠囊形狀與固體相同,含液體或氣體的微膠囊的形狀為球形。微膠囊的大小一般在2~1000μm范圍內。囊壁因有許多微孔而具有良好的半透性。液體囊心或水溶性囊心可以通過溶解、滲透或擴散過程,透過囊壁釋放出來。其釋放速度又可以通過改變囊壁材料的化學組成、厚度、硬度、孔徑大小等加以控制。即使是致密壁材內的囊心,在控制壓力、紫外線強度等外界因素的作用下,也可以人們期望的速率釋放出來。微膠囊的特殊結構使囊心與外界環境相互隔離,使其免受外界溫度、氧氣和紫外線等因素的影響;即便是性質不穩定的囊心,也不易發生化學變化。微膠囊的特殊結構還可以使原本會發生反應的幾種組分分開,使其“各自為政”,保持“原汁原味”,并可根據需要控制它們的分離或混合。因此,根據不同特殊應用的要求,制備有特定結構的含不同囊心的微膠囊,將它們攙雜到應用體系

      中,能顯著改善產品性能,提高其附加值,起到非同尋常的效果。

      2、微膠囊技術的發展概況

      微膠囊技術大概始于20世紀30年代,當時大西洋海岸漁業公司(AtlanticCoastFishers)提出了在液體石蠟中,以明膠為壁材制備魚肝油一明膠微膠囊的方法。20世紀50年代,微膠囊技術開始取得重大成果,其中利用機械方法制備微膠囊的先驅者是美國的Wurster,在40年代末他首先采用空氣懸浮法制備微膠囊,并成功的用于藥物包衣,至今仍常把空氣懸浮法成為Wurster法。美國NCR(國家出納)公司的Green是利用物理化學原理制備微膠囊的先行者,50年代初他發明了相分離復合凝聚法制備含油明膠微膠囊,并用于制備無碳復寫紙,在商業上取得了極大的成功,由此開創了以相分離為基礎的物理化學制備微膠囊的新領域。50年代末到60年代,人們開始將聚合法應用于微膠囊的制備,發表了許多以高分子聚合反應為基礎的化學方法制備微膠囊的資料,其中以界面聚合反應的成功引人注目。70年代以來,微膠囊制備技術日益成熟,應用范圍也由初的藥物包覆和無碳復寫紙擴展到食品、輕工、醫藥、石化、農業及生物技術等領域。

      3、微膠囊的特性表征及傳質規律

      3.1微膠囊的特性表征

      微膠囊的主要功能是保護膜內物質和控制物質滲透,因此膜的強度和滲透特性是微膠囊的主要性能指標。目前,國際上通用截割相對分子質量作為微膠囊的重要性能表征。然而截割相對分子質量只反映了微膠囊對不同相對分子質量溶質的阻隔能力,對于低于截割相對分子質量的溶質分子就不能予以反映。鑒于微膠囊的阻隔作用與超濾膜(截留蛋白)和微濾膜(截留細胞)相仿,而微膠囊傳質機理則與透析相似。因此可以建立以下特性表征參數。

      3.1.1平衡分配系數K

      平衡分配系數是平衡狀態下溶質在微膠囊中的濃度和主體溶液的濃度之比。反映了微膠囊膜在平衡狀態下對物質的整體透過能力。

      3.1.2截留率R

      截留率是溶質在主體溶液中的濃度和溶質在微膠囊中濃度之差占溶質在主體溶液中的濃度的百分率。截留率反映了不同相對分子質量溶質通過微膠囊膜的透過特性。

      3.1.3截割相對分子質量

      截割相對分子質量被定義為微膠囊膜不能透過的大分子的低相對分子質量。

      3.1.4大孔徑dequ

      截割相對分子質量一定程度上反映了膜孔徑的大小,其大孔徑不會超過截割相對分子質量所對應的分子的直徑。

      3.1.5透過速率J

      透過速率為單位時間單位膠囊外表面透過的溶質的質量。

      4、傳質規律

      微膠囊不論用于什么方面,都涉及到物質的截留和傳遞,而微膠囊的大小、微膠囊膜的厚度、微膠囊膜的孔徑都不同程度的影響微膠囊膜的滲透擴散性能。

      4.1擴散系數的影響

      微膠囊的擴散過程包括兩部分:一是微膠囊膜中的傳遞過程,有效擴散過程系數Dm(常數);二是微膠囊內的傳遞過程,有效擴散系數為Di(常數),兩者都為非穩定擴散。D是膜相有效擴散系數和膜內有效擴散系數的比值,反映了膜相和膜內擴散阻力的大小。D遠大于1時,膜內擴散為控制擴散;D為1時,則Dm=Di,底物在膜相與膜內具有相同的擴散能力;D遠小于1時,膜相擴散為速率控制步驟,傳質阻力主要集中在膜相。

      4.2微膠囊粒徑大小的影響

      減小粒徑等效于延長擴散時間。同時,粒徑的減小還會增加微膠囊的傳質面積。

      4.3膜厚的影響

      D遠大于1時,膜厚對擴散沒有影響;D小于1時,膜越厚,越慢達到平衡,平衡濃度越低;D越小,膜厚影響越大,微膠囊內部濃度分布越慢趨于平衡,平衡濃度越低。綜上所述,通過控制微膠囊的制備條件提高微膠囊膜的通透性以增大膜相擴散系數,在制備條件允許的情況下盡量減小粒徑,在保證膜強度的前提下減小膜厚度。

      4.4分類

      微膠囊根據其囊壁材的不同可分為不透微膠囊和半透微膠囊。

      5、微膠囊制備

      在工業或實驗室中,微膠囊化的具體制備方法很多,有化學方法、物理化學方法和物理方法。其中物理方法需要較復雜的設備,投資較大;化學法包括界面聚合、原位聚合、乳化、輻射化學法等;物理化學法一般有相分離法(含水溶液相分離和相分離兩種)、溶劑蒸發法、界面沉積法以及噴霧干燥法等;物理法包括靜電沉積法、氣相沉積法、流化床噴霧法、真空蒸汽沉積法等?;瘜W方法和物理化學方法一般通過反應釜即可進行,因此應用較多。

      微膠囊的制作過程是先將芯材加工成微粉狀,分散在適當介質中,然后引入壁材(成膜物質),使用特殊方法將壁材物質在芯材粒子表面形成薄膜(也稱外殼或保護膜),后經過化學或物理處理,達到一定的機械強度,形成穩定的薄膜(也稱為壁膜的固化)。制作微膠囊關鍵的是芯材物質的選擇和成膜技術。選擇芯材的原則是既要考慮芯材的物性,又要兼顧芯材和壁材的相容性及二者的相互作用

      5.1化學法

      5.1.1界面聚合法

      界面聚合的基本原理是將兩種帶不同活性基團的單體分別溶于兩種互不相溶的溶劑中,當一種溶液分散到另一種溶液中時,在兩種溶液的界面上單體相遇生成了一層聚合物膜。常用的活性單體有水溶性二(多)元醇、二(多)元胺、二(多)元酚和油溶性二(多)元酰氯、二(多)異氰酸酯等。反應后分別形成聚酰胺、聚酯、聚脲或聚氨酯。如:

      如果被包裹物是親油性的,應先將被包裹物和油溶性單體溶于溶劑,然后將此溶液在水中分散成很細的液滴,再在不斷攪拌下往水相中加入含有水溶性單體的水溶液,于是在液滴表面上很快生成一層很薄的聚合物膜。經沉淀、過濾和干燥工序后,便得到包有液滴的微膠囊,其結構如圖1所示。如果被包裹的是水溶性物,則整個過程正好與上述方法相反。

      圖5界面聚合法制備微膠囊示意圖

      由于聚合反應中常有小分子酸或堿生成,因此界面聚合法制備微膠囊時,要求被包裹物能耐酸堿性,并不會與單體發生反應。此外,包入微膠囊中的微量多余單體的去除也是必須認真對待的技術問題。界面聚合法所得微膠囊的壁薄,被包裹物滲透性較好,通過改變攪拌速度或加入不同的適量表面活性劑可以得到不同粒徑和分布的微膠囊。不同單體聚合時因交聯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

      即單體成分及催化劑全部位于芯材液滴的內部或者外部,發生聚合反應而微膠囊化界面聚合和原位聚合法均是以單體為原料,并經聚合反應形成囊壁。原位聚合法的必要條件是:單體是可溶的,而聚合物是不可溶的。與界面聚合法相比,可用于該法的單體很廣,如氣溶膠、液體、水溶性的或油溶性的單體或單體的混合物,低分子量的聚合物或預聚物等。因此,各種各樣的材料均可用來構成囊壁。

      5.1.3銳孔法

      銳孔法可采用能溶于水或溶劑的聚合物作壁材。其固化通常是采用加入固化劑或熱凝聚來完成,也可利用帶有不同電荷的聚合物絡合來實現。近來,多采用無毒且具有生物活性的殼聚糖陽離子與帶有負電荷的多酶糖如海藻酸鹽、羧甲基纖維素、硫酸軟骨素、透明質酸等絡合來形成囊壁。

      銳孔法是因聚合物的固化導致微膠囊囊壁的形成,即先將線性聚合物溶解形成溶液,當其固化時,聚合物迅速沉淀析出形成囊壁。因為大多數固化反應即聚合物的沉淀作用,是在瞬間進行并完成的,故有必要使含有芯材的聚合物溶液在加到固化劑中之前,預先成型,銳孔法可滿足這種要求,這也是該法的由來。

      5.2物理法

      5.2.1噴霧干燥法

      噴霧干燥法將芯材分散于囊壁材料的稀溶液中,形成懸浮液或乳濁液。用泵將此分散液送到含有噴霧干燥的霧化器中,分散液則被霧化成小液滴,液滴中所含溶劑迅速蒸發而使壁材析出成囊;噴霧干燥法應用于疏水性、親水性及與水反應的物質的微膠囊化。與其它工藝相比,該法操作簡單,只需一道工序就可獲得良好的粉末或顆粒。影響該過程的因素是芯材與壁材的比例、初始溶液的濃度、粘度及溫度。此外,壁材的物理性質也決定著囊壁的性能。由于噴霧干燥的干燥速度很快,而且物料的溫度不會超過氣流的溫度,噴霧干燥法很適合于熱敏材料的微膠囊化。噴霧干燥法存在兩個缺點:一是蒸發溫度高且暴露在溶劑/空氣中,活性物質易失活;二是由于溶劑的快速除去,囊壁上易有縫隙,致密性差。這些缺陷在低溫操作下可避免。

      5.2.2空氣懸浮法

      空氣懸浮法又稱流化床法或噴霧包衣法,其工作原理是將芯材顆粒置于硫化床中,沖入空氣使芯材隨氣流做循環運動,溶解或熔融的壁材通過噴頭霧化,噴灑在懸浮上升的芯材顆粒上,并沉積于其表面。這樣經過反復多次的循環,芯材顆粒表面可以包上厚度適中且均勻的壁材層,從而達到微膠囊化目的。

      5.2.3真空蒸發沉積法

      該法是以固體顆粒作為芯材,壁材的蒸氣凝結于芯材的表面而實現膠囊化。

      5.2.4靜電結合法

      該法又稱復凝聚法,適用于對非水溶性的固體粉末或液體進行包囊。


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