畢業(yè)設計-木薯淀粉微球合成工藝條件的研究(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 面聚集，形成凝 膠狀混合物，達到迅速止血的效果。目前已上市的淀粉微球止血劑為 Medafor公司的微孔多聚糖止血球 (Arista AH)，其在胸腰椎骨折前路減壓術、內鏡甲狀腺手術、胸骨切開術中止血效果快速、持久、有效。 廣西大學本科學位論文 木薯淀粉微球合成工藝條件研究 7 其他 此外 ， 通過修飾官能團和改性 ， 淀粉微球 可 在負載金屬催化劑、色譜分離、分子印記、固相萃取、模擬酶催化和生物傳感器等諸多領域獲得應用。如 ， 將香精香料吸附 [16]或包埋于淀粉微球中 ， 可延長香味的散發(fā)時間 ， 并將將通常的液態(tài)轉變成固態(tài)（固體香精） ， 使物質 不易變質。 淀粉微球研究進展 20 世紀七八十年代國外學者就 開始了 淀粉微球的研究，我國起步較晚，上世紀 90 年代 才 有報道。現(xiàn)在 ， 研究的淀粉微球主要有以下幾種類型 :中性淀粉微球、離子型淀粉微球、磁性淀粉微球。中性淀粉微球主要包括丙烯化淀粉微球、交聯(lián)淀粉微球等 。離子型淀粉微球主要包括陽離子淀粉微球和陰離子淀粉微球。 國內外學者大多采用反相乳液法制備淀粉微球。 根據(jù) 微球種類的 不同 ，表述如下： 中性淀粉微球 目前 ， 關于中性淀粉微球制備的研究較多 ， 一般采用一步交聯(lián)法。 1987 年 ， Laakso L 等用 衍生化預處理法 首次制備了 丙烯化的淀粉微球。 Dziechciarek 等 [17]分別用環(huán)氧氯丙烷和三偏磷酸鈉為交聯(lián)劑制備淀粉粉微球 ,發(fā)現(xiàn)環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)淀粉微球的粒徑大約是三偏磷酸鈉交聯(lián)淀粉微球的 1/10。 Fundueanu 等 [18]將淀粉和環(huán)糊精混合制備的淀粉環(huán)糊精微球，微球粒徑主要分布在 50~160 μm，微球表面致密，內部有小孔。 趙雪娜等 [2]采用反向乳化法制備 的 木薯淀粉微球呈表面 粗糙的圓球形 ， 大小為 10 μm， 載藥量增加明顯并且有很好的緩釋作用。喬之衛(wèi)等 [19]通過逆向懸浮聚合法合成的 交聯(lián)木薯淀粉微球球形狀規(guī)整、粗糙多孔 ， 粒徑分布均勻 ， 機械強度高 ，具有很好的金屬吸附性能。 針對 一次交聯(lián)合成的淀粉微球 大多 存在機械強度較差 ， 載藥、釋藥的穩(wěn)定性不夠等缺陷 ，也有專家學者以二次交聯(lián)法制備淀粉微球，所得微球結構、性能有明顯改善。如 韓敏等 [20]以 N,N′亞甲基雙丙烯酰胺 (MBA)為預交聯(lián)劑 ， 環(huán)氧氯 丙烷 ( ECH)為交聯(lián)劑制備 的 載藥淀粉微球具有立體網(wǎng)狀結構、較高的骨架強度、球形圓整、表面粗糙多孔等特點。 王磊等 [22]用反相乳液聚合，以 N,N39。亞甲基雙丙烯酰胺為預交聯(lián)劑，再加入環(huán)氧氯丙烷二次交聯(lián)固化，得到的淀粉微球骨架強度高、機械強度好。 廣西大學本科學位論文 木薯淀粉微球合成工藝條件研究 8 離子型淀粉微球 普通的中性淀粉微球吸附或選擇性吸附能力較弱 ，因此有學者 對淀粉微球進行離子化改性以提高 其 吸附或選擇性吸附能力。 目前， 陰離子淀粉微球的制備 方法 有兩種 :一是在中性淀粉微球的基礎上 ， 引入羧基、磺酸基或磷酸基進行 二次交聯(lián)和陰離子化而制得的。另一種方法是在NaOH 溶液中 ， 交聯(lián)成球和陰離子化一步完成。 如， 肖昊江等 [21]以可溶性淀粉為原料 ， 采用反相懸浮聚合法合成中性淀粉微球 ， 再用醚化劑 GTA 與 其反應制 備 陽離子淀粉 微球。 李仲謹?shù)?[11]采用反相懸浮法合成淀粉微球 ， 然后后再用 Na3P3O9進行陰離子化得到陰離子淀粉微球。所得的微球呈圓球形、表面粗糙 ， 具有大量功能基團 ， 吸附性能較好。丁年平等 [23]采用反相乳液聚合法制備中性淀粉微球 ， 然后用六偏磷酸鈉為交聯(lián)劑進行二次交聯(lián)和陰離子化 ， 制得陰離子淀粉微球。所得淀粉微球球形圓整 ， 表面光滑 ， 粒徑較小 (大部分 10 μm以下 ) 。該方法 簡單可靠， 各因素易控制 ， 反應時間短 ， 重現(xiàn)性好 ， 但還需進一步研究。 磁性淀粉微球 采用乳化復合技術可以把淀粉包裹在 磁性 氧化鐵粒子表面，形成四氧化三鐵復合微球。國外對磁性淀粉研究的時間較早，已經(jīng)有一些臨床應用。相比之下，國內對磁性淀粉微球研究才剛剛起步，研究者還不多。 邱禮平等 [24]以采用噴霧干燥技術制備 的 功能性磁性藥物微球粒度均勻 ，表面凹凸不平，基本滿足靶向載藥的要求 。 本課題研究的目的與內容 研究的目的和意義 淀粉微球是一種新型功能性高分子微球材料 ，具有可生物降解、無毒、無免疫原性、吸附能力強等優(yōu)點， 作為靶向藥物的載體在醫(yī)藥領域已經(jīng)得到了廣泛而實際的應用 ， 在廢水處理 及重金屬富集回收 等領域應用前景也十分廣 闊。淀粉微球的粒徑大小與分布對其性能及應用有很大的影響，當微球尺寸減小到微米甚至納米級后，其性能將發(fā)生很大變化，主要表現(xiàn)在表面效應和體積效應。這兩種效應將 使得淀粉微球的表面積激增，官能團的密度和選擇性吸附的能力顯著提高，達到吸附平衡的時間也大為縮短。在應用方面，靜脈注射 7~12 μm 的微粒 , 可被肺機械性濾阻而攝取 。 動脈注射大于 12 μm 廣西大學本科學位論文 木薯淀粉微球合成工藝條件研究 9 的微粒 , 可阻滯于毛細血管床 , 到達肝或腎和荷瘤器官中。因此 , 對淀粉微球的合成進行研究，探討其工藝條件與合成微球粒徑大小、表面形貌等的關系具有重要的意義。目前，關于在這方面已有較多的研究報道，不過 多以玉米、馬鈴薯、小麥淀粉為研究對象 ，較少涉及 廣西的優(yōu)勢資源 — 木薯淀粉 。 廣西是我國淀粉生產(chǎn)的主要省份之一 ， 年產(chǎn)量 40 萬噸左 右 ，主要是 木薯淀粉。開展有關木薯淀粉微球的合成工藝研究，對于廣西的社會經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。 主要研究內容 本文以 木薯淀粉為原料 ，采用反相乳液法制備淀粉微球。 通過單因素 實驗，以微球平均粒徑為考察指標， 探討木薯淀粉微球 合成 工藝條件 ， 找出制備淀粉微球 的 最佳工藝條件。并 對 木薯原淀粉、 最佳工藝條件下制備的 木薯淀粉微球進行結構表征分析 ， 對比木薯原淀粉、淀粉微球的結構特性 ， 探討淀粉微球的基團、顆粒形貌等結構性能 。 廣西大學本科學位論文 木薯淀粉微球合成工藝條件研究 10 第 二章 淀粉微球的制備 引言 本章以木 薯淀粉為原料 ， N,N39。亞甲基雙丙烯酰胺 (MBA)為交聯(lián)劑 ，過硫酸銨為引發(fā)劑，在 Span80 與 Tween80 作為 復配 乳化劑 的反相乳液體系中制備淀粉微球 。考察了淀粉濃度、油水體積比、交聯(lián)劑 濃度 、引發(fā)劑 濃度 、乳化劑 濃度 對微球平均粒徑的影響 ， 并找出制備淀粉微球 的 最佳工藝條件。 實驗部分 主要原料與試劑 本實驗主要原料與試劑見表 21。 表 21 主要實驗原料及試劑 Table 21 The materials and chemical reagents 試劑名稱 規(guī)格 生產(chǎn)廠家 木 薯淀粉 工業(yè)級 廣西明陽生化科技有限公司 N,N39。亞甲基雙丙烯酰胺 化學純 上海潤捷化學試劑有限公司 過硫酸銨 分析純 廣東汕頭西隴化工有限公司 氫氧化鈉 分析純 天津光華試劑廠 液體石蠟 化學純 廣東汕頭西隴化工有限公司 Span (司盤 ) 80 化學純 洛陽化學試劑廠 Tween (吐溫 ) 80 化學純 廣東汕頭西隴化工有限公司 無水乙醇 分析純 成都市科龍化工試劑廠 廣西大學本科學位論文 木薯淀粉微球合成工藝條件研究 11 主要儀器及設備 反應裝置如圖 21 所示。 圖 21 實驗裝置示意圖 Facility of experiment 其他主要儀器和設備見表 22。 表 22 主要實驗儀器和設備 Table 22 Main apparatus and equipment 儀器名稱 型號 生產(chǎn)廠家 恒速攪拌器 S212 上海申順生物科技有限公司 超級恒溫器 501 型 上海實驗儀器廠有限公司 多功能磁力攪拌器 DCGC 型 鞏義市英峪予華儀器廠 電子分析天平 AE240 梅特勒 托利多儀器有限公司 電子天平 BS1009 上海友聲衡器有限公司 電熱恒溫鼓風干燥箱 1012S 上海躍進醫(yī)療器械廠 循環(huán)水式多用真空泵 SHBⅢ 鄭州長城儀器廠 粒度分布測定儀 SACP3 日本島津公司 廣西大學本科學位論文 木薯淀粉微球合成工藝條件研究 12 淀粉微球的制備 水相的制備： 稱取一定量的木薯淀粉加入裝有 20 ml 去離子水的燒杯中 ，并加入適量 顆粒狀 NaOH 使淀粉懸浮液 pH=12， 然后用電爐加熱糊化至透明待用。將淀粉糊自然冷卻至室溫 ， 加入一定量的 N,N39。亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)交聯(lián)劑 ， 并攪拌使交聯(lián)劑和淀粉糊混合均勻作為水相。 油相的制備： 稱取一定量的乳化劑 (Span80 與 Tween80 的質量比 8:2)加入燒杯中 ， 選擇一定的油水比添加液體石蠟的 濃度， 上述乳化劑和液體石蠟在磁力攪拌器的攪拌下和乳化劑混合均勻作為油相。 油相混合均勻后 ， 將其倒入 500 ml 三口燒瓶中 ， 在 60 ℃ 以 500 rmin1攪拌速度攪拌乳化 10 min， 然后向油相逐滴 加入水相形成乳液。保持溫度及攪拌速度不變繼續(xù)攪拌 30 min。待乳液分散均勻后 ， 往乳液中加入一定量過硫酸銨引發(fā)劑 ， 進行交聯(lián)反應 ， 反應 2 h。反應結束后 ， 冷卻至室溫 ， 加入適量無水乙醇破乳后抽濾 ， 產(chǎn)品在 60 ℃ 下干燥 24 h，得產(chǎn)品木薯 淀粉微球。 淀粉微球平均粒徑的測定 取一定量干燥后的樣品 ， 用去離子水做分散劑 ， 用超聲波分散約 2 min，待測定。在 SACP3 粒度分布測定儀的樣品池中加入適量去離子水進行調零 ，然后向樣品池中加入經(jīng)超聲處理的淀粉懸浮液 ， 達到要求吸光度范圍后測定出微球平均粒徑和粒徑分布。 單因素實驗結果與討論 以下的分析數(shù)據(jù)是以淀粉微球平均粒徑為考察指標，討論各因素對實驗結果的影響（ 以 下 濃度變化均以總水量為 25 ml（即 25 g）為基準 ） 。 淀粉濃度對微球平均粒徑的影響 固定交聯(lián)劑 MBA 濃度 為 %， 乳化劑 濃度 為 12% (Span80 與 Tween80的質量比 8:2)， 過硫酸銨 濃度 為 %，油水比 10:1，考察 淀粉濃度 對微球平均粒徑的影響，結果如圖 22 所示。 廣西大學本科學位論文 木薯淀粉微球合成工藝條件研究 13 從圖 22 可已看出 ， 隨淀粉濃度的增大 ， 淀粉微球平均粒徑先減小后增大 ， 再減小 再增大 。淀粉的存在對乳液體系的穩(wěn)定性有明顯的影響 ， 在相同HLB 值下 ， 乳液穩(wěn)定性隨淀粉濃度升高先降低 ， 在達到最低后 ， 繼續(xù)加大淀粉濃度 ， 反相乳液的穩(wěn)定性升高 [14]。因而在淀粉濃度為 4~8%時 ， 淀粉微球平均粒徑先 減小后 增大 再 減小可能與乳液穩(wěn)定性的降低有關；當?shù)矸蹪舛葹?0%時 ， 糊化淀粉作為水相 均勻 分散在油相中形成 乳液 體系 ， 交聯(lián)反應充分進行 ， 故而淀粉粒徑最小。當濃度過高時 ， 糊化淀粉因過于黏稠而無法得到很好地分散 ， 不能形成 乳液 體系 ， 所得微球粒徑偏大。 圖 22 淀粉濃度對淀粉微球平均粒徑的影響 Fig. 22 Influence of starch concentration on average particle size of starch microspheres 油水比對微球平均粒徑的影響 固定 淀 粉濃度為 8%， MBA 濃度 為 %， 乳化劑 濃度 為 12% (Span80與 Tween80 的質量比 8:2)， 過硫酸銨 濃度 為 %，考察油水比對微球平均粒徑的影響，結果如圖 23 所示。 隨著油水體積比例的增大，微球的平均粒徑先增大后減小。當油水比很小時，油相較少，反相乳液效果不明顯，淀粉分子較少反應成球 ，因而粒徑很小；在油水比增大后，又由于攪拌時水相分散不均勻，所得的淀粉微球粒徑較大；當油水體積比大于 8:1 時，微球粒徑明顯降低。這主要是因為當油水比逐步增大時，水相液滴被分散的越來越小，已經(jīng)具有乳液法的特點，因此粒徑越來越小。 廣西大學本科學位論文 木薯淀粉微球合成工藝條件研究 14 圖 23 油水比對淀粉微球平均粒徑的影響 Fig. 23 Influence of oilwater ratio on average particle size of starch Microspheres 交聯(lián)劑 濃度 對微球平均粒徑的影響 固定淀粉濃度為 8%， 油水比 10:1， 乳化劑 濃度 為 12%(Span80 與Tween80 的質量比 8:2)， 過硫酸銨 濃度 為 %，考察交聯(lián)劑濃度對