CN110003361B - 一种高品质琼脂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高品质琼脂的制备方法,采用戊二酸酐对琼脂粉进行酯化改性,提高琼脂的利用价值。本发明工艺简单,制备的高品质琼脂的透明度与原琼脂相比得到了显著的提高,同时提高了琼脂的粘度,改性后的高品质琼脂具有较高的凝胶强度。
Description
技术领域
本发明属于琼脂深加工技术领域,具体涉及一种高品质琼脂的制备方法。
背景技术
琼脂(agar) 是从海藻类植物中提取的多糖体藻胶,富含人体所必需的多种微量元素,在促进肠胃消化吸收方面具有一定功效。琼脂溶液加热遇冷后迅速变成胶质状,使体系由溶液或溶胶转变为一种特殊的半固体状态,因此具有很好的胶凝性和凝胶稳定性。另外,琼脂具有良好的亲水性、增稠和悬浮性等功能特性,因此广泛用于食品、医药、日用化工、生物工程等许多方面。但是目前市场上的琼脂品种单一,所以一些文献借助物理、化学或生物等方法或者多种改性方法相结合,获得不同性质的琼脂。曹明昭等以琼脂为原料,氯乙酸为羧甲基化试剂,制备了羧甲基化琼脂(CMA);夏凯等以硫酸亚铁为催化剂,琼脂与双氧水反应,制备了氧化琼脂;徐博等以螺杆挤压改性法生产了高凝胶强度的低温溶解江蓠属琼脂。但是以上方法存在过程繁琐,耗时较长,所耗原料比较多,需要催化剂和一些危险试剂的缺点。本发明针对上述不足之处,采用化学改性的方法,简单易操作,不需催化剂,所需试剂少,且得到的琼脂具有透明度高、溶解温度低、粘度高等多项特点。
发明内容
本发明的目的是提供一种高品质琼脂的制备方法,提高琼脂的利用价值。本发明采取以下试验方案:
一种高品质琼脂的制备方法,包括如下步骤:
(1)称取一定量的琼脂粉,加入乙醇溶液;
(2)逐滴加入适量的经有机试剂溶解的戊二酸酐进行酯化,边滴加边在一定温度下进行搅拌;
(3)控制戊二酸酐在1h滴加完毕,并在反应过程中使用NaOH溶液调节反应体系pH;
(4)继续反应一定时间后,立即过滤,用去离子水洗涤、干燥、粉碎过筛得到高品质戊二酸酐改性琼脂。
以取代度、凝胶强度、透明度作为优化指标进行优选:
所述的步骤1)中:乙醇溶液体积分数为25%。
所述的步骤2)中有机试剂是无水乙醇,戊二酸酐与无水乙醇的质量体积比为1:15g/ml。
所述的步骤2)中:戊二酸酐的质量为琼脂粉的30%,搅拌温度为30℃。
所述的步骤3)中:在滴加过程中用3wt%浓度的NaOH溶液控制pH为8~8.5。
所述的步骤4)中:继续反应0.5h。
应用:将所制备的高品质琼脂,应用于菌株固载材料、组织切片中。
本发明的优点在于:
(1)本发明工艺简单,简单易操作,不需催化剂,所需试剂少;
(2)目前尚未见到有关提高琼脂透明度的文献和技术,本发明创造性地借助化学改性方法,提高了琼脂的透明度,较高的透明度琼脂可用于透明培养基、薄膜的制作;也可以更方便观察做一些观察实验,从而拓宽琼脂的应用范围,提高其利用价值。
(3)本发明提高了琼脂的粘度,较强的粘度可以增加颗粒的固水能力,提供更大的阻力使其变形,且具有稳定乳化状态和悬浊状态作用。
(4)本发明改性后得到的高品质琼脂仍具有较高的凝胶强度,琼脂强度太低的话在一些应用上会受到限制,如作为凝固剂、增稠剂等都需要一定的凝胶性和强度。
(5)本发明高品质琼脂溶解温度下降,意味着琼脂热稳定性变差,节约了工业生产中溶解琼脂所需的能源。而且使温度敏感的物质与琼脂的共同应用成为可能。
(6)本发明高品质琼脂凝固温度、融化温度下降,使温度敏感的物质与琼脂的共同应用成为可能。
(7)琼脂由琼脂糖和琼脂胶组成,其中琼脂糖是不含有硫酸酯(盐)的非离子型多糖,是形成凝胶的重要组分;而琼脂胶没有胶凝的功能,是带有硫酸酯(盐)、糖醛酸的复杂多糖。商业生产中期望获得硫酸根含量较低的琼脂,以替代价格昂贵的琼脂糖。而且硫酸盐含量与凝胶强度成反比,硫酸盐基团可能影响了分子间形成双螺旋的氢键,起扭结作用,从而阻碍凝胶网络的形成。本发明使改性后的琼脂硫酸盐含量下降,具有更高的品质。
(8)琼脂凝胶既可以吸收大量的水,又拥有可以封装生物活性物质的网络结构。这些优势使其成为药物应用的合适载体,本发明琼脂改性后引入了羧基基团,羧基基团在聚合物之间电离产生静电斥力,扩大了凝胶网络,同时由于改性后琼脂的热稳定性变差,因此溶胀性变好,更多的水可以渗透到水凝胶网络,有利于包埋更多的物质。
附图说明
图1为不同乙醇浓度下的琼脂性质;
图2为不同戊二酸酐含量下的琼脂性质;
图3为不同反应温度下的琼脂性质;
图4为不同反应时间下的琼脂性质;
图5为不同反应pH下的琼脂性质;
图6为原琼脂和戊二酸酐改性琼脂的红外图;
图7为原琼脂(左)和戊二酸酐改性琼脂(右)的透明度;
图8为原琼脂(左)和戊二酸酐改性琼脂(右)的溶胀性;
图9为原琼脂(左)和戊二酸酐改性琼脂(右)的生物培养基。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例,作详细说明。本发明的方法如无特殊说明,均为本领域常规方法。
1.高品质琼脂的优选
1.1乙醇浓度的优选
(1)称取10g的原琼脂粉,加入100mL不同体积分数的乙醇溶液;
(2)逐滴加入3g经45mL无水乙醇溶解的戊二酸酐进行酯化,边滴加边控制在30℃下进行搅拌;
(3)控制酸酐在1.0h滴加完毕,并在反应过程中使用3wt%NaOH溶液调节反应体系pH在8.0-8.5内;
(4)继续反应0.5h后,立即过滤,洗涤、干燥、粉碎过筛。
结果如图1所示,随着乙醇浓度的增加,取代度逐渐下降,强度逐渐上升,透明度在0-75%乙醇体积浓度范围时变化不大,但是当为100%时,透明度明显下降,综合透明度、强度、取代度及成本问题,选择25%的乙醇体积浓度。
1.2戊二酸酐添加量的优选
(1)称取10g的原琼脂粉,加入100mL体积分数25%的乙醇溶液;
(2)逐滴加入不同质量经无水乙醇溶解的戊二酸酐(戊二酸酐与无水乙醇质量体积比为1:15 g/ml)进行酯化,边滴加边控制在30℃下进行搅拌;
(3)控制酸酐在1.0h滴加完毕,并在反应过程中使用3wt%NaOH溶液调节反应体系pH在8.0-8.5内;
(4)继续反应0.5h后,立即过滤,洗涤、干燥、粉碎过筛。
结果如图2所示,取代度随着GA添加量上升而增加,强度随着GA添加量上升而下降,当GA添加量为30%后,透明度就不再上升,因此选择30%(3g)的GA添加量。
1.3反应温度的优选
(1)称取10g的原琼脂粉,加入100mL体积分数25%的乙醇溶液;
(2)逐滴加入3g经45mL无水乙醇溶解的戊二酸酐进行酯化,边滴加边控制在不同温度下进行搅拌;
(3)控制酸酐在1.0h滴加完毕,并在反应过程中使用3wt%NaOH溶液调节反应体系pH在8.0-8.5内;
(4)继续反应0.5h后,立即过滤,洗涤、干燥、粉碎过筛。
结果如图3所示,取代度和透明度随着温度上升而下降,强度上升,因此选择30℃。
1.4反应时间的优选
(1)称取10g的原琼脂粉,加入100mL体积分数25%的乙醇溶液;
(2)逐滴加入3g经45mL无水乙醇溶解的戊二酸酐进行酯化,边滴加边控制在30℃下进行搅拌;
(3)控制酸酐在1.0h滴加完毕,并在反应过程中使用3wt%NaOH溶液调节反应体系pH在8.0-8.5内;
(4)继续反应一段时间后,立即过滤,洗涤、干燥、粉碎过筛。
结果如图4所示,取代度、透明度、凝胶强度均随着时间增加而下降,因此选择1.5h。
1.5反应pH的优选
(1)称取10g的原琼脂粉,加入100mL体积分数25%的乙醇溶液;
(2)逐滴加入3g经45mL无水乙醇溶解的戊二酸酐进行酯化,边滴加边控制在30℃下进行搅拌;
(3)控制酸酐在1.0h滴加完毕,并在反应过程中使用3wt%NaOH溶液调节反应体系pH处于不同值;
(4)继续反应0.5h后,立即过滤,洗涤、干燥、粉碎过筛。
结果如图5所示,取代度和透明度在pH 8.0-8.5达到了最大值,因此选择反应pH为8.0-8.5。
实施例1
一种高品质琼脂的制备方法,包括如下步骤:
(1)称取10g的琼脂粉,加入100mL体积分数25%的乙醇溶液;
(2)逐滴加入3g经45mL无水乙醇溶解的戊二酸酐进行酯化,边滴加边控制在30℃下进行搅拌;
(3)控制戊二酸酐在1h滴加完毕,并在反应过程中使用3wt%NaOH溶液调节反应体系pH在8.0-8.5内;
(4)继续反应0.5h后,立即过滤,用去离子水洗涤、干燥、粉碎过筛得到高品质戊二酸酐改性琼脂。
根据以上优选结果,得到的高品质琼脂取代度为0.1009,透明度为75.53%,相较原琼脂40.8%提高了85%,凝胶强度为861 g/cm2,相较原琼脂1213.4 g/cm2降低了29.04%,但是仍在高强度标准800 g/cm2以上。
表(1)
由表1中数据可以直观看出,改性后的高品质琼脂凝固温度、融化温度、溶解温度、3-6内醚、硫酸根含量下降,粘度上升。
从图6中可以看出,酯化反应过后,所制得的琼脂不仅存在原琼脂的吸收振动峰,还在1716.33cm-1与1583.67cm-1处出现新的振动吸收峰根据化合物基团的振动规律可知,在1716.33cm-1处的吸收峰是由于酯类化合物的C=O伸缩振动产生的,1583.67cm-1处的吸收峰是由于RCOO-不对称振动产生的。这说明经改性处理后,琼脂与戊二酸酐成功地发生了酯化反应。
从图7可直观看出,原琼脂经酯化改性后,其透明度得到了显著的提高。这是由于琼脂经过改性后,酯化反应使琼脂分子中的羟基(-OH) 被开环所取代,阻止了琼脂分子间氢键的形成,这会破坏分子间的氢键作用,使分子间变得松散,阻碍了琼脂分子间的相互缔合,缔合作用的减少使得光线更易穿透;同时由于亲水性羧基的引入增大了琼脂分子在水中的分散程度,使光线对其的通透性增强,而且琼脂颗粒的吸水膨胀能力增强,更容易水合,因此透明度上升。
图8 可以看出改性后的高品质琼脂不易溶胀。
实施例2
高品质琼脂作乳化剂的应用,包括如下步骤:
(1)分别取 0.45g 高品质戊二酸酐改性琼脂和原琼脂,加入30 mL 水,微波溶解;
(2)将琼脂溶液置于75℃水浴锅中保温 10min;
(3)加入 1mL 大豆油,进行高速剪切 3 min,得到乳液。
(4)对制备好的乳液,利用分光光度计法测定其乳化性大小和乳化稳定性,乳化性大小为戊二酸酐改性琼脂:0.151±0.026,原琼脂:0.188±0.035,而且乳化稳定性也有所提高,说明改性琼脂作乳化剂时性能跟原琼脂有所提高。
实施例3
高品质琼脂作生物培养基(LB培养基)的应用,包括如下步骤:
(1)培养基的制备:称取1 g细菌学蛋白胨,0.5 g酵母粉,1 g NaCl,再加入占总体系2%的改性琼脂和原琼脂,加水100 ml,用1 mol/L的NaOH溶液调节pH为7.5。在高温灭菌锅中灭菌21 min。
(2)将灭菌之后的培养液冷却至60℃左右后,在超净工作台上,倒入培养皿中。待凝固后,采用平板划线法接大肠杆菌。
(3)完成上述步骤后,将培养皿置于37℃培养箱中培养24h。观察其成长状态。
(4)通过图9说明改性琼脂培养基比原琼脂更加透明,更利于观察菌落的生长情况。
以上为本发明的优选实施例,仅用于更好的理解本发明,并不能对本发明做任何限定。对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。因此依本发明权利要求所作的等同变化,均可认为是本发明所涵盖的范围。
Claims (1)
1.一种高品质琼脂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)称取一定量的琼脂粉,加入乙醇溶液;
(2)逐滴加入适量的经有机试剂溶解的戊二酸酐进行酯化,边滴加边在一定温度下进行搅拌;
(3)控制戊二酸酐在1h滴加完毕,并在反应过程中使用NaOH溶液调节反应体系pH;
(4)继续反应一定时间后,立即过滤,用去离子水洗涤、干燥、粉碎过筛得到高品质戊二酸酐改性琼脂;
所述的步骤1)中:乙醇溶液体积分数为25%;
所述的步骤2)中:戊二酸酐的质量为琼脂粉的30%,搅拌温度为30℃;
所述的步骤2)中有机试剂是无水乙醇,戊二酸酐与无水乙醇的质量体积比为1:15 g/ml;
所述的步骤3)中:在滴加过程中用3wt%浓度的NaOH溶液控制pH为8~8.5;
所述的步骤4)中:继续反应0.5h。
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