一种核壳结构净水菌胶囊及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种包埋净水菌剂和缓释碳源的核壳结构胶囊，其特征在于：胶囊为核壳结构。其中，胶囊核为复合缓释碳源，为预先加工成型的均质实心混合碳源块；胶囊壳为有机无机复合多孔材料，净水菌剂包埋于多孔材料中，在埋入胶囊内核后，通过固化处理成型。该核壳结构净水胶囊加工方法简单，胶囊内核碳源释放周期长，胶囊外壳强度高、透水性佳、菌剂净水活性高，且伴随可溶碳源释放殆尽胶囊亦溶蚀崩溃，具有宏观自我消耗指示特性，便于肉眼判断胶囊消耗情况。该胶囊在污染水体定点高效净化治理方面极具应用潜力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及菌剂固定化包埋领域，主要是涉及一种包埋净水菌剂和缓释碳源的核壳结构胶囊及其制备方法。
技术介绍
微生物在污染水体生态修复中扮演着无可替代的角色，在降低水体化学需氧量、氨氮和总氮等方面发挥着重要的作用。污染水体生态修复过程中，人工投加菌剂会伴随水体流动而流失或沉降到水底，导致应用效果降低，对菌剂净水性能的定点高效发挥不利。将净水菌剂进行固定化处理，并辅以适宜的碳源促进其活性的发挥，则可规避流失和沉降的问题，并能提高净水效果，利于污染水体定点高效治理。经过对现有技术的检索发现，菌剂固定化包埋研宄较多，常见高分子壁材如海藻酸钠、聚乙烯醇、卡拉胶、聚谷氨酸等，常见辅料如活性炭、硅藻土、沸石粉、粘土、多孔珍珠岩粉和聚氨酯泡沫等。常见高分子壁材菌剂固定化包埋应用中，既有单独应用的，也有组合应用的，如海藻酸钠-卡拉胶组合、海藻酸钠-聚乙醇组合、卡拉胶-海藻酸钠-聚乙烯醇组合等；在加工工艺上，有的采用冷冻成型法、有的采用固化液固定成型法、也有采用先冷冻后固化成型的方法；在产品类型上，有薄膜型、颗粒状和有块状等，均为内外质地一致的结构，未见核壳结构菌剂包埋物。
技术实现思路
本专利技术公开了。该核壳结构胶囊的核为混合缓释碳源，壳为负载净水菌的有机-无机复合多孔材料。碳源释放到壳中后被负载菌剂优先利用，并具有稳定胶囊壳结构的作用，待碳源消耗殆尽后，胶囊壳会变软坍塌，直至最后完全溶蚀掉。因此本专利技术核壳结构净水胶囊除具备菌剂固定化和缓释碳源支撑的高效净水活性外，还具有消耗情况自我指示作用，通过对胶囊宏观外形的变化和存量减少情况的观察，即可判断胶囊消耗程度，便于适时补充。与已有技术对比发现，本专利技术涉及的核壳结构净水胶囊特征尚未见报道，复合缓释碳源配方和加工工艺未见报道，由琼脂、海藻酸钠、硅藻土形成的胶囊外壳配方和加工工艺未见报道，以胶囊内核碳源调控胶囊外壳损耗的设计思路亦未见报道。本专利技术的目的是专利技术一种同时包埋碳源和菌剂的净水微生物固定化制剂，为了提高碳源的负载率，实现碳源可控缓慢释放，提高固定化菌剂对碳源的利用效率率，确保固定化菌剂与外界水体接触充分，本专利技术采用了核壳结构的设计思路。胶囊内核为经缓释处理的混合碳源，胶囊外壳为包埋净水菌剂的有机-无机复合多孔材料。混合碳源的主要成分包括:柠檬酸钠、硬脂酸、醋酸钙、醋酸钠、氯化钙、黄原胶、海藻酸钠和蔗糖；胶囊外壳的主要成分包括:净水菌剂、琼脂、海藻酸钠和硅藻土。一方面，本专利技术提供一种包埋缓释碳源和净水菌剂的核壳结构胶囊，其特征在于:胶囊为核壳两层结构，其中，缓释碳源为胶囊内核，主要成分包括:柠檬酸钠、硬脂酸、醋酸钙、醋酸钠、氯化钙、竹炭、碳酸钙、黄原胶、海藻酸钠和蔗糖等。优选的，包埋净水菌剂的有机-无机复合多孔材料为胶囊外壳，主要成分包括:净水菌剂、琼脂、海藻酸钠和硅藻土，净水菌总活菌数2.0 X 17?2.0X109CFU/g湿重胶囊壳；其中，所述的净水菌剂为保藏号为CGMCC N0.2288的枯草芽孢杆菌BJ和保藏号为ATCC14580的地衣芽孢杆菌DSM 13所产生。优选的，所述的胶囊内核为柠檬酸钠、硬脂酸、醋酸钙、醋酸钠、氯化钙、竹炭、碳酸钙、黄原胶、海藻酸钠和蔗糖的混合物，可以是任意形状，如球型、方型、柱状、饼状、橄榄型、星型等，最大外形尺寸可以是1.0cm?50cm。胶囊外壳为枯草芽孢杆菌BJ和地衣芽孢杆菌DSM 13菌粉、琼脂、海藻酸钠和硅藻土的混合物，包覆于胶囊内核表面，厚度为0.2cm?10cm，菌剂包封率90?99 %。优选的，其中柠檬酸钠的质量百分比含量为40?70%、硬脂酸的质量百分比含量为I?10%、醋酸钙的质量百分比含量为I?20%、醋酸钠的质量百分比含量为I?10%、氯化钙的质量百分比含量为10?40%、竹炭的质量百分比含量为0.1?20%、碳酸妈的质量百分比含量为0.1?30%、黄原胶的质量百分比含量为0.5?4%、海藻酸钠的质量百分比含量为0.5?4%和鹿糖的质量百分比含量为0.1?1%。优选的，:柠檬酸钠53%、硬脂酸6%、醋酸钙10%、醋酸钠2%、氯化钙20%、竹炭5%、碳酸钙0.1 %、黄原胶2.4%、海藻酸钠I %和蔗糖0.5%。另一方面，本专利技术涉及上述核壳结构净水菌剂胶囊的制备方法，包括以下步骤:第一步，配置胶囊内核物料，即缓释碳源混合物:将柠檬酸钠、硬脂酸、醋酸钙、醋酸钠、氯化妈、竹炭、碳酸妈、黄原胶、海藻酸钠和蔗糖按比例混合均勾，其中柠檬酸钠的质量百分比含量为40?70%、硬脂酸的质量百分比含量为I?10%、醋酸1?的质量百分比含量为I?20%、醋酸钠的质量百分比含量为I?10%、氯化1?的质量百分比含量为10?40%、竹炭的质量百分比含量为0.1?20%、碳酸钙的质量百分比含量为0.1?30%、黄原胶的质量百分比含量为0.5?4%、海藻酸钠的质量百分比含量为0.5?4%和鹿糖的质量百分比含量为0.1?1%。最适比例为:柠檬酸钠53%、硬脂酸6%、醋酸钙10%、醋酸钠2%、氯化钙20%、竹炭5%、碳酸钙0.1 %、黄原胶2.4%、海藻酸钠I %和蔗糖0.5% ；第二步，胶囊内核制作成型:将第一步的混合物与水按照质量比=10:1?10:5混合均匀，制成面团状或糊状物料，并加工成所需形状，然后于50?100°C烘干获得成型胶囊内核。第三步，胶囊外壳物料准备:将0.5?4.0g琼脂、0.5?5.0g海藻酸钠和20?50g硅藻土加入到10mL水中，加热至溶解充分。待温度降低到50°C时，加入枯草芽孢杆菌BJ菌粉0.2?2.0g和地衣芽孢杆菌DSM 13菌粉0.1?2.0g,并迅速搅拌均匀获得外壳物料，于45°C下备用。第四步，核壳胶囊制备:将第三步获得的外壳物料倒入一定形状的模具中，然后将第二步获得的成型胶囊内核嵌入外壳物料内部，使内核完全没入外壳物料中，于室温下冷却成型。于室温下静置，静置过程琼脂因温度降低而凝固，从而使得胶囊成型。外壳物料配方琼脂、海藻酸钠和硅藻土组合具有不可替代性。如将海藻酸钠替换成常见的聚乙烯醇，则不能固化成型；如将硅藻土替换为竹炭，则胶囊硬度大幅下降；如将海藻酸钠去掉则胶囊硬度大幅下降；如将硅藻土去掉，则胶囊硬度和透水性均大幅下降，胶囊干燥后缩小超过50%且复水后不能恢复。第五步，胶囊外壳固化和胶囊干燥处理:将第四步冷却成型的胶囊浸入5?10%氯化钙溶液中0.5?4h，然后取出于20?40°C下烘干过夜即可获得本专利技术最终核壳结构胶囊。本专利技术所有的百分比含量，没有特备指明，都属于质量百分比含量。本专利技术通过调节胶囊内核中硬脂酸、氯化钙、黄原胶和海藻酸钠的百分比含量调控碳源释放行为，可获得碳源释放特征差异显著的系列缓释碳源内核。例如提高硬脂酸、黄原胶和海藻酸钠的含量，柠檬酸钠、醋酸钙、醋酸钠和蔗糖的释放速度均降低，反之释放速度升高；提高氯化钙、醋酸钙和碳酸钙的含量，柠檬酸释放速度降低，反之升高。另外通过调控胶囊内核成份可对胶囊外壳稳定性进行调节。如同步按比例提高柠檬酸钠、碳酸钙、氯化钙和醋酸钙含量，可提高胶囊外壳稳定性，延长胶囊外壳作用时长；反之胶囊外壳稳定性减低，作用时长缩短。此外，通过调节胶囊核尺寸和胶囊壳的厚度，可以实现碳源释放周期的调控，胶囊核越大胶囊壳越厚，碳源释放周期越长；反之胶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包埋净水菌剂和缓释碳源的核壳结构胶囊，其特征在于：胶囊为核壳结构，以混合缓释碳源为核，以菌剂和有机‑无机复合多孔材料为壳；其中，核壳结构胶囊的核为混合缓释碳源，其特征在于，该核由柠檬酸钠、硬脂酸、醋酸钙、醋酸钠、氯化钙、竹炭、碳酸钙、黄原胶、海藻酸钠和蔗糖等混合而成，混合物中柠檬酸钠的质量百分比含量为40～70％、硬脂酸的质量百分比含量为1～10％、醋酸钙的质量百分比含量为1～20％、醋酸钠的质量百分比含量为1～10％、氯化钙的质量百分比含量为10～40％、竹炭的质量百分比含量为0.1～20％、碳酸钙的质量百分比含量为0.1～30％、黄原胶的质量百分比含量为0.5～4％、海藻酸钠的质量百分比含量为0.5～4％和蔗糖的质量百分比含量为0.1～1％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汤江武，柳永，王新，孙宏，姚晓红，吴逸飞，
申请(专利权)人：浙江省农业科学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33