水力空化强化壳聚糖微球的制备及其对颗粒特征的影响研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31701646
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C2006.食品加工与制造
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Preparation of chitosan microsphere is one of research hotspots in high-value processing and utilization of chitosan resource. There exist long emulsification time in mixture of oil and water, difficulty in homogeneity of oil and water, low mass transfer rate in reaction and out of control in size distribution of microsphere for preparation of chitosan microsphere by using conventional methods at present. In this research, the effect of hydrodynamic cavitation will be used for intensification of both of the key points that are the emulsification process and the cross-linking reaction in the emulsion cross-linking method, which is the most widely used for the preparation of chitosan microsphere in conventional methods. The effect of molecular weight of chitosan, rheological properties of chitosan solution, emulsification condition, types and structure parameters of cavitation component, and multi-stage hydrodynamic cavitation on the particle characteristics of chitosan microsphere will be systematically studied. Both the hydrodynamic cavitation bubble dynamics and the hydrodynamic cavitation field in the heterogeneous emulsion of oil and aqueous chitosan solution will be studied by using computer simulations, which can provide the basis for the choice of cavitation component and the structure optimization of cavitation component. By combining with the experimental test and calculated results of cavitation number, the influence mechanism of the micro-mixing scale of emulsification process which is intensified by hydrodynamic cavitation on particle characteristics will be studied by using numerical simulation, which can provide theoretical basis for the intensification of preparation of chitosan microsphere with emulsion cross-linking method by using hydrodynamic cavitation. The studied results will provide important significance for promoting the research of hydrodynamic cavitation on the intensification of preparation of chitosan microsphere and polysaccharide microsphere.
壳聚糖微球制备是壳聚糖资源高值化加工与利用研究的热点之一。目前壳聚糖微球常规法制备大多存在油-水混合乳化时间长、油-水混合均质困难、反应传质速率慢、微球粒径分布不可控等问题,而现有技术均未能有效解决或是尚处于理论研究阶段。本项目以常规法中最广泛使用的乳化交联法为研究对象,采用水力空化效应强化该法中的乳化过程和交联反应这两个关键点,系统研究壳聚糖分子量、壳聚糖溶液流变性质、乳化条件、空化元件类型及结构参数、多级水力空化等对壳聚糖微球颗粒特征的影响规律;并对非均相油-壳聚糖水溶液乳化体系的空泡动力学、空化流场进行计算机模拟,为空化元件选择及结构优化提供依据;同时结合实验测定和计算空化数,通过数值模拟研究水力空化强化乳化过程的非均相微观混合尺度对壳聚糖微球颗粒特征的影响机制,为水力空化强化乳化交联法制备壳聚糖微球提供理论依据。研究结果对水力空化强化壳聚糖微球乃至多糖微球的制备具有重要价值。

结项摘要

壳聚糖(CS)微球制备是壳聚糖资源高值化利用的研究热点,且水力空化(HC)强化微粒制备研究仍处于理论空白。本项目系统研究CS分子量、流变性质、乳化条件、单级空化和多级空化等对微粒特征的影响规律,并探讨不同空化方式对非均相微观混合尺度的作用规律及其对颗粒大小的影响机制。研究结果表明:.HC制出了粒度小、分布窄,且尺寸在230~1500nm范围可控的纳米级微粒。与传统石蜡油相比,棕榈油更适合作为连续相;戊二醛以W/O乳液的添加方式为宜;增大CS分子量,微粒的粒度增大,分布变宽,但产率提高。微粒成球性、产率和颗粒形貌对溶解CS的溶剂性质、CS溶液流变学性质存在强依赖性;HLB≥8.3或油/水比≥10:1,微粒表面越粗糙,团聚加剧。宜选用开孔率小,比周长大的孔板;相比戊二醛,京尼平交联制得的微粒成球性更好,产率更高。制备效果比较表明:三级空化>二级空化>单级空化。微粒在模拟胃液缓冲溶液中释放最快,小肠环境次之,而在大肠中的释放最慢,且在100h内,5-Fu药物累计释放率可达92.3%。. 增大CS分子量、脱乙酰度,水相和油相间的非均相微观混合尺度变弱;提高内水相含量(φw),乳液粘度增大,且其表现出对φw强依赖性;Span-80用量>8%不利于形成窄分布的纳米乳液,且减弱了非均相微观混合尺度;增大入口压力,或降低空化数,非均相的微观混合尺度提高。数值模拟表明:壳聚糖W/O型乳液粘度与其粒径满足单调递减的幂函数关系;聚结是造成壳聚糖W/O型乳液失稳的主要机制;乳液的不稳定性可诱导交联制得微粒粒度增大、分布变宽,且粘连性加剧;微粒大小与壳聚糖W/O型乳状液非均相微观混合尺度呈正相关。. 以上研究表明:HC可有效强化乳化交联过程获得粒度小、分布窄、尺寸可控,且能负载活性药物的纳米级CS微粒。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Ultrasonic assisted water-in-oil emulsions encapsulating macro-molecular polysaccharide chitosan: Influence of molecular properties, emulsion viscosity and their stability
超声辅助包覆大分子多糖壳聚糖的油包水乳液:分子性质、乳液粘度及其稳定性的影响
  • DOI:
    10.1016/j.ultsonch.2020.105018
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Ultrasonics Sonochemistry
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Kunming Zhang;Zhijuan Mao;Yongchun Huang;Yun Xu;Chengdu Huang;Yan Guo;Xian'e Ren;Chunyou Liu
  • 通讯作者:
    Chunyou Liu
文丘里管空化强化壳聚糖抗菌纳米微球的制备研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    保鲜与加工
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张昆明;陆小菊;黄永春;杨锋;黄承都;任仙娥
  • 通讯作者:
    任仙娥
文丘里管空化强化离子交联法制备壳聚糖抗菌微粒
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    高校化学工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张昆明;陆小菊;黄永春;黄承都;杨锋;任仙娥;郭艳
  • 通讯作者:
    郭艳
水力空化及其在生物资源领域中的应用研究进展
  • DOI:
    10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2018.02.002
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    广西科技大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张昆明;陆小菊;黄永春;杨锋;黄承都;任仙娥;黄琼
  • 通讯作者:
    黄琼
壳聚糖W/O型乳状液的超声辅助制备及其稳定性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    食品科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    茅芝娟;张昆明;黄永春;郭艳;杨锋;任仙娥;艾硕
  • 通讯作者:
    艾硕

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其他文献

基于MSP430 单片机的光电烟雾探测器设计
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    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    微计算机信息
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王永骥;张昆明;曲豪;瞿少成
  • 通讯作者:
    瞿少成
亥姆霍兹自振空化装置流场特性的数值模拟
  • DOI:
    10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2021.01.001
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    广西科技大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王天宇;李兴;张昆明;黄永春;杨锋;黄承都
  • 通讯作者:
    黄承都
单孔孔板水力空化对大豆球蛋白理化性质的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    食品科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王芳;杨锋;任仙娥;黄永春;刘纯友;张昆明;阎柳娟
  • 通讯作者:
    阎柳娟

其他文献

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张昆明的其他基金

自激振荡脉冲射流强化混合过程实现高效制取壳聚糖纳米粒
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    33 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
自激振荡脉冲射流强化混合过程实现高效制取壳聚糖纳米粒
  • 批准号:
    32260601
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    33.00 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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