一種連續生產生物纖維素凝膠的方法
2023-05-26 06:26:06
專利名稱：一種連續生產生物纖維素凝膠的方法
技術領域：
本發明涉及生物纖維素凝膠的生產設備及方法，具體涉及一種連續生產生物纖維素凝膠的設備及用該設備生產生物纖維素凝膠的方法。
背景技術：
生物纖維素(Biocellulose)又稱為細菌纖維素(Bacterial cellulose)，未乾燥脫水的產品呈凝膠狀，因此被稱為生物纖維素凝膠。其通常是由醋酸菌屬等細菌合成的纖維素。其與植物或海藻產生的天然纖維素具有相同的分子結構單元，但是其中沒有木質素、 果膠和半纖維素等伴生產物，具有更高的結晶度和更高的聚合度。生物纖維素還具有超精細的空間網狀結構，通常由直徑3-4納米的微纖組成纖維素，並相互交織形成發達的空間網狀結構。這些特性使得生物纖維素具有更好的機械強度和超高的持水能力，且具有良好的生物相容性、適應性和生物可降解性。目前已經在食品、醫藥、造紙、紡織等領域廣泛應用。
生物纖維素的生產，常使用靜態培養或動態培養，菌種常用木醋桿菌或木葡糖酸醋桿菌，培養基常用的有天然培養基，如椰子水培養基、菠蘿汁培養基、玉米漿培養基等、人工配置培養基(即直接用葡萄糖、蛋白腖等成分配置而成的培養基和混合培養基，即往天然成分中添加營養成分而製得的培養基)。靜態培養又稱為淺盤培養或表面培養，即在淺盤中裝入液態的培養基，接種菌種發酵培養，8-15天後會在液體培養基液面上生成生物纖維素凝膠產品。這種方法得到的生物纖維素產品空間網狀結構較為緻密，產品的品質較高，例如具有良好的機械性能，口感爽脆等。動態培養目前仍然停留在實驗室研究階段，其是採用搖床或攪拌培養的方式來生產生物纖維素凝膠，這種方法發酵的效率雖然更高，但是獲得產品的空間網狀結構較為鬆散，機械性能和口感相對較差。不論是上述的靜態培養法還是動態培養法，均無法實現連續化生產，操作困難；且靜態培養法發酵效率低下，這是由於在靜態發酵過程中，逐步產生的生物纖維素凝膠會隔絕氧氣(空氣)，導致後續的發酵效率降低； 而動態培養雖然能夠保證較高的發酵效率，但是其產品的品質卻受到了較大影響，無法推廣使用。發明內容
針對上述缺陷，本發明首先提供一種連續生產生物纖維素凝膠的設備，其包括罐體、設置在罐體上部的培養基進口和設置在罐體底部的培養基出口、氣孔、中心軸以及連接在中心軸上的至少一組槳葉,其中每組槳葉至少包括一個葉片，中心軸的旋轉可以帶動槳葉在罐體內旋轉。
上述的設備中，罐體優選是夾層罐體，且設置有保溫溶液的進口和出口。
上述的設備中，優選中心軸在罐體外連接有驅動馬達，通過驅動馬達帶動中心軸旋轉。
上述的設備中，優選中 心軸和槳葉均是空心的，且槳葉的外表面上設置有多個透氣孔，中心軸上還設置有進氣口。
上述的設備中，優選中心軸用不鏽鋼製成。
上述的設備中，優選槳葉用聚乙烯製成。
上述的設備中，優選槳葉的外表面是經過打磨的粗糙表面。
上述的設備中，優選在罐體的一側設置有可開啟或封閉的罐體艙門，該罐體艙門的大小大於每組槳葉的大小。
上述的設備中，優選連接有槳葉的中心軸可以從罐體上拆卸並重新安裝。
上述的設備中，優選連接在中心軸上的每組或每片槳葉可以從中心軸上卸下並重新安裝到中心軸上。
本發明還提供了一種用上述的設備連續生產細菌纖維素凝膠的方法，具體包括1)封閉培養基出口，保持氣孔通暢，通過培養基進口注入至少70°c的熱水，保持10-20 分鐘後，開啟培養基出口，放出熱水，以對設備進行清洗和消毒；2)再封閉培養基出口，並保持氣孔通暢，通過培養基進口注入滅菌後接種了生物纖維素產生菌的液體培養基至液面至少與槳葉接觸，開動驅動馬達，開始發酵；3)開啟罐體艙門，將連接有槳葉的中心軸從罐體上卸下，收穫生物纖維素凝膠。
上述方法的步驟I)中，優選在注入熱水後開啟驅動馬達，帶動中心軸及其上的槳葉旋轉；開啟培養基出口之前關閉驅動馬達。
上述方法的步驟2)中，經過接種的液體培養基的注入量優選是液面不超過中心軸的高度。
上述方法的步驟2)中，優選通過保溫溶液的進口和出口在罐體的夾層內循環 25-32 °C的保溫介質。
上述方法的步驟2)中，驅動馬達7的轉速20_120rpm。
上述方法的步驟2)中。發酵的同時，將培養基進口也封閉，通過氣孔向罐體內輸送氧氣。
上述方法的步驟3)中，優選用氣泵通過卸下的中心軸上的進氣口向中心軸和槳葉的空心內部吹氣，以使生物纖維素凝膠能夠迅速地從槳葉上分離下來，從而快速收穫生物纖維素凝膠。
上述方法中，優選發酵一段時間後通過培養基進口向培養基中補充碳源、氮源和/ 或無菌水。
上述方法中，優選一批發酵完成後，用滅菌的、連接有槳葉的中心軸替換罐體內的中心軸和槳葉，繼續進行發酵。
本發明中的所提供的設備和方法，可以不斷補充培養基中的營養物質，並通過替換中心軸和槳葉的方式實現生物纖維素凝膠的連續發酵生產；且通過槳葉的轉動，使其在與液體培養基接觸時吸附液體培養基，其離開液體培養基液面時能夠獲得充分的氧氣供應， 即使在槳葉上形成了生物纖維素凝膠，由於液體培養基仍然會吸附在已生成的生物纖維素凝膠上，當其離開液體培養基液面後仍然能夠獲得充足的氧氣，因此能有效提高發酵的效率，縮短發酵時間。採用吹氣法能夠快速將生物纖維素凝膠與中心軸和槳葉分離，快速實現收穫。
附圖1是本發明中設備的正面剖視示意圖；附圖2是本發明中設備的側面剖視示意圖。
具體實施方式
以下實施例僅用於說明本發明，其不應該限制本發明的範圍，任何在本領域可以容易的作出的改變都可以被認為在本發明的範圍之內。
實施例1用本發明的設備和方法連續生產生物纖維素凝膠封閉培養基出口 3，保持氣孔4通暢，通過培養基進口 2注入70°C的熱水，開啟驅動馬達7，帶動中心軸5及其上的槳葉6旋轉，槳葉6的外表面上設置有多個透氣孔8，中心軸上還設置有進氣口 ；保持20分鐘後，關閉驅動馬達後開啟培養基出口 3放出熱水，完成對設備進行清洗和消毒；然後再封閉培養基出口 3，並保持氣孔4通暢，通過培養基進口 2注入滅菌後接種了生物纖維素產生菌的液體培養基至液面至少與槳葉接觸，但不超過中心軸5，開動驅動馬達7，調節轉速為20rpm開始發酵；5天後，開啟罐體艙門10，將連接有槳葉6的中心軸5從罐體上卸下，重新安裝上滅菌的、連接有槳葉的中心軸，繼續進行發酵；用氣泵通過替換下來的中心軸上的進氣口 9向中心軸5和槳葉6的空心內部吹氣，使生物纖維素凝膠與中心軸5和槳葉6分離，收穫生物纖維素凝膠。
實施例2用本發明的設備和方法連續生產生物纖維素凝膠封閉培養基出口 3，保持氣孔4通暢，通過培養基進口 2注入90°C的熱水，開啟驅動馬達7，帶動中心軸5及其上的槳葉6旋轉，保持10分鐘後，關閉驅動馬達後開啟培養基出口 3 放出熱水，完成對設備進行清洗和消毒；然後再封閉培養基出口 3，並保持氣孔4通暢，通過培養基進口 2注入滅菌後接種了生物纖維素產生菌的液體培養基至液面至少與槳葉接觸， 但不超過中心軸5，開動驅動馬達7，調節轉速為120rpm，關閉培養基進口 2，通過氣孔向罐體I內輸送氧氣開始發酵；8天後,開啟罐體艙門10，將連接有槳葉6的中心軸5從罐體上卸下，重新安裝上滅菌的、連接有槳葉的中心軸，繼續進行發酵；用氣泵通過替換下來的中心軸上的進氣口 9向中心軸5和槳葉6的空心內部吹氣，使生物纖維素凝膠與中心軸5和槳葉6分離，收穫生物纖維素凝膠。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和 潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種連續生產生物纖維素凝膠的設備，其特徵在於該設備包括罐體(I)、設置在罐體(I)上部的培養基進口(2)和設置在罐體底部的培養基出口(3)、氣孔(4)、中心軸(5)以及連接在中心軸(5)上的至少一組槳葉(6)，其中每組槳葉至少包括一個葉片，中心軸(5)能夠旋轉帶動槳葉(6)在罐體內旋轉。
2.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於罐體(I)是夾層罐體，且設置有保溫介質的進口和出口。
3.根據權利要求1或2所述的設備，其特徵在於中心軸(5)在罐體(I)外連接有驅動馬達(7),通過驅動馬達(7)帶動中心軸旋轉。
4.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於中心軸(5)和槳葉(6)均是空心的，且槳葉(6 )的外表面上設置有多個透氣孔(8 )，中心軸(5 )上還設置有進氣口( 9 )。
5.根據權利要求1或4所述的設備，其特徵在於中心軸(5)用不鏽鋼製成。
6.根據權利要求5所述的設備，其特徵在於槳葉(6)用聚乙烯製成。
7.根據權利要求6所述的設備，其特徵在於槳葉(6)的外表面是經過打磨的粗糙表面。
8.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於在罐體(I)的一側設置有可開啟或封閉的罐體艙門(10)，該罐體艙門(10)的大小大於一組槳葉(6)的大小。
9.根據權利要求1或4所述的設備，其特徵在於連接有槳葉(6)的中心軸能夠從罐體(I)上拆卸並重新安裝。
10.一種用權利要求1-6所述之一的設備連續生產細菌纖維素凝膠的方法，其特徵在於步驟包括 1)封閉培養基出口(3 )，保持氣孔(4)通暢，通過培養基進口( 2 )注入至少70 V的熱水，保持10-20分鐘後，開啟培養基出口(3)，放出熱水； 2)再封閉培養基出口(3)，並保持氣孔(4)通暢，通過培養基進口(2)注入滅菌後接種了生物纖維素產生菌的液體培養基至液面至少與槳葉接觸，開動驅動馬達(7)，開始發酵； 3 )開啟罐體艙門(10 )，將連接有槳葉(6 )的中心軸(5 )從罐體上卸下，收穫生物纖維素凝膠。
11.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於步驟I)中，在注入熱水後開啟驅動馬達(7)，帶動中心軸(5)及其上的槳葉(6)旋轉；開啟培養基出口(3)之前關閉驅動馬達(7)。
12.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於步驟2)中，經過接種的液體培養基的注入量是液面不超過中心軸(5)的高度。
13.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於步驟2)中，通過保溫介質進口和出口在罐體(I)的夾層內循環25-32°C的保溫介質。
14.根據權利要求7或8所述的方法，其特徵在於步驟2)中，驅動馬達(7)的轉速20-120rpmo
15.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於步驟2)中，在發酵的同時封閉培養基進口(2),並通過氣孔(4)向罐體(I)內輸送氧氣。
16.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於步驟3)中，用氣泵通過卸下的中心軸(5 )上的進氣口( 9 )向中心軸(5 )和槳葉(6 )的空心內部吹氣，使生物纖維素凝膠與中心軸(5)和槳葉(6)分離。
17.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於發酵一段時間後通過培養基進口(2)向罐體中補充碳源、氮源和/或無菌水。
18.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於一批發酵完成後，用滅菌的、連接有槳葉的中心軸替換罐體內的原中心軸和槳葉，連續進行發酵。
全文摘要
本發明涉及一種連續生產生物纖維素凝膠的設備及用該設備生產生物纖維素凝膠的方法。該設備罐體、設置在罐體上部的培養基進口和設置在罐體底部的培養基出口、氣孔、中心軸以及連接在中心軸上的至少一組槳葉，其中每組槳葉至少包括一個葉片，中心軸能夠旋轉帶動槳葉6在罐體內旋轉。連接有槳葉的中心軸能夠從罐體上拆卸並重新安裝，且中心軸和槳葉均是空心的，槳葉的外表面上設置有多個透氣孔，中心軸上還設置有進氣口。通過本發明中的設備和方法，實現生物纖維素凝膠的連續發酵生產，有效提高發酵的效率，縮短發酵時間，還能快速實現收穫，大大提高生產效率。
文檔編號C12P19/04GK103045461SQ20131000463
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月7日 優先權日2013年1月7日
發明者鍾春燕, 其他發明人請求不公開姓名 申請人:海南椰國食品有限公司