一種利用麥稈/稻草生產細菌纖維素的方法

2023-06-15 09:36:41 2

專利名稱：一種利用麥稈/稻草生產細菌纖維素的方法
技術領域：
本發明屬細菌纖維素的製備領域，特別是涉及一種利用麥稈/稻草生產細菌纖維
素的方法。
背景技術：
細菌纖維素(Bacterial Cellulose,簡稱BC)又稱為微生物纖維素(Microbial Cellulose)，是一種有著廣闊應用前景的生物材料，與自然界中其它高等植物纖維素相比， 它具有許多獨特的性質，然而細菌纖維素培養基成本高，纖維素產量和產率低等問題卻是 其工業化生產和推廣應用的瓶頸。 目前研究比較全面的是由醋酸菌屬的木醋桿菌(Acetobacterxy linum)產生的細 菌纖維素。細菌纖維素在分子組成上和植物纖維素一樣，是由葡萄糖單體通過P-l，4糖苷 鍵聚合而成的直鏈高分子化合物。但細菌纖維素具有自己獨特的性質。(1)納米級纖維。 細菌纖維素的微纖維組成獨特的束狀纖維，寬度100nm左右，厚度為3 8nm，是目前最細 的天然纖維，其大小僅為人工合成纖維的1/10;(2)高結晶度和高化學純度。細菌纖維素 以100%纖維素的形式存在，不含半纖維素、木質素和其它成分，提純過程簡單；(3)高抗張 強度和彈性模量。細菌纖維素經洗滌、乾燥後，楊氏模量可達10Mpa，經熱壓處理後，楊氏模 量可達30Mpa，比有機合成纖維的強度高4倍；(4)高持水量(或稱高親水性)。細菌纖維 素能吸收60 700倍於其乾重的水份；(5)極佳的形狀維持能力和抗撕力。細菌纖維素膜 的抗撕能力比聚乙烯膜和聚氯乙烯膜要強5倍；(6)較高的生物適應性和良好的生物降解 性。自然環境中，在酸性、微生物以及纖維素酶催化等條件下可以最終降解成單糖等小分子 物質；(7)生物合成時性能和形狀的可調控性。通過調節培養條件，可得到性質不同的細菌 纖維素。 基於上述多方面的優異性能，細菌纖維素在多個領域有廣闊的應用前景，成為研 究熱點。(1)在醫用材料上，細菌纖維素用於組織工程支架、人工血管、人工角膜、人工皮膚 以及治療皮膚損傷等方面；(2)在食品工業上，細菌纖維素具有很強的親水性、持水性、穩 定性及完全不被人體消化的特點，可作為食品的增稠劑、成型劑、分散劑和結合劑等，作為 一種新型食品基料，也用於飲料、功能食品的製造；(3)在造紙工業上，細菌纖維素可提高 紙張的性能、開發新型紙張及特種紙；另外細菌纖維素也用於生產高級音響設備振動膜、超 級濾膜、生物傳感器表面膜等。 目前工業上生產細菌纖維素的主要原料葡萄糖、甘露醇、蔗糖等均是商品化的試 劑，成本較高，制約了細菌纖維素的規模化生產和應用，因此尋找、開發廉價的生產原料、降 低生產成本是開發利用細菌纖維素的關鍵。 麥稈和稻草等農作物秸稈是地球上一種數量巨大的可再生生物質資源。我國生物 質資源豐富，每年產生的生物質總量有50多億噸(乾重)，因此，農作物秸稈的資源化利用 是一項系統工程也是目前亟待開發的課題。 麥稈的主要化學成分由纖維素、木聚糖等半纖維素和木質素組成，是我國北方主要的農作物秸稈。稻草是水稻生產中的主要廢棄物，來源充足、價格低廉。我國稻草的年產 量為1.09X 108t，佔世界稻草總產量的四分之一以上。長久以來，大部分稻草未得到充分合 理的利用，或用作燃料或在田間被直接燃燒，即汙染環境又浪費資源。稻草主要成分是纖維 素、半纖維和木質素，含量分別為40%、24%和19%。其中纖維和半纖維主要由葡萄糖和木 糖等單糖組成，是微生物可以利用的碳源。尋找一種先進實用的技術將其中的纖維素和半 纖維素轉化為微生物易於利用的糖，並通過微生物發酵生產高附加值的產品，對於解決環 境汙染和稻草資源的利用具有重大的現實意義。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種利用麥稈/稻草生產細菌纖維素的方法， 該方法製備的培養基碳源質量好，價格低，適合於工業生產。
本發明的一種利用麥稈生產細菌纖維素的方法，包括
(1)麥稈的稀酸水解 麥稈先用植物粉碎機磨碎，再用稀硫酸或鹽酸(0. 3% 7%， w/v)在反應器中以 1:6-1: 30的麥稈與稀酸液的固/液比浸泡過夜(12-24h)，然後在溫度100°C 121°C 條件下反應30 80分鐘，接著通過抽濾將麥稈殘渣和酸水解液分開，收集水解液，4°C _8°C 冰箱冷藏備用；
(2)水解液的脫毒 由於水解液中含有一定的有毒物質，在以水解液作為培養基碳源時醋酸桿菌 (Acetobacter aceti)或葡萄糖氧化桿菌(Gluconobacter 0xydans)不會勝長禾口合成細菌 纖維素，所以水解液必需脫毒； 用Na0H、 Ca (0H) 2 (或石灰)和氨水(NH40H)等鹼對水解液進行脫毒，改變脫毒條件 譬如pH值、時間，以及分別結合活性炭或結合10%漆酶(酶活為2. 75U/mL)對水解液進行 脫毒以提高脫毒效果； 方法1 :Na0H將水解液pH值調到4. 5_5. 5，過濾沉澱，並微調到pH4. 5_5. 5 ;
方法2 :Na0H將水解液pH值調到4. 5_5. 5，加入活性炭吸附，反應後過濾掉活性炭 並重新微調pH值到4. 5-5. 5 ; 方法3 :NaOH將水解液pH值調到9. 5_11，加入活性炭吸附，反應後過濾掉活性炭 並重新調節pH值到4. 5-5. 5 ; 方法4 :Na0H將水解液pH值調到9. 5_11，於25-6(TC溫水浴條件下反應過夜，過濾 並重新調pH值到4. 5-5. 5 ; 方法5 :NaOH將水解液pH值調到9. 5_11，於25-6(TC溫水浴條件下反應過夜，過濾 並重新調PH值到4. 5-5. 5，然後加入活性炭吸附，反應後過濾掉活性炭並重新微調pH值到 4. 5-5. 5 ; 方法6 :NaOH將水解液pH值調到4. 5-5. 5，加10 %漆酶(酶活為2. 75U/mL)於 25-6(TC溫水浴條件下反應12h-24h，過濾掉沉澱物並重新微調pH值到4. 5-5. 5 ;
方法7 :Ca (OH) 2將水解液pH值調到4. 5_5. 5，過濾沉澱，並微調到pH4. 5_5. 5 ;
方法8 :Ca(0H)2將水解液pH值調到4. 5_5. 5，加入活性炭吸附，反應後過濾掉活性 炭並重新微調pH值到4. 5-5. 5 ;
方法9 :Ca(0H)2將水解液pH值調到9. 5_11，加入活性炭吸附，反應後過濾掉活性 炭並重新調節pH值到4. 5-5.5; 方法10 :Ca(0H)2將水解液pH值調到9. 5-11，於25-6(TC溫水浴條件下反應過夜， 過濾並重新調pH值到4. 5-5. 5 ; 方法11 :Ca(0H)2將水解液pH值調到9. 5-11，於25-6(TC溫水浴條件下反應過夜， 過濾並重新調PH值到4. 5-5. 5，然後加入活性炭吸附，反應後過濾掉活性炭並重新微調pH 值到4. 5-5. 5 ; 方法12 :Ca(0H)2將水解液pH值調到4. 5-5. 5，加10%漆酶(酶活為2. 75U/mL)於 25-6(TC溫水浴條件下反應12h-24h，過濾掉沉澱物並重新微調pH值到4. 5-5. 5 ;
方法13 :25% _30%氨水將水解液pH值調到9. 5_11，於25-6(TC溫水浴條件下反 應過夜，過濾並重新調pH值到4. 5-5. 5，然後加入活性炭吸附，反應後過濾掉活性炭並重新 微調pH值到4. 5-5. 5 ; 方法14 :25 % -30 %氨水將水解液pH值調到4. 5_5. 5，加10 %漆酶(酶活為 2. 75U/mL)於25-60 °C溫水浴條件下反應12h_24h，過濾掉沉澱物並重新微調pH值到 4. 5_5. 5。 (3)細菌纖維素的製備 取上述的脫毒水解液作為培養基碳源，補加0. 1_2%的氮源，12rC滅菌15-20min 後作為培養基，以5% _10%的接種量接入醋酸桿菌(美國標準生物樣品保藏中心 ATCC提 供Acetobacter aceti subsp. xyli皿s (Gluconacetobacter xyli皿s)ATCC 23770、 Acetobacteraceti subsp. xyli皿s (Gluconacetobacter xyli皿s)ATCC 53263、 Gluconacetobacter xyli皿sATCC 53264、 Gluconacetobacter xyli皿s ATCC 53524、 Gluconacetobacter xyli皿s ATCC53582、 Gluconacetobacter xyli皿s ATCC 53749、 Gluconacetobacter xyli皿s ATCC 53750、 Gluconacetobacter xyli皿s ATCC 700178、 Gluconacetobacter hansenii ATCC 10821、Gluconacetobacter hansenii ATCC 23769)或 葡萄糖氧化桿菌(Gluconobacter oxydans ATCC11894)等細菌在26-30°C ， 160-250轉/分 鍾搖床中培養或在26-3(TC培養箱內靜止培養，經過一段時間(6-25天)均能夠得到較理想 的細菌纖維素。 所述步驟(1)中的麥稈先用植物粉碎機磨碎至40目。 所述步驟(2)中的活性炭是1質量％ -6質量％的活性炭於室溫下攪拌5-10min。
所述步驟(3)中的氮源為酵母浸膏、蛋白腖、胰蛋白腖、牛肉膏、硫酸銨等銨鹽中 的一種或幾種。 所述步驟(3)用於培養細菌的碳源是經脫毒製備的麥稈水解液，按7-30g/L的還 原糖量(以葡萄糖計)將水解液配製成發酵培養基，含有O. 1_1%酵母浸膏、0. 1-0. 5%蛋白 腖，培養基PH值為5.0。
所述步驟(3)中的接種量為6 % 。 其中方法11， Ca(0H)2結合活性炭的方法製備細菌纖維素的效果最好，可以在11 天左右的時間生成較為理想的細菌纖維素膜，且細菌纖維素產量最高，可達15. 4mg/mL。當 該脫毒的水解液與其它常規碳源比較時，在相同碳源濃度和培養條件下，該脫毒水解液制 備的細菌纖維素產量仍高於常規碳源製備的，要比以純甘露醇、蔗糖或葡萄糖為碳源時的纖維素產量分別高出50. 3% 、65. 0%和69. 9% 。 此外，使用不同鹼液調節水解液pH至9. 5-11反應後再結合活性炭的方法(方法 5，方法11，方法13)要比用不同鹼液調節水解液pH至4. 5-5. 5再結合漆酶的方法(方法 6，方法12，方法14)對麥稈水解液脫毒效果好，其中脫毒效果最好的是用Ca(0H)2調節水解 液pH值，其次是NaOH和氨水。 麥稈主要化學成分由纖維素、半纖維素和木質素組成，但是麥稈結構複雜。纖維 素、半纖維素不但被木質素包裹，而且半纖維素部分共價和木質素結合，纖維素則具有高度 有序晶體結構，所以麥稈的利用需要預處理。只有經過預處理，才能解除木質素對纖維素的 包裹，從而把纖維素暴露出來，利於酸水解或酶水解及後續發酵過程。在水解過程中，雖然 有葡萄糖，木糖，阿拉伯糖等混合糖產生，但由於反應條件劇烈，還會生成許多對發酵微生 物有毒性作用的抑制物，水解液中的抑制劑主要有糠醛、羥甲基糖醛、乙酸、酚類化合物、 丁香酸、羥基苯甲酸、香草醛及其它有毒化合物。所以在使用上述水解液進行微生物發酵過 程中，需要對水解液脫毒，以減少這些有毒化合物對微生物發酵培養的影響。
本發明的一種利用稻草生產細菌纖維素的方法，包括
(1)稻草的稀酸水解 將稻草風乾粉碎，再用1% 8% (w/v)硫酸或鹽酸浸泡，稻草與硫酸或鹽酸的固 液比為1 : 5 1 : 25，然後在9(TC 14(TC下反應10 90min，反應結束後抽濾，收集水 解液； (2)水解液的脫毒 稻草酸水解過程中，除了產生單糖和低聚糖外，還產生一些副產物，這些副產物對 微生物的生長代謝有一定的抑制作用，所以在利用水解液生產細菌纖維素前需要進行處理。 用NaOH、Ca (OH) 2 (或石灰)、氨水(NH4OH)等鹼調節水解液pH值，結合活性炭或漆 酶對水解液進行處理。
6，離心或過濾除去沉澱； 6，加入活性炭反應5min
30min，離心或 方法1 :用NaOH調水解液pH值至4
方法2 :用NaOH調水解液pH值至4 過濾除去沉澱； 方法3 :用NaOH調水解液pH值至9 過濾除去沉澱，調水解液pH值至4 6 ;
方法4 :用NaOH調水解液pH值至9 離心或過濾除去沉澱，調水解液pH值至4 6
方法5 :用NaOH調水解液pH值至9 調水解液pH值至4 6，然後加入活性炭反應5min 30min，離心或過濾除去沉澱；
方法6 :用NaOH調水解液pH值至4 6，離心或過濾除去沉澱，加入10%的酶活 為2. 75U/mL的漆酶於30 6(TC水浴下反應12 24小時；
方法7 :用Ca (OH) 2調水解液pH值至4
方法8 :用Ca (OH) 2調水解液pH值至4 或過濾除去沉澱； 方法9 :用Ca (OH) 2調水解液pH值至9 -
ll，加入活性炭反應5min 30min，離心或
11，於20 60。C水浴下反應12 24小時，
11，於20 60。C水浴下反應12 24小時，
6，離心或過濾除去沉澱； 6，加入活性炭反應5min-
30min，離心
ll，加入活性炭反應5min 30min，離心或過濾除去沉澱，調水解液pH值至4 6 ; 方法10 :用Ca(0H)2調水解液pH值至9 11，於20 60。C水浴下反應12 24 小時，離心或過濾除去沉澱，調水解液pH值至4 6 ; 方法11 :用Ca(0H)2調水解液pH值至9 ll，於20 60。C水浴下反應12 24 小時，調水解液pH值至4 6，然後加入活性炭反應5min 30min，離心或過濾除去沉澱；
方法12 :用Ca(0H)2調水解液pH值至4 6，離心或過濾除去沉澱，加入漆酶於 30 60。C水浴下反應12 24小時； 方法13 :用氨水調水解液pH值至9 11，於20 6(TC水浴下反應12 24小時， 調水解液pH值至4 6，然後加入活性炭反應5min 30min，離心或過濾除去沉澱；
方法14 :用氨水調水解液pH值至4 6，離心或過濾除去沉澱，加入10%的酶活 為2. 75U/mL的漆酶於30 6(TC水浴下反應12 24小時； (3)取上述的脫毒水解液作為培養基碳源，補加O. 1 2X的氮源，12rC滅菌 15-20min後作為培養基；以5X 10%的接種量接入醋酸桿菌(美國標準生物樣品保藏 中心ATCC提供Acetobacter aceti subsp. xyli皿s (Gluconacetobacter xyli皿s)ATCC 23770、 Acetobacteraceti subsp. xyli皿s (Gluconacetobacter xyli皿s)ATCC 53263、 Gluconacetobacter xyli皿sATCC 53264、 Gluconacetobacter xyli皿s ATCC 53524、 Gluconacetobacter xyli皿s ATCC53582、 Gluconacetobacter xyli皿s ATCC 53749、 Gluconacetobacter xyli皿s ATCC 53750、 Gluconacetobacter xyli皿s ATCC 700178、 Gluconacetobacter hansenii ATCC 10821、Gluconacetobacter hansenii ATCC 23769)或 葡萄糖氧化桿菌(Gluconobacter oxydans ATCC11894)等細菌，在25 30°C 、 160 250rpm 振蕩培養或25 3(TC下靜置培養6-25天，得到細菌纖維素。
所述步驟(1)中的稻草為水稻秸稈。 所述步驟(2)活性炭是1質量％ -6質量％的活性炭於室溫下攪拌5-10min。
所述步驟(3)中的氮源為酵母浸膏、蛋白腖、胰蛋白腖、牛肉膏、硫酸銨等銨鹽中 的一種或幾種。 所述步驟(3)的培養基採用脫毒水解液作為培養基碳源，按7-30g/L的還原糖量 (以葡萄糖計)將水解液配製成發酵培養基，含有0. 1_1%酵母浸膏、0. 1_0.5%蛋白腖，培 養基pH值為5.0。 實驗結果表明，水稻秸稈用5%硫酸在固液比1 : 10時水解30min所得水解液 用Ca(0H)2結合活性炭處理後，將水解液的糖濃度調整為20g/L，補加0. 5%的酵母浸膏和 0. 5%蛋白腖配製成培養基，以6X的接種量接入醋酸桿菌，3(TC靜置培養10天，所得細菌 纖維素的產量為16. 2g/L，細菌纖維素的產量分別比以甘露醇、蔗糖、葡萄糖為碳源時提高 49. 9%、79. 2%和94. 0%。
有益效果 (1)本發明簡單，成本低廉，原料來源廣泛，適合於工業化生產； (2)本發明利用麥稈或稻草中這一價廉的原料，進行稀酸水解和脫毒，生產出一種
可以用於培養細菌製備纖維素的培養基碳源，為工業化大規模生產細菌纖維素這一新興生
物材料提供新的思路和途徑；麥稈或稻草來源廣泛，價格低廉，因此生產細菌纖維素的培養
基碳源的製備及其脫毒方法有著很高的實際應用價值，優勢明顯；經測試，本發明所生產的培養基碳源也可以用於其它工業微生物的培養，是一種價廉質優的碳源。


圖1不同方法製備的麥稈水解液碳源生產的細菌纖維素的結果。
具體實施例方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明 而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人 員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定 的範圍。 實施例1 麥稈先用植物粉碎機磨碎，再用稀硫酸(3%， w/v)在反應器中以1 : 6的麥稈與 稀酸液的固/液比浸泡過夜(12-24h)，然後在溫度12rC反應60分鐘，接著將麥稈殘渣和 酸液抽濾分開，收集水解液，4t:冰箱冷藏備用。 加入NaOH將水解清液pH值調到10左右，用濾紙過濾掉沉澱得到處理後水解液， 再微調PH值到10. 0。然後用膜封口 ，置於3(TC水浴中反應12-24過夜，最後用稀酸將水解 液pH值調到5.0。然後加入2% (質量百分比)活性炭，攪拌(室溫條件下5-10min)後用 濾紙過濾掉活性炭，得到脫毒水解清液，再用稀硫酸微調pH值到5. 5。脫毒後的水解液經測 糖，作為培養基碳源，再在其中補加0. 1 % -1 %的酵母浸膏和0. 1 % -0. 5%胰蛋白腖配成麥 稈水解液培養基用於微生物的培養。
實施例2 麥稈先用植物粉碎機磨碎，再用稀鹽酸(l^，w/v)在反應器中以l : IO的麥稈與 稀酸液的固/液比浸泡過夜(12-24h)，然後在溫度12rC反應75分鐘，接著將麥稈殘渣和 酸液抽濾分開，收集水解液，4t:冰箱冷藏備用。 加入Ca (OH) 2將水解清液pH值調到10左右，用濾紙過濾掉沉澱得到處理後水解 液，再微調pH值到10.0。然後用膜封口，置於4(TC水浴中反應12-24過夜，最後用稀酸將 水解液pH值調到5. 0。然後加入2% (質量百分比)活性炭，攪拌(室溫條件下5-10min) 後用濾紙過濾掉活性炭，得到脫毒水解清液，再用稀硫酸微調pH值到5. 5。脫毒後的水解液 經測糖，作為培養基碳源，再在其中補加O. 1%_1%的酵母浸膏和0. 1%_0.5%胰蛋白腖配
成麥稈水解液培養基用於微生物的培養。
實施例3 麥稈先用植物粉碎機磨碎，再用稀硫酸(2X，w/v)在反應器中以l : 15的麥稈與 稀酸液的固/液比浸泡過夜(12-24h)，然後在溫度IO(TC反應80分鐘，接著將麥稈殘渣和 酸液抽濾分開，收集水解液，4t:冰箱冷藏備用。 加入25%氨水將水解清液pH值調到10，用濾紙過濾掉沉澱得到處理後水解液，再 微調pH值到10。然後用膜封口，置於25t:水浴中反應過夜，最後用稀酸將水解液pH值調 到5.0。然後加入2% (質量百分比)活性炭，攪拌(室溫條件下5-10min)後用濾紙過濾 掉活性炭，得到脫毒水解清液，再用稀硫酸微調PH值到5. 5。脫毒後的水解液經測糖，作為 培養基碳源，再在其中補加0. 1% _1%的酵母浸膏和0. 1% -0. 5%胰蛋白腖配成麥稈水解液培養基用於微生物的培養。
實施例4 麥稈先用植物粉碎機磨碎，再用稀硫酸(3X，w/v)在反應器中以l : 15的麥稈與 稀酸液的固/液比浸泡過夜(12-24h)，然後在溫度ll(TC反應60分鐘，接著將麥稈殘渣和 酸液抽濾分開，收集水解液，6t:冰箱冷藏備用。 加入NaOH將水解清液pH值調到5. 0，加入10%酶活為2. 75U/mL的漆酶，於50°C 水浴中反應12h，過濾掉活性炭並重新微調pH值到5. 5。脫毒後的水解液經測糖，作為培養 基碳源，再在其中補加0. 1% _1%的酵母浸膏和0. 1% -0. 5%胰蛋白腖配成麥稈水解液培
養基用於微生物的培養。
實施例5 麥稈先用植物粉碎機磨碎，再用稀硫酸(3X，w/v)在反應器中以l : 30的麥稈與 稀酸液的固/液比浸泡過夜(12-24h)，然後在溫度ll(TC反應60分鐘，接著將麥稈殘渣和 酸液抽濾分開，收集水解液，6t:冰箱冷藏備用。 加入Ca(OH)2將水解清液pH值調到5. 0，加入10%酶活為2. 75U/mL的漆酶，於 5(TC水浴中反應12h，過濾掉活性炭並重新微調pH值到5. 5。脫毒後的水解液經測糖，作為 培養基碳源，再在其中補加0. 1% _1%的酵母浸膏和0. 1% -0. 5%胰蛋白腖配成麥稈水解 液培養基用於微生物的培養。
實施例6 麥稈先用植物粉碎機磨碎，再用稀鹽酸(3X，w/v)在反應器中以l : 30的麥稈與 稀酸液的固/液比浸泡過夜(12-24h)，然後在溫度12rC反應60分鐘，接著將麥稈殘渣和 酸液抽濾分開，收集水解液，4t:冰箱冷藏備用。 加入25X氨水將水解清液pH值調到5. O，加入10%酶活為2. 75U/mL的漆酶，於 4(TC水浴中反應12h，過濾掉活性炭並重新微調pH值到5. 5。脫毒後的水解液經測糖，作為 培養基碳源，再在其中補加0. 1% _1%的酵母浸膏和0. 1% -0. 5%胰蛋白腖配成麥稈水解 液培養基用於微生物的培養。
實施例7 麥稈先用植物粉碎機磨碎，再用稀硫酸(l^，w/v)在反應器中以l : 12的麥稈與 稀酸液的固/液比浸泡過夜(12-24h)，然後在溫度12rC反應30分鐘，接著將麥稈殘渣和 酸液抽濾分開，收集水解液，4t:冰箱冷藏備用。 加入Ca (OH) 2將水解清液pH值調到10左右，用濾紙過濾掉沉澱得到處理後水解 液，再微調pH值到10.0。然後用膜封口，置於4(TC水浴中反應過夜，最後用稀酸將水解液 pH值調到5.0。然後加入2% (質量百分比)活性炭，攪拌(室溫條件下5-10min)後用濾 紙過濾掉活性炭，得到脫毒水解清液，再用稀硫酸微調pH值到5. 5。脫毒後的水解液經測 糖，作為培養基碳源，再在其中補加0. 1 % -1 %的酵母浸膏和0. 1 % -0. 5%胰蛋白腖配成麥 稈水解液培養基用於微生物的培養。
實施例8 使用上述各種方法對麥稈水解液脫毒，並調節水解液糖濃度為25g/L，同時分別配 制同樣濃度的葡萄糖、甘露醇、蔗糖，再在其中補加0. 1% _1%的酵母浸膏和0. 1% -0.5% 胰蛋白腖分別配成50mL麥稈水解液培養基、葡萄糖培養基、甘露醇培養基、蔗糖培養基。將醋酸桿菌或葡萄糖氧化桿菌以6-10%的接種量接入麥稈水解液培養基在3(TC培養箱內靜 止培養8-15天，可得到較理想的細菌纖維素產品或較豐厚的細菌纖維素膜，實驗結果見圖 1。 在細菌纖維素產量上，使用Ca(0H)2結合活性炭的脫毒方法(方法ll)要優於那些 使用NaOH結合活性炭和氨水結合活性炭的脫毒方法。經Ca(OH)2結合活性炭的脫毒方法 製備的碳源，在8-15天左右的時間可以生成較理想的細菌纖維素膜，而經NaOH結合活性炭 和氨水結合活性炭的脫毒方法的碳源，雖然也能形成細菌纖維素膜，但產量沒有Ca(OH^結 合活性炭的脫毒方法高。 由圖1可見，Ca(0H)2結合活性炭的脫毒方法(方法11)的細菌纖維素產量是最
高的，當Ca(0H)2結合活性炭與其他常規碳源，譬如蔗糖，葡萄糖和甘露醇比較時，Ca(0H)2
結合活性炭脫毒的水解液製備的細菌纖維素產量高於常規碳源的培養基。所以在同等條件
下，使用脫毒麥稈水解液配製的培養基生產的細菌纖維素產量略高於以甘露醇、蔗糖或葡
萄糖為碳源的培養基，由於原料麥稈來源廣泛，價格低廉，因此該生產細菌纖維素的培養基
碳源的製備及其脫毒方法有著很高的實際應用價值，優勢明顯。 實施例9 稻草風乾粉碎後，在反應器中以1 : 10的固液比加入3% (w/v)硫酸，然後在 IO(TC下反應80min，反應結束後通過抽濾將殘渣和水解液分開，收集水解液。
用Ca(0H)2調水解液pH值至10，於3(TC水浴下反應12-24小時，調水解液pH值 至5，然後加入活性炭反應30min，離心或過濾除去沉澱； 以上述處理過的水解液為碳源，補加0. 1%的酵母浸膏和0. 5%蛋白腖，滅菌後作 為培養基。以6%的接種量接入菌種，在30°C 、 160 250rpm振蕩培養或靜止培養10天，得 到細菌纖維素。
實施例10 稻草風乾粉碎後，在反應器中以1 : 15的固液比加入5% (w/v)鹽酸，然後在 IO(TC下反應60min，反應結束後通過抽濾將殘渣和水解液分開，收集水解液。
用Ca(0H)2調水解液pH值至5，離心或過濾除去沉澱，加入漆酶於35t:水浴下反 應24小時； 以上述處理過的水解液為碳源，補加0. 1%的酵母浸膏和0. 5%胰蛋白腖，滅菌後 作為培養基。以10X的接種量接入菌種，在3(TC、160 250rpm振蕩培養或靜止培養8天，
得到細菌纖維素。
實施例11 稻草風乾粉碎後，在反應器中以1 : 8的固液比加入1% (w/v)硫酸，然後在120°C
下反應90min，反應結束後通過抽濾將殘渣和水解液分開，收集水解液。用NaOH調水解液pH值至5. 5，加入活性炭反應30min，離心或過濾除去沉澱； 以上述處理過的水解液為碳源，補加0. 1%的酵母浸膏和0. 5%蛋白腖，滅菌後作
為培養基。以8%的接種量接入菌種，在30°C 、 160 250rpm振蕩培養或靜止培養12天，得
到細菌纖維素。 實施例12 稻草風乾粉碎後，在反應器中以l : 20的固液比加入6% (w/v)硫酸，然後在9(TC下反應30min，反應結束後通過抽濾將殘渣和水解液分開，收集水解液。 用NaOH調水解液pH值至5，離心或過濾除去沉澱，加入漆酶於35。C水浴下反應24
小時； 以上述處理過的水解液為碳源，補加1%蛋白腖，滅菌後作為培養基。以8%的接 種量接入菌種，在30°C、160 250rpm振蕩培養或靜止培養10天，得到細菌纖維素。
實施例13 稻草風乾粉碎後，在反應器中以l : 25的固液比加入5% (w/v)硫酸，然後在9(TC 下反應45min，反應結束後通過抽濾將殘渣和水解液分開，收集水解液。
用氨水調水解液pH值至11，於5(TC水浴下反應12-24小時，調水解液pH值至5， 然後加入活性炭反應30min，離心或過濾除去沉澱； 以上述處理過的水解液為碳源，補加O. 1%的牛肉浸膏和0.5%蛋白腖，滅菌後作
為培養基。以10%的接種量接入菌種，在30°C 、 160rpm振蕩培養或靜止培養15天，得到細
菌纖維素。 實施例14 稻草風乾粉碎後，在反應器中以l : 6的固液比加入3% (w/v)鹽酸，然後在12(TC 下反應45min，反應結束後通過抽濾將殘渣和水解液分開，收集水解液。
用NaOH調水解液pH值至10，於3(TC水浴下反應12_24小時，離心或過濾除去沉 澱，調水解液pH值至5 ; 以上述處理過的水解液為碳源，補加O. 1%的酵母浸膏和0.5%蛋白腖，滅菌後作
為培養基。以10X的接種量接入菌種，在3(TC、160rpm振蕩培養或靜止培養10天，得到細
菌纖維素。 實施例15 稻草風乾粉碎後，在反應器中以1 : 10的固液比加入1% (w/v)鹽酸，然後在 14(TC下反應30min，反應結束後通過抽濾將殘渣和水解液分開，收集水解液。
用Ca(0H)2調水解液pH值至11，於3(TC水浴下反應12-24小時，離心或過濾除去 沉澱，調水解液pH值至5 ; 以上述處理過的水解液為碳源，補加O. 1%的牛肉浸膏和0.5%蛋白腖，滅菌後作 為培養基。以8%的接種量接入菌種，在30°C 、 160 250rpm振蕩培養或靜止培養10天，得 到細菌纖維素。
實施例16 稻草風乾粉碎後，在反應器中以l : 8的固液比加入5% (w/v)鹽酸，然後在10(TC 下反應30min，反應結束後通過抽濾將殘渣和水解液分開，收集水解液。
用Ca(OH)2調水解液pH值至IO，加入活性炭反應30min，離心或過濾除去沉澱，調 水解液pH值至5 ; 以上述處理過的水解液為碳源，補加0. 1%的酵母浸膏和0. 5%蛋白腖，滅菌後作 為培養基。以6%的接種量接入菌種，在30°C 、 180rpm振蕩培養或靜止培養15天，得到細菌 纖維素。 實施例17 稻草風乾粉碎後，在反應 中以1 : 12的固液比加入3% (w/v)硫酸，然後在12(TC下反應30min，反應結束後通過抽濾將殘渣和水解液分開，收集水解液。
用Ca (OH) 2調水解液pH值至5. 5，離心或過濾除去沉澱； 以上述處理過的水解液為碳源，補加0. 5%的酵母浸膏和0. 5%蛋白腖，滅菌後作 為培養基。以10X的接種量接入菌種，在3(TC、200rpm振蕩培養或靜止培養ll天，得到細
菌纖維素。
權利要求
一種利用麥稈生產細菌纖維素的方法，包括(1)麥稈先用植物粉碎機磨碎至20-80目，再用0.3％～7％w/v的稀硫酸或鹽酸在反應器中浸泡12-24h；麥稈與稀硫酸或鹽酸的固/液比為1∶6-1∶30，然後在100℃～121℃反應30～80分鐘，接著通過抽濾將麥稈殘渣和酸水解液分開，收集水解液，4℃-8℃冰箱冷藏備用；(2)水解液的脫毒方法1NaOH將水解液pH值調到4.5-5.5，過濾沉澱，並微調到pH4.5-5.5；方法2NaOH將水解液pH值調到4.5-5.5，加入活性炭吸附，反應後過濾掉活性炭並重新微調pH值到4.5-5.5；方法3NaOH將水解液pH值調到9.5-11，加入活性炭吸附，反應後過濾掉活性炭並重新調節pH值到4.5-5.5；方法4NaOH將水解液pH值調到9.5-11，於25-60℃溫水浴條件下反應12h-24h，過濾並重新調pH值到4.5-5.5；方法5NaOH將水解液pH值調到9.5-11，於25-60℃溫水浴條件下反應12h-24h，過濾並重新調pH值到4.5-5.5，然後加入活性炭吸附，反應後過濾掉活性炭並重新微調pH值到4.5-5.5；方法6NaOH將水解液pH值調到4.5-5.5，加10％的酶活為2.75U/mL的漆酶於25-60℃溫水浴條件下反應12h-24h，過濾掉沉澱物並重新微調pH值到4.5-5.5；方法7Ca(OH)2將水解液pH值調到4.5-5.5，過濾沉澱，並微調到pH4.5-5.5；方法8Ca(OH)2將水解液pH值調到4.5-5.5，加入活性炭吸附，反應後過濾掉活性炭並重新微調pH值到4.5-5.5；方法9Ca(OH)2將水解液pH值調到9.5-11，加入活性炭吸附，反應後過濾掉活性炭並重新調節pH值到4.5-5.5；方法10Ca(OH)2將水解液pH值調到9.5-11，於25-60℃溫水浴條件下反應12h-24h，過濾並重新調pH值到4.5-5.5；方法11Ca(OH)2將水解液pH值調到9.5-11，於25-60℃溫水浴條件下反應12h-24h，過濾並重新調pH值到4.5-5.5，然後加入活性炭吸附，反應後過濾掉活性炭並重新微調pH值到4.5-5.5；方法12Ca(OH)2將水解液pH值調到4.5-5.5，加10％的酶活為2.75U/mL的漆酶於25-60℃溫水浴條件下反應12h-24h，過濾掉沉澱物並重新微調pH值到4.5-5.5；方法1325％-30％氨水將水解液pH值調到9.5-11，於25-60℃溫水浴條件下反應12h-24h，過濾並重新調pH值到4.5-5.5，然後加入活性炭吸附，反應後過濾掉活性炭並重新微調pH值到4.5-5.5；方法1425％-30％氨水將水解液pH值調到4.5-5.5，加10％的酶活為2.75U/mL的漆酶於25-60℃溫水浴條件下反應12h-24h，過濾掉沉澱物並重新微調pH值到4.5-5.5；(3)取上述的脫毒水解液作為培養基碳源，補加0.1～2％的氮源，121℃滅菌15-20min後作為培養基；以5％-10％的接種量接入醋酸桿菌或葡萄糖氧化桿菌，在25-30℃，160-250轉/分鐘搖床中培養或在25-30℃培養箱內靜置培養，經過6-25天得到細菌纖維素。
2. —種利用稻草生產細菌纖維素的方法，包括(1) 將稻草風乾粉碎，再用1% 8% w/v硫酸或鹽酸浸泡，稻草與硫酸或鹽酸的固液 比為l : 5 1 : 25，然後在9(TC 14(TC下反應10 90min，反應結束後抽濾，收集水解 液；(2) 水解液的脫毒方法1 :用NaOH調水解液pH值至4 6，離心或過濾除去沉澱；方法2 :用NaOH調水解液pH值至4 6，加入活性炭反應5min 30min，離心或過濾 除去沉澱；方法3 :用NaOH調水解液pH值至9 11，加入活性炭反應5min 30min，離心或過濾 除去沉澱，調水解液pH值至4 6 ;方法4 :用NaOH調水解液pH值至9 11，於20 6(TC水浴下反應12 24小時，離 心或過濾除去沉澱，調水解液pH值至4 6 ;方法5 :用NaOH調水解液pH值至9 11，於20 6(TC水浴下反應12 24小時，調 水解液pH值至4 6，然後加入活性炭反應5min 30min，離心或過濾除去沉澱；方法6 :用NaOH調水解液pH值至4 6，離心或過濾除去沉澱，加入10 %的酶活為 2. 75U/mL的漆酶於30 60。C水浴下反應12 24小時；方法7 :用Ca(OH)2調水解液pH值至4 6，離心或過濾除去沉澱；方法8 :用Ca(OH)2調水解液pH值至4 6，加入活性炭反應5min 30min，離心或過 濾除去沉澱；方法9 :用Ca(OH) 2調水解液pH值至9 11，加入活性炭反應5min 30min，離心或過 濾除去沉澱，調水解液pH值至4 6 ;方法10 :用Ca(OH)2調水解液pH值至9 11，於20 60。C水浴下反應12 24小時， 離心或過濾除去沉澱，調水解液pH值至4 6 ;方法11 :用Ca(OH)2調水解液pH值至9 11，於20 6(TC水浴下反應12 24小時， 調水解液pH值至4 6，然後加入活性炭反應5min 30min，離心或過濾除去沉澱；方法12 :用Ca(OH)2調水解液pH值至4 6，離心或過濾除去沉澱，加入漆酶於30 6(TC水浴下反應12 24小時；方法13 :用氨水調水解液pH值至9 ll，於20 6(TC水浴下反應12 24小時，調 水解液pH值至4 6，然後加入活性炭反應5min 30min，離心或過濾除去沉澱；方法14 :用氨水調水解液pH值至4 6，離心或過濾除去沉澱，加入10 %的酶活為 2. 75U/mL的漆酶於30 60。C水浴下反應12 24小時；(3) 取上述的脫毒水解液作為培養基碳源，補加O. 1 2X的氮源，12rC滅菌15-20min 後作為培養基；以5% 10%的接種量接入醋酸桿菌或葡萄糖氧化桿菌，在25 30°C、 160 250rpm振蕩培養或25 3(TC下靜置培養6_25天，得到細菌纖維素。
3. 根據權利要求1或2所述的一種利用麥稈或稻草生產細菌纖維素的方法，其特徵在 於所述步驟(2)中的活性炭是1質量％ _6質量％的活性炭於室溫下攪拌5-10min。
4. 根據權利要求1或2所述的一種利用麥稈或稻草生產細菌纖維素的方法，其特徵在 於所述步驟(3)中的氮源為酵母浸膏、蛋白腖、胰蛋白腖、牛肉膏、硫酸銨等銨鹽中的一種 或幾種。
5.根據權利要求1或2所述的一種利用麥稈或稻草生產細菌纖維素的方法，其特徵在 於所述步驟(3)中的培養基採用脫毒水解液作為培養基碳源，按7-30g/L的還原糖量將水 解液配製成發酵培養基，含有0. 1_1%酵母浸膏、0. 1_0.5%蛋白腖，培養基pH值為5.0 ;其 中還原糖量以葡萄糖計。
全文摘要
本發明涉及一種利用麥稈/稻草生產細菌纖維素的方法，包括(1)麥稈或稻草磨碎，再用稀硫酸或鹽酸浸泡，反應，接著通過抽濾將麥稈或稻草殘渣和酸水解液分開，收集水解液備用；(2)水解液的脫毒；(3)取上述的脫毒水解液作為培養基碳源，加氮源，配成培養基，接入醋酸桿菌或葡萄糖氧化桿菌細菌在25-30℃，160-250轉/分鐘搖床中培養或在25-30℃培養箱內靜置培養，得到細菌纖維素。本發明製備的培養基碳源質量好，價格低，適合於工業化生產。
文檔編號C12P19/04GK101781666SQ20101014273
公開日2010年7月21日 申請日期2010年3月8日 優先權日2010年3月8日
發明者杜明, 楊雪霞, 洪楓 申請人:東華大學