一種動態發酵製備生物纖維素的方法
2023-07-29 04:26:11 3
專利名稱：一種動態發酵製備生物纖維素的方法
技術領域：
本發明涉及一種生物纖維素的製備方法，特別涉及一種動態發酵製備生物纖維素的方法。
背景技術：
生物纖維素(Biocellulose)是指在不同條件下，由醋酸菌屬(AcetcAacter)、土壤桿菌屬(Agrobacterium)、根瘤菌屬ahizobium)和八疊球菌屬(Sarcina)等中的某種微生物合成的纖維素的統稱，又稱為細菌纖維素；其通過微生物的生物合成作用，可以形成獨特的超精細網狀結構。具有很多與眾不同的特性，如生物纖維素的彈性模量為一般植物纖維的數倍至十倍以上，並且抗張強度高；生物纖維素有很強的持水能力。生物纖維素有較高的生物相容性、適應性和良好的生物可降解性，也是非常好的膳食纖維來源。已經在食品、 醫藥、化妝品等多個領域有廣泛的應用。生物纖維素的製備方法大體而言可以分為靜態發酵法和動態發酵法。靜態發酵法是在培養基中接種微生物後靜置發酵，微生物代謝產生的生物纖維素會以膜的形式生長在培養基液面與空氣的分界面上；而動態發酵則是將培養基置於攪拌或震蕩的環境中進行發酵。但是採用靜態發酵時，生物纖維素是從液面開始往下生長，隨著生物纖維素產量的增加，微生物生長所需要的氧氣將得不到有效供應，因此當生物纖維素膜增加到一定厚度時， 其就不會繼續產生了，這使得採用靜態發酵時，生物纖維素的產量十分有限；而採用動態發酵法得到的生物纖維素在培養基液體的作用下會呈小球狀，雖然其能夠不斷地通過攪拌或震蕩引用氧氣，但是得到的生物纖維素的結構卻較鬆散，結晶度不夠，機械性能較差，大大影響產品的質量。
發明內容
針對上述缺陷，本發明提供了一種動態發酵製備生物纖維素的方法，其既能夠提高生物纖維素的產量，同時也能夠獲得結晶度更高、機械性能更好的生物纖維素產品。本發明提供一種動態發酵製備生物纖維素的方法，其包括在動態發酵前的發酵培養基中加入惰性固體顆粒的步驟。上述方法中使用的惰性固體顆粒可以是有機材料製成的也可以是無機材料製成的。優選是有機惰性固體顆粒如聚乙烯顆粒和聚丙烯顆粒等。優選的無機惰性固體顆粒有沸石顆粒和活性炭顆粒等。這些材料的密度與液體培養基的密度相近，在攪拌或搖床發酵過程中能夠懸浮在液體培養基中。為了進一步促進微生物的生長，還可以將惰性固體原料與能給微生物生長提供能量的原料混合後，再經過擠出成型製成混合惰性固體顆粒，例如可以將聚丙烯樹脂加熱到165°C使其融化，加入大豆粉、酵母提取物，牛肉膏中的一種或多種後，擠出製成混合惰性固體顆粒。其配方可以為聚丙烯50-60份，大豆粉10-20份，酵母提取物10-20份，牛肉膏10-20份；優選聚丙烯50份，大豆粉20份，酵母提取物20份，牛肉膏10份。
上述方法中使用的惰性固體顆粒的形狀和大小可以是多種多樣的，優選粒徑在 5-20mm的球形顆粒，或邊長為5_20mm的立方體顆粒，或長度在IO-IOOmm的圓柱體形或長方體形棒狀顆粒。惰性固體顆粒在培養基中的加入量為每升培養基加入50-500g，因為所起的作用主要是載體和增加比表面積作用，則加入量基本是越多越好，但也不能過多；更優選是每升培養基加入80-150g。上述方法中，生物纖維素的發酵菌種優選為木醋桿菌或木葡糖酸醋桿菌。發酵培養基中含有供菌株生長的足量的碳源和氮源，碳源優選為葡萄糖、果糖、蔗糖和/或椰子水。上述方法中的動態培養可以是搖瓶發酵，轉速優選為80_250rpm，也可以採用機械攪拌發酵，轉速優選為100-500rpm。上述方法中的動態發酵是在下進行的。上述方法中還包括收穫生物纖維素小球後分離出其中的惰性固體顆粒的步驟。分離方法可以採用任何已知的可以將兩者分離的方法，最直接的方法是用刀將生物纖維素剖開，將固體顆粒直接取出。本發明的方法中使用的惰性固體顆粒能提供較大的比表面積，且具有與培養基較為接近的密度，則在動態發酵過程中可以懸浮在液體培養基中，使微生物吸附其上進行發酵，既能夠給微生物提供充足的氧氣，同時也能提高液體培養基中微生物的密度，能夠提高生物纖維素的產量。此外，惰性固體顆粒還給生物纖維素提供了良好的載體，能夠使生物纖維素結構更加緻密，提高其機械性能，從而提高生物纖維素的質量。
具體實施例方式下面結合實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。實施例1 動態發酵法製備生物纖維素
取椰子水ι升作為液體發酵培養基，向其中加入平均粒徑為IOmm的活性炭球形顆粒 100g，高溫滅菌後，接種經活化的木葡糖酸醋桿菌種子液，接種量10%(體積比下搖床培養，搖床轉速為80rpm，培養至培養基中生物纖維素不再增多後，固液分離得到生物纖維素小球，分離出其中的活性炭球形顆粒即得到生物纖維素產品。實施例2 動態發酵法製備生物纖維素
往1升水中加入葡萄糖30g、磷酸氫二鈉lg、磷酸二氫鈉lg、酵母提取物lg、蛋白腖 Ig製成液體發酵培養基，向其中加入平均粒徑為5mm的聚丙烯立方體顆粒80g，高溫滅菌後，接種經活化的木葡糖酸醋桿菌種子液，接種量8%，30°C下機械攪拌培養，攪拌器轉速為 500rpm，培養至培養基中生物纖維素不再增多後，固液分離得到生物纖維素小球，分離出其中的聚丙烯立方體顆粒得到生物纖維素產品。實施例3 動態發酵法製備生物纖維素
往ι升椰子水中加入磷酸氫二鈉lg，酵母提取物2g，蛋白腖2g作為液體發酵培養基， 向其中加入長度為20mm的聚乙烯圓柱體棒狀顆粒120g，高溫滅菌後，接種經活化的木葡糖酸醋桿菌種子液，接種量9%，32°C下機械攪拌培養，攪拌器轉速為300rpm，培養至培養基中生物纖維素不再增多後，固液分離得到生物纖維素小球，分離出其中的聚乙烯圓柱體棒狀顆粒得到生物纖維素產品。實施例4 動態發酵法製備生物纖維素
往1升水中加入葡萄糖70g、磷酸氫二鈉3g、磷酸二氫鉀3g、酵母提取物3g製成液體發酵培養基，向其中加入平均粒徑為20mm的沸石顆粒150g，高溫滅菌後，接種經活化的木葡糖酸醋桿菌種子液，接種量10%，30°C下搖瓶培養，搖瓶轉速為250rpm，培養至培養基中生物纖維素不再增多後，固液分離得到生物纖維素小球，分離出其中的沸石顆粒得到生物纖維素產品。實施例5 動態發酵法製備生物纖維素
取聚丙烯50份，將其加熱至165°C使其融化後，加入大豆粉10份，酵母提取物10份，牛肉膏10份，混合均勻後，通過擠出機擠出成型製成長度為IOOmm的圓柱體棒狀混合惰性固體顆粒備用。取惰性固體顆粒90g加入到1升椰子水中，混合均勻，高溫滅菌後製成液體發酵培養基，再接種經活化的木葡糖酸醋桿菌種子液，接種量8%，35°C下搖瓶培養，搖瓶轉速為150rpm，培養至培養基中生物纖維素不再增多後，固液分離得到生物纖維素小球，分離出其中的圓柱體棒狀混合惰性固體顆粒得到生物纖維素產品。對比實驗例1 生物纖維素產量
取椰子水1升作為液體發酵培養基，高溫滅菌後，接種經活化的木葡糖酸醋桿菌種子液，接種量10%，下靜態培養至生物纖維素不再增加，固液分離，得到生物纖維素膜產品，作為對照1。取椰子水1升作為液體發酵培養基，高溫滅菌後，接種經活化的木葡糖酸醋桿菌種子液，接種量10%J8°C下搖床培養，搖床轉速為SOrpm，培養至培養基中生物纖維素不再增多後，固液分離得到生物纖維素小球產品，作為對照1』。將對照1、對照2以及實施例1中得到的生物纖維素產品先用鹼液浸泡去除殘留的微生物，再用去離子水反覆洗滌至中性後，於同樣的條件下低溫減壓乾燥至恆重，稱量產品的的重量。結果見表1。如上所述，再分別採用與實施例2-5相同的發酵條件，採用傳統的靜態發酵的作為對照2-5 ；採用不加入惰性固體顆粒的動態發酵的作為對照2』-5』，將各實施例和各對照例中得到的生物纖維素產品先用鹼液浸泡去除殘留的微生物，再用去離子水反覆洗滌至中性後，於同樣的條件下低溫減壓乾燥至恆重，稱量產品的的重量。結果見表1
表1生物纖維素產品的產量
權利要求
1.一種動態發酵製備生物纖維素的方法，其特徵在於該方法包括向動態發酵前的液體培養基中加入惰性固體顆粒的步驟。
2.根據權利要求1所述的動態發酵製備生物纖維素的方法，其特徵在於所述的惰性固體顆粒為有機惰性固體顆粒或無機惰性固體顆粒或惰性固體原料與能給微生物生長提供能量的原料混合後、再經過成型製成的混合惰性固體顆粒。
3.根據權利要求2所述的動態發酵製備生物纖維素的方法，其特徵在於所述的有機惰性固體顆粒為聚乙烯顆粒和/或聚丙烯顆粒。
4.根據權利要求2所述的動態發酵製備生物纖維素的方法，其特徵在於所述的無機惰性固體顆粒為沸石顆粒和/或活性炭顆粒。
5.根據權利要求2所述的動態發酵製備生物纖維素的方法，其特徵在於所述的混合惰性固體顆粒是將聚丙烯樹脂加熱到融化後，加入大豆粉、酵母提取物和牛肉膏，經擠出製成的混合惰性固體顆粒，其中聚丙烯、大豆粉、酵母提取物、牛肉膏的重量比為聚丙烯 50-60份，大豆粉10-20份，酵母提取物10-20份，牛肉膏10-20份。
6.根據權利要求5所述的動態發酵製備生物纖維素的方法，其特徵在於其中聚丙烯、 大豆粉、酵母提取物、牛肉膏的重量比為聚丙烯50份，大豆粉20份，酵母提取物20份，牛肉膏10份。
7.根據權利要求1-6之一所述的動態發酵製備生物纖維素的方法，其特徵在於惰性固體顆粒為粒徑5_20mm的球形顆粒，或邊長為5_20mm的立方體顆粒，或長度在IO-IOOmm 的圓柱體形或長方體形棒狀顆粒。
8.根據權利要求1-6之一所述的動態發酵製備生物纖維素的方法，其特徵在於發酵結束後還包括從生物纖維素產品中分離出惰性固體顆粒的步驟。
9.根據權利要求1-6之一所述的動態發酵製備生物纖維素的方法，其特徵在於動態發酵採用搖瓶發酵或機械攪拌發酵，其中搖瓶發酵的轉速為80-250rpm ；機械攪拌發酵的轉速為 100-500rpm。
10.根據權利要求1-6之一所述的動態發酵製備生物纖維素的方法，其特徵在於其中動態發酵所用的發酵菌種為木醋桿菌或木葡糖酸醋桿菌，發酵培養基是含有葡萄糖、果糖、 蔗糖和/或椰子水的液體培養基，且動態發酵是在下進行的。
全文摘要
本發明涉及一種動態發酵製備生物纖維素的方法。本發明方法包括在動態發酵前的液體發酵培養基中加入惰性固體顆粒的步驟。其中的惰性固體顆粒可以為聚乙烯顆粒、聚丙烯顆粒、沸石顆粒和活性炭顆粒，也可以是將惰性固體原料與能給微生物生長提供能量的原料混合後，再經過成型製成的混合惰性固體顆粒。本方法中使用的惰性固體顆粒可以懸浮在液體培養基中，使微生物吸附其上進行發酵，能夠提高生物纖維素的產量。此外，惰性固體顆粒還給生物纖維素提供了良好的載體，能夠使生物纖維素結構更加緻密，提高其機械性能，從而提高生物纖維素的質量。
文檔編號C12P19/04GK102321702SQ20111031795
公開日2012年1月18日 申請日期2011年10月19日 優先權日2011年10月19日
發明者鍾宇光, 鍾春燕 申請人:海南椰國食品有限公司