一種用於生物纖維素髮酵的混合發酵菌劑的製作方法

2023-12-04 03:26:06 2

技術領域：
本發明涉及生物發酵
技術領域：
，尤其是涉及一種用於生物纖維素髮酵的混合發酵菌劑及用其發酵製備生物纖維素的方法。
背景技術：
：生物纖維素（Biocellulose），又被稱為細菌纖維素（Bacterialcellulose，BC），其是由醋酸菌屬的微生物，如木醋桿菌等發酵製成的纖維素產品。目前多以廢棄物，如椰子水、菠蘿皮汁等作為原料，因此其成本低廉。得到的產品中含有高達95%以上的水分，因此又被稱為生物纖維素凝膠。生物纖維素凝膠的製備方法是本領域已知的，如CN101671708、CN1840677A、CN101319242A中均有所公開。生物纖維素與植物纖維素相比無木質素、果膠和半纖維素等伴生產物，具有高結晶度（可達95%，植物纖維素的為65%）和高的聚合度(DP值2000～8000)；其具有超精細網狀結構，生物纖維素纖維是由直徑3～4納米的微纖組合成40～60納米粗的纖維束，並相互交織形成發達的超精細網絡結構；其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，同時具有較高的生物相容性、適應性和良好的生物可降解性。生物纖維素凝膠現有的產品主要用於食品、化妝品中，如用於製作果凍、酸奶，增加膳食纖維的攝入；或者用於製作面膜產品的載體。現有的生物纖維素髮酵生產都是採用單一菌種發酵，如木醋桿菌、葡糖桿菌等；但是這些菌種在發酵時，通常具有發酵水平較低，產量低、成本高、成品價格不抵普通植物纖維素等缺陷。生物纖維素產量一般維持在4-8g/L。還原糖轉化率也僅僅在20%以下，發酵水平非常低。技術實現要素：本發明所解決的技術問題是提供一種用於生物纖維素髮酵的混合發酵菌劑，包含木葡糖酸醋桿菌、運動發酵單胞菌、以及雙歧桿菌和/或嗜酸乳桿菌。其中所述木葡糖酸醋桿菌、運動發酵單胞菌、以及雙歧桿菌和/或嗜酸乳桿菌之間的比例為10-20:7-15:3-8。優選為17:11:5。其中所述菌株使用前經過活化培養。所述菌株之間的比例為活化後再擴培得到的種子液的體積比。本發明是將上述菌株在使用前提前活化，然後經擴培後得到其相應的種子液，然後按照上述比例（種子液體積比）接種入生物纖維素髮酵培養基中，在適當條件下進行發酵培養。所述發酵溫度優選為25-35度，發酵時間為3-10天。所述發酵為淺盤靜態發酵或搖瓶或發酵罐動態發酵。所述發酵時pH值控制在6.2-7.2之間。所述發酵用培養基中含有供所述菌株分解的碳源。本發明採用的混合菌株，尤為適用於生物纖維素淺盤靜態發酵。一般情況下，採用木醋桿菌或葡糖桿菌單一菌種發酵時，淺盤靜態發酵容器在接種發酵1天後即會在容器表面形成透明膜狀纖維凝膠，此凝膠的形成會大大阻礙發酵培養基表面與空氣的接觸，從而使得培養基中的含氧量大幅降低。這對於後續的發酵過程中發酵菌種對於碳源如葡萄糖或果糖的利用程度會大幅降低，從而降低最終的生物纖維素膜產量。而本發明採用至少三種菌株混合發酵培養，其中的運動發酵單胞菌屬革蘭氏陰性細菌，微好氧生長，可以通過ED代謝途徑將葡萄糖和果糖轉化為乙醇。且其高度耐酸、高度耐受酒精、高度耐受葡萄糖，能在pH3.5～7.5之間生長，在乙醇濃度5.5%條件下可以無影響生長，在含有20%濃度葡萄糖環境中可以正常生長；同時運動發酵單胞菌生長的營養需求相對簡單。故而在本發明的混合菌株初始發酵時，木葡糖酸醋桿菌和運動發酵單胞菌同時分解利用葡萄糖、果糖或蔗糖等碳源，但運動發酵單胞菌利用還原糖能力強，營養需求簡單，快速增值，可以把培養基中初始含量較高的碳源如葡萄糖、果糖等分解成乙醇，乙醇和剩餘的葡萄糖等又可以同時供木葡糖酸醋桿菌發酵使用，此時木葡糖酸醋桿菌為優勢菌株，成膜階段開始。培養基中會積累一定含量的醋酸，pH值降低。此時雙歧桿菌或嗜酸乳桿菌或者兩者的結合可以在一定程度上分解醋酸，調節pH值；故而混合菌株之間互惠互利，形成共生的局面。可以延長生物纖維素凝膠膜形成的時間，提高碳源還原糖轉化率，從而大大提高生物纖維素髮酵產膜的能力。同時，由於本發明的菌株中含有雙歧桿菌或嗜酸乳桿菌等益生菌，製備得到的生物纖維素膜中也會含有少量的益生菌，經水洗後，可以得到含有益生菌的生物纖維素凝膠，更為適用於食品、保健品中添加使用。本發明所述的混合菌株同樣適用於生物纖維素動態發酵，比常規單一菌株的動態發酵產膜能力也有所提高。具體實施方式下面結合具體實施方式和對比實驗來對本發明作進一步的說明，但是下文中的具體實施方法不應當被理解為對本發明的限制。本領域普通技術人員能夠在本發明基礎上顯而易見地作出的各種改變和變化，應該均在本發明的範圍之內。實施例1：一種用於生物纖維素髮酵的混合發酵菌劑，包含木葡糖酸醋桿菌、運動發酵單胞菌、以及雙歧桿菌和/或嗜酸乳桿菌。其中的雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌可以只含其中的一種，也可以兩種都含有。菌劑製備步驟：1、菌種活化木葡糖酸醋桿菌、運動發酵單胞菌、雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌分別在活化培養基上培養活化；2、種子液培養木葡糖酸醋桿菌、運動發酵單胞菌、雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌分別接種入種子培養基中進行擴培，培養至其對數生長期；3、接種發酵木葡糖酸醋桿菌、運動發酵單胞菌、以及雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌的種子液按照體積比17:11:5（其中雙歧桿菌加入量為2嗜酸乳桿菌加入量為3）的比例依次接種入靜態淺盤發酵培養基中，進行發酵培養。上述步驟中的活化培養基、種子培養基以及發酵培養基可以採用已有的菌株培養的常規培養基，也可以採用特殊配製的培養基，以得到更高產量的生物纖維素凝膠。實施例2：其他都與實施例1相同，混合發酵菌劑為15:8:6的木葡糖酸醋桿菌、運動發酵單胞菌、雙歧桿菌。實施例3：其他都與實施例1相同，混合發酵菌劑為20:15:8的木葡糖酸醋桿菌、運動發酵單胞菌、嗜酸乳桿菌。實施例4：其他都與實施例1相同，混合發酵菌劑為10:7:3:3的木葡糖酸醋桿菌、運動發酵單胞菌、雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌。對照實驗及結果：按照實施例1的方式，採用不同的菌種發酵生產生物纖維素，其餘培養條件均完全相同，菌種分別採用單獨使用木葡糖酸醋桿菌、和實施例1-4的混合發酵菌株，考察相同發酵時間後獲得的生物纖維素含量以及發酵培養基中還原糖的轉化率，結果如下表所示：發酵菌種生物纖維素產量發酵培養基中還原糖的轉化率木葡糖酸醋桿菌8.2g/L19%實施例1的混合發酵菌株14.9g/L37%實施例2的混合發酵菌株12.7g/L28%實施例3的混合發酵菌株13.4g/L31%實施例4的混合發酵菌株14.5g/L34%由上表可以得出，本發明的混合發酵菌株可以有效提高生物纖維素髮酵產量，提高還原糖轉化率。以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明的權利要求書確定的保護範圍內。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp