專利名稱：一種動態(tài)發(fā)酵制備生物纖維素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物纖維素的制備方法，特別涉及一種動態(tài)發(fā)酵制備生物纖維素的方法。
背景技術(shù)：
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(tǒng)稱，又稱為細(xì)菌纖維素；其通過微生物的生物合成作用，可以形成獨(dú)特的超精細(xì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。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(shù)倍至十倍以上，并且抗張強(qiáng)度高；生物纖維素有很強(qiáng)的持水能力。生物纖維素有較高的生物相容性、適應(yīng)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(jīng)在食品、 醫(yī)藥、化妝品等多個領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。生物纖維素的制備方法大體而言可以分為靜態(tài)發(fā)酵法和動態(tài)發(fā)酵法。靜態(tài)發(fā)酵法是在培養(yǎng)基中接種微生物后靜置發(fā)酵，微生物代謝產(chǎn)生的生物纖維素會以膜的形式生長在培養(yǎng)基液面與空氣的分界面上；而動態(tài)發(fā)酵則是將培養(yǎng)基置于攪拌或震蕩的環(huán)境中進(jìn)行發(fā)酵。但是采用靜態(tài)發(fā)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(chǎn)量的增加，微生物生長所需要的氧氣將得不到有效供應(yīng)，因此當(dāng)生物纖維素膜增加到一定厚度時， 其就不會繼續(xù)產(chǎn)生了，這使得采用靜態(tài)發(fā)酵時，生物纖維素的產(chǎn)量十分有限；而采用動態(tài)發(fā)酵法得到的生物纖維素在培養(yǎng)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(jié)構(gòu)卻較松散，結(jié)晶度不夠，機(jī)械性能較差，大大影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述缺陷，本發(fā)明提供了一種動態(tài)發(fā)酵制備生物纖維素的方法，其既能夠提高生物纖維素的產(chǎn)量，同時也能夠獲得結(jié)晶度更高、機(jī)械性能更好的生物纖維素產(chǎn)品。本發(fā)明提供一種動態(tài)發(fā)酵制備生物纖維素的方法，其包括在動態(tài)發(fā)酵前的發(fā)酵培養(yǎng)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?？梢允怯袡C(jī)材料制成的也可以是無機(jī)材料制成的。優(yōu)選是有機(jī)惰性固體顆粒如聚乙烯顆粒和聚丙烯顆粒等。優(yōu)選的無機(jī)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(yǎng)基的密度相近，在攪拌或搖床發(fā)酵過程中能夠懸浮在液體培養(yǎng)基中。為了進(jìn)一步促進(jìn)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后，再經(jīng)過擠出成型制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后，擠出制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(yōu)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(yōu)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(yǎng)基中的加入量為每升培養(yǎng)基加入50-500g，因?yàn)樗鸬淖饔弥饕禽d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(yōu)選是每升培養(yǎng)基加入80-150g。上述方法中，生物纖維素的發(fā)酵菌種優(yōu)選為木醋桿菌或木葡糖酸醋桿菌。發(fā)酵培養(yǎng)基中含有供菌株生長的足量的碳源和氮源，碳源優(yōu)選為葡萄糖、果糖、蔗糖和/或椰子水。上述方法中的動態(tài)培養(yǎng)可以是搖瓶發(fā)酵，轉(zhuǎn)速優(yōu)選為80_250rpm，也可以采用機(jī)械攪拌發(fā)酵，轉(zhuǎn)速優(yōu)選為100-500rpm。上述方法中的動態(tài)發(fā)酵是在下進(jìn)行的。上述方法中還包括收獲生物纖維素小球后分離出其中的惰性固體顆粒的步驟。分離方法可以采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(fā)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(yǎng)基較為接近的密度，則在動態(tài)發(fā)酵過程中可以懸浮在液體培養(yǎng)基中，使微生物吸附其上進(jìn)行發(fā)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(yǎng)基中微生物的密度，能夠提高生物纖維素的產(chǎn)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(jié)構(gòu)更加致密，提高其機(jī)械性能，從而提高生物纖維素的質(zhì)量。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1 動態(tài)發(fā)酵法制備生物纖維素
取椰子水ι升作為液體發(fā)酵培養(yǎng)基，向其中加入平均粒徑為IOmm的活性炭球形顆粒 100g，高溫滅菌后，接種經(jīng)活化的木葡糖酸醋桿菌種子液，接種量10%(體積比下?lián)u床培養(yǎng)，搖床轉(zhuǎn)速為80rpm，培養(yǎng)至培養(yǎng)基中生物纖維素不再增多后，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(chǎn)品。實(shí)施例2 動態(tài)發(fā)酵法制備生物纖維素
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、蛋白胨 Ig制成液體發(fā)酵培養(yǎng)基，向其中加入平均粒徑為5mm的聚丙烯立方體顆粒80g，高溫滅菌后，接種經(jīng)活化的木葡糖酸醋桿菌種子液，接種量8%，30°C下機(jī)械攪拌培養(yǎng)，攪拌器轉(zhuǎn)速為 500rpm，培養(yǎng)至培養(yǎng)基中生物纖維素不再增多后，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(chǎn)品。實(shí)施例3 動態(tài)發(fā)酵法制備生物纖維素
往ι升椰子水中加入磷酸氫二鈉lg，酵母提取物2g，蛋白胨2g作為液體發(fā)酵培養(yǎng)基， 向其中加入長度為20mm的聚乙烯圓柱體棒狀顆粒120g，高溫滅菌后，接種經(jīng)活化的木葡糖酸醋桿菌種子液，接種量9%，32°C下機(jī)械攪拌培養(yǎng)，攪拌器轉(zhuǎn)速為300rpm，培養(yǎng)至培養(yǎng)基中生物纖維素不再增多后，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(chǎn)品。實(shí)施例4 動態(tài)發(fā)酵法制備生物纖維素
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制成液體發(fā)酵培養(yǎng)基，向其中加入平均粒徑為20mm的沸石顆粒150g，高溫滅菌后，接種經(jīng)活化的木葡糖酸醋桿菌種子液，接種量10%，30°C下?lián)u瓶培養(yǎng)，搖瓶轉(zhuǎn)速為250rpm，培養(yǎng)至培養(yǎng)基中生物纖維素不再增多后，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(chǎn)品。實(shí)施例5 動態(tài)發(fā)酵法制備生物纖維素
取聚丙烯50份，將其加熱至165°C使其融化后，加入大豆粉10份，酵母提取物10份，牛肉膏10份，混合均勻后，通過擠出機(jī)擠出成型制成長度為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，高溫滅菌后制成液體發(fā)酵培養(yǎng)基，再接種經(jīng)活化的木葡糖酸醋桿菌種子液，接種量8%，35°C下?lián)u瓶培養(yǎng)，搖瓶轉(zhuǎn)速為150rpm，培養(yǎng)至培養(yǎng)基中生物纖維素不再增多后，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(chǎn)品。對比實(shí)驗(yàn)例1 生物纖維素產(chǎn)量
取椰子水1升作為液體發(fā)酵培養(yǎng)基，高溫滅菌后，接種經(jīng)活化的木葡糖酸醋桿菌種子液，接種量10%，下靜態(tài)培養(yǎng)至生物纖維素不再增加，固液分離，得到生物纖維素膜產(chǎn)品，作為對照1。取椰子水1升作為液體發(fā)酵培養(yǎng)基，高溫滅菌后，接種經(jīng)活化的木葡糖酸醋桿菌種子液，接種量10%J8°C下?lián)u床培養(yǎng)，搖床轉(zhuǎn)速為SOrpm，培養(yǎng)至培養(yǎng)基中生物纖維素不再增多后，固液分離得到生物纖維素小球產(chǎn)品，作為對照1’。將對照1、對照2以及實(shí)施例1中得到的生物纖維素產(chǎn)品先用堿液浸泡去除殘留的微生物，再用去離子水反復(fù)洗滌至中性后，于同樣的條件下低溫減壓干燥至恒重，稱量產(chǎn)品的的重量。結(jié)果見表1。如上所述，再分別采用與實(shí)施例2-5相同的發(fā)酵條件，采用傳統(tǒng)的靜態(tài)發(fā)酵的作為對照2-5 ；采用不加入惰性固體顆粒的動態(tài)發(fā)酵的作為對照2’-5’，將各實(shí)施例和各對照例中得到的生物纖維素產(chǎn)品先用堿液浸泡去除殘留的微生物，再用去離子水反復(fù)洗滌至中性后，于同樣的條件下低溫減壓干燥至恒重，稱量產(chǎn)品的的重量。結(jié)果見表1
表1生物纖維素產(chǎn)品的產(chǎn)量
權(quán)利要求
1.一種動態(tài)發(fā)酵制備生物纖維素的方法，其特征在于該方法包括向動態(tài)發(fā)酵前的液體培養(yǎng)基中加入惰性固體顆粒的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)發(fā)酵制備生物纖維素的方法，其特征在于所述的惰性固體顆粒為有機(jī)惰性固體顆粒或無機(jī)惰性固體顆?；蚨栊怨腆w原料與能給微生物生長提供能量的原料混合后、再經(jīng)過成型制成的混合惰性固體顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動態(tài)發(fā)酵制備生物纖維素的方法，其特征在于所述的有機(jī)惰性固體顆粒為聚乙烯顆粒和/或聚丙烯顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動態(tài)發(fā)酵制備生物纖維素的方法，其特征在于所述的無機(jī)惰性固體顆粒為沸石顆粒和/或活性炭顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動態(tài)發(fā)酵制備生物纖維素的方法，其特征在于所述的混合惰性固體顆粒是將聚丙烯樹脂加熱到融化后，加入大豆粉、酵母提取物和牛肉膏，經(jīng)擠出制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(jù)權(quán)利要求5所述的動態(tài)發(fā)酵制備生物纖維素的方法，其特征在于其中聚丙烯、 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(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的動態(tài)發(fā)酵制備生物纖維素的方法，其特征在于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(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的動態(tài)發(fā)酵制備生物纖維素的方法，其特征在于發(fā)酵結(jié)束后還包括從生物纖維素產(chǎn)品中分離出惰性固體顆粒的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的動態(tài)發(fā)酵制備生物纖維素的方法，其特征在于動態(tài)發(fā)酵采用搖瓶發(fā)酵或機(jī)械攪拌發(fā)酵，其中搖瓶發(fā)酵的轉(zhuǎn)速為80-250rpm ；機(jī)械攪拌發(fā)酵的轉(zhuǎn)速為 100-500rpm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的動態(tài)發(fā)酵制備生物纖維素的方法，其特征在于其中動態(tài)發(fā)酵所用的發(fā)酵菌種為木醋桿菌或木葡糖酸醋桿菌，發(fā)酵培養(yǎng)基是含有葡萄糖、果糖、 蔗糖和/或椰子水的液體培養(yǎng)基，且動態(tài)發(fā)酵是在下進(jìn)行的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種動態(tài)發(fā)酵制備生物纖維素的方法。本發(fā)明方法包括在動態(tài)發(fā)酵前的液體發(fā)酵培養(yǎng)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后，再經(jīng)過成型制成的混合惰性固體顆粒。本方法中使用的惰性固體顆?？梢詰腋≡谝后w培養(yǎng)基中，使微生物吸附其上進(jìn)行發(fā)酵，能夠提高生物纖維素的產(chǎn)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(jié)構(gòu)更加致密，提高其機(jī)械性能，從而提高生物纖維素的質(zhì)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(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者鐘宇光, 鐘春燕 申請人:海南椰國食品有限公司