專利名稱：一種快速規(guī)模化制備細(xì)菌纖維素復(fù)合材料的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于制備細(xì)菌纖維素材料的裝置領(lǐng)域，特別涉及一種快速規(guī)模化制備細(xì)菌纖維素復(fù)合材料的裝置。
背景技術(shù)：
細(xì)菌纖維素(Bacterial Cellulose，簡稱BC)是一類由微生物產(chǎn)生的純纖維素，有時(shí)俗稱椰纖果，可廣泛應(yīng)用于食品、面膜、高強(qiáng)功能材料、紡織、造紙、人工血管、組織工程支架、人工皮膚以及醫(yī)用敷料等領(lǐng)域。但現(xiàn)有的淺盤發(fā)酵生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)效率和產(chǎn)量低，且機(jī)械化程度低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，不能連續(xù)生產(chǎn)。因此亟待開發(fā)一種產(chǎn)量高，且能高效連續(xù)化生產(chǎn)的新型發(fā)酵裝置。在醫(yī)用敷料方面，濕態(tài)細(xì)菌纖維素由于機(jī)械強(qiáng)度不夠，在使用過程中容易破裂造成使用不便，如要達(dá)到與脫脂紗布同樣力學(xué)性能則要求纖維素膜達(dá)到一定厚度，這會(huì)增加膜的硬度，貼膚性明顯下降。現(xiàn)有制備細(xì)菌纖維素膜復(fù)合材料的均是利用靜態(tài)技術(shù)，包括將需要與細(xì)菌纖維素復(fù)合的材料置于培養(yǎng)液中共培養(yǎng)、通過浸潰將細(xì)菌纖維素膜與有機(jī)物高分子或者無機(jī)物摻雜復(fù)合，效率不高；且由于纖維素僅形成在培養(yǎng)基表面，采用靜置方法復(fù)合上去的纖維素少，且分布不均勻，不能將紗布等需要復(fù)合的材料的大部分空隙覆蓋，且培養(yǎng)周期很長。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種快速規(guī)?；苽浼?xì)菌纖維素復(fù)合材料的裝置，該裝置簡便，模具可拆卸，可重復(fù)使用，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。本實(shí)用新型的一種快速規(guī)?；苽浼?xì)菌纖維素復(fù)合材料的裝置，包括溫度計(jì)口、酸液堿液添加口、把手、通氣口、PH計(jì)口、營養(yǎng)補(bǔ)料口、轉(zhuǎn)軸、發(fā)酵罐、馬達(dá)、轉(zhuǎn)鼓、發(fā)酵罐夾套、循環(huán)水進(jìn)口和出口、營養(yǎng)液進(jìn)口和出口，以及冷凝水出口(蒸汽可由營養(yǎng)液出口注入)；所述的溫度計(jì)口處安裝有溫度探頭，PH計(jì)口處安裝有pH值探頭；夾套上有用來恒溫的循環(huán)水進(jìn)口和出口，以及營養(yǎng)液進(jìn)口和出口；轉(zhuǎn)軸的一端連接馬達(dá)的輸出軸，轉(zhuǎn)軸另一端從發(fā)酵罐的一端面中心位置伸入發(fā)酵罐內(nèi)；在發(fā)酵罐內(nèi)的轉(zhuǎn)軸上固定有含有骨架材料的轉(zhuǎn)鼓。所述的溫度計(jì)口、酸液堿液添加口、把手、通氣口、pH計(jì)口和營養(yǎng)補(bǔ)料口均位于發(fā)酵罐的外表面上。所述的發(fā)酵罐內(nèi)安裝有料液高度探頭。所述的轉(zhuǎn)鼓上包覆有骨架材料。所述的轉(zhuǎn)鼓是由轉(zhuǎn)軸上垂直分布的兩片轉(zhuǎn)盤和由所述的兩片轉(zhuǎn)盤撐起可纏掛細(xì)菌纖維素的骨架材料組成的。所述的骨架材料由有機(jī)物或者無機(jī)物組成，包括多糖類、纖維素、纖維素衍生物、瓊脂、海藻酸類、透明質(zhì)酸、甲殼素、殼聚糖、殼聚糖衍生物、木材、淀粉、多肽、蛋白質(zhì)、明膠、膠原、真絲、羊毛、聚谷氨酸、高分子聚合物、硅膠、橡膠、塑料、滌綸、丙綸、尼龍、奧綸、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯乙醇、聚四氟乙烯、聚丙烯酰胺、紗布、棉布、紙張、二氧化硅、玻璃、陶瓷、紫砂、金屬、金屬鹽、金屬氧化物中的一種或幾種組合。所述的骨架材料為膜狀或者帶網(wǎng)眼的材料。所述的網(wǎng)眼的孔徑為O. 05mm-10mm,網(wǎng)眼的形狀是圓形、方形、三角形、橢圓形、心
形、菱形或五角星形。所述的發(fā)酵罐為桶型、鼓型或長方形立柱型。本實(shí)用新型的裝置中水浴夾套，用于包覆骨架材料的轉(zhuǎn)鼓，發(fā)酵容器殼體由底部帶夾套的培養(yǎng)液槽和上部用于防塵及隔離外部空氣的外殼對(duì)合安裝而成。所述的轉(zhuǎn)軸一端連接固定馬達(dá)輸出軸，轉(zhuǎn)軸另一端從發(fā)酵罐一端面中心位置伸入發(fā)酵罐內(nèi)；夾套式培養(yǎng)液槽設(shè)置有水浴裝置；發(fā)酵容器內(nèi)設(shè)置有蒸汽管道或孔，在發(fā)酵容器內(nèi)的轉(zhuǎn)軸上固定有需涂 覆的骨架材料。本實(shí)用新型的裝置由一個(gè)水平攪拌反應(yīng)器和固定有覆蓋網(wǎng)格材料的轉(zhuǎn)鼓(或者由轉(zhuǎn)盤支撐起的網(wǎng)格網(wǎng)眼骨架材料)的轉(zhuǎn)軸組成，形成了一個(gè)水平擾動(dòng)的生物反應(yīng)器；通過轉(zhuǎn)鼓或者轉(zhuǎn)盤上圍繞著轉(zhuǎn)軸軸心的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得網(wǎng)格材料纏繞發(fā)酵液中的細(xì)菌纖維素而在網(wǎng)格骨架材料表面連續(xù)均勻地形成一定厚度的細(xì)菌纖維素膜。本實(shí)用新型利用細(xì)菌纖維素在液體中易纏繞的特性，在水平擾動(dòng)的生物反應(yīng)器中，通過轉(zhuǎn)鼓上包覆骨架材料或者轉(zhuǎn)盤上包覆骨架材料模具圍繞著轉(zhuǎn)軸軸心的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得骨架材料在液體培養(yǎng)基中進(jìn)行緩慢且循環(huán)浸沒的擾動(dòng)培養(yǎng)方式，均勻纏繞和吸附發(fā)酵液中的細(xì)菌纖維素而與骨架材料形成一定厚度的細(xì)菌纖維素復(fù)合材料。由于是亞靜態(tài)培養(yǎng)(轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速很緩慢，< 40rpm，菌體在亞靜態(tài)的環(huán)境下生長)，可以使轉(zhuǎn)鼓在液體培養(yǎng)基和含氧介質(zhì)中不停地交替，既給液體培養(yǎng)基提供足夠的溶解氧，促進(jìn)液體中菌體的快速繁殖和產(chǎn)生纖維素，從而利于模具的纏繞；又有利于已固定在模具上的纖維素膜中的菌體可以接觸到營養(yǎng)，同時(shí)使得菌體充分接觸氧，從而促使菌體大量繁殖和分泌纖維素，高效制備細(xì)菌纖維素材料。多種因素促使生產(chǎn)效率大大提升。本實(shí)用新型的裝置利用細(xì)菌纖維素易纏繞的特性，通過轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)纏繞吸附細(xì)菌纖維素，可以在骨架材料內(nèi)外兩側(cè)形成均勻的并且牢固結(jié)合的細(xì)菌纖維素膜。本實(shí)用新型利用現(xiàn)有其它材料(如傳統(tǒng)的紗布等紡織基材料)的特性，將該材料與細(xì)菌纖維素復(fù)合制備成復(fù)合材料將可以減少細(xì)菌纖維素的用量，并獲得足夠強(qiáng)度且具有細(xì)菌纖維素特性的復(fù)合材料產(chǎn)品，縮短了常規(guī)細(xì)菌纖維素敷料產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有材料的納米纖維素涂覆改性，賦予這些傳統(tǒng)敷料高吸液性、不粘連傷口、藥物緩釋、抗菌以及促進(jìn)傷口愈合等新功能。有益效果(I)本實(shí)用新型的裝置簡便，模具可拆卸，可重復(fù)使用，實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌纖維素發(fā)酵生產(chǎn)和膜片的動(dòng)態(tài)連續(xù)化發(fā)酵和在線收獲的高效機(jī)械化生產(chǎn)作業(yè)，具有成本低廉，生產(chǎn)效率高，自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，可有效提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；(2)制備的細(xì)菌纖維素膜復(fù)合材料保留了 BC獨(dú)特的納米三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但節(jié)約了BC的用量，具有高吸水和持水能力、高結(jié)晶度、高聚合度、高強(qiáng)度以及良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)；可以解決傳統(tǒng)敷料吸液性差、粘連傷口等問題；產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于食品、面膜、創(chuàng)傷敷料、人造皮膚、紡織造紙?jiān)系犬a(chǎn)品。
圖1為本實(shí)用新型的制備細(xì)菌纖維素復(fù)合材料的發(fā)酵裝置示意圖；圖2為培養(yǎng)24h的覆有細(xì)菌纖維素的紗布纖維(紗布細(xì)菌纖維素復(fù)合材料)的不同放大倍數(shù)的掃描電鏡圖；
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例1如圖1所示，一種簡便高效動(dòng)態(tài)生產(chǎn)細(xì)菌纖維素材料的發(fā)酵裝置，包括溫度計(jì)口1、酸液堿液添加口 2、把手3、通氣口 4、pH計(jì)口 5、營養(yǎng)補(bǔ)料口 6、轉(zhuǎn)軸7、發(fā)酵罐8、馬達(dá)9、轉(zhuǎn)鼓10、發(fā)酵罐夾套11、循環(huán)水進(jìn)口 12和出口 13、營養(yǎng)液進(jìn)口 14和出口 15，以及冷凝水出口 16 ;所述的溫度計(jì)口 I處安裝有溫度探頭，pH計(jì)口 5處安裝有pH值探頭；夾套11上有用來恒溫的循環(huán)水進(jìn)口 12和出口 13，以及營養(yǎng)液進(jìn)口 14和出口 15 ;轉(zhuǎn)軸7的一端連接馬達(dá)9的輸出軸，轉(zhuǎn)軸7另一端從發(fā)酵罐8的一端面中心位置伸入發(fā)酵罐8內(nèi)；在發(fā)酵罐8內(nèi)的轉(zhuǎn)軸7上固定有轉(zhuǎn)鼓10。溫度計(jì)口1、酸液堿液添加口 2、把手3、通氣口 4、pH計(jì)口 5和營養(yǎng)補(bǔ)料口 6均位于發(fā)酵罐8的外表面上。發(fā)酵罐8內(nèi)安裝有料液高度探頭。發(fā)酵罐8為桶型。轉(zhuǎn)鼓10上固定有骨架材料。轉(zhuǎn)鼓骨架材料由有機(jī)、無機(jī)或者有機(jī)無機(jī)高分子組成。這些高分子可以包括纖維素、甲殼素、漆纟侖、丙纟侖、真絲、娃膠、橡膠、尼龍、奧纟侖、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯乙醇、特氟綸、膨體聚四氟乙烯、塑料、二氧化硅、玻璃、陶瓷、紫砂、金屬、聚丙烯酰胺、脫脂棉布、紙張、木材、殼聚糖中的一種或幾種組合。骨架材料為膜狀或者帶網(wǎng)眼的材料。骨架材料的網(wǎng)眼孔徑為O. 05mm-10mm,孔的形狀是圓形、方形、三角形、橢圓形、心
形、菱形或五角星形。使用時(shí)，先將高溫蒸汽從營養(yǎng)液出口 15注入發(fā)酵罐內(nèi)滅菌消毒，然后通過將含生產(chǎn)菌株的液體培養(yǎng)基轉(zhuǎn)移到本實(shí)用新型的發(fā)酵裝置中，然后旋轉(zhuǎn)模具以3-20rpm的轉(zhuǎn)速進(jìn)行擾動(dòng)培養(yǎng)，即可在骨架材料表面連續(xù)均勻地形成一定厚度的細(xì)菌纖維素膜復(fù)合材料。當(dāng)膜厚滿足要求后，使用刮刀在轉(zhuǎn)鼓上轉(zhuǎn)動(dòng)一周后即可將膜卸下。也可以在卸下轉(zhuǎn)鼓上包覆的骨架材料的同時(shí)連同細(xì)菌纖維素一起卸下，除去骨架材料即留下細(xì)菌纖維素膜。實(shí)施例2如圖1所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于(I)轉(zhuǎn)鼓模具的組成不同，是轉(zhuǎn)軸上垂直分布的兩片轉(zhuǎn)盤上包覆可纏掛細(xì)菌纖維素的骨架材料形成轉(zhuǎn)鼓10。(2)轉(zhuǎn)鼓骨架材料是紗布。(3)發(fā)酵罐8為長方形立柱型。使用時(shí)，通過將含生產(chǎn)菌株的液體培養(yǎng)基轉(zhuǎn)移到本實(shí)用新型的發(fā)酵裝置中，然后旋轉(zhuǎn)模具以3-20rpm的轉(zhuǎn)速進(jìn)行擾動(dòng)培養(yǎng)，即可在骨架材料表面連續(xù)均勻地形成一定厚度 的細(xì)菌纖維素膜復(fù)合材料。當(dāng)膜厚滿足要求后，可以將轉(zhuǎn)鼓上包覆有細(xì)菌纖維素的骨架卸下即得細(xì)菌纖維素復(fù)合材料(圖2)。
權(quán)利要求1.一種快速規(guī)?；苽浼?xì)菌纖維素復(fù)合材料的裝置，包括溫度計(jì)口(I)、酸液堿液添加口(2)、把手(3)、通氣口(4)、pH計(jì)口(5)、營養(yǎng)補(bǔ)料口(6)、轉(zhuǎn)軸(7)、發(fā)酵罐(8)、馬達(dá)(9)、轉(zhuǎn)鼓(10)、發(fā)酵罐夾套(11)、循環(huán)水進(jìn)口(12)和出口(13)、營養(yǎng)液進(jìn)口(14)和出口(15)，以及冷凝水出口(16);其特征在于所述的溫度計(jì)口(I)處安裝有溫度探頭，pH計(jì)口(5 )處安裝有pH值探頭；夾套(11)上有用來恒溫的循環(huán)水進(jìn)口( 12 )和出口( 13 )，以及營養(yǎng)液進(jìn)口( 14 )和出口( 15 );轉(zhuǎn)軸(7 )的一端連接馬達(dá)(9 )的輸出軸，轉(zhuǎn)軸(7 )另一端從發(fā)酵罐(8)的一端面中心位置伸入發(fā)酵罐(8)內(nèi)；在發(fā)酵罐(8)內(nèi)的轉(zhuǎn)軸(7)上固定有含有骨架材料的轉(zhuǎn)鼓(10)； 所述的溫度計(jì)口( I)、酸液堿液添加口( 2 )、把手(3 )、通氣口( 4 )、pH計(jì)口( 5 )和營養(yǎng)補(bǔ)料口(6)均位于發(fā)酵罐(8)的外表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速規(guī)?；苽浼?xì)菌纖維素復(fù)合材料的裝置，其特征在于所述的發(fā)酵罐(8)內(nèi)安裝有料液高度探頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速規(guī)模化制備細(xì)菌纖維素復(fù)合材料的裝置，其特征在于所述的轉(zhuǎn)鼓(10)上包覆有骨架材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速規(guī)?；苽浼?xì)菌纖維素復(fù)合材料的裝置，其特征在于所述的轉(zhuǎn)鼓(10)是由轉(zhuǎn)軸上垂直分布的兩片轉(zhuǎn)盤和由所述的兩片轉(zhuǎn)盤撐起可纏掛細(xì)菌纖維素的骨架材料組成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速規(guī)?；苽浼?xì)菌纖維素復(fù)合材料的裝置，其特征在于所述的骨架材料為膜狀或者帶網(wǎng)眼的材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種快速規(guī)?；苽浼?xì)菌纖維素復(fù)合材料的裝置，其特征在于所述的網(wǎng)眼的孔徑為0. 05mm-10mm,網(wǎng)眼的形狀是圓形、方形、三角形、橢圓形、心形、菱形或五角星形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速規(guī)模化制備細(xì)菌纖維素復(fù)合材料的裝置，其特征在于所述的發(fā)酵罐(8)為桶型、鼓型或長方形立柱型。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種快速規(guī)模化制備細(xì)菌纖維素復(fù)合材料的裝置，包括溫度計(jì)口、酸液堿液添加口、把手、通氣口、pH計(jì)口、營養(yǎng)補(bǔ)料口、轉(zhuǎn)軸、發(fā)酵罐、馬達(dá)、轉(zhuǎn)鼓、發(fā)酵罐夾套、循環(huán)水進(jìn)口和出口、營養(yǎng)液進(jìn)口和出口，以及冷凝水出口；所述的轉(zhuǎn)軸的一端連接馬達(dá)的輸出軸，轉(zhuǎn)軸另一端從發(fā)酵罐的一端面中心位置伸入發(fā)酵罐內(nèi)；在發(fā)酵罐內(nèi)的轉(zhuǎn)軸上固定有含有骨架材料的轉(zhuǎn)鼓。本實(shí)用新型裝置簡便，模具可拆卸，可重復(fù)使用，實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌纖維素膜片的動(dòng)態(tài)連續(xù)化發(fā)酵和在線收獲的高效機(jī)械化生產(chǎn)作業(yè)，具有成本低廉，生產(chǎn)效率高，自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，可有效提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C12M1/02GK202830006SQ201220021360

公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者洪楓, 唐水佳, 楊雪霞 申請(qǐng)人:東華大學(xué)