微生物氣溶膠生產(chǎn)生物纖維素的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及微生物氣溶膠生產(chǎn)生物纖維素的方法。其是先在發(fā)酵罐中加入少量液體培養(yǎng)基，滅菌；然后將無(wú)菌壓縮空氣和滅菌并接種了生物纖維素產(chǎn)生菌的液體培養(yǎng)基制成霧狀氣溶膠；再將霧狀氣溶膠泵入發(fā)酵罐發(fā)酵生產(chǎn)生物纖維素膜，發(fā)酵一段時(shí)間后，每隔一段時(shí)間補(bǔ)充泵入霧狀氣溶膠。采用本發(fā)明的方法，能延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間、增加生物纖維素的產(chǎn)量，提高發(fā)酵效率和培養(yǎng)基的利用率，降低生產(chǎn)成本，擴(kuò)大生物纖維素產(chǎn)品可加工的形狀和尺寸范圍。
【專利說(shuō)明】微生物氣溶膠生產(chǎn)生物纖維素的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物纖維素的生產(chǎn)方法，特別是涉及一種微生物氣溶膠生產(chǎn)生物纖維素的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]生物纖維素是由醋酸菌屬(八。61:013狀1:610、土壤桿菌屬根瘤菌屬和八疊球菌屬(11121)等中的某些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(guò)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)。具有很高的結(jié)晶度和聚合度，生物纖維素纖維是由直徑為3-4納米的微纖組成的40-60納米粗的纖維束。其具有很高的生物相容性，適應(yīng)性及生物可降解性。目前其已經(jīng)在食品、化妝品、醫(yī)藥、造紙等許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。生物纖維素可以通過(guò)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)培養(yǎng)制成，動(dòng)態(tài)培養(yǎng)產(chǎn)生的生物纖維素的結(jié)晶度較低，且常常出現(xiàn)質(zhì)地不均勻的情況，因此沒(méi)有被廣泛采用，目前工業(yè)生產(chǎn)均采用靜態(tài)培養(yǎng)，靜態(tài)培養(yǎng)即常說(shuō)的淺盤培養(yǎng)，是將液體培養(yǎng)基滅菌后注入淺盤中，然后接種微生物進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，生物纖維素膜會(huì)在液體培養(yǎng)基的液面生成。但是隨著生物纖維素膜的生成，其會(huì)完全覆蓋整個(gè)液面，將發(fā)酵所需要的空氣與微生物隔絕開(kāi)來(lái)，大大降低發(fā)酵的效率，到一定程度甚至?xí)K止發(fā)酵，極大地影響生物纖維素的生產(chǎn)速度和產(chǎn)量。通常情況下，每個(gè)淺盤發(fā)酵5-7天后，生物纖維素膜的厚度僅能達(dá)到1-2(3%不僅產(chǎn)量較低，而且極大地限制了生物纖維素產(chǎn)品的形狀、尺寸；增加了生物纖維素膜收獲所需要投入的人力物力。此外，靜態(tài)淺盤培養(yǎng)也不能充分利用培養(yǎng)基，容易形成浪費(fèi)，增加了生產(chǎn)成本。
[0003]氣溶膠是固體微粒或液體微滴分散并懸浮在氣體介質(zhì)中形成的膠體分散體系，又稱為氣體分散體系。由于氣溶膠粒子比氣態(tài)分子大而比粗塵分子小，所以它們不像氣態(tài)分子那樣服從氣體分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律，也不會(huì)受地心引力作用而沉降，具有類似膠體的性質(zhì)，故稱為氣溶膠。天空中的云、霧、塵埃，工業(yè)和運(yùn)輸業(yè)上用的鍋爐和各種發(fā)動(dòng)機(jī)中未燃盡的各種煙，石粉等形成的固體粉塵、人造煙幕等都是氣溶膠的具體例子。生物氣溶膠是指微粒中含有生物物質(zhì)，例如微生物或生物大分子等的氣溶膠，其中含有微生物的就被稱為:微生物氣溶膠。
[0004]氣溶膠的發(fā)生方法有多種，主要有:1)凝集法，其適用于容易發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)的固體物質(zhì)分散法，適用于大多數(shù)粉末物質(zhì):3)流化床法，適用于各種粉末物質(zhì)；4?霧化法，適用于液體物質(zhì)或能溶解于液體的粉末物質(zhì)。
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種微生物氣溶膠生產(chǎn)生物纖維素的方法，其包括如下步驟:
1)在發(fā)酵罐中加入少量液體培養(yǎng)基，滅菌；
2)將無(wú)菌壓縮空氣和滅菌并接種了生物纖維素產(chǎn)生菌的液體培養(yǎng)基制成霧狀氣溶膠； 3)將霧狀氣溶膠泵入發(fā)酵罐發(fā)酵生產(chǎn)生物纖維素膜，發(fā)酵一段時(shí)間后，每隔一段時(shí)間補(bǔ)充泵入霧狀氣溶膠。
[0007]上述方法中的液體培養(yǎng)基中含有供菌株生長(zhǎng)足量的碳源、氮源和水，碳源可以為葡萄糖、果糖、蔗糖等，氮源可以為有機(jī)氮源，如酵母膏、蛋白胨等，也可以是無(wú)機(jī)氮源，如銨鹽、硝酸鹽和氨水等，也可直接使用椰子水和/或其他碳源、氮源作為培養(yǎng)基。
[0008]上述方法中的生物纖維素產(chǎn)生菌可以為木醋桿菌或木葡糖酸醋桿菌。
[0009]上述方法中，生物纖維素產(chǎn)生菌在種子培養(yǎng)基中常規(guī)擴(kuò)大培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，制成種子液，再接種到液態(tài)培養(yǎng)基中，接種量為體積百分比的6-12%。
[0010]上述方法中，發(fā)酵溫度為25-351。
[0011]上述方法中，霧狀氣溶膠制備方法如下:通過(guò)氣液兩相噴頭，將無(wú)菌壓縮空氣和滅菌并接種了生物纖維素產(chǎn)生菌的液體培養(yǎng)基一同噴入氣溶膠產(chǎn)生室，其中無(wú)菌壓縮空氣的流量?jī)?yōu)選2-8^/^更優(yōu)選6 ^/11 ；滅菌并接種了生物纖維素產(chǎn)生菌的液體培養(yǎng)基的流量是50-2001111/111111，優(yōu)選 100 1111/111111。
[0012]上述方法中，步驟3)中發(fā)酵2-5天后，每隔2-3小時(shí)補(bǔ)充泵入氣溶膠500-10001111。
[0013]采用本發(fā)明的方法，能延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間、增加生物纖維素的產(chǎn)量，提高發(fā)酵效率和培養(yǎng)基的利用率，降低生產(chǎn)成本，擴(kuò)大生物纖維素產(chǎn)品可加工的形狀和尺寸范圍。
[0014]

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是不同發(fā)酵時(shí)間淺盤靜態(tài)發(fā)酵法產(chǎn)生的生物纖維素膜的厚度曲線；
圖2是不同發(fā)酵時(shí)間微生物氣溶膠法產(chǎn)生的生物纖維素膜的厚度曲線。
[0016]

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)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(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0018]實(shí)施例1:霧狀氣溶膠的制備
以椰子水作為液體培養(yǎng)基，滅菌后向其中接種已培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的木葡糖醋桿菌種子液8體積％，再將其與無(wú)菌壓縮空氣一同通過(guò)氣液兩相噴頭噴入氣溶膠發(fā)生室中形成霧狀氣溶膠，無(wú)菌壓縮空氣的流量為8 液體培養(yǎng)基的流量為200 1111/111111。氣溶膠制備設(shè)備可以采用市售的霧化氣溶膠發(fā)生器，其工作原理為:霧化氣溶膠發(fā)生器大多具有噴嘴，壓縮空氣通過(guò)一個(gè)環(huán)形隙縫吹入將要被霧化的液體中，空氣噴射口和液體之間的剪切力在這個(gè)環(huán)形隙縫中充分分散液滴，以形成細(xì)小的氣溶膠顆粒。本發(fā)明霧狀氣溶膠的制備即可以采用上述霧化氣溶膠發(fā)生器制備，如上海匯分電子科技有限公司經(jīng)銷的八11-220型氣溶膠發(fā)生器、八11-230型氣溶膠發(fā)生器均可。西化儀(北京)科技有限公司生產(chǎn)出售的1-3微生物氣溶膠發(fā)生器是專用于制備微生物氣溶膠的，尤為適用。
[0019]實(shí)施例2:霧狀氣溶膠的制備
取葡萄糖10&鹿糖108，酵母膏108，蛋白胨如，磷酸二氫鉀況用蒸懼水定容至100001，制成液體培養(yǎng)基，滅菌后接種已培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的木葡糖醋桿菌種子液10體積％ ；再將其與無(wú)菌壓縮空氣通過(guò)氣液兩相噴頭一同噴入氣溶膠發(fā)生室中形成霧狀氣溶膠，無(wú)菌壓縮空氣的流量為6 液體培養(yǎng)基的流量為100 1111/111111。使用設(shè)備同上。
[0020]實(shí)施例3:霧狀氣溶膠的制備
取葡萄糖5仏果糖15&硫酸銨如，蛋白胨10&氯化鎂18用蒸懼水定容至10001111，制成液體培養(yǎng)基，滅菌后接種已培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的木醋桿菌種子液12體積％ ；再將其與無(wú)菌壓縮空氣通過(guò)氣液兩相噴頭一同噴入氣溶膠發(fā)生室中形成霧狀氣溶膠，無(wú)菌壓縮空氣的流量為2 III3；！！，液體培養(yǎng)基的流量為50 1111/111111。
[0021]實(shí)施例4:生物纖維素的制備
以天然椰子水作為液體培養(yǎng)基，在發(fā)酵罐中加入少量該液體培養(yǎng)基，加入量基本蓋住發(fā)酵罐底即可，滅菌；再將實(shí)施例1中制備的霧狀氣溶膠泵入發(fā)酵罐(將氣溶膠發(fā)生器直接連接與發(fā)酵罐連接),301靜置發(fā)酵2天后，控制每隔2小時(shí)補(bǔ)充泵入實(shí)施例1中制備的霧狀氣溶膠50001，繼續(xù)保持301靜置發(fā)酵，再發(fā)酵8天后，停止發(fā)酵，收獲產(chǎn)生的生物纖維素。
[0022]實(shí)施例5:生物纖維素的制備
取葡萄糖10&鹿糖108，酵母膏108，蛋白胨如，磷酸二氫鉀況用蒸懼水定容至100001，制成液體培養(yǎng)基，將少量該液體培養(yǎng)基加入到發(fā)酵罐中，加入量基本蓋住發(fā)酵罐底即可，滅菌；再將實(shí)施例2中制備的霧狀氣溶膠泵入發(fā)酵罐(將氣溶膠發(fā)生器直接連接與發(fā)酵罐連接),281靜置發(fā)酵3天后，控制每隔3小時(shí)補(bǔ)充泵入實(shí)施例2中制備的霧狀氣溶膠100001，繼續(xù)保持281靜置發(fā)酵，再發(fā)酵12天后，停止發(fā)酵，收獲產(chǎn)生的生物纖維素。
[0023]實(shí)施例6:生物纖維素的制備
取葡萄糖5仏果糖15&硫酸銨如，蛋白胨10&氯化鎂18用蒸懼水定容至10001111，制成液體培養(yǎng)基，將少量該液體培養(yǎng)基加入到發(fā)酵罐中，加入量基本蓋住發(fā)酵罐底即可，滅菌；再將實(shí)施例3中制備的霧狀氣溶膠泵入發(fā)酵罐(將氣溶膠發(fā)生器直接連接與發(fā)酵罐連接)，321靜置發(fā)酵3天后，控制每隔2小時(shí)補(bǔ)充泵入實(shí)施例2中制備的霧狀氣溶膠80001，繼續(xù)保持321靜置發(fā)酵，再發(fā)酵20天后，停止發(fā)酵，收獲產(chǎn)生的生物纖維素。
[0024]對(duì)比試驗(yàn)例1:生物纖維素的制備
1)以天然椰子水作為液體培養(yǎng)基，將其加入到5個(gè)淺盤中，滅菌后分別接種木葡糖醋桿菌8重量％，301下分別靜置發(fā)酵4天、6天、8天、10天和12天后，收獲產(chǎn)生的生物纖維素，測(cè)量其厚度，以發(fā)酵時(shí)間作為橫坐標(biāo)，生物纖維素膜厚度作為縱坐標(biāo)，做出曲線，見(jiàn)圖1。
[0025]2)以天然椰子水作為液體培養(yǎng)基，在5個(gè)發(fā)酵罐中各加入少量椰子水液體培養(yǎng)基，加入量基本蓋住發(fā)酵罐底即可，滅菌；再將實(shí)施例1中制備的霧狀氣溶膠分別泵入上述的5個(gè)發(fā)酵罐中，301靜置發(fā)酵2天后，每隔2小時(shí)補(bǔ)充泵入實(shí)施例1中制備的霧狀氣溶膠50001，繼續(xù)保持301靜置發(fā)酵。使5個(gè)發(fā)酵罐分別再發(fā)酵2、4、6、8、10天(即共分別發(fā)酵了 4、6、8、10、12天)后，停止發(fā)酵，收獲產(chǎn)生的生物纖維素，測(cè)量其厚度，以發(fā)酵時(shí)間作為橫坐標(biāo)，生物纖維素膜厚度作為縱坐標(biāo)，做出曲線，見(jiàn)圖2。
[0026]從圖1和圖2中可以明顯地看出，采用淺盤靜態(tài)發(fā)酵法，生物纖維素膜再發(fā)酵的前8天，厚度逐漸增加，但是8天之后，厚度增加放緩，直至基本不再增加，12天后厚度僅為
2.140.11 ；而采用本發(fā)明中的微生物氣溶膠法，生物纖維素膜一直以較快速度增厚，其厚度基本呈線性增長(zhǎng)，即使發(fā)酵8天之后，厚度仍然在快速增加，12天后厚度達(dá)到了 3.02^?？梢?jiàn)采用本發(fā)明中的微生物氣溶膠法明顯能夠延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間、增加生物纖維素的產(chǎn)量。
[0027]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種微生物氣溶膠生產(chǎn)生物纖維素的方法，其特征在于:包括如下步驟: 1)在發(fā)酵罐中加入少量液體培養(yǎng)基，滅菌； 2)將無(wú)菌壓縮空氣和滅菌并接種了生物纖維素產(chǎn)生菌的液體培養(yǎng)基制成霧狀氣溶膠； 3)將霧狀氣溶膠泵入發(fā)酵罐發(fā)酵生產(chǎn)生物纖維素膜，發(fā)酵一段時(shí)間后，每隔一段時(shí)間補(bǔ)充泵入霧狀氣溶膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的生產(chǎn)生物纖維素的方法，其特征在于:所述霧狀氣溶膠制備方法如下:通過(guò)氣液兩相噴頭，將無(wú)菌壓縮空氣和滅菌并接種了生物纖維素產(chǎn)生菌的液體培養(yǎng)基一同噴入氣溶膠產(chǎn)生室，其中無(wú)菌壓縮空氣的流量為2-8m3/h ;滅菌并接種了生物纖維素產(chǎn)生菌的液體培養(yǎng)基的流量為50-200ml/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的生產(chǎn)生物纖維素的方法，其特征在于:所述無(wú)菌壓縮空氣的流量為6 m3/h ;滅菌并接種了生物纖維素產(chǎn)生菌的液體培養(yǎng)基的流量為100 ml/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的生產(chǎn)生物纖維素的方法，其特征在于:步驟3)中發(fā)酵2-5天后，每隔2-3小時(shí)補(bǔ)充泵入氣溶膠500-1000ml。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的生產(chǎn)生物纖維素的方法，其特征在于:所述生物纖維素產(chǎn)生菌種子液在液態(tài)培養(yǎng)基中的接種量為體積百分比的6-12%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生產(chǎn)生物纖維素的方法，其特征在于:所述液體培養(yǎng)基中含有供菌株生長(zhǎng)足量的碳源、氮源和水，或直接使用椰子水作為培養(yǎng)基。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)生物纖維素的方法，其特征在于:碳源為葡萄糖、果糖、蔗糖中的一種或多種；氮源為酵母膏、蛋白胨、銨鹽、硝酸鹽和氨水中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的生產(chǎn)生物纖維素的方法，其特征在于:所述生物纖維素產(chǎn)生菌為木醋桿菌或木葡糖酸醋桿菌。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的生產(chǎn)生物纖維素的方法，其特征在于:發(fā)酵溫度為25-35。。。
【文檔編號(hào)】C12R1/02GK104419736SQ201310382533
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】鐘春燕, 鐘宇光 申請(qǐng)人:海南椰國(guó)熱帶水果食品加工有限公司