CN101386877A - 一种细菌纤维素复合膜的制备方法及其作为面膜材料的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种细菌纤维素复合膜的制备方法及其作为面膜材料的应用，制备方法步骤为：(1)菌株选择，(2)含聚谷氨酸(PGA)种子及液体培养基制备，(3)种子细胞培养，(4)静态液体发酵生产细菌纤维素，(5)细菌纤维素膜纯化。该细菌纤维素复合膜可用作面膜载体或直接作为湿面膜使用。本发明向培养基中添加聚谷氨酸(PGA)提高了细菌纤维素的产量，提高了湿膜的含水量和机械强度，工艺简单，成本低，实验证实本发明可以使细菌纤维素的干重由原来的8～10g/L提高到14～16g/L，含水量由98％至99％。
Description
技术领域
本发明涉及一种细菌纤维素复合膜的制备方法，以及这种细菌纤维素复合膜作为面膜材料的应用。
背景技术
细菌纤维素是在1886年由Brown发现的，木醋杆菌(Acetobacterxylinum)在静止培养时于培养基表面形成一层白色纤维状物质，经化学与物理方法分析确定此类物质具有纤维素的结构与化学性质，因其属细菌合成而命名为细菌纤维素(bacterial cellulose BC)。细菌纤维素直径仅为人工合成纤维的1/10，为10nm～100nm，是一种新型的纳米级生物材料。其有许多独特的性质，如高结晶度和高化学纯度，高抗张强度和弹性模量，很强的水结合性，极佳的形状维持能力和抗撕力，较高的生物适应性和良好的生物可降解性。所以这种新型生物纳米材料的研究开发日益受到各国研究者的重视。随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，化妆品在人们生活中占据越来越重要的位置，从而推动了化妆品科学技术的发展。目前市场上销售的面膜类美容化妆品主要以粉状、泥状或膏状为主。但是使用时都要按照一定的要求配置后才能使用，使用不便。另外，市场上的主流面膜是以纸质面膜为主，缺点明显，如面膜的延展性不好、面膜的性能受到特定载体的影响等。细菌纤维素为纳米级纤维材料，含水量高，在经过改性后含水量更高且产量也提高，然而，将改性后的细菌纤维素复合膜用作面膜载体或直接作为保湿面膜使用，目前还未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种细菌纤维素复合膜的制备方法，以及将这种细菌纤维素复合膜用作面膜的应用。
本发明技术方案：一种细菌纤维素复合膜的制备方法，包括下列步骤：
a.菌株选择
选择木醋杆菌(Gluconacetobacter xylinum)CGMCC No.1.1812或木醋杆菌(Gluconacetobacter xylinum)CGMCC No.1.2378；
b.含聚谷氨酸的液体培养基的制备
液体培养基中以重量百分比计，含2％～4％的葡萄糖或果糖或蔗糖、0.5％～1％的酵母粉、0.5％～1％胰蛋白胨、0.5％～1％Na2HPO4、0.2％～0.3％柠檬酸、2％～3％碳酸钙，余量为水，然后在上述液体培养基中添加0.2～0.8g/L的聚谷氨酸，然后调节培养基的pH值为5～6，在121℃的温度下灭菌20～25min，冷却至30℃后，备用；
c.种子细胞培养
取1～2环活化好的斜面种子接入聚谷氨酸的液体培养基中，8～32℃振荡培养24～36小时，摇床转速为140～180r/min，得种子液；
d.静态液体发酵生产细菌纤维素
以体积百分比为5％～10％的接种量将种子液接种到步骤b制备的含聚谷氨酸的液体培养基中，充分振荡使菌液均匀，28～32℃静置培养6～10天，生成的细菌纤维素膜浮于液面；
e.细菌纤维素膜纯化
取生成的细菌纤维素膜，用水冲洗6～10次，除去膜表面培养基及杂质，再将膜浸泡于0.08～0.12M的碱溶液中，80～100℃煮20～30min，去除膜中的菌体和残留培养基，膜呈乳白色半透明后，用蒸馏水冲洗并测膜pH值到7.0～7.2时，冲洗停止，保存待用。
所述细菌纤维素复合膜的制备方法，其特征是：步骤b中含聚谷氨酸的液体培养基的制备是指液体培养基中以重量百分比计，含2％的葡萄糖或果糖或蔗糖、0.5％的酵母粉、0.5％胰蛋白胨、0.5％Na2HPO4、0.2％柠檬酸、2％碳酸钙，余量为水，然后在上述液体培养基中添加0.4～0.6g/L的聚谷氨酸，调节培养基的pH值为6，在121℃的温度下灭菌20～25min，冷却至30℃后，备用。
步骤b中调节培养基pH值使用的酸或盐选自柠檬酸、醋酸、Na2HPO4、K2HPO4、KH2PO4其中之一。
步骤c种子细胞培养摇床转速为150～160r/min。
步骤d中以体积百分比为6％～8％的接种量将种子液接种到含聚谷氨酸的液体培养基中，静置培养6～8天。
步骤e中取生成的细菌纤维素膜，用水冲洗8～10次，再将膜浸泡于0.1M的碱溶液中，100℃煮20min。
步骤e中所述碱溶液是Na2CO3溶液。
本发明制备的细菌纤维素复合膜作为面膜载体或保湿面膜的应用。
发明有益效果：本发明向培养基中添加聚谷氨酸(PGA)提高了细菌纤维素的产量，提高了湿膜的含水量和机械强度。本发明方法工艺简单，成本低，可以明显提高原料的转化率及细菌纤维素的产量和含水量，实验证实本发明可以使细菌纤维素的干重由原来的8～10g/L提高到14～16g/L，含水量由98％至99％。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进一步详细描述，本发明所述利用聚谷氨酸(PGA)制备细菌纤维素复合膜的方法，由步骤(1)菌株选择，(2)含聚谷氨酸(PGA)种子及液体培养基制备，(3)种子细胞培养，(4)静态液体发酵生产细菌纤维素，(5)细菌纤维素膜纯化组成；其特征是：所述菌株选择木醋杆菌(Gluconacetobacter xylinum)CGMCC No.1.1812或木醋杆菌(Gluconacetobacter xylinum)CGMCC No.1.2378；所述含聚谷氨酸(PGA)种子及液体培养基制备是在以重量百分比计，含2％～4％的葡萄糖或果糖或蔗糖，0.5％～1％的酵母粉，0.5％～1％胰蛋白胨，0.5％～1％Na2HPO4，0.2％～0.3％柠檬酸，2％～3％碳酸钙的种子培养基或液体培养基中添加0.2～0.8g/L的聚谷氨酸(PGA)，然后调节培养基的pH值为5～6，在121℃的温度下灭菌20～25min，冷却至30℃后，备用；所述种子细胞培养是取1～2环活化好的斜面种子接入聚谷氨酸(PGA)的液体培养基中，8℃～32℃振荡培养24小时～36小时，摇床转速为140～180r/min，得种子液；所述静态液体发酵生产细菌纤维素是以体积百分比为5％～10％的接种量将种子液接种到含聚谷氨酸(PGA)的液体培养基中，充分振荡使菌液均匀，28℃～32℃静置培养6～10天，有生成的细菌纤维素膜浮于液面；所述细菌纤维素膜纯化是取生成的细菌纤维素膜，用水冲洗6～10次，除去膜表面培养基及杂质，再将膜浸泡于0.08～0.12M的碱溶液中，80℃～100℃煮20min～30min，去除膜中的菌体和残留培养基，膜呈乳白色半透明后，用蒸馏水冲洗并测膜pH值到7.0～7.2时，冲洗停止，保存待用。
上述利用添加聚谷氨酸(PGA)制备细菌纤维素复合膜的方法中，优选的实施方式是：所述含聚谷氨酸(PGA)种子及液体培养基制备是在以重量百分比计，含2％的葡萄糖或果糖或蔗糖，0.5％的酵母粉，0.5％胰蛋白胨，0.5％Na2HPO4，0.2％柠檬酸，2％碳酸钙的种子培养基或液体培养基中添加0.4～0.6g/L的聚谷氨酸(PGA)，然后调节培养基的pH值为6。
所述种子细胞培养是取1～2环活化好的斜面种子接入含聚谷氨酸(PGA)的液体培养基中，30℃～32℃振荡培养24小时～26小时，摇床转速为150～160r/min，得种子液。
所述静态液体发酵生产细菌纤维素是以体积百分比为6％～8％的接种量将种子液接种到含聚谷氨酸(PGA)的液体培养基中，充分振荡使菌液均匀，30℃～32℃静置培养6～8天，有生成的细菌纤维素膜浮于液面。
所述细菌纤维素膜纯化是取生成的细菌纤维素膜，用水冲洗8～10次，除去膜表面培养基及杂质，再将膜浸泡于0.1M的碱溶液中，100℃煮20min，去除膜中的菌体和残留培养基，膜呈乳白色半透明后，用蒸馏水冲洗并测膜pH值到7.0～7.2时，冲洗停止。
其中：上述利用添加聚谷氨酸(PGA)提高细菌纤维素产量、提高湿膜含水量和机械强度的方法中，所述碱溶液优选是Na2CO3溶液。
本发明所述种子培养基和液体培养基中主要由20～30g/L碳水化合物原料，5～10g/L含氮原料，1～1.5g/L防污染剂，0.2～0.6g/L添加剂组成，将上述原料加水加热溶解，pH调节到5～6，即可得到。
其中：碳水化合物主要包括果糖、葡萄糖、蔗糖或椰子水等，含氮原料主要指酵母膏或蛋白胨等，添加剂主要是指聚谷氨酸(PGA)。
所述pH调节主要采用柠檬酸、醋酸或Na2HPO4或K2HPO4或KH2PO4。
实施例1
(1)菌株选择：选择木醋杆菌(Gluconacetobacter xylinum)CGMCCNo.1.1812。
(2)含聚谷氨酸种子及液体培养基制备：在以重量百分比计，含2％的果糖，0.5％的酵母粉，0.5％胰蛋白胨，0.5％Na2HPO4，0.2％柠檬酸，2％碳酸钙的种子培养基或液体培养基中添加0.5g/L的聚谷氨酸，然后调节培养基的pH值为6，在121℃的温度下灭菌20min，冷却至30℃后，备用；
(3)种子细胞培养：取1～2环活化好的斜面种子(木醋杆菌(Gluconacetobacterxylinum)CGMCC No.1.1812)接入含聚谷氨酸的液体培养基中，30℃振荡培养24小时，摇床转速为160r/min，得种子液；
(4)静态液体发酵生产细菌纤维素：以体积百分比为6％的接种量将种子液接种到含聚谷氨酸的液体培养基中，充分振荡使菌液均匀，30℃静置培养8天，有生成的细菌纤维素膜浮于液面。
(5)细菌纤维素膜纯化：取生成的细菌纤维素膜，用水冲洗8～10次，除去膜表面培养基及杂质，再将膜浸泡于0.1M的Na2CO3溶液中，100℃煮20min，去除膜中的菌体和残留培养基，膜呈乳白色半透明后，用蒸馏水冲洗并测膜pH值到7.0～7.2时，冲洗停止，80℃干燥至恒重，称细菌纤维素重量，计算产量和含水量。
经测定：纤维素的产量为：15g纤维素/L培养基，含水量为99.0％，而以同样方法培养的不加聚谷氨酸的细菌纤维素产量为8.5g纤维素/L培养基，含水量为97.5％。
实施例2
按重量百分比计算，取2％的葡萄糖，0.5％的酵母粉，0.5％胰蛋白胨，0.5％Na2HPO4，0.2％柠檬酸，2％碳酸钙，0.05％聚谷氨酸，调节pH至6.0。121℃灭菌20min。以此为液体培养基，取一环活化好的斜面种子木醋杆菌(Gluconacetobacter xylinum)CGMCC No.1.2378，接入液体培养基中，30℃振荡培养24小时，摇床转速为160r/min，作为种子液。以6％的接种量接种到液体培养基(500mL三角瓶盛有200mL液体培养基)，接种时需充分振荡，以使菌液均匀，30℃恒温静置培养6天。恒温静置培养6天后生成的细菌纤维素膜浮于液面。膜取出后，用水多次冲洗，除去膜表面培养基及杂质。再将膜浸泡于0.1M的Na2CO3溶液，100℃煮沸20min，去除膜中的菌体和残留培养基，膜呈乳白色半透明后，用蒸馏水多次冲洗，用pH试纸轻压膜测pH值，约7.2时，停止冲洗。80℃干燥至恒重，进行称重。
经测定：纤维素的产量为：14g纤维素/L培养基，含水量为99％。相比较同样方法培养的不加聚谷氨酸的细菌纤维素产量为7.5g纤维素/L培养基，含水量为98％。
实施例3
按重量百分比计算，取2％的葡萄糖，0.5％的酵母粉，0.5％胰蛋白胨，0.5％Na2HPO4，0.2％柠檬酸，2％碳酸钙，0.04％聚谷氨酸，调节pH至6.0。121℃灭菌20min。以此为液体培养基，取一环活化好的斜面种子木醋杆菌(Gluconacetobacter xylinum)CGMCC No.1.1812，接入液体培养基，32℃振荡培养24小时，摇床转速为160r/min，作为种子。以7％的接种量接种到液体培养基(分装到发酵浅盘中，发酵盘清洗干净后，臭氧水消毒)中，接种时需充分振荡，以使菌液均匀，厚度为10mm，32℃恒温静置培养6天。恒温静置培养6天后生成的细菌纤维素膜浮于液面，约厚为8mm。膜取出后，用水多次冲洗，除去膜表面培养基及杂质。再将膜浸泡于0.1M的Na2CO3溶液，100℃煮沸20min，去除膜中的菌体和残留培养基，膜呈乳白色半透明。然后用蒸馏水多次冲洗，用pH试纸轻压膜测pH值，pH约7.2时80℃干燥至恒重，进行称重。
经测定：纤维素的产量为：16g纤维素/L培养基，含水量为99％。相比较同样方法培养的不加聚谷氨酸的细菌纤维素产量为9.5g纤维素/L培养基，含水量为98％。
实施例4
(1)菌株选择：选择木醋杆菌(Gluconacetobacter xylinum)CGMCCNo.1.2378。
(2)含聚谷氨酸种子及液体培养基制备：在以重量百分比计，含4％的蔗糖，1％的酵母粉，1％胰蛋白胨，1％Na2HPO4，0.3％柠檬酸，3％碳酸钙的种子培养基或液体培养基中添加0.8g/L的海藻酸钠，然后调节培养基的pH值为5.3，在121℃的温度下灭菌20min，冷却至30℃后，备用；
(3)种子细胞培养：取1～2环活化好的斜面种子(木醋杆菌(Gluconacetobacter xylinum)CGMCC No.1.2378)接入含聚谷氨酸的液体培养基中，32℃振荡培养24小时，摇床转速为180r/min，得种子液；
(4)静态液体发酵生产细菌纤维素：以体积百分比为8％的接种量将种子液接种到含聚谷氨酸的液体培养基中，充分振荡使菌液均匀，32℃静置培养7天，有生成的细菌纤维素膜浮于液面。
(5)细菌纤维素膜纯化：取生成的细菌纤维素膜，用水冲洗10次，除去膜表面培养基及杂质，再将膜浸泡于0.12M的NaOH溶液中，100℃煮30min，去除膜中的菌体和残留培养基，膜呈乳白色半透明后，用蒸馏水冲洗并测膜pH值到7.0～7.1时，冲洗停止，80℃干燥至恒重，称细菌纤维素重量，计算产量。
经测定：纤维素的产量为：15.5g纤维素/L培养基，含水量为99％。而以同样方法培养的不加聚谷氨酸的细菌纤维素产量为9.0g纤维素/L培养基，含水量为98％。
实施例5
(1)菌株选择：选择木醋杆菌(Gluconacetobacterxylinum)CGMCCNo.1.1812。
(2)含聚谷氨酸种子及液体培养基制备：在以重量百分比计，含3％的葡萄糖，0.8％的酵母粉，0.7％胰蛋白胨，0.8％Na2HPO4，0.25％柠檬酸，2.5％碳酸钙的种子培养基或液体培养基中添加0.7g/L的聚谷氨酸，然后调节培养基的pH值为5.7，在121℃的温度下灭菌20min，冷却至30℃后，备用；
(3)种子细胞培养：取1～2环活化好的斜面种子木醋杆菌(Gluconacetobacterxylinum)CGMCC No.1.1812接入含聚谷氨酸的液体培养基中，22℃振荡培养36小时，摇床转速为150r/min，得种子液；
(4)静态液体发酵生产细菌纤维素：以体积百分比为5％的接种量将种子液接种到含聚谷氨酸的液体培养基中，充分振荡使菌液均匀，28℃静置培养10天，有生成的细菌纤维素膜浮于液面。
(5)细菌纤维素膜纯化：取生成的细菌纤维素膜，用水冲洗10次，除去膜表面培养基及杂质，再将膜浸泡于0.09M的NaOH溶液中，80℃煮30min，去除膜中的菌体和残留培养基，膜呈乳白色半透明后，用蒸馏水冲洗并测膜pH值到7.1～7.2时，冲洗停止，70℃干燥至恒重，称细菌纤维素重量，计算产量。
经测定：纤维素的产量为：15.8g纤维素/L培养基，含水量为99％。而以同样方法培养的不加聚谷氨酸的细菌纤维素产量为9.2g纤维素/L培养基，含水量为98％。
所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种细菌纤维素复合膜的制备方法，包括下列步骤:
a.菌株选择
选择木醋杆菌(Gluconacetobacter xylinum)CGMCC No.1.1812或木醋杆菌(Gluconacetobacter xylinum)CGMCCNo.1.2378；
b.含聚谷氨酸的液体培养基的制备
液体培养基中以重量百分比计，含2％～4％的葡萄糖或果糖或蔗糖、0.5％～1％的酵母粉、0.5％～1％胰蛋白胨、0.5％～1％Na2HPO4、0.2％～0.3％柠檬酸、2％～3％碳酸钙，余量为水，然后在上述液体培养基中添加0.2～0.8g/L的聚谷氨酸，然后调节培养基的pH值为5～6，在121℃的温度下灭菌20～25min，冷却至30℃后，备用；
c.种子细胞培养
取1～2环活化好的斜面种子接入聚谷氨酸的液体培养基中，8～32℃振荡培养24～36小时，摇床转速为140～180r/min，得种子液；
d.静态液体发酵生产细菌纤维素
以体积百分比为5％～10％的接种量将种子液接种到步骤b制备的含聚谷氨酸的液体培养基中，充分振荡使菌液均匀，28～32℃静置培养6～10天，生成的细菌纤维素膜浮于液面；
e.细菌纤维素膜纯化
取生成的细菌纤维素膜，用水冲洗6～10次，除去膜表面培养基及杂质，再将膜浸泡于0.08～0.12M的碱溶液中，80～100℃煮20～30min，去除膜中的菌体和残留培养基，膜呈乳白色半透明后，用蒸馏水冲洗并测膜pH值到7.0～7.2时，冲洗停止，保存待用。
2.权利要求1所述一种细菌纤维素复合膜的制备方法，其特征是:步骤b中含聚谷氨酸的液体培养基的制备是指液体培养基中以重量百分比计，含2％的葡萄糖或果糖或蔗糖、0.5％的酵母粉、0.5％胰蛋白胨、0.5％Na2HPO4、0.2％柠檬酸、2％碳酸钙，余量为水，然后在上述液体培养基中添加0.4～0.6g/L的聚谷氨酸，调节培养基的pH值为6，在121℃的温度下灭菌20～25min，冷却至30℃后，备用。
3.权利要求1或2所述一种细菌纤维素复合膜的制备方法，其特征是:步骤b中调节培养基pH值使用的酸或盐选自柠檬酸、醋酸、Na2HPO4、K2HPO4、KH2PO4其中之一。
4.权利要求1所述一种细菌纤维素复合膜的制备方法，其特征是:步骤c种子细胞培养摇床转速为150～160r/min。
5.权利要求1所述一种细菌纤维素复合膜的制备方法，其特征是:步骤d中以体积百分比为6％～8％的接种量将种子液接种到含聚谷氨酸的液体培养基中，静置培养6～8天。
6.权利要求1所述一种细菌纤维素复合膜的制备方法，其特征是:步骤e中取生成的细菌纤维素膜，用水冲洗8～10次，再将膜浸泡于0.1M的碱溶液中，100℃煮20min。
7.权利要求1或6所述一种细菌纤维素复合膜的制备方法，其特征是:所述碱溶液是Na2CO3溶液。
8.权利要求1所述方法制备的细菌纤维素复合膜作为面膜载体或保湿面膜的应用。
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