CN101781666A - 一种利用麦秆/稻草生产细菌纤维素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用麦秆/稻草生产细菌纤维素的方法，包括：(1)麦秆或稻草磨碎，再用稀硫酸或盐酸浸泡，反应，接着通过抽滤将麦秆或稻草残渣和酸水解液分开，收集水解液备用；(2)水解液的脱毒；(3)取上述的脱毒水解液作为培养基碳源，加氮源，配成培养基，接入醋酸杆菌或葡萄糖氧化杆菌细菌在25-30℃，160-250转/分钟摇床中培养或在25-30℃培养箱内静置培养，得到细菌纤维素。本发明制备的培养基碳源质量好，价格低，适合于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属细菌纤维素的制备领域，特别是涉及一种利用麦秆/稻草生产细菌纤维素的方法。
背景技术
细菌纤维素(Bacterial Cellulose，简称BC)又称为微生物纤维素(Microbial Cellulose)，是一种有着广阔应用前景的生物材料，与自然界中其它高等植物纤维素相比，它具有许多独特的性质，然而细菌纤维素培养基成本高，纤维素产量和产率低等问题却是其工业化生产和推广应用的瓶颈。
目前研究比较全面的是由醋酸菌属的木醋杆菌(Acetobacterxy linum)产生的细菌纤维素。细菌纤维素在分子组成上和植物纤维素一样，是由葡萄糖单体通过β-1，4糖苷键聚合而成的直链高分子化合物。但细菌纤维素具有自己独特的性质。(1)纳米级纤维。细菌纤维素的微纤维组成独特的束状纤维，宽度100nm左右，厚度为3～8nm，是目前最细的天然纤维，其大小仅为人工合成纤维的1/10；(2)高结晶度和高化学纯度。细菌纤维素以100％纤维素的形式存在，不含半纤维素、木质素和其它成分，提纯过程简单；(3)高抗张强度和弹性模量。细菌纤维素经洗涤、干燥后，杨氏模量可达10Mpa，经热压处理后，杨氏模量可达30Mpa，比有机合成纤维的强度高4倍；(4)高持水量(或称高亲水性)。细菌纤维素能吸收60～700倍于其干重的水份；(5)极佳的形状维持能力和抗撕力。细菌纤维素膜的抗撕能力比聚乙烯膜和聚氯乙烯膜要强5倍；(6)较高的生物适应性和良好的生物降解性。自然环境中，在酸性、微生物以及纤维素酶催化等条件下可以最终降解成单糖等小分子物质；(7)生物合成时性能和形状的可调控性。通过调节培养条件，可得到性质不同的细菌纤维素。
基于上述多方面的优异性能，细菌纤维素在多个领域有广阔的应用前景，成为研究热点。(1)在医用材料上，细菌纤维素用于组织工程支架、人工血管、人工角膜、人工皮肤以及治疗皮肤损伤等方面；(2)在食品工业上，细菌纤维素具有很强的亲水性、持水性、稳定性及完全不被人体消化的特点，可作为食品的增稠剂、成型剂、分散剂和结合剂等，作为一种新型食品基料，也用于饮料、功能食品的制造；(3)在造纸工业上，细菌纤维素可提高纸张的性能、开发新型纸张及特种纸；另外细菌纤维素也用于生产高级音响设备振动膜、超级滤膜、生物传感器表面膜等。
目前工业上生产细菌纤维素的主要原料葡萄糖、甘露醇、蔗糖等均是商品化的试剂，成本较高，制约了细菌纤维素的规模化生产和应用，因此寻找、开发廉价的生产原料、降低生产成本是开发利用细菌纤维素的关键。
麦秆和稻草等农作物秸秆是地球上一种数量巨大的可再生生物质资源。我国生物质资源丰富，每年产生的生物质总量有50多亿吨(干重)，因此，农作物秸秆的资源化利用是一项系统工程也是目前亟待开发的课题。
麦秆的主要化学成分由纤维素、木聚糖等半纤维素和木质素组成，是我国北方主要的农作物秸秆。稻草是水稻生产中的主要废弃物，来源充足、价格低廉。我国稻草的年产量为1.09×108t，占世界稻草总产量的四分之一以上。长久以来，大部分稻草未得到充分合理的利用，或用作燃料或在田间被直接燃烧，即污染环境又浪费资源。稻草主要成分是纤维素、半纤维和木质素，含量分别为40％、24％和19％。其中纤维和半纤维主要由葡萄糖和木糖等单糖组成，是微生物可以利用的碳源。寻找一种先进实用的技术将其中的纤维素和半纤维素转化为微生物易于利用的糖，并通过微生物发酵生产高附加值的产品，对于解决环境污染和稻草资源的利用具有重大的现实意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用麦秆/稻草生产细菌纤维素的方法，该方法制备的培养基碳源质量好，价格低，适合于工业生产。
本发明的一种利用麦秆生产细菌纤维素的方法，包括：
(1)麦秆的稀酸水解
麦秆先用植物粉碎机磨碎，再用稀硫酸或盐酸(0.3％～7％，w/v)在反应器中以1∶6-1∶30的麦秆与稀酸液的固/液比浸泡过夜(12-24h)，然后在温度100℃～121℃条件下反应30～80分钟，接着通过抽滤将麦秆残渣和酸水解液分开，收集水解液，4℃-8℃冰箱冷藏备用；
(2)水解液的脱毒
由于水解液中含有一定的有毒物质，在以水解液作为培养基碳源时醋酸杆菌(Acetobacter aceti)或葡萄糖氧化杆菌(Gluconobacter Oxydans)不能生长和合成细菌纤维素，所以水解液必需脱毒；
用NaOH、Ca(OH)2(或石灰)和氨水(NH4OH)等碱对水解液进行脱毒，改变脱毒条件譬如pH值、时间，以及分别结合活性炭或结合10％漆酶(酶活为2.75U/mL)对水解液进行脱毒以提高脱毒效果；
方法1：NaOH将水解液pH值调到4.5-5.5，过滤沉淀，并微调到pH4.5-5.5；
方法2：NaOH将水解液pH值调到4.5-5.5，加入活性炭吸附，反应后过滤掉活性炭并重新微调pH值到4.5-5.5；
方法3：NaOH将水解液pH值调到9.5-11，加入活性炭吸附，反应后过滤掉活性炭并重新调节pH值到4.5-5.5；
方法4：NaOH将水解液pH值调到9.5-11，于25-60℃温水浴条件下反应过夜，过滤并重新调pH值到4.5-5.5；
方法5：NaOH将水解液pH值调到9.5-11，于25-60℃温水浴条件下反应过夜，过滤并重新调pH值到4.5-5.5，然后加入活性炭吸附，反应后过滤掉活性炭并重新微调pH值到4.5-5.5；
方法6：NaOH将水解液pH值调到4.5-5.5，加10％漆酶(酶活为2.75U/mL)于25-60℃温水浴条件下反应12h-24h，过滤掉沉淀物并重新微调pH值到4.5-5.5；
方法7：Ca(OH)2将水解液pH值调到4.5-5.5，过滤沉淀，并微调到pH4.5-5.5；
方法8：Ca(OH)2将水解液pH值调到4.5-5.5，加入活性炭吸附，反应后过滤掉活性炭并重新微调pH值到4.5-5.5；
方法9：Ca(OH)2将水解液pH值调到9.5-11，加入活性炭吸附，反应后过滤掉活性炭并重新调节pH值到4.5-5.5；
方法10：Ca(OH)2将水解液pH值调到9.5-11，于25-60℃温水浴条件下反应过夜，过滤并重新调pH值到4.5-5.5；
方法11：Ca(OH)2将水解液pH值调到9.5-11，于25-60℃温水浴条件下反应过夜，过滤并重新调pH值到4.5-5.5，然后加入活性炭吸附，反应后过滤掉活性炭并重新微调pH值到4.5-5.5；
方法12：Ca(OH)2将水解液pH值调到4.5-5.5，加10％漆酶(酶活为2.75U/mL)于25-60℃温水浴条件下反应12h-24h，过滤掉沉淀物并重新微调pH值到4.5-5.5；
方法13：25％-30％氨水将水解液pH值调到9.5-11，于25-60℃温水浴条件下反应过夜，过滤并重新调pH值到4.5-5.5，然后加入活性炭吸附，反应后过滤掉活性炭并重新微调pH值到4.5-5.5；
方法14：25％-30％氨水将水解液pH值调到4.5-5.5，加10％漆酶(酶活为2.75U/mL)于25-60℃温水浴条件下反应12h-24h，过滤掉沉淀物并重新微调pH值到4.5-5.5。
(3)细菌纤维素的制备
取上述的脱毒水解液作为培养基碳源，补加0.1-2％的氮源，121℃灭菌15-20min后作为培养基，以5％-10％的接种量接入醋酸杆菌(美国标准生物样品保藏中心ATCC提供：Acetobacter aceti subsp.xylinus(Gluconacetobacter xylinus)ATCC 23770、Acetobacteraceti subsp.xylinus(Gluconacetobacter xylinus)ATCC 53263、Gluconacetobacter xylinusATCC 53264、Gluconacetobacter xylinus ATCC 53524、Gluconacetobacter xylinus ATCC53582、Gluconacetobacter xylinus ATCC 53749、Gluconacetobacter xylinus ATCC 53750、Gluconacetobacter xylinus ATCC 700178、Gluconacetobacter hansenii ATCC 10821、Gluconacetobacter hansenii ATCC 23769)或葡萄糖氧化杆菌(Gluconobacter oxydans ATCC11894)等细菌在26-30℃，160-250转/分钟摇床中培养或在26-30℃培养箱内静止培养，经过一段时间(6-25天)均能够得到较理想的细菌纤维素。
所述步骤(1)中的麦秆先用植物粉碎机磨碎至40目。
所述步骤(2)中的活性炭是1质量％-6质量％的活性炭于室温下搅拌5-10min。
所述步骤(3)中的氮源为酵母浸膏、蛋白胨、胰蛋白胨、牛肉膏、硫酸铵等铵盐中的一种或几种。
所述步骤(3)用于培养细菌的碳源是经脱毒制备的麦秆水解液，按7-30g/L的还原糖量(以葡萄糖计)将水解液配制成发酵培养基，含有0.1-1％酵母浸膏、0.1-0.5％蛋白胨，培养基pH值为5.0。
所述步骤(3)中的接种量为6％。
其中方法11，Ca(OH)2结合活性炭的方法制备细菌纤维素的效果最好，可以在11天左右的时间生成较为理想的细菌纤维素膜，且细菌纤维素产量最高，可达15.4mg/mL。当该脱毒的水解液与其它常规碳源比较时，在相同碳源浓度和培养条件下，该脱毒水解液制备的细菌纤维素产量仍高于常规碳源制备的，要比以纯甘露醇、蔗糖或葡萄糖为碳源时的纤维素产量分别高出50.3％、65.0％和69.9％。
此外，使用不同碱液调节水解液pH至9.5-11反应后再结合活性炭的方法(方法5，方法11，方法13)要比用不同碱液调节水解液pH至4.5-5.5再结合漆酶的方法(方法6，方法12，方法14)对麦秆水解液脱毒效果好，其中脱毒效果最好的是用Ca(OH)2调节水解液pH值，其次是NaOH和氨水。
麦秆主要化学成分由纤维素、半纤维素和木质素组成，但是麦秆结构复杂。纤维素、半纤维素不但被木质素包裹，而且半纤维素部分共价和木质素结合，纤维素则具有高度有序晶体结构，所以麦秆的利用需要预处理。只有经过预处理，才能解除木质素对纤维素的包裹，从而把纤维素暴露出来，利于酸水解或酶水解及后续发酵过程。在水解过程中，虽然有葡萄糖，木糖，阿拉伯糖等混合糖产生，但由于反应条件剧烈，还会生成许多对发酵微生物有毒性作用的抑制物，水解液中的抑制剂主要有：糠醛、羟甲基糖醛、乙酸、酚类化合物、丁香酸、羟基苯甲酸、香草醛及其它有毒化合物。所以在使用上述水解液进行微生物发酵过程中，需要对水解液脱毒，以减少这些有毒化合物对微生物发酵培养的影响。
本发明的一种利用稻草生产细菌纤维素的方法，包括：
(1)稻草的稀酸水解
将稻草风干粉碎，再用1％～8％(w/v)硫酸或盐酸浸泡，稻草与硫酸或盐酸的固液比为1∶5～1∶25，然后在90℃～140℃下反应10～90min，反应结束后抽滤，收集水解液；
(2)水解液的脱毒
稻草酸水解过程中，除了产生单糖和低聚糖外，还产生一些副产物，这些副产物对微生物的生长代谢有一定的抑制作用，所以在利用水解液生产细菌纤维素前需要进行处理。
用NaOH、Ca(OH)2(或石灰)、氨水(NH4OH)等碱调节水解液pH值，结合活性炭或漆酶对水解液进行处理。
方法1：用NaOH调水解液pH值至4～6，离心或过滤除去沉淀；
方法2：用NaOH调水解液pH值至4～6，加入活性炭反应5min～30min，离心或过滤除去沉淀；
方法3：用NaOH调水解液pH值至9～11，加入活性炭反应5min～30min，离心或过滤除去沉淀，调水解液pH值至4～6；
方法4：用NaOH调水解液pH值至9～11，于20～60℃水浴下反应12～24小时，离心或过滤除去沉淀，调水解液pH值至4～6；
方法5：用NaOH调水解液pH值至9～11，于20～60℃水浴下反应12～24小时，调水解液pH值至4～6，然后加入活性炭反应5min～30min，离心或过滤除去沉淀；
方法6：用NaOH调水解液pH值至4～6，离心或过滤除去沉淀，加入10％的酶活为2.75U/mL的漆酶于30～60℃水浴下反应12～24小时；
方法7：用Ca(OH)2调水解液pH值至4～6，离心或过滤除去沉淀；
方法8：用Ca(OH)2调水解液pH值至4～6，加入活性炭反应5min～30min，离心或过滤除去沉淀；
方法9：用Ca(OH)2调水解液pH值至9～11，加入活性炭反应5min～30min，离心或过滤除去沉淀，调水解液pH值至4～6；
方法10：用Ca(OH)2调水解液pH值至9～11，于20～60℃水浴下反应12～24小时，离心或过滤除去沉淀，调水解液pH值至4～6；
方法11：用Ca(OH)2调水解液pH值至9～11，于20～60℃水浴下反应12～24小时，调水解液pH值至4～6，然后加入活性炭反应5min～30min，离心或过滤除去沉淀；
方法12：用Ca(OH)2调水解液pH值至4～6，离心或过滤除去沉淀，加入漆酶于30～60℃水浴下反应12～24小时；
方法13：用氨水调水解液pH值至9～11，于20～60℃水浴下反应12～24小时，调水解液pH值至4～6，然后加入活性炭反应5min～30min，离心或过滤除去沉淀；
方法14：用氨水调水解液pH值至4～6，离心或过滤除去沉淀，加入10％的酶活为2.75U/mL的漆酶于30～60℃水浴下反应12～24小时；
(3)取上述的脱毒水解液作为培养基碳源，补加0.1～2％的氮源，121℃灭菌15-20min后作为培养基；以5％～10％的接种量接入醋酸杆菌(美国标准生物样品保藏中心ATCC提供：Acetobacter aceti subsp.xylinus(Gluconacetobacter xylinus)ATCC 23770、Acetobacteraceti subsp.xylinus(Gluconacetobacter xylinus)ATCC 53263、Gluconacetobacter xylinusATCC 53264、Gluconacetobacter xylinus ATCC 53524、Gluconacetobacter xylinus ATCC53582、Gluconacetobacter xylinus ATCC 53749、Gluconacetobacter xylinus ATCC 53750、Gluconacetobacter xylinus ATCC 700178、Gluconacetobacter hansenii ATCC 10821、Gluconacetobacter hansenii ATCC 23769)或葡萄糖氧化杆菌(Gluconobacter oxydans ATCC11894)等细菌，在25～30℃、160～250rpm振荡培养或25～30℃下静置培养6-25天，得到细菌纤维素。
所述步骤(1)中的稻草为水稻秸秆。
所述步骤(2)活性炭是1质量％-6质量％的活性炭于室温下搅拌5-10min。
所述步骤(3)中的氮源为酵母浸膏、蛋白胨、胰蛋白胨、牛肉膏、硫酸铵等铵盐中的一种或几种。
所述步骤(3)的培养基采用脱毒水解液作为培养基碳源，按7-30g/L的还原糖量(以葡萄糖计)将水解液配制成发酵培养基，含有0.1-1％酵母浸膏、0.1-0.5％蛋白胨，培养基pH值为5.0。
实验结果表明，水稻秸秆用5％硫酸在固液比1∶10时水解30min所得水解液用Ca(OH)2结合活性炭处理后，将水解液的糖浓度调整为20g/L，补加0.5％的酵母浸膏和0.5％蛋白胨配制成培养基，以6％的接种量接入醋酸杆菌，30℃静置培养10天，所得细菌纤维素的产量为16.2g/L，细菌纤维素的产量分别比以甘露醇、蔗糖、葡萄糖为碳源时提高49.9％、79.2％和94.0％。
有益效果
(1)本发明简单，成本低廉，原料来源广泛，适合于工业化生产；
(2)本发明利用麦秆或稻草中这一价廉的原料，进行稀酸水解和脱毒，生产出一种可以用于培养细菌制备纤维素的培养基碳源，为工业化大规模生产细菌纤维素这一新兴生物材料提供新的思路和途径；麦秆或稻草来源广泛，价格低廉，因此生产细菌纤维素的培养基碳源的制备及其脱毒方法有着很高的实际应用价值，优势明显；经测试，本发明所生产的培养基碳源也可以用于其它工业微生物的培养，是一种价廉质优的碳源。
附图说明
图1不同方法制备的麦秆水解液碳源生产的细菌纤维素的结果。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
麦秆先用植物粉碎机磨碎，再用稀硫酸(3％，w/v)在反应器中以1∶6的麦秆与稀酸液的固/液比浸泡过夜(12-24h)，然后在温度121℃反应60分钟，接着将麦秆残渣和酸液抽滤分开，收集水解液，4℃冰箱冷藏备用。
加入NaOH将水解清液pH值调到10左右，用滤纸过滤掉沉淀得到处理后水解液，再微调pH值到10.0。然后用膜封口，置于30℃水浴中反应12-24过夜，最后用稀酸将水解液pH值调到5.0。然后加入2％(质量百分比)活性炭，搅拌(室温条件下5-10min)后用滤纸过滤掉活性炭，得到脱毒水解清液，再用稀硫酸微调pH值到5.5。脱毒后的水解液经测糖，作为培养基碳源，再在其中补加0.1％-1％的酵母浸膏和0.1％-0.5％胰蛋白胨配成麦秆水解液培养基用于微生物的培养。
实施例2
麦秆先用植物粉碎机磨碎，再用稀盐酸(1％，w/v)在反应器中以1∶10的麦秆与稀酸液的固/液比浸泡过夜(12-24h)，然后在温度121℃反应75分钟，接着将麦秆残渣和酸液抽滤分开，收集水解液，4℃冰箱冷藏备用。
加入Ca(OH)2将水解清液pH值调到10左右，用滤纸过滤掉沉淀得到处理后水解液，再微调pH值到10.0。然后用膜封口，置于40℃水浴中反应12-24过夜，最后用稀酸将水解液pH值调到5.0。然后加入2％(质量百分比)活性炭，搅拌(室温条件下5-10min)后用滤纸过滤掉活性炭，得到脱毒水解清液，再用稀硫酸微调pH值到5.5。脱毒后的水解液经测糖，作为培养基碳源，再在其中补加0.1％-1％的酵母浸膏和0.1％-0.5％胰蛋白胨配成麦秆水解液培养基用于微生物的培养。
实施例3
麦秆先用植物粉碎机磨碎，再用稀硫酸(2％，w/v)在反应器中以1∶15的麦秆与稀酸液的固/液比浸泡过夜(12-24h)，然后在温度100℃反应80分钟，接着将麦秆残渣和酸液抽滤分开，收集水解液，4℃冰箱冷藏备用。
加入25％氨水将水解清液pH值调到10，用滤纸过滤掉沉淀得到处理后水解液，再微调pH值到10。然后用膜封口，置于25℃水浴中反应过夜，最后用稀酸将水解液pH值调到5.0。然后加入2％(质量百分比)活性炭，搅拌(室温条件下5-10min)后用滤纸过滤掉活性炭，得到脱毒水解清液，再用稀硫酸微调pH值到5.5。脱毒后的水解液经测糖，作为培养基碳源，再在其中补加0.1％-1％的酵母浸膏和0.1％-0.5％胰蛋白胨配成麦秆水解液培养基用于微生物的培养。
实施例4
麦秆先用植物粉碎机磨碎，再用稀硫酸(3％，w/v)在反应器中以1∶15的麦秆与稀酸液的固/液比浸泡过夜(12-24h)，然后在温度110℃反应60分钟，接着将麦秆残渣和酸液抽滤分开，收集水解液，6℃冰箱冷藏备用。
加入NaOH将水解清液pH值调到5.0，加入10％酶活为2.75U/mL的漆酶，于50℃水浴中反应12h，过滤掉活性炭并重新微调pH值到5.5。脱毒后的水解液经测糖，作为培养基碳源，再在其中补加0.1％-1％的酵母浸膏和0.1％-0.5％胰蛋白胨配成麦秆水解液培养基用于微生物的培养。
实施例5
麦秆先用植物粉碎机磨碎，再用稀硫酸(3％，w/v)在反应器中以1∶30的麦秆与稀酸液的固/液比浸泡过夜(12-24h)，然后在温度110℃反应60分钟，接着将麦秆残渣和酸液抽滤分开，收集水解液，6℃冰箱冷藏备用。
加入Ca(OH)2将水解清液pH值调到5.0，加入10％酶活为2.75U/mL的漆酶，于50℃水浴中反应12h，过滤掉活性炭并重新微调pH值到5.5。脱毒后的水解液经测糖，作为培养基碳源，再在其中补加0.1％-1％的酵母浸膏和0.1％-0.5％胰蛋白胨配成麦秆水解液培养基用于微生物的培养。
实施例6
麦秆先用植物粉碎机磨碎，再用稀盐酸(3％，w/v)在反应器中以1∶30的麦秆与稀酸液的固/液比浸泡过夜(12-24h)，然后在温度121℃反应60分钟，接着将麦秆残渣和酸液抽滤分开，收集水解液，4℃冰箱冷藏备用。
加入25％氨水将水解清液pH值调到5.0，加入10％酶活为2.75U/mL的漆酶，于40℃水浴中反应12h，过滤掉活性炭并重新微调pH值到5.5。脱毒后的水解液经测糖，作为培养基碳源，再在其中补加0.1％-1％的酵母浸膏和0.1％-0.5％胰蛋白胨配成麦秆水解液培养基用于微生物的培养。
实施例7
麦秆先用植物粉碎机磨碎，再用稀硫酸(1％，w/v)在反应器中以1∶12的麦秆与稀酸液的固/液比浸泡过夜(12-24h)，然后在温度121℃反应30分钟，接着将麦秆残渣和酸液抽滤分开，收集水解液，4℃冰箱冷藏备用。
加入Ca(OH)2将水解清液pH值调到10左右，用滤纸过滤掉沉淀得到处理后水解液，再微调pH值到10.0。然后用膜封口，置于40℃水浴中反应过夜，最后用稀酸将水解液pH值调到5.0。然后加入2％(质量百分比)活性炭，搅拌(室温条件下5-10min)后用滤纸过滤掉活性炭，得到脱毒水解清液，再用稀硫酸微调pH值到5.5。脱毒后的水解液经测糖，作为培养基碳源，再在其中补加0.1％-1％的酵母浸膏和0.1％-0.5％胰蛋白胨配成麦秆水解液培养基用于微生物的培养。
实施例8
使用上述各种方法对麦秆水解液脱毒，并调节水解液糖浓度为25g/L，同时分别配制同样浓度的葡萄糖、甘露醇、蔗糖，再在其中补加0.1％-1％的酵母浸膏和0.1％-0.5％胰蛋白胨分别配成50mL麦秆水解液培养基、葡萄糖培养基、甘露醇培养基、蔗糖培养基。将醋酸杆菌或葡萄糖氧化杆菌以6-10％的接种量接入麦秆水解液培养基在30℃培养箱内静止培养8-15天，可得到较理想的细菌纤维素产品或较丰厚的细菌纤维素膜，实验结果见图1。
在细菌纤维素产量上，使用Ca(OH)2结合活性炭的脱毒方法(方法11)要优于那些使用NaOH结合活性炭和氨水结合活性炭的脱毒方法。经Ca(OH)2结合活性炭的脱毒方法制备的碳源，在8-15天左右的时间可以生成较理想的细菌纤维素膜，而经NaOH结合活性炭和氨水结合活性炭的脱毒方法的碳源，虽然也能形成细菌纤维素膜，但产量没有Ca(OH)2结合活性炭的脱毒方法高。
由图1可见，Ca(OH)2结合活性炭的脱毒方法(方法11)的细菌纤维素产量是最高的，当Ca(OH)2结合活性炭与其他常规碳源，譬如蔗糖，葡萄糖和甘露醇比较时，Ca(OH)2结合活性炭脱毒的水解液制备的细菌纤维素产量高于常规碳源的培养基。所以在同等条件下，使用脱毒麦秆水解液配制的培养基生产的细菌纤维素产量略高于以甘露醇、蔗糖或葡萄糖为碳源的培养基，由于原料麦秆来源广泛，价格低廉，因此该生产细菌纤维素的培养基碳源的制备及其脱毒方法有着很高的实际应用价值，优势明显。
实施例9
稻草风干粉碎后，在反应器中以1∶10的固液比加入3％(w/v)硫酸，然后在100℃下反应80min，反应结束后通过抽滤将残渣和水解液分开，收集水解液。
用Ca(OH)2调水解液pH值至10，于30℃水浴下反应12-24小时，调水解液pH值至5，然后加入活性炭反应30min，离心或过滤除去沉淀；
以上述处理过的水解液为碳源，补加0.1％的酵母浸膏和0.5％蛋白胨，灭菌后作为培养基。以6％的接种量接入菌种，在30℃、160～250rpm振荡培养或静止培养10天，得到细菌纤维素。
实施例10
稻草风干粉碎后，在反应器中以1∶15的固液比加入5％(w/v)盐酸，然后在100℃下反应60min，反应结束后通过抽滤将残渣和水解液分开，收集水解液。
用Ca(OH)2调水解液pH值至5，离心或过滤除去沉淀，加入漆酶于35℃水浴下反应24小时；
以上述处理过的水解液为碳源，补加0.1％的酵母浸膏和0.5％胰蛋白胨，灭菌后作为培养基。以10％的接种量接入菌种，在30℃、160～250rpm振荡培养或静止培养8天，得到细菌纤维素。
实施例11
稻草风干粉碎后，在反应器中以1∶8的固液比加入1％(w/v)硫酸，然后在120℃下反应90min，反应结束后通过抽滤将残渣和水解液分开，收集水解液。
用NaOH调水解液pH值至5.5，加入活性炭反应30min，离心或过滤除去沉淀；
以上述处理过的水解液为碳源，补加0.1％的酵母浸膏和0.5％蛋白胨，灭菌后作为培养基。以8％的接种量接入菌种，在30℃、160～250rpm振荡培养或静止培养12天，得到细菌纤维素。
实施例12
稻草风干粉碎后，在反应器中以1∶20的固液比加入6％(w/v)硫酸，然后在90℃下反应30min，反应结束后通过抽滤将残渣和水解液分开，收集水解液。
用NaOH调水解液pH值至5，离心或过滤除去沉淀，加入漆酶于35℃水浴下反应24小时；
以上述处理过的水解液为碳源，补加1％蛋白胨，灭菌后作为培养基。以8％的接种量接入菌种，在30℃、160～250rpm振荡培养或静止培养10天，得到细菌纤维素。
实施例13
稻草风干粉碎后，在反应器中以1∶25的固液比加入5％(w/v)硫酸，然后在90℃下反应45min，反应结束后通过抽滤将残渣和水解液分开，收集水解液。
用氨水调水解液pH值至11，于50℃水浴下反应12-24小时，调水解液pH值至5，然后加入活性炭反应30min，离心或过滤除去沉淀；
以上述处理过的水解液为碳源，补加0.1％的牛肉浸膏和0.5％蛋白胨，灭菌后作为培养基。以10％的接种量接入菌种，在30℃、160rpm振荡培养或静止培养15天，得到细菌纤维素。
实施例14
稻草风干粉碎后，在反应器中以1∶6的固液比加入3％(w/v)盐酸，然后在120℃下反应45min，反应结束后通过抽滤将残渣和水解液分开，收集水解液。
用NaOH调水解液pH值至10，于30℃水浴下反应12-24小时，离心或过滤除去沉淀，调水解液pH值至5；
以上述处理过的水解液为碳源，补加0.1％的酵母浸膏和0.5％蛋白胨，灭菌后作为培养基。以10％的接种量接入菌种，在30℃、160rpm振荡培养或静止培养10天，得到细菌纤维素。
实施例15
稻草风干粉碎后，在反应器中以1∶10的固液比加入1％(w/v)盐酸，然后在140℃下反应30min，反应结束后通过抽滤将残渣和水解液分开，收集水解液。
用Ca(OH)2调水解液pH值至11，于30℃水浴下反应12-24小时，离心或过滤除去沉淀，调水解液pH值至5；
以上述处理过的水解液为碳源，补加0.1％的牛肉浸膏和0.5％蛋白胨，灭菌后作为培养基。以8％的接种量接入菌种，在30℃、160～250rpm振荡培养或静止培养10天，得到细菌纤维素。
实施例16
稻草风干粉碎后，在反应器中以1∶8的固液比加入5％(w/v)盐酸，然后在100℃下反应30min，反应结束后通过抽滤将残渣和水解液分开，收集水解液。
用Ca(OH)2调水解液pH值至10，加入活性炭反应30min，离心或过滤除去沉淀，调水解液pH值至5；
以上述处理过的水解液为碳源，补加0.1％的酵母浸膏和0.5％蛋白胨，灭菌后作为培养基。以6％的接种量接入菌种，在30℃、180rpm振荡培养或静止培养15天，得到细菌纤维素。
实施例17
稻草风干粉碎后，在反应器中以1∶12的固液比加入3％(w/v)硫酸，然后在120℃下反应30min，反应结束后通过抽滤将残渣和水解液分开，收集水解液。
用Ca(OH)2调水解液pH值至5.5，离心或过滤除去沉淀；
以上述处理过的水解液为碳源，补加0.5％的酵母浸膏和0.5％蛋白胨，灭菌后作为培养基。以10％的接种量接入菌种，在30℃、200rpm振荡培养或静止培养11天，得到细菌纤维素。
Claims (5)
1.一种利用麦秆生产细菌纤维素的方法，包括：
(1)麦秆先用植物粉碎机磨碎至20-80目，再用0.3％～7％w/v的稀硫酸或盐酸在反应器中浸泡12-24h；麦秆与稀硫酸或盐酸的固/液比为1∶6-1∶30，然后在100℃～121℃反应30～80分钟，接着通过抽滤将麦秆残渣和酸水解液分开，收集水解液，4℃-8℃冰箱冷藏备用；
(2)水解液的脱毒
方法1：NaOH将水解液pH值调到4.5-5.5，过滤沉淀，并微调到pH4.5-5.5；
方法2：NaOH将水解液pH值调到4.5-5.5，加入活性炭吸附，反应后过滤掉活性炭并重新微调pH值到4.5-5.5；
方法3：NaOH将水解液pH值调到9.5-11，加入活性炭吸附，反应后过滤掉活性炭并重新调节pH值到4.5-5.5；
方法4：NaOH将水解液pH值调到9.5-11，于25-60℃温水浴条件下反应12h-24h，过滤并重新调pH值到4.5-5.5；
方法5：NaOH将水解液pH值调到9.5-11，于25-60℃温水浴条件下反应12h-24h，过滤并重新调pH值到4.5-5.5，然后加入活性炭吸附，反应后过滤掉活性炭并重新微调pH值到4.5-5.5；
方法6：NaOH将水解液pH值调到4.5-5.5，加10％的酶活为2.75U/mL的漆酶于25-60℃温水浴条件下反应12h-24h，过滤掉沉淀物并重新微调pH值到4.5-5.5；
方法7：Ca(OH)2将水解液pH值调到4.5-5.5，过滤沉淀，并微调到pH4.5-5.5；
方法8：Ca(OH)2将水解液pH值调到4.5-5.5，加入活性炭吸附，反应后过滤掉活性炭并重新微调pH值到4.5-5.5；
方法9：Ca(OH)2将水解液pH值调到9.5-11，加入活性炭吸附，反应后过滤掉活性炭并重新调节pH值到4.5-5.5；
方法10：Ca(OH)2将水解液pH值调到9.5-11，于25-60℃温水浴条件下反应12h-24h，过滤并重新调pH值到4.5-5.5；
方法11：Ca(OH)2将水解液pH值调到9.5-11，于25-60℃温水浴条件下反应12h-24h，过滤并重新调pH值到4.5-5.5，然后加入活性炭吸附，反应后过滤掉活性炭并重新微调pH值到4.5-5.5；
方法12：Ca(OH)2将水解液pH值调到4.5-5.5，加10％的酶活为2.75U/mL的漆酶于25-60℃温水浴条件下反应12h-24h，过滤掉沉淀物并重新微调pH值到4.5-5.5；
方法13：25％-30％氨水将水解液pH值调到9.5-11，于25-60℃温水浴条件下反应12h-24h，过滤并重新调pH值到4.5-5.5，然后加入活性炭吸附，反应后过滤掉活性炭并重新微调pH值到4.5-5.5；
方法14：25％-30％氨水将水解液pH值调到4.5-5.5，加10％的酶活为2.75U/mL的漆酶于25-60℃温水浴条件下反应12h-24h，过滤掉沉淀物并重新微调pH值到4.5-5.5；
(3)取上述的脱毒水解液作为培养基碳源，补加0.1～2％的氮源，121℃灭菌15-20min后作为培养基；以5％-10％的接种量接入醋酸杆菌或葡萄糖氧化杆菌，在25-30℃，160-250转/分钟摇床中培养或在25-30℃培养箱内静置培养，经过6-25天得到细菌纤维素。
2.一种利用稻草生产细菌纤维素的方法，包括：
(1)将稻草风干粉碎，再用1％～8％w/v硫酸或盐酸浸泡，稻草与硫酸或盐酸的固液比为1∶5～1∶25，然后在90℃～140℃下反应10～90min，反应结束后抽滤，收集水解液；
(2)水解液的脱毒
方法1：用NaOH调水解液pH值至4～6，离心或过滤除去沉淀；
方法2：用NaOH调水解液pH值至4～6，加入活性炭反应5min～30min，离心或过滤除去沉淀；
方法3：用NaOH调水解液pH值至9～11，加入活性炭反应5min～30min，离心或过滤除去沉淀，调水解液pH值至4～6；
方法4：用NaOH调水解液pH值至9～11，于20～60℃水浴下反应12～24小时，离心或过滤除去沉淀，调水解液pH值至4～6；
方法5：用NaOH调水解液pH值至9～11，于20～60℃水浴下反应12～24小时，调水解液pH值至4～6，然后加入活性炭反应5min～30min，离心或过滤除去沉淀；
方法6：用NaOH调水解液pH值至4～6，离心或过滤除去沉淀，加入10％的酶活为2.75U/mL的漆酶于30～60℃水浴下反应12～24小时；
方法7：用Ca(OH)2调水解液pH值至4～6，离心或过滤除去沉淀；
方法8：用Ca(OH)2调水解液pH值至4～6，加入活性炭反应5min～30min，离心或过滤除去沉淀；
方法9：用Ca(OH)2调水解液pH值至9～11，加入活性炭反应5min～30min，离心或过滤除去沉淀，调水解液pH值至4～6；
方法10：用Ca(OH)2调水解液pH值至9～11，于20～60℃水浴下反应12～24小时，离心或过滤除去沉淀，调水解液pH值至4～6；
方法11：用Ca(OH)2调水解液pH值至9～11，于20～60℃水浴下反应12～24小时，调水解液pH值至4～6，然后加入活性炭反应5min～30min，离心或过滤除去沉淀；
方法12：用Ca(OH)2调水解液pH值至4～6，离心或过滤除去沉淀，加入漆酶于30～60℃水浴下反应12～24小时；
方法13：用氨水调水解液pH值至9～11，于20～60℃水浴下反应12～24小时，调水解液pH值至4～6，然后加入活性炭反应5min～30min，离心或过滤除去沉淀；
方法14：用氨水调水解液pH值至4～6，离心或过滤除去沉淀，加入10％的酶活为2.75U/mL的漆酶于30～60℃水浴下反应12～24小时；
(3)取上述的脱毒水解液作为培养基碳源，补加0.1～2％的氮源，121℃灭菌15-20min后作为培养基；以5％～10％的接种量接入醋酸杆菌或葡萄糖氧化杆菌，在25～30℃、160～250rpm振荡培养或25～30℃下静置培养6-25天，得到细菌纤维素。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用麦秆或稻草生产细菌纤维素的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的活性炭是1质量％-6质量％的活性炭于室温下搅拌5-10min。
4.根据权利要求1或2所述的一种利用麦秆或稻草生产细菌纤维素的方法，其特征在于：所述步骤(3)中的氮源为酵母浸膏、蛋白胨、胰蛋白胨、牛肉膏、硫酸铵等铵盐中的一种或几种。
5.根据权利要求1或2所述的一种利用麦秆或稻草生产细菌纤维素的方法，其特征在于：所述步骤(3)中的培养基采用脱毒水解液作为培养基碳源，按7-30g/L的还原糖量将水解液配制成发酵培养基，含有0.1-1％酵母浸膏、0.1-0.5％蛋白胨，培养基pH值为5.0；其中还原糖量以葡萄糖计。
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