CN106399421A - 一种利用工农业废弃物豆粕生产纳米级细菌纤维素的方法 - Google Patents

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夏文
巩继贤
李秋瑾
张健飞
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    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/04—Polysaccharides, i.e. compounds containing more than five saccharide radicals attached to each other by glycosidic bonds

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Abstract

本发明公开了一种利用工农业废弃物豆粕生产纳米级细菌纤维素的方法。系通过在1∶4的料酸比，20h的水解时间，80℃的水解温度，1.5％的硫酸浓度下，将工农业废弃物豆粕经硫酸预处理后的上清液，添加到木醋杆菌液体发酵培养基中，发酵制得的纳米级细菌纤维素产量高达5.2g/L。该方法简便易行、成本低廉，可作为工业化生产BC的有效方法。

Description

一种利用工农业废弃物豆粕生产纳米级细菌纤维素的方法
技术领域
本发明涉及一种利用工农业废弃物豆粕生产纳米级细菌纤维素的方法。系通过将豆粕酸解预处理后的上清液，添加到液体发酵培养基中，发酵制得纳米级细菌纤维素。
背景技术
细菌纤维素(Bacterial Cellulose，简称BC)，是具有三维多孔网状结构的纳米级生物高分子聚合物。其通常由木醋杆菌(Gluconacetobacter xylinum，简称G.xylinum)为生产菌种。与植物纤维素相比，不含有半纤维素、木质素等杂质，且其纯度、聚合度高，持水性好，拉伸强度和弹性模量高，具有良好的生物适应性和可降解性，目前已广泛应用于食品、造纸、医疗等领域。但目前仍面临着生产成本高、产量低的问题，这制约着BC的产业化发展。因此，人们大量进行了利用工农业废弃物生产BC的研究，这不仅可减少废弃物对环境的污染，同时还可以生产高附加值的BC，因此具有很好的开发空间。
据检索，发现以下相关文献和专利。
Casarica等公开的“Pears and glycerol-carbon source for economicalproduction of bacterial cellulose”一文中，利用劣质梨和甘油作为碳源来经济化生产BC，并最大达到7.1g/L的产量。
Castro等公开的“Structural characterization of bacterial celluloseproduced by Gluconacetobacter swingsii sp.from Colombian agroindustrialwastes”一文中，利用工农业废弃物，菠萝皮汁和甘蔗汁生产BC，其中来自于菠萝皮汁的BC产量(2.8g/L)高于HS培养基(2.1g/L)。
Cakar等公开的“Improvement production of bacterial cellulose by semi-continuous process in molasses medium”一文中，利用甘蔗糖蜜，静态半连续生产BC，并对发酵过程中的细胞干重、多糖、还原糖和纤维素浓度进行监测。最高产量是在糖蜜浓度为1/2，静态半连续生产7d下，得到1.637g/L的BC产量。
Li等公开的“Production of nano bacterial cellulose from waste water ofcandied jujube-processing industry using Acetobacter xylinum”一文中，通过酸前处理蜜枣加工废液(WWCJ)并水解成葡萄糖来生产BC。其中，80℃水解3h，相对于原始的WWCJ，葡萄糖含量可提高58％。同时，培养6d后，BC产量达到0.375g/L/d。
豆油厂中大豆经过提取豆油后得到的副产品豆粕，含有丰富的植物性蛋白资源，其蛋白质绝大部分为球蛋白，氨基酸含量比较稳定。其一般呈不规则的碎片状，颜色为浅黄色至浅褐色，每1t大豆大约可制出0.2t的豆油和0.8t的豆粕，通常被用作低附加值的牲畜饲料。豆粕中的蛋白质经水解后，可得到氨基酸水解液，这可被用作培养微生物的发酵原料。常用的水解方法包括酸解法和酶解法，酸解法成本较低，操作简单，但反应较为激烈，而酶解法反应条件温和，但成本较高，操作上难以控制，产品纯化分离也较复杂。因此，酸解法更适用于工业化、大规模进行水解处理。
本发明以工业化生产BC为目标，以豆粕为原料，通过简单的硫酸预处理，添加到液体发酵培养基中生产BC，得到的BC产量高、纯度高，可作为工业化生产BC的有效方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种利用工农业废弃物豆粕生产纳米级细菌纤维素的方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种利用工农业废弃物豆粕生产纳米级细菌纤维素的方法，包括以下步骤：
(1)使用中药材粉碎机研磨豆粕为粉末状，并秤取100g；
(2)按一定比例的料酸比加入一定浓度的H2SO4，搅拌均匀；
(3)混合液在一定的温度下水解20h；
(4)离心酸解后的混合液，并将上清液添加到液体发酵培养基中，并补足水分至200ml；
(5)以6％的体积比接种G.xylinum种子液于(4)中的液体发酵培养基，30℃，静态条件培养6d，制得纳米级细菌纤维素。
所述的一定比例的料酸比为1∶3-1∶5；
所述的一定浓度的H2SO4为1％-3％；
所述的一定的温度为70-90℃；
所述的发酵培养基主要成分为(g/L)：葡萄糖20，Na2HPO45，柠檬酸铵1，盐酸调节初始pH至6.0。
有益效果：
本发明利用豆油厂废弃物豆粕为原料，通过简单的硫酸水解预处理过程，将其富含的蛋白质水解成G.xylinum发酵可利用的游离态氨基酸，并用于液体发酵培养基，发酵制得的BC产量达到5.2g/L。本发明中提到的BC生产方法，简便易行、成本低廉，可作为工业化生产BC的有效方法。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步地说明，但本发明要求保护的范围并不局限于提到的实施例表示的范围。
实施例1
(1)使用中药材粉碎机研磨豆粕为粉末状，并秤取100g；
(2)按1∶4的料酸比加入2％的H2SO4，搅拌均匀；
(3)混合液在70℃下水解20h；
(4)离心酸解后的混合液，并将上清液添加到液体发酵培养基中，并补足水分至200ml；
(5)以6％的体积比接种G.xylinum种子液于(4)中的液体发酵培养基，30℃，静态条件培养6d，制得纳米级细菌纤维素。
实施例2
(1)使用中药材粉碎机研磨豆粕为粉末状，并秤取100g；
(2)按1∶5的料酸比加入1.5％的H2SO4，搅拌均匀；
(3)混合液在90℃下水解20h；
(4)离心酸解后的混合液，并将上清液添加到液体发酵培养基中，并补足水分至200ml；
(5)以6％的体积比接种G.xylinum种子液于(4)中的液体发酵培养基，30℃，静态条件培养6d，制得纳米级细菌纤维素。
实施例3
(1)使用中药材粉碎机研磨豆粕为粉末状，并秤取100g；
(2)按1∶4的料酸比加入2％的H2SO4，搅拌均匀；
(3)混合液在90℃下水解20h；
(4)离心酸解后的混合液，并将上清液添加到液体发酵培养基中，并补足水分至200ml；
(5)以6％的体积比接种G.xylinum种子液于(4)中的液体发酵培养基，30℃，静态条件培养6d，制得纳米级细菌纤维素。
实施例4
(1)使用中药材粉碎机研磨豆粕为粉末状，并秤取100g；
(2)按1∶4的料酸比加入1.5％的H2SO4，搅拌均匀；
(3)混合液在80℃下水解20h；
(4)离心酸解后的混合液，并将上清液添加到液体发酵培养基中，并补足水分至200ml；
(5)以6％的体积比接种G.xylinum种子液于(4)中的液体发酵培养基，30℃，静态条件培养6d，制得纳米级细菌纤维素。
将实施例1-4制得的纳米级细菌纤维素膜，冷冻干燥后，测量干重，具体情况请见表1。
表1
本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种利用工农业废弃物豆粕生产纳米级细菌纤维素的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)使用中药材粉碎机研磨豆粕为粉末状，并秤取100g；
(2)按一定比例的料酸比加入一定浓度的H2SO4，搅拌均匀；
(3)混合液在一定的温度下水解20h；
(4)离心酸解后的混合液，并将上清液添加到液体发酵培养基中，并补足水分至200ml；
(5)以6％的体积比接种G.xylinum种子液于(4)中的液体发酵培养基，30℃，静态条件培养6d，制得纳米级细菌纤维素。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的一定比例的料酸比为1∶3-1∶5。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的一定浓度的H2SO4为1％-3％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的一定的温度为70-90℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述的发酵培养基主要成分为(g/L)：葡萄糖20，Na2HPO45，柠檬酸铵1，盐酸调节初始pH至6.0。
6.权利要求书1-5任一项方法制备的纳米级细菌纤维素。
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