CN109055457A - 一种利用葡萄皮渣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葡萄皮渣生产细菌纤维素的方法，本方法包括以下步骤：(1)采用蒸汽爆破技术对葡萄皮渣进行预处理；(2)对预处理的葡萄皮渣进行干燥粉碎；(3)使用果胶酶和纤维素酶对干燥粉碎后的葡萄皮渣混合液进行酶解；(4)对酶解液进行脱毒脱色；(5)配制培养基；(6)发酵得到细菌纤维素。利用葡萄皮渣生产细菌纤维素，不仅可以对葡萄皮渣实现高价值利用，甚至减小对环境的压力，还能为细菌纤维素生产提供新碳源。
Description
技术领域
本发明属于细菌纤维素生产领域，特别涉及一种利用葡萄皮渣生产细菌纤维素的方法。
背景技术
细菌纤维素具有许多优异的特性，这些特性包括更高的化学纯度，高结晶度、高聚合度，高吸水能力及持水能力，合成可控，具有良好的生物可降解性和生物相容性，已被广泛用于食品，生物医学、造纸等领域。
葡萄皮渣是葡萄酒发酵完成后经压榨形成的废渣，主要包括葡萄皮、种子等，在我国，葡萄皮渣通常被当作饲料，肥料，甚至当作垃圾处理，这样不仅不能充分挖掘葡萄皮渣的经济价值，甚至可能对环境造成很大的压力。葡萄皮渣中含有丰富的纤维素物质，在高温、高压蒸汽作用下，纤维素聚合度下降，半纤维素部分降解，木素软化，横向连结强度下降，同时使用果胶酶和纤维素同时处理葡萄皮渣，可以增强纤维素的酶解效率，增加葡萄糖等可发酵糖得率。利用葡萄皮渣生产细菌纤维素，不仅可以对葡萄皮渣实现高价值利用，甚至减小对环境的压力，还能为细菌纤维素生产提供新碳源。
发明内容
本发明中所要解决的技术问题是利用葡萄皮渣生产细菌纤维素，该方法工艺简单，条件温和，可以赋予葡萄皮渣高附加值且能够大规模生产。
一种利用葡萄皮渣生产细菌纤维素的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用蒸汽爆破技术对葡萄皮渣进行预处理：蒸汽爆破参数为：压力为0.1-1.5MPa，时间为1-10min。
(2)将步骤(1)得到的葡萄皮渣进行干燥粉碎。
(3)向步骤(2)中得到的葡萄皮渣中加入蒸馏水，调节混合液的pH，向混合液中加入果胶酶和纤维素酶进行酶解。
(4)将步骤(3)得到的酶解液进行过滤，向滤液中加入颗粒状活性炭进行脱毒脱色并过滤。
(5)将步骤(4)得到的酶解液作为碳源，补加氮源和无机盐，调节pH至6.0。115℃灭菌30min作为发酵培养基。
(6)向步骤(5)所得到的培养基中接入木萄糖酸醋杆菌，在30℃下培养8-10d。
所述步骤(2)干燥方式包括自然干燥法、鼓风干燥法等干燥方法，粉碎后粒径可通过30-100目筛，干燥温度为50-80℃。
所述步骤(3)葡萄皮渣与蒸馏水的质量比为1∶5-1∶10，调节混合液的pH为3.5-5.0，果胶酶、纤维素酶与混合液的质量比为1∶1∶50-1∶1∶100，水解温度为45-55℃，水解12-36h。调节pH使用的酸包括醋酸、硫酸等酸，碱包括强氧化钠、氢氧化钾等碱。果胶酶和纤维素酶酶活大于300u/mg。
所述步骤(4)活性炭与酶解液的质量比为1∶50-1∶200，搅拌60-180min。
所述步骤(5)氮源为豆饼粉，浓缩玉米浆，铵盐中的一种或几种，氮源加入量与脱色酶解液的质量比为1∶50-1∶150。无机盐为磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、氯化钠、氯化钾中的一种或几种，无机盐与脱色酶解液的质量比为1∶100-1∶200。
所述步骤(6)接种量为培养基体积的4-8％。
有益效果：
(1)本发明借助蒸汽爆破技术对葡萄皮渣进行预处理，可以破坏纤维素结构，有利于对纤维素进行酶解。
(2)传统纤维素水解需要强酸、强碱、高压，本发明使用纤维素可在常温常压下酶解纤维素，果胶酶的加入有利于纤维素的充分暴露，近而提高纤维素的酶解产物得率。
(3)本发明可以提高葡萄皮渣的附加值，减小葡萄皮渣对环境的压力，并可以进行大规模生产。
附表说明
表1中配方1-7分别是实施例1-7的技术方案及细菌纤维素产量。
具体实施方式
实施例1
(1)采用蒸汽爆破技术对葡萄皮渣进行预处理：蒸汽爆破参数为：压力为0.1MPa，时间为10min。
(2)对步骤(1)得到的葡萄皮渣进行鼓风干燥，干燥完粉碎，粉碎后粒径可通过30目筛，干燥温度为50℃。
(3)向步骤(2)中得到的葡萄皮渣中加入蒸馏水，葡萄皮渣与蒸馏水的质量比为1∶5，使用醋酸和氢氧化钠调节混合液的pH为3.5，向混合液中加入果胶酶和纤维素酶，果胶酶和纤维素酶酶活大于300u/mg，果胶酶、纤维素酶与混合液的质量比为1∶1∶50，水解温度为45℃，水解12h。
(4)将步骤(3)得到的酶解液进行过滤，向滤液中加入颗粒状活性炭进行脱毒脱色，活性炭与酶解液的质量比为1∶50，搅拌60min后过滤。
(5)将步骤(4)得到的酶解液作为碳源，氮源与酶解液的质量比为1∶50，无机盐与酶解液的质量比为1∶100，调节pH至6.0，115℃灭菌30min作为发酵培养基。
(6)向步骤(5)所得到的培养基中接入木萄糖酸醋杆菌，接种量为培养基体积的4％，在30℃下培养10d。将所得的细菌纤维素纯化后干燥，并称重，产量见表1中的配方1。
实施例2
(1)采用蒸汽爆破技术对葡萄皮渣进行预处理：蒸汽爆破参数为：压力为0.5MPa，时间为10min。
(2)对步骤(1)得到的葡萄皮渣进行鼓风干燥，然后粉碎，粉碎后粒径可通过30目筛，干燥温度为50℃。
(3)向步骤(2)中得到的葡萄皮渣中加入蒸馏水，葡萄皮渣与蒸馏水的质量比为1∶5，使用醋酸和氢氧化钠调节混合液的pH为3.5，向混合液中加入果胶酶和纤维素酶，果胶酶和纤维素酶酶活大于300u/mg，果胶酶、纤维素酶与混合液的质量比为1∶1∶50，水解温度为45℃，水解12h。
(4)将步骤(3)得到的酶解液进行过滤，向滤液中加入颗粒状活性炭进行脱毒脱色，活性炭与酶解液的质量比为1∶50，搅拌60min后过滤。
(5)将步骤(4)得到的酶解液作为碳源，氮源与酶解液的质量比为1∶50，无机盐与酶解液的质量比为1∶100，调节pH至6.0。115℃灭菌30min作为发酵培养基。
(6)向步骤(5)所得到的培养基中接入木萄糖酸醋杆菌，接种量为培养基体积的4％，在30℃下培养10d。将所得的细菌纤维素纯化后干燥，并称重，产量见表1中的配方2。
实施例3
(1)采用蒸汽爆破技术对葡萄皮渣进行预处理：蒸汽爆破参数为：压力为0.5MPa，时间为10min。
(2)对步骤(1)得到的葡萄皮渣进行鼓风干燥，然后粉碎，粉碎后粒径可通过30目筛，干燥温度为50℃。
(3)向步骤(2)中得到的葡萄皮渣中加入蒸馏水，葡萄皮渣与蒸馏水的质量比为1∶10，使用醋酸和氢氧化钠调节混合液的pH为3.5，向混合液中加入果胶酶和纤维素酶，果胶酶和纤维素酶酶活大于300u/mg，果胶酶、纤维素酶与混合液的质量比为1∶1∶50，水解温度为45℃，水解12h。
(4)将步骤(3)得到的酶解液进行过滤，向滤液中加入颗粒状活性炭进行脱毒脱色，活性炭与酶解液的质量比为1∶50，搅拌60min后过滤。
(5)将步骤(4)得到的酶解液作为碳源，氮源与酶解液的质量比为1∶50，无机盐与酶解液的质量比为1∶100，调节pH至6.0。115℃灭菌30min作为发酵培养基。
(6)向步骤(5)所得到的培养基中接入木萄糖酸醋杆菌，接种量为培养基体积的4％，在30℃下培养10d。将所得的细菌纤维素纯化后干燥，并称重，产量见表1中的配方3。
实施例4
(1)采用蒸汽爆破技术对葡萄皮渣进行预处理：蒸汽爆破参数为：压力为0.5MPa，时间为5min。
(2)对步骤(1)得到的葡萄皮渣进行鼓风干燥，然后粉碎，粉碎后粒径可通过30目筛，干燥温度为50℃。
(3)向步骤(2)中得到的葡萄皮渣中加入蒸馏水，葡萄皮渣与蒸馏水的质量比为1∶10，使用硫酸和氢氧化钠调节混合液的pH为4.5，向混合液中加入果胶酶和纤维素酶，果胶酶和纤维素酶酶活大于300u/mg，果胶酶、纤维素酶与混合液的质量比为1∶1∶100，水解温度为50℃，水解24h。
(4)将步骤(3)得到的酶解液进行过滤，向滤液中加入颗粒状活性炭进行脱毒脱色，活性炭与酶解液的质量比为1∶100，搅拌90min后过滤。
(5)将步骤(4)得到的酶解液作为碳源，氮源与酶解液的质量比为1∶50，无机盐与酶解液的质量比为1∶100，调节pH至6.0。115℃灭菌30min作为发酵培养基。
(6)向步骤(5)所得到的培养基中接入木萄糖酸醋杆菌，接种量为培养基体积的6％，在30℃下培养10d。将所得的细菌纤维素纯化后干燥，并称重，产量见表1中的配方4。
实施例5
(1)采用蒸汽爆破技术对葡萄皮渣进行预处理：蒸汽爆破参数为：压力为0.5MPa，时间为5min。
(2)对步骤(1)得到的葡萄皮渣进行自然干燥，然后粉碎，粉碎后粒径可通过30目筛。
(3)向步骤(2)中得到的葡萄皮渣中加入蒸馏水，葡萄皮渣与蒸馏水的质量比为1∶10，使用硫酸和氢氧化钠调节混合液的pH为4.5，向混合液中加入果胶酶和纤维素酶，果胶酶和纤维素酶酶活大于300u/mg，果胶酶、纤维素酶与混合液的质量比为1∶1∶50，水解温度为50℃，水解24h。
(4)将步骤(3)得到的酶解液进行过滤，向滤液中加入颗粒状活性炭进行脱毒脱色，活性炭与酶解液的质量比为1∶100，搅拌90min后过滤。
(5)将步骤(4)得到的酶解液作为碳源，氮源与酶解液的质量比为1∶100，无机盐与酶解液的质量比为1∶100，调节pH至6.0。115℃灭菌30min作为发酵培养基。
(6)向步骤(5)所得到的培养基中接入木萄糖酸醋杆菌，接种量为培养基体积的6％，在30℃下培养10d。将所得的细菌纤维素纯化后干燥，并称重，产量见表1中的配方5。
实施例6
(1)采用蒸汽爆破技术对葡萄皮渣进行预处理：蒸汽爆破参数为：压力为1.0MPa，时间为3min。
(2)对步骤(1)得到的葡萄皮渣进行鼓风干燥，然后粉碎粉碎后粒径可通过80目筛，干燥温度为50℃。
(3)向步骤(2)中得到的葡萄皮渣中加入蒸馏水，葡萄皮渣与蒸馏水的质量比为1∶8，使用硫酸和氢氧化钾调节混合液的pH为4.0，向混合液中加入果胶酶和纤维素酶，果胶酶和纤维素酶酶活大于300u/mg，果胶酶、纤维素酶与混合液的质量比为1∶1∶80，水解温度为48℃，水解30h。
(4)将步骤(3)得到的酶解液进行过滤，向滤液中加入颗粒状活性炭进行脱毒脱色，活性炭与酶解液的质量比为1∶50，搅拌60min后过滤。
(5)将步骤(4)得到的酶解液作为碳源，氮源与酶解液的质量比为1∶80，无机盐与酶解液的质量比为1∶150，调节pH至6.0，调节pH至6.0。115℃灭菌30min作为发酵培养基。
(6)向步骤(5)所得到的培养基中接入木萄糖酸醋杆菌，接种量为培养基体积的6％，在30℃下培养10d。将所得的细菌纤维素纯化后干燥，并称重，产量见表1中的配方6。
实施例7
(1)采用蒸汽爆破技术对葡萄皮渣进行预处理：蒸汽爆破参数为：压力为1.5MPa，时间为1min。
(2)对步骤(1)得到的葡萄皮渣进行鼓风干燥，然后粉碎，粉碎后粒径可通过100目筛，干燥温度为80℃。
(3)向步骤(2)中得到的葡萄皮渣中加入蒸馏水，葡萄皮渣与蒸馏水的质量比为1∶10，使用醋酸和氢氧化钠调节混合液的pH为5.0，向混合液中加入果胶酶和纤维素酶，果胶酶和纤维素酶酶活大于300u/mg，果胶酶、纤维素酶与混合液的质量比为1∶1∶100，水解温度为55℃，水解36h。
(4)将步骤(3)得到的酶解液进行过滤，向滤液中加入颗粒状活性炭进行脱毒脱色，活性炭与酶解液的质量比为1∶200，搅拌180min后过滤。
(5)将步骤(4)得到的酶解液作为碳源，氮源与酶解液的质量比为1∶100，无机盐与酶解液的质量比为1∶200，调节pH至6.0。115℃灭菌30min作为发酵培养基。氮源为豆饼粉。无机盐为磷酸氢二钠。
(6)向步骤(5)所得到的培养基中接入木萄糖酸醋杆菌，接种量为培养基体积的8％，在30℃下培养10d。将所得的细菌纤维素纯化后干燥，并称重，产量见表1中的配方7。
表1
Claims (7)
1.一种利用葡萄皮渣生产细菌纤维素的方法，其特征在于：包括以下步骤：
对葡萄皮渣进行蒸汽爆破预处理，然后对预处理后的皮渣进行干燥粉碎，在葡萄皮渣中加入蒸馏水，调节混合液的pH，同时加入果胶酶和纤维素酶进行酶解，酶解完成后进行过滤，在滤液中加入活性炭脱毒脱色，过滤，补充氮源和无机盐，以滤液为碳源配制培养基并灭菌，向培养基中接入木葡糖酸醋杆菌，静置培养10d。
2.如权利要求1所述的一种利用葡萄皮渣生产细菌纤维素的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)采用蒸汽爆破技术对葡萄皮渣进行预处理：蒸汽爆破参数为：压力为0.1-1.5MPa，时间为1-10min。
(2)将步骤(1)得到的葡萄皮渣进行干燥、粉碎。
(3)向步骤(2)中得到的葡萄皮渣中加入蒸馏水，调节混合液的pH，向混合液中加入果胶酶和纤维素酶进行酶解。
(4)将步骤(3)得到的酶解液进行过滤，向滤液中加入颗粒状活性炭进行脱毒脱色并过滤。
(5)将步骤(4)得到的酶解液作为碳源，补加氮源和无机盐，调节pH至6.0。115℃灭菌30min作为发酵培养基。
(6)向步骤(5)所得到的培养基中接入木葡糖酸醋杆菌，在30℃下培养8-10d。
3.如权利要求2所述的一种利用葡萄皮渣生产细菌纤维素的方法，其特征在于：所述步骤(2)干燥方式包括自然干燥法、鼓风干燥法等干燥方法，粉碎后粒径可通过30-100目筛，干燥温度为50-80℃。
4.如权利要求2所述的一种利用葡萄皮渣生产细菌纤维素的方法，其特征在于：所述步骤(3)葡萄皮渣与蒸馏水的质量比为1∶5-1∶10，调节混合液的pH为3.5-5.0，果胶酶、纤维素酶与混合液的质量比为1∶1∶50-1∶1∶100，酶解温度为45-55℃，酶解12-36h。调节pH使用的酸包括醋酸、硫酸等酸，碱包括强氧化钠、氢氧化钾等碱。果胶酶和纤维素酶酶活大于300u/mg。
5.如权利要求2所述的一种利用葡萄皮渣生产细菌纤维素的方法，其特征在于：所述步骤(4)活性炭与酶解液的质量比为1∶50-1∶200，搅拌60-180min。
6.如权利要求2所述的一种利用葡萄皮渣生产细菌纤维素的方法，其特征在于：所述步骤(5)氮源为豆饼粉，浓缩玉米浆，铵盐中的一种或几种，氮源加入量与脱色酶解液的质量比为1∶50-1∶150。无机盐为磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、氯化钠、氯化钾中的一种或几种，无机盐与脱色酶解液的质量比为1∶100-1∶200。
7.如权利要求2所述的一种利用葡萄皮渣生产细菌纤维素的方法，其特征在于：所述步骤(6)接种量为培养基体积的4-8％。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20181221 |