CN110872385B - 淀粉/细菌纤维素复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种淀粉/细菌纤维素复合材料的制备方法。所述方法通过将木醋杆菌种子液接种在含有6wt.％～10wt.％淀粉的发酵培养基中，进行动静结合发酵，发酵结束后，纯化处理，冷冻干燥得到淀粉/细菌纤维素复合膜。本发明通过生物复合的方法，在发酵培养基中添加淀粉进行动静结合发酵生产，得到了兼有细菌纤维素的优良特性和淀粉的食用功能的改性膜，其对三聚氰胺的吸附量最高为0.3mg，吸附效果显著提高。

Description

淀粉/细菌纤维素复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于生物吸附材料技术领域，涉及一种淀粉/细菌纤维素复合材料的制备方法。
背景技术
细菌纤维素(bacterial cellulose,BC)是由诸如醋酸杆菌属等细菌生产的一种新型高性能微生物合成材料，具有良好的生物亲和性、适应性、相容性、降解性，并有高的结晶度、良好的纳米纤维网络、高的张力和强度，并具有良好的亲水性、黏稠性和稳定性以及不被人体消化等优良性能，其在食品工业的应用日益受到人们的关注。细菌纤维素用作保健食品，具有防便秘、清肠胃、排毒、降低胆固醇的功效。
淀粉由葡萄糖分子聚合而成的，是细胞中碳水化合物最普遍的储藏形式。淀粉是食物的重要组成部分。食物进入小肠后，还能被胰腺分泌出来的唾液淀粉酶和肠液水解，形成的葡萄糖(单糖)被小肠绒毛吸收，成为人体组织器官的营养物。淀粉不仅在烹调、调味中发挥着积极的重要作用，而且营养价位也很丰富。
三聚氰胺简称三胺，分子式为C3N6H6，分子量为126.12，为白色结晶粉末，无味，其主要用于生产三聚氰胺一甲醛树脂，广泛用于木材加工、塑料、涂料、造纸、纺织、皮革、电气、医药等行业。但因其含氮比例高(66.7％)，常被不法商人添加进婴幼儿奶粉，食品，动物饲料中，冒充蛋白质。三聚氰胺不但没有任何营养价值，甚至对人体和动物有害。长期或反复大量摄入三聚氰胺可能对肾与膀胱产生影响导致结石，严重者会出现肾功能衰竭是双侧输尿管梗阻导致的肾后性肾功能衰竭。现有的材料中多用新型反相分配及强阳离子交换固相萃取材料、纳米铜等对三聚氰胺进行吸附，最大吸附量约为0.1mg。
发明内容
本发明的目的在于提供一种淀粉/细菌纤维素复合材料的制备方法，得到兼有细菌纤维素的优良特性和淀粉的可食用特性的改性复合膜。
实现本发明目的的技术解决方案为：
淀粉/细菌纤维素复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将木醋杆菌种子液接种在含有6wt.％～10wt.％淀粉的发酵培养基中，进行动静结合发酵，发酵结束后，纯化处理，冷冻干燥得到淀粉/细菌纤维素复合膜。
优选地，所述的淀粉含量为8wt.％～10wt.％。
优选地，所述的木醋杆菌种子液的接种量8％～12％。
优选地，所述的动静结合发酵为先在120～150rpm下动态培养24～48h，再静态培养24h。
优选地，所述的纯化处理具体为将凝胶状的淀粉/细菌纤维素复合膜先用水冲洗，再用3‰的氢氧化钠溶液在80℃下煮2h，再用水冲洗至中性，冷冻干燥，得到淀粉/细菌纤维素膜。
本发明还提供上述制备方法制备的淀粉/细菌纤维素复合材料。
进一步地，本发明提供上述淀粉/细菌纤维素复合材料在吸附三聚氰胺中的应用。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
本发明通过生物复合的方法，在发酵培养基中添加淀粉进行动静结合发酵生产，得到了兼有细菌纤维素的优良特性和淀粉的食用功能的改性膜，其对三聚氰胺的吸附量最高为0.3mg，吸附效果显著提高。
附图说明
图1为淀粉/细菌纤维素复合材料(a)和纯细菌纤维素(b)的扫描电镜图。
图2为淀粉/细菌纤维素复合材料对三聚氰胺的吸附含量随时间的变化曲线。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步详述。
淀粉/细菌纤维素复合材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，对菌种Acetobacterxylinum NUST4.2进行活化；
菌种的活化：按照固体培养基配方称取所需成分加水定容，并调至所需pH，121℃下灭菌30min。灭菌结束后，趁热将液体倒入已灭菌的培养皿中冷却至室温得到固体培养基。将菌种Acetobacterxylinum NUST4.2接到固体培养基中，并将其放入恒温培养箱于30℃下静置培养3-5天，最终得到活化菌。其中固体培养基(w/v)：葡萄糖2.0％，蔗糖1.0％，蛋白胨1.0％,酵母浸粉0.1％，琼脂1.8％,磷酸二氢钠0.25％,柠檬酸0.11％,硫酸镁0.04％；pH＝6.0。
步骤2，制备菌种Acetobacterxylinum NUST4.2的种子液；
种子液的制备：按照种子培养基配方称取所需成分加水定容，放在盛液量为25％的三角瓶中，121℃下灭菌30min，灭菌结束冷却到30℃得到种子培养基溶液。然后，于净化工作台中将活化过的菌种接至得到种子培养液中，30℃，150r/min于全温度振荡培养箱中振荡培养12h左右，得到种子液。其中种子液培养基(w/v)：葡萄糖2.0％，硫酸铵0.6％，磷酸二氢钾0.1％，硫酸镁0.04％；蛋白胨0.3％，酵母浸粉0.225％，羧甲基纤维素钠0.04％。
步骤3，在Acetobacterxylinum NUST4.2的发酵培养基中添加不同质量体积分数的淀粉进行动静结合发酵生产，得到淀粉细菌纤维素复合膜；
淀粉细菌纤维素复合膜的制备：按照发酵培养基配方称取所需成分加水定容，并调至所需pH，装在盛液量为50％的三角瓶中，121℃下灭菌30min，灭菌结束冷却到30℃得到发酵培养基溶液。按接种量为10％(体积比)将种子接入发酵培养基溶液中，然后将其放于恒温培养箱中在30℃下培养7天。其中发酵葡萄糖2.25％，蔗糖2.75％,硫酸铵0.1％，磷酸二氢钾0.5％，硫酸镁0.07％，乳酸钙0.02％，蛋白胨1.0％，酵母浸粉0.75％，冰乙酸0.15％，柠檬酸0.06％，羧甲基纤维素钠0.04％，不同质量体积分数的淀粉，pH＝6.0。其中不同质量体积分数的淀粉分别为2％、4％、6％、8％、10％。
步骤4，对淀粉细菌纤维素复合膜进行纯化处理；
淀粉细菌纤维素复合膜的纯化：将凝胶状膜取出，用水冲洗数次，然后用3‰的氢氧化钠溶液在80℃下煮2h，再用去离子水冲洗至中性，得到凝胶状的淀粉细菌纤维素膜。将淀粉生物纤维凝胶用冷冻干燥的方式干燥得到海绵状的淀粉细菌纤维素膜。
实施例1
淀粉细菌纤维素复合膜的制备：按照发酵培养基配方：葡萄糖2.25％，蔗糖2.75％,硫酸铵0.1％，磷酸二氢钾0.5％，硫酸镁0.07％，乳酸钙0.02％，蛋白胨1.0％，酵母浸粉0.75％，冰乙酸0.15％，柠檬酸0.06％，羧甲基纤维素钠0.04％，8％淀粉称取所需成分加水定容50ml，并调至所需pH，装在盛液量为50％的三角瓶中，121℃下灭菌20min，灭菌结束冷却到30℃得到发酵培养基溶液。按接种量为10％(体积比)将种子接入发酵培养基溶液中，然后将其放于恒温培养箱中在30℃下培养适宜时间。
淀粉细菌纤维素复合膜的纯化：将发酵生产的凝胶状膜取出，用自来水冲洗数次，然后用3‰的氢氧化钠溶液在80℃下煮2h，再用去离子水冲洗至中性，得到凝胶状的淀粉细菌纤维素膜。将淀粉细菌纤维素凝胶用冷冻干燥的方式干燥得到海绵状的淀粉细菌纤维素膜。
分别称取0.25g纯细菌纤维素膜与淀粉/细菌纤维素复合材料分别加入到三聚氰胺质量浓度为2.0mg/mL的溶液中，于37℃下吸附，分别在吸附30,60,90,120,150min后取样l mL，用紫外分光光度法测定残留三聚氰胺含量。
本实施例得到的三聚氰胺标准曲线相关性R＝0.99942，建立所取样品中组胺含量(y)与吸光度(x)的回归方程：y＝0.1460+0.13629x。按淀粉/细菌纤维素复合材料对三聚氰胺的吸附量达到了0.31mg，且当吸附120min后，吸附达到平衡。
对比例1
本对比例与实施例1基本相同，唯一不同的是淀粉的质量体积分数为2％。
本对比例得到的淀粉/细菌纤维素复合材料对三聚氰胺的吸附量远小于实施例1中得到的淀粉/细菌纤维素复合材料对三聚氰胺的吸附量，且当吸附120min后，吸附达到平衡。
对比例2
本对比例与实施例1基本相同，唯一不同的是淀粉的质量体积分数为4％。
本对比例得到的淀粉/细菌纤维素复合材料对三聚氰胺的吸附量小于实施例1中得到的淀粉/细菌纤维素复合材料对三聚氰胺的吸附量，但高于对比例1中的吸附量，且当吸附120min后，吸附达到平衡。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是淀粉的质量体积分数为6％。
本实施例得到的淀粉/细菌纤维素复合材料对三聚氰胺的吸附量较小于实施例1中所得到的淀粉/细菌纤维素复合材料对三聚氰胺的吸附量，但高于对比例1和对比例2中的吸附量，且当吸附120min后，吸附达到平衡。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是淀粉的质量体积分数为10％。
本实施例得到的淀粉/细菌纤维素复合材料对三聚氰胺的吸附量与实施例1中所得到的淀粉/细菌纤维素复合材料对三聚氰胺的吸附量大致相同，但高于对比例1、2和实施例2中的吸附量，且当吸附120min后，吸附达到平衡。
图1为淀粉/细菌纤维素复合材料的SEM图，可以看出，BC上均匀负载着淀粉，且有着一定数量的孔洞，说明淀粉颗粒与纤维有着良好的结合，而且仍然为三维的网状多孔结构，纤维缠绕紧密，网孔结构密集，说明淀粉的掺入并没有影响BC的网状结构。
图2分别为实施例1、2、3以及对比例1、2中的淀粉/细菌纤维素复合材料以及纯细菌纤维素对三聚氰胺的吸附含量随时间的变化曲线图。由图中可以看出随着淀粉含量的增多，淀粉/细菌纤维素复合材料以及纯细菌纤维素对三聚氰胺的吸附含量逐渐增多，且当淀粉的质量体积分数为8％时吸附量达到最优；当淀粉的质量体积分数一定时，随着时间的变化，吸附量逐渐增大，120min后，吸附达到平衡，纯的细菌纤维素在90min后吸附达到平衡。

Claims (3)

1.淀粉/细菌纤维素复合材料在吸附三聚氰胺中的应用，其特征在于，所述的淀粉/细菌纤维素复合材料的制备方法包括以下步骤：
将木醋杆菌种子液接种在含有8wt.%淀粉的发酵培养基中，进行动静结合发酵，发酵结束后，纯化处理，冷冻干燥得到淀粉/细菌纤维素复合膜，所述的动静结合发酵为先在120~150rpm下动态培养24~48h，再静态培养24h。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的木醋杆菌种子液的接种量8%~12%。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的纯化处理具体为将凝胶状的淀粉/细菌纤维素复合膜先用水冲洗，再用3‰的氢氧化钠溶液在80℃下煮2h，再用水冲洗至中性，冷冻干燥，得到淀粉/细菌纤维素膜。
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