CN111471726B - 微生物纤维素膜的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微生物纤维素膜的制备方法及其应用，它包括种子培养基的制备、初级种子液的制备、发酵种子液的制备、初级微生物纤维素膜的制备与发酵型微生物纤维素膜的制备。本发明方法的原料利用率为85~88%、微生物纤维素膜的得率为65~75%。微生物纤维素膜可应用于食品工业、面膜、生物医药及声音振动膜等行业中，应用前景十分广泛。
Description
技术领域
本发明涉及微生物纤维素膜的开发及应用技术领域，具体地说是一种微生物纤维素膜的制备方法及其应用。
背景技术
利用微生物的发酵、生物合成途径能够获得纤维素在1886年被首次由学者Brown发现的。他们发现，当在静置的方式培养木醋杆菌的时候，能够得到一层白色的漂浮物，将此类膜状物质取出，经过多种测试实验可以确定它的结构、化学性质与纤维素相同。为了与普通的植物纤维素相区别，将此类纤维素命名为微生物纤维素。
由于微生物纤维素较于植物纤维素，有着诸多不可比拟的优越特性，目前日本、美国等发达国家正致力于微生物纤维素的开发与应用，但由于微生物纤维素在中国人们对其了解和认识还不够及生产成本还较高，价格较贵，使得它的应用局限在一些高附加值产品的制造中，如食品和造纸工业，并且工业化程度不高。
因此，随着人们对微生物纤维素的认识的不断增加以及通过对微生物纤维素产生菌的选育、发酵过程条件的优化与控制达到降低成本的目的，进行微生物纤维素的产业化大规模生产及商业化应用，特别是在治疗伤口及超过滤膜和生物传感器表面膜等生产中的应用在我国必将有很大的市场，也许在不远的将来，微生物纤维素在我国也会形成一个很高产值的新兴产业。
目前微生物纤维素的发酵培养基成本较高，工业生产成本受到限制，本发明采用淀粉糖生产的副产物大米蛋白渣为原料，蛋白质60%以上，氨基酸组成合理，是少有的无抗原植物蛋白质来源，在充分利用废弃物的同时也提高了资源利用率；且现有技术制造微生物纤维素膜的方法主要是将原辅料调配杀菌后在适当条件下接种发酵培养得到微生物纤维素原料，该微生物纤维素原料经大量碱性溶液和消毒剂漂白、大量的酸性溶液漂洗中和并清洗后得到微生物纤维素膜，生产过程中需要大量的碱性溶液/酸性溶液和水且操作过程花费的时间较长。
发明内容
本发明的目的之一是克服现有技术中存在的不足，提供一种工艺安全、制备便捷并适合大规模工业化生产需要的微生物纤维素膜的制备方法。
本发明的另一目的是提供一种微生物纤维素膜的应用。
按照本发明提供的技术方案，所述微生物纤维素膜的制备方法，其特征是该制备方法包括以下步骤：
步骤一、将椰浆、大米蛋白渣与蔗糖加入纯水中配制成种子培养基，在种子培养基中椰浆的含量为1.2~2wt%、大米蛋白渣的含量为0.4~0.8wt%、蔗糖的含量为5~8wt%，其余为纯水；
步骤二、用接种环取平板上的木葡糖醋酸杆菌接入到步骤一的种子培养基中，充分摇匀后在28~35℃温度下静置培养24~48h，得到初级种子液；
步骤三、将椰浆、大米蛋白渣与蔗糖加入纯水中配制成种子培养基，在种子培养基中椰浆的含量为1.2~2wt%、大米蛋白渣的含量为0.4~0.8wt%、蔗糖的含量为5~8wt%，其余为纯水；对种子培养基在60~70℃下进行巴氏杀菌，杀菌时间控制在20~30min，杀菌后冷却至28~35℃；
步骤四、往步骤三的种子培养基中加入冰醋酸与初级种子液，得到混合体系，冰醋酸在混合体系中的含量为0.8~1.0wt%，初级种子液在混合体系中的含量为5~10wt%，混合体系搅拌均匀后在28~35℃下静置培养72~96h，得到发酵种子液；
步骤五、将椰浆、大米蛋白渣、黄豆粉与蔗糖加入纯水中配制成种子培养基，在种子培养基中椰浆的含量为0.8~1.6wt%、大米蛋白渣的含量为0.6~1.2wt%、黄豆粉的含量为0.05~0.15wt%、蔗糖的含量为4~6wt%，其余为纯水；对种子培养基在60~70℃下进行巴氏杀菌，杀菌时间控制在20~30min，杀菌后冷却至28~35℃；
步骤六、往步骤五的种子培养基中加入冰醋酸与发酵种子液，得到混合体系，冰醋酸在混合体系中的含量为1.0~1.2wt%，发酵种子液在混合体系中的含量为10~20wt%，混合体系搅拌均匀后撒盘，然后在28~35℃下静置培养144~168h，得到初级微生物纤维素膜；
步骤七、筛分不合格的初级微生物纤维素膜，然后经过清洗、去膜、脱酸、漂洗后得到发酵型微生物纤维素膜。
作为优选，步骤二中，所述木葡糖醋酸杆菌，分类命名为木葡糖醋酸杆菌SY la（Komagataeibacter xylinus SY 1a），保藏于武汉大学，保藏日期为：2015年4月6日，保藏编号为CCTCC NO: M 2015196。
作为优选，步骤六中，撒盘高度为1.5~2.0cm，原料利用率为85~88%。
作为优选，步骤七中，发酵型微生物纤维素膜的得率为65~75%、厚度为12~15mm。
通过上述方法得到的微生物纤维素膜在食品工业、面膜、生物医药及声音振动膜行业中应用。
本发明的有益效果如下：
1、本发明采用大米蛋白渣复合蔗糖、椰浆、醋酸作为发酵培养基。大米蛋白渣是利用碎米为原料生产淀粉糖的副产品，其中大米蛋白含量高达60%以上，氨基酸组成平衡合理，能为发酵提供菌种生长所需的氮源。
2、黄豆粉作为较好的氮源，不仅能促进菌体的生长，还能有利于代谢产物氢键的形成，纤维素膜机械强度高，复合大米蛋白渣和椰浆能得到高机械强度、高厚度与高得率的微生物纤维素膜。
3、椰浆制备和储存过程易染菌，若对椰浆或发酵液进行热力杀菌，椰浆中蛋白质将迅速絮凝，不易分散到培养基中，会大幅降低微生物利用效率。本发明采用巴杀对发酵液进行杀菌，所得微生物纤维素膜均匀、透亮、乳白色，后续不需进行漂白处理，节省大量处理时间。
4、微生物纤维素膜可应用于食品工业、面膜、生物医药及声音振动膜等行业中，应用前景十分广泛。
生物材料样品保藏：木葡糖醋酸杆菌，保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：中国武汉，武汉大学，分类命名为木葡糖醋酸杆菌SY la （Komagataeibacter xylinus SY 1a），2015年4月6日，保藏编号为CCTCC NO: M 2015196。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
一种微生物纤维素膜的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将椰浆、大米蛋白渣与蔗糖加入纯水中配制成种子培养基，在种子培养基中椰浆的含量为1.2wt%、大米蛋白渣的含量为0.4wt%、蔗糖的含量为5wt%，其余为纯水；
步骤二、用接种环取1环平板上的木葡糖醋酸杆菌接入到步骤一的烧杯种子培养基中，充分摇匀后在30℃温度下静置培养48h，得到初级种子液；
步骤三、将椰浆、大米蛋白渣与蔗糖加入纯水中配制成种子培养基，在种子培养基中椰浆的含量为1.2wt%、大米蛋白渣的含量为0.4wt%、蔗糖的含量为5wt%，其余为纯水；对种子培养基在60℃下进行巴氏杀菌，杀菌时间控制在30min，杀菌后冷却至28℃；
步骤四、往步骤三的种子培养基中加入冰醋酸与初级种子液，得到混合体系，冰醋酸在混合体系中的含量为0.8wt%，初级种子液在混合体系中的含量为5wt%，混合体系搅拌均匀后在28℃下静置培养96h，得到发酵种子液；
步骤五、将椰浆、大米蛋白渣、黄豆粉与蔗糖加入纯水中配制成种子培养基，在种子培养基中椰浆的含量为0.8wt%、大米蛋白渣的含量为0.6wt%、黄豆粉的含量为0.05wt%、蔗糖的含量为4wt%，其余为纯水；对种子培养基在60℃下进行巴氏杀菌，杀菌时间控制在30min，杀菌后冷却至30℃；
步骤六、往步骤五的种子培养基中加入冰醋酸与发酵种子液，得到混合体系，冰醋酸在混合体系中的含量为1.0wt%，发酵种子液在混合体系中的含量为10wt%，混合体系搅拌均匀后撒盘1.5cm高，然后在28℃下静置培养168h，得到初级微生物纤维素膜；
步骤七、筛分不合格的初级微生物纤维素膜，然后经过清洗、去膜、脱酸、漂洗后得到厚度为12cm的发酵型微生物纤维素膜。
实施例1制得的发酵型微生物纤维素膜原料利用率为85%、得率为65%。
对比例1
一种微生物纤维素膜的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将椰浆、大米蛋白渣与蔗糖加入纯水中配制成种子培养基，在种子培养基中椰浆的含量为1.2wt%、大米蛋白渣的含量为0.4wt%、蔗糖的含量为5wt%，其余为纯水；
步骤二、用接种环取1环平板上的木葡糖醋酸杆菌接入到步骤一的烧杯种子培养基中，充分摇匀后在30℃温度下静置培养48h，得到初级种子液；
步骤三、将椰浆、大米蛋白渣与蔗糖加入纯水中配制成种子培养基，在种子培养基中椰浆的含量为1.2wt%、大米蛋白渣的含量为0.4wt%、蔗糖的含量为5wt%，其余为纯水；对种子培养基在60℃下进行巴氏杀菌，杀菌时间控制在30min，杀菌后冷却至28℃；
步骤四、往步骤三的种子培养基中加入冰醋酸与初级种子液，得到混合体系，冰醋酸在混合体系中的含量为0.8wt%，初级种子液在混合体系中的含量为5wt%，混合体系搅拌均匀后在28℃下静置培养96h，得到发酵种子液；
步骤五、将椰浆、大米蛋白渣与蔗糖加入纯水中配制成种子培养基，在种子培养基中椰浆的含量为0.8wt%、大米蛋白渣的含量为0.6wt%、蔗糖的含量为4wt%，其余为纯水；对种子培养基在60℃下进行巴氏杀菌，杀菌时间控制在30min，杀菌后冷却至30℃；
步骤六、往步骤五的种子培养基中加入冰醋酸与发酵种子液，得到混合体系，冰醋酸在混合体系中的含量为1.0wt%，发酵种子液在混合体系中的含量为10wt%，混合体系搅拌均匀后撒盘1.5cm高，然后在28℃下静置培养168h，得到初级微生物纤维素膜；
步骤七、筛分不合格的初级微生物纤维素膜，然后经过清洗、去膜、脱酸、漂洗后得到厚度为7mm的发酵型微生物纤维素膜。
对比例1制得的发酵型微生物纤维素膜原料利用率为78%、得率为40%。
通过将对比例1和实施例1对比发现，发酵培养基中不加入增效氮源黄豆粉，微生物纤维素膜的得率降低了38%。单独添加大米蛋白渣的产品得率果不如同时添加增效氮源黄豆粉的发酵效果，添加黄豆粉更能促进菌体的生长及氢键的形成。
实施例2
一种微生物纤维素膜的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将椰浆、大米蛋白渣与蔗糖加入纯水中配制成种子培养基，在种子培养基中椰浆的含量为1.6wt%、大米蛋白渣的含量为0.6wt%、蔗糖的含量为6wt%，其余为纯水；
步骤二、用接种环取1环平板上的木葡糖醋酸杆菌接入到步骤一的烧杯种子培养基中，充分摇匀后在30℃温度下静置培养36h，得到初级种子液；
步骤三、将椰浆、大米蛋白渣与蔗糖加入纯水中配制成种子培养基，在种子培养基中椰浆的含量为1.6wt%、大米蛋白渣的含量为0.6wt%、蔗糖的含量为6wt%，其余为纯水；对种子培养基在65℃下进行巴氏杀菌，杀菌时间控制在25min，杀菌后冷却至30℃；
步骤四、往步骤三的种子培养基中加入冰醋酸与初级种子液，得到混合体系，冰醋酸在混合体系中的含量为0.9wt%，初级种子液在混合体系中的含量为8wt%，混合体系搅拌均匀后在30℃下静置培养96h，得到发酵种子液；
步骤五、将椰浆、大米蛋白渣、黄豆粉与蔗糖加入纯水中配制成种子培养基，在种子培养基中椰浆的含量为1.2wt%、大米蛋白渣的含量为0.9wt%、黄豆粉的含量为0.1wt%、蔗糖的含量为5wt%，其余为纯水；对种子培养基在65℃下进行巴氏杀菌，杀菌时间控制在25min，杀菌后冷却至30℃；
步骤六、往步骤五的种子培养基中加入冰醋酸与发酵种子液，得到混合体系，冰醋酸在混合体系中的含量为1.1wt%，发酵种子液在混合体系中的含量为15wt%，混合体系搅拌均匀后撒盘1.5cm高，然后在28℃下静置培养168h，得到初级微生物纤维素膜；
步骤七、筛分不合格的初级微生物纤维素膜，然后经过清洗、去膜、脱酸、漂洗后得到厚度为13cm的发酵型微生物纤维素膜。
实施例2制得的发酵型微生物纤维素膜原料利用率为86%、得率为70%。
实施例3
一种微生物纤维素膜的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将椰浆、大米蛋白渣与蔗糖加入纯水中配制成种子培养基，在种子培养基中椰浆的含量为2wt%、大米蛋白渣的含量为0.8wt%、蔗糖的含量为8wt%，其余为纯水；
步骤二、用接种环取1环平板上的木葡糖醋酸杆菌接入到步骤一的烧杯种子培养基中，充分摇匀后在32℃温度下静置培养24h，得到初级种子液；
步骤三、将椰浆、大米蛋白渣与蔗糖加入纯水中配制成种子培养基，在种子培养基中椰浆的含量为2wt%、大米蛋白渣的含量为0.8wt%、蔗糖的含量为8wt%，其余为纯水；对种子培养基在70℃下进行巴氏杀菌，杀菌时间控制在20min，杀菌后冷却至30℃；
步骤四、往步骤三的种子培养基中加入冰醋酸与初级种子液，得到混合体系，冰醋酸在混合体系中的含量为1.0wt%，初级种子液在混合体系中的含量为10wt%，混合体系搅拌均匀后在32℃下静置培养72h，得到发酵种子液；
步骤五、将椰浆、大米蛋白渣、黄豆粉与蔗糖加入纯水中配制成种子培养基，在种子培养基中椰浆的含量为1.6wt%、大米蛋白渣的含量为1.2wt%、黄豆粉的含量为0.15wt%、蔗糖的含量为5wt%，其余为纯水；对种子培养基在70℃下进行巴氏杀菌，杀菌时间控制在20min，杀菌后冷却至32℃；
步骤六、往步骤五的种子培养基中加入冰醋酸与发酵种子液，得到混合体系，冰醋酸在混合体系中的含量为1.1wt%，发酵种子液在混合体系中的含量为15wt%，混合体系搅拌均匀后撒盘2.0cm高，然后在32℃下静置培养144h，得到初级微生物纤维素膜；
步骤七、筛分不合格的初级微生物纤维素膜，然后经过清洗、去膜、脱酸、漂洗后得到厚度为15cm的发酵型微生物纤维素膜。
实施例3制得的发酵型微生物纤维素膜原料利用率为88%、得率为75%。
对比例2
一种微生物纤维素膜的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将椰浆、大米蛋白渣与蔗糖加入纯水中配制成种子培养基，在种子培养基中椰浆的含量为2wt%、大米蛋白渣的含量为0.8wt%、蔗糖的含量为8wt%，其余为纯水；
步骤二、用接种环取1环平板上的木葡糖醋酸杆菌接入到步骤一的烧杯种子培养基中，充分摇匀后在32℃温度下静置培养24h，得到初级种子液；
步骤三、将椰浆、大米蛋白渣与蔗糖加入纯水中配制成种子培养基，在种子培养基中椰浆的含量为2wt%、大米蛋白渣的含量为0.8wt%、蔗糖的含量为8wt%，其余为纯水；对种子培养基在70℃下进行巴氏杀菌，杀菌时间控制在20min，杀菌后冷却至30℃；
步骤四、往步骤三的种子培养基中加入冰醋酸与初级种子液，得到混合体系，冰醋酸在混合体系中的含量为1.0wt%，初级种子液在混合体系中的含量为10wt%，混合体系搅拌均匀后在32℃下静置培养72h，得到发酵种子液；
步骤五、将椰浆、大米蛋白渣、黄豆粉与蔗糖加入纯水中配制成种子培养基，在种子培养基中椰浆的含量为1.6wt%、大米蛋白渣的含量为1.2wt%、黄豆粉的含量为0.2wt%、蔗糖的含量为6wt%，其余为纯水；对种子培养基在70℃下进行巴氏杀菌，杀菌时间控制在20min，杀菌后冷却至32℃；
步骤六、往步骤五的种子培养基中加入冰醋酸与发酵种子液，得到混合体系，冰醋酸在混合体系中的含量为1.1wt%，发酵种子液在混合体系中的含量为15wt%，混合体系搅拌均匀后撒盘2.0cm高，然后在32℃下静置培养144h，得到初级微生物纤维素膜；
步骤七、筛分不合格的初级微生物纤维素膜，然后经过清洗、去膜、脱酸、漂洗后得到厚度为15cm的发酵型微生物纤维素膜。
对比例2制得的发酵型微生物纤维素膜原料利用率为84%、得率为72%。
通过将对比例2与实施例3做比较发现，增加黄豆粉的添加量微生物纤维素膜的厚度依然是15mm，但是得率却降低了，这说明增效氮源黄豆粉的添加量并不是越高越好。
以上实施例和对比例的步骤七中，清洗操作具体为：用刀具割除不够坚实的边缘，然后放入清洗池中冲洗1次~2次。去膜操作具体为：用刮板对微生物纤维素膜下面的菌膜进行去除。脱酸操作具体为：将去膜的微生物纤维素放入温水池中进行浸泡1~2h，再放入开水池中进行浸泡3~4h。漂洗操作具体为：将微生物纤维素放入清水池中进行漂洗，直至漂洗出来的的水样的酸碱度基本呈中性。
Claims (3)
1.一种微生物纤维素膜的制备方法，其特征是该制备方法包括以下步骤：
步骤一、将椰浆、大米蛋白渣与蔗糖加入纯水中配制成种子培养基，在种子培养基中椰浆的含量为1.2~2wt%、大米蛋白渣的含量为0.4~0.8wt%、蔗糖的含量为5~8wt%，其余为纯水；
步骤二、用接种环取平板上的木葡糖醋酸杆菌接入到步骤一的种子培养基中，充分摇匀后在28~35℃温度下静置培养24~48h，得到初级种子液；所述木葡糖醋酸杆菌为木葡糖醋酸杆菌SY la (Komagataeibacter xylinus SY 1a)，保藏于武汉大学，保藏日期为：2015年4月6日，保藏编号为CCTCC NO: M 2015196；
步骤三、将椰浆、大米蛋白渣与蔗糖加入纯水中配制成种子培养基，在种子培养基中椰浆的含量为1.2~2wt%、大米蛋白渣的含量为0.4~0.8wt%、蔗糖的含量为5~8wt%，其余为纯水；对种子培养基在60~70℃下进行巴氏杀菌，杀菌时间控制在20~30min，杀菌后冷却至28~35℃；
步骤四、往步骤三的种子培养基中加入冰醋酸与初级种子液，得到混合体系，冰醋酸在混合体系中的含量为0.8~1.0wt%，初级种子液在混合体系中的含量为5~10wt%，混合体系搅拌均匀后在28~35℃下静置培养72~96h，得到发酵种子液；
步骤五、将椰浆、大米蛋白渣、黄豆粉与蔗糖加入纯水中配制成种子培养基，在种子培养基中椰浆的含量为0.8~1.6wt%、大米蛋白渣的含量为0.6~1.2wt%、黄豆粉的含量为0.05~0.15wt%、蔗糖的含量为4~6wt%，其余为纯水；对种子培养基在60~70℃下进行巴氏杀菌，杀菌时间控制在20~30min，杀菌后冷却至28~35℃；
步骤六、往步骤五的种子培养基中加入冰醋酸与发酵种子液，得到混合体系，冰醋酸在混合体系中的含量为1.0~1.2wt%，发酵种子液在混合体系中的含量为10~20wt%，混合体系搅拌均匀后撒盘，然后在28~35℃下静置培养144~168h，得到初级微生物纤维素膜；
步骤七、筛分不合格的初级微生物纤维素膜，然后经过清洗、去膜、脱酸、漂洗后得到发酵型微生物纤维素膜。
2.根据权利要求1所述的微生物纤维素膜的制备方法，其特征是：步骤六中，撒盘高度为1.5~2.0cm，原料利用率为85~88%。
3.根据权利要求1所述的微生物纤维素的制备方法，其特征是：步骤七中，发酵型微生物纤维素膜的得率为65~75%、厚度为12~15mm。
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