CN1840677A - 细菌纤维素的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用生物活化法制备细菌纤维素的方法，该方法将发酵母液经过第一次杀菌处理后，接种酵母菌，进行发酵后，采用超高温瞬时灭菌对发酵母液进行二次杀菌，灭菌冷却后的发酵母液中接入木醋杆菌，通气培养后，静态培养，即制得凝胶块状细菌纤维素。本发明可以有效提高原料的利用率、加快细菌纤维素的合成速度。
Description
技术领域
本发明属于生物发酵技术领域，特别涉及一种细菌纤维素的制备方法。
背景技术
细菌纤维素是目前国内外研究的重点生物材料之一，它的主要特性为超纯(100％纤维素)、超细(纳米级)、超强(高杨氏模量)和高吸水保水率(1∶50以上)，高化学衍生活性，不含木质素、半纤维素，其提取工艺简单，提取产品纯度极高，被认为是目前世界上最好的纤维素。细菌纤维素在医药、食品、化工、电子等行业具有广泛的应用前景。目前，世界范围内用于研究和生产细菌纤维素的主要菌株为木醋杆菌(Acetobacter Xylimum)，研究的领域在于细菌纤维素的合成机制、高产菌株的分离筛选培养及纤维素的应用等方面。由于微生物的营养需求机制比较复杂，目前已经了解了木醋杆菌的基本营养要求，但对于其快速繁殖的关键因子还不了解，现行技术主要采用传统的复配培养基的方法来为木醋杆菌提供营养，而本发明采用生物活化培养基的方法，通过酵母菌的作用，使培养基的成分得到重新的改善，有效加快了木醋杆菌产生纤维素的速度，并提高了原料的利用率。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种利用生物活化法制备细菌纤维素的方法。该方法可以有效提高原料的利用率、加快细菌纤维素的合成速度。
本发明针对目前的发酵技术，改进其培养基的活性有效成分，并通过高温瞬时灭菌技术杀灭活化酵母、控制杂菌的污染，并有效保留其活性成分，以达到加快细菌合成的速度，提高原料利用率的目的。
本发明的目的通过下述技术方案实现：所述细菌纤维素的制备方法，包括如下步骤：
发酵母液经过第一次杀菌处理后，接种酵母菌，酵母菌接种量为0.3～0.5％，进行发酵，发酵温度保持28～32℃，培养36～72小时后，采用超高温瞬时灭菌对发酵母液进行二次杀菌，灭菌冷却后的发酵母液中接入木醋杆菌(Acetobacter Xylimum)，木醋杆菌接种量为5～10％，通气培养24～36小时后，静态培养50～120小时，即可制得细菌纤维素凝胶片。
将上述制得的细菌纤维素凝胶片切成颗粒后，将纤维素颗粒与1～5％的NaOH溶液(重量百分比计)按1∶1～2的质量比混合均匀，加热到60～80℃，处理1～4小时，过滤，清洗干净，即可得到凝胶态的纤维素颗粒。
所述发酵母液主要由3～20％的碳水化合物类原料、0.1～1.0％的含氮原料组成(按重量百分比计)，将上述原料加水加热溶解，pH值调节到2.8～4.5，过滤后即得。其中碳水化合物类原料包括糖蜜、果汁或白糖等，糖蜜或果汁占碳水化合物类原料总质量的50～75％，含氮原料包括硫酸铵或酵母膏等，硫酸铵占含氮原料的85～95％。所述果汁包括荔枝汁、龙眼汁或葡萄汁等。
所述pH值采用醋酸、柠檬酸或磷酸二氢钾等调节。
所述发酵母液的第一次杀菌采用煮沸方式，煮沸时间：5～10分钟即可。
超高温瞬时灭菌的条件为：温度为125～135℃，时间为20～30秒。
本发明利用生物活化法生产细菌纤维素：它根据木醋杆菌产生细菌纤维素的营养需求配置发酵母液，发酵母液经过加热、过滤、杀菌后，通过进行接种酵母菌使发酵母液活化、然后超高温瞬时灭菌、冷却、再接种木醋杆菌、培养、分装、静态培养、收获、后处理、包装得产品。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
通过在发酵母液中接种酵母菌，活化发酵母液，使之产生木醋杆菌生长所需要的生长因子；通过超高温瞬时杀菌技术杀灭酵母及其他细菌，同时有效保留发酵母液的化学营养成分；可以有效提高原料的利用率、加快细菌纤维素的合成速度。本发明使细菌纤维的得率从25g/L提高到32g/L；静态发酵纤维素合成的快速生长期的启动时间从48～72小时提前到36～48小时；12毫米厚度的细菌纤维凝胶片的合成时间至少缩短了24小时；纤维凝胶片的感染率下降到1％以下；产品的综合得率大于85％。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，本发明所述细菌纤维素的制备方法，包括如下步骤：
原料50公斤糖蜜、50公斤白糖、3公斤硫酸铵、200克酵母膏、加水加热溶解后并用pH值调节剂醋酸调节到4.5，定重到1000公斤；过滤后即得发酵母液，发酵母液加热煮沸(煮沸时间：8分钟)即为杀菌，冷却到40℃即可接种酵母，接种活性干酵母(市售，干酿酒酵母Saccharomyces cerevisiac)5公斤，28～32℃培养36小时后超高温瞬时灭菌，灭菌的条件为在135℃温度下，20秒钟时间；冷却到40℃即可接种木醋杆菌(木醋杆菌1.1812，购于中科院微生物研究所)，木醋杆菌接种量为5％，通气培养30小时后，分装到晾干的发酵盘(发酵盘经清洗干净后，热杀菌)中，厚度为6毫米，堆垛静态培养50～60小时后，即可收获凝胶块状细菌纤维素(细菌纤维素凝胶片)，其厚度约5毫米。细菌纤维素凝胶片切成颗粒后，将上述颗粒与1％的NaOH溶液(按重量百分比计)按1∶1的质量比均匀混合，加热到80℃，处理1小时，过滤掉水份，再用清水清洗3～5次至清洗干净，即可得到凝胶态的纤维素颗粒，包装。
实施例2
原料100公斤荔枝汁、50公斤白糖、5公斤硫酸铵、200克酵母膏、加水加热溶解后并用pH值调节剂醋酸调节到2.8，定重到1000公斤；过滤后即得发酵母液，发酵母液加热煮沸(煮沸时间：10分钟)即为杀菌，冷却到30℃即可接种酵母，接种活性干酵母3公斤(市售，葡萄酒酵母Saccharomycesellipsoideus)，28～32℃培养36小时后超高温瞬时灭菌，灭菌的条件为在125℃温度下，30秒钟时间；冷却到30℃即可接种木醋杆菌(Acetobacter Xylimum，木醋杆菌1.1812，购于中科院微生物研究所)，木醋杆菌接种量为10％，通气培养24小时后，分装到发酵盘(发酵盘经清洗干净后，热杀菌)中，厚度为15毫米，堆垛静态培养110～120小时后，即可收获凝胶块状细菌纤维素(细菌纤维素凝胶片)。细菌纤维素凝胶片切成颗粒后，将上述颗粒与5％的NaOH溶液(按重量百分比计)按1∶1.5的质量比均匀混合，加热到70℃，处理2小时，过滤掉水份，再用清水清洗3～5次至清洗干净，即可得到凝胶态的纤维素颗粒，包装，产品纤维素干重34公斤。
实施例3
原料100公斤葡萄汁、50公斤白糖、5公斤硫酸铵、260克酵母膏、加水加热溶解后并用pH值调节剂醋酸调节到3.5，定重到1000公斤；过滤后即得发酵母液，发酵母液加热煮沸(煮沸时间：10分钟)即为杀菌，冷却到30℃即可接种酵母，接种活性干酵母5公斤(市售，面包酵母Saccharomycescerevisiac)，28～32℃培养36小时后超高温瞬时灭菌，灭菌的条件为在130℃温度下，25秒钟时间；冷却到30℃即可接种木醋杆菌(Acetobacter Xylimum，木醋杆菌1.1812，购于中科院微生物研究所)，木醋杆菌接种量为8％，通气培养36小时后，分装到发酵盘(发酵盘经清洗干净后，热杀菌)中，厚度为15毫米，堆垛静态培养100～110小时后，即可收获凝胶块状细菌纤维素(细菌纤维素凝胶片)，细菌纤维素凝胶片切成颗粒后，将上述颗粒与3％的NaOH溶液(按重量百分比计)按1∶2的质量比均匀混合，加热到60℃，处理4小时，过滤掉水份，再用清水清洗3～5次至清洗干净，即可得到凝胶态的纤维素颗粒，包装，得纤维素干重36公斤。
实施例4
原料20公斤龙眼汁、10公斤白糖、1公斤硫酸铵、100克酵母膏加水加热溶解后并用pH值调节剂(醋酸、磷酸二氢钾)调节到2.8，定重到1000公斤；过滤后即得发酵母液，发酵母液加热煮沸(煮沸时间：5分钟)即为杀菌，冷却到30℃即可接种酵母，接种活性干酵母(市售，干酿酒酵母Saccharomycescerevisiac)4公斤，28～32℃培养36小时后超高温瞬时灭菌，灭菌的条件为在135℃温度下，20秒钟时间；冷却到30℃即可接种木醋杆菌(AcetobacterXylimum)，木醋杆菌接种量为5％，通气培养30小时后，分装到晾干的发酵盘(发酵盘经清洗干净后，热杀菌)中，厚度为6毫米，堆垛静态培养50～60小时后，即可收获凝胶块状细菌纤维素(细菌纤维素凝胶片)，其厚度约5毫米。细菌纤维素凝胶片切成颗粒后，将上述颗粒与1％的NaOH溶液(按重量百分比计)按1∶1的质量比均匀混合，加热到80℃，处理1小时，过滤掉水份，再用清水清洗3～5次至清洗干净，即可得到凝胶态的纤维素颗粒，包装。
实施例5
原料100公斤荔枝汁、100公斤白糖、9公斤硫酸铵、1000克酵母膏、加水加热溶解后并用pH值调节剂柠檬酸调节到4.0，定重到1000公斤；过滤后即得发酵母液，发酵母液加热煮沸(煮沸时间：8分钟)即为杀菌，冷却到32℃即可接种酵母，接种活性干酵母5公斤(市售，面包酵母Saccharomycescerevisiac)，28～32℃培养36小时后超高温瞬时灭菌，灭菌的条件为在130℃温度下，25秒钟时间；冷却到32℃即可接种木醋杆菌(Acetobacter Xylimum，木醋杆菌1.1812，购于中科院微生物研究所)，木醋杆菌接种量为8％，通气培养36小时后，分装到发酵盘(发酵盘经清洗干净后，热杀菌)中，厚度为15毫米，堆垛静态培养100～110小时后，即可收获凝胶块状细菌纤维素(细菌纤维素凝胶片)，细菌纤维素凝胶片切成颗粒后，将上述颗粒与3％的NaOH溶液(按重量百分比计)按1∶1的质量比均匀混合，加热到60℃，处理4小时，过滤掉水份，再用清水清洗3～5次至清洗干净，即可得到凝胶态的纤维素颗粒，包装。
实施例6
原料30公斤荔枝汁、10公斤白糖、1.5公斤硫酸铵、260克酵母膏、加水加热溶解后并用pH值调节剂柠檬酸调节到4.5，定重到1000公斤；过滤后即得发酵母液，发酵母液加热煮沸(煮沸时间：6分钟)即为杀菌，冷却到28℃即可接种酵母，接种活性干酵母5公斤(市售，面包酵母Saccharomycescerevisiac)，28～32℃培养36小时后超高温瞬时灭菌，灭菌的条件为在130℃温度下，25秒钟时间；冷却到28℃即可接种木醋杆菌(Acetobacter Xylimum，木醋杆菌1.1812，购于中科院微生物研究所))，木醋杆菌接种量为8％，通气培养36小时后，分装到发酵盘(发酵盘经清洗干净后，热杀菌)中，厚度为15毫米，堆垛静态培养90～100小时后，即可收获凝胶块状细菌纤维素(细菌纤维素凝胶片)，细菌纤维素凝胶片切成颗粒后，将上述颗粒与1％的NaOH溶液(按重量百分比计)按1∶2的质量比均匀混合，加热到70℃，处理4小时，过滤掉水份，再用清水清洗3～5次至清洗干净，即可得到凝胶态的纤维素颗粒，包装。
Claims (8)
1、一种细菌纤维素的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
发酵母液经过第一次杀菌处理后，接种酵母菌，酵母菌接种量为0.3～0.5％，进行发酵，发酵温度保持28～32℃，培养36～72小时后，采用超高温瞬时灭菌对发酵母液进行二次杀菌，灭菌冷却后的发酵母液中接入木醋杆菌，木醋杆菌接种量为5～10％，通气培养24～36小时后，静态培养50～120小时，即制得细菌纤维素凝胶片。
2、根据权利要求1所述的细菌纤维素的制备方法，其特征在于：所述细菌纤维素凝胶片切成颗粒后，将颗粒与1～5％的NaOH溶液按1∶1～2的质量比混合均匀，加热到60～80℃，处理1～4小时，过滤，清洗干净，即得到凝胶态的纤维素颗粒。
3、根据权利要求1所述的细菌纤维素的制备方法，其特征在于：所述发酵母液主要由3～20％的碳水化合物类原料、0.1～1.0％的含氮原料组成，将上述原料加水加热溶解，pH值调节到2.8～4.5，过滤后即得。
4、根据权利要求3所述的细菌纤维素的制备方法，其特征在于：所述碳水化合物类原料包括糖蜜、果汁或白糖，糖蜜或果汁占碳水化合物类原料总质量的50～75％，含氮原料包括硫酸铵或酵母膏，硫酸铵占含氮原料的85～95％。
5、根据权利要求4所述的细菌纤维素的制备方法，其特征在于：所述果汁包括荔枝汁、龙眼汁或葡萄汁。
6、根据权利要求3所述的细菌纤维素的制备方法，其特征在于：所述pH值采用醋酸、柠檬酸或磷酸二氢钾调节。
7、根据权利要求1所述的细菌纤维素的制备方法，其特征在于：所述发酵母液的第一次杀菌采用煮沸方式，煮沸时间为5～10分钟。
8、根据权利要求1所述的细菌纤维素的制备方法，其特征在于：超高温瞬时灭菌的条件为：温度为125～135℃，时间为20～30秒。
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