CN202830006U - 一种快速规模化制备细菌纤维素复合材料的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种快速规模化制备细菌纤维素复合材料的装置，包括：温度计口、酸液碱液添加口、把手、通气口、pH计口、营养补料口、转轴、发酵罐、马达、转鼓、发酵罐夹套、循环水进口和出口、营养液进口和出口，以及冷凝水出口；所述的转轴的一端连接马达的输出轴，转轴另一端从发酵罐的一端面中心位置伸入发酵罐内；在发酵罐内的转轴上固定有含有骨架材料的转鼓。本实用新型装置简便，模具可拆卸，可重复使用，实现了细菌纤维素膜片的动态连续化发酵和在线收获的高效机械化生产作业，具有成本低廉，生产效率高，自动化程度高等优点，可有效提高劳动生产率，适合大规模工业化生产。

Description

一种快速规模化制备细菌纤维素复合材料的装置

技术领域

本实用新型属于制备细菌纤维素材料的装置领域，特别涉及一种快速规模化制备细菌纤维素复合材料的装置。

背景技术

细菌纤维素(Bacterial Cellulose，简称BC)是一类由微生物产生的纯纤维素，有时俗称椰纤果，可广泛应用于食品、面膜、高强功能材料、纺织、造纸、人工血管、组织工程支架、人工皮肤以及医用敷料等领域。但现有的浅盘发酵生产设备生产效率和产量低，且机械化程度低，劳动强度大，不能连续生产。因此亟待开发一种产量高，且能高效连续化生产的新型发酵装置。

在医用敷料方面，湿态细菌纤维素由于机械强度不够，在使用过程中容易破裂造成使用不便，如要达到与脱脂纱布同样力学性能则要求纤维素膜达到一定厚度，这会增加膜的硬度，贴肤性明显下降。

现有制备细菌纤维素膜复合材料的均是利用静态技术，包括将需要与细菌纤维素复合的材料置于培养液中共培养、通过浸渍将细菌纤维素膜与有机物高分子或者无机物掺杂复合，效率不高；且由于纤维素仅形成在培养基表面，采用静置方法复合上去的纤维素少，且分布不均匀，不能将纱布等需要复合的材料的大部分空隙覆盖，且培养周期很长。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种快速规模化制备细菌纤维素复合材料的装置，该装置简便，模具可拆卸，可重复使用，适合大规模工业化生产。

本实用新型的一种快速规模化制备细菌纤维素复合材料的装置，包括：温度计口、酸液碱液添加口、把手、通气口、pH计口、营养补料口、转轴、发酵罐、马达、转鼓、发酵罐夹套、循环水进口和出口、营养液进口和出口，以及冷凝水出口(蒸汽可由营养液出口注入)；所述的温度计口处安装有温度探头，pH计口处安装有pH值探头；夹套上有用来恒温的循环水进口和出口，以及营养液进口和出口；转轴的一端连接马达的输出轴，转轴另一端从发酵罐的一端面中心位置伸入发酵罐内；在发酵罐内的转轴上固定有含有骨架材料的转鼓。

所述的温度计口、酸液碱液添加口、把手、通气口、pH计口和营养补料口均位于发酵罐的外表面上。

所述的发酵罐内安装有料液高度探头。

所述的转鼓上包覆有骨架材料。

所述的转鼓是由转轴上垂直分布的两片转盘和由所述的两片转盘撑起可缠挂细菌纤维素的骨架材料组成的。

所述的骨架材料由有机物或者无机物组成，包括：多糖类、纤维素、纤维素衍生物、琼脂、海藻酸类、透明质酸、甲壳素、壳聚糖、壳聚糖衍生物、木材、淀粉、多肽、蛋白质、明胶、胶原、真丝、羊毛、聚谷氨酸、高分子聚合物、硅胶、橡胶、塑料、涤纶、丙纶、尼龙、奥纶、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯乙醇、聚四氟乙烯、聚丙烯酰胺、纱布、棉布、纸张、二氧化硅、玻璃、陶瓷、紫砂、金属、金属盐、金属氧化物中的一种或几种组合。

所述的骨架材料为膜状或者带网眼的材料。

所述的网眼的孔径为0.05mm-10mm，网眼的形状是圆形、方形、三角形、椭圆形、心形、菱形或五角星形。

所述的发酵罐为桶型、鼓型或长方形立柱型。

本实用新型的装置中水浴夹套，用于包覆骨架材料的转鼓，发酵容器壳体由底部带夹套的培养液槽和上部用于防尘及隔离外部空气的外壳对合安装而成。所述的转轴一端连接固定马达输出轴，转轴另一端从发酵罐一端面中心位置伸入发酵罐内；夹套式培养液槽设置有水浴装置；发酵容器内设置有蒸汽管道或孔，在发酵容器内的转轴上固定有需涂覆的骨架材料。

本实用新型的装置由一个水平搅拌反应器和固定有覆盖网格材料的转鼓(或者由转盘支撑起的网格网眼骨架材料)的转轴组成，形成了一个水平扰动的生物反应器；通过转鼓或者转盘上围绕着转轴轴心的转动，使得网格材料缠绕发酵液中的细菌纤维素而在网格骨架材料表面连续均匀地形成一定厚度的细菌纤维素膜。

本实用新型利用细菌纤维素在液体中易缠绕的特性，在水平扰动的生物反应器中，通过转鼓上包覆骨架材料或者转盘上包覆骨架材料模具围绕着转轴轴心的转动，使得骨架材料在液体培养基中进行缓慢且循环浸没的扰动培养方式，均匀缠绕和吸附发酵液中的细菌纤维素而与骨架材料形成一定厚度的细菌纤维素复合材料。

由于是亚静态培养(转轴的转速很缓慢，＜40rpm，菌体在亚静态的环境下生长)，可以使转鼓在液体培养基和含氧介质中不停地交替，既给液体培养基提供足够的溶解氧，促进液体中菌体的快速繁殖和产生纤维素，从而利于模具的缠绕；又有利于已固定在模具上的纤维素膜中的菌体可以接触到营养，同时使得菌体充分接触氧，从而促使菌体大量繁殖和分泌纤维素，高效制备细菌纤维素材料。多种因素促使生产效率大大提升。

本实用新型的装置利用细菌纤维素易缠绕的特性，通过转鼓的旋转缠绕吸附细菌纤维素，可以在骨架材料内外两侧形成均匀的并且牢固结合的细菌纤维素膜。

本实用新型利用现有其它材料(如传统的纱布等纺织基材料)的特性，将该材料与细菌纤维素复合制备成复合材料将可以减少细菌纤维素的用量，并获得足够强度且具有细菌纤维素特性的复合材料产品，缩短了常规细菌纤维素敷料产品的生产周期。该技术可以实现对现有材料的纳米纤维素涂覆改性，赋予这些传统敷料高吸液性、不粘连伤口、药物缓释、抗菌以及促进伤口愈合等新功能。

有益效果

(1)本实用新型的装置简便，模具可拆卸，可重复使用，实现了细菌纤维素发酵生产和膜片的动态连续化发酵和在线收获的高效机械化生产作业，具有成本低廉，生产效率高，自动化程度高等优点，可有效提高劳动生产率，适合大规模工业化生产；

(2)制备的细菌纤维素膜复合材料保留了BC独特的纳米三维网状结构，但节约了BC的用量，具有高吸水和持水能力、高结晶度、高聚合度、高强度以及良好的生物相容性等优点；可以解决传统敷料吸液性差、粘连伤口等问题；产品可广泛应用于食品、面膜、创伤敷料、人造皮肤、纺织造纸原料等产品。

附图说明

图1为本实用新型的制备细菌纤维素复合材料的发酵装置示意图；

图2为培养24h的覆有细菌纤维素的纱布纤维(纱布细菌纤维素复合材料)的不同放大倍数的扫描电镜图；

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图1所示，一种简便高效动态生产细菌纤维素材料的发酵装置，包括温度计口1、酸液碱液添加口2、把手3、通气口4、pH计口5、营养补料口6、转轴7、发酵罐8、马达9、转鼓10、发酵罐夹套11、循环水进口12和出口13、营养液进口14和出口15，以及冷凝水出口16；所述的温度计口1处安装有温度探头，pH计口5处安装有pH值探头；夹套11上有用来恒温的循环水进口12和出口13，以及营养液进口14和出口15；转轴7的一端连接马达9的输出轴，转轴7另一端从发酵罐8的一端面中心位置伸入发酵罐8内；在发酵罐8内的转轴7上固定有转鼓10。

温度计口1、酸液碱液添加口2、把手3、通气口4、pH计口5和营养补料口6均位于发酵罐8的外表面上。

发酵罐8内安装有料液高度探头。

发酵罐8为桶型。

转鼓10上固定有骨架材料。

转鼓骨架材料由有机、无机或者有机无机高分子组成。这些高分子可以包括：纤维素、甲壳素、涤纶、丙纶、真丝、硅胶、橡胶、尼龙、奥纶、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯乙醇、特氟纶、膨体聚四氟乙烯、塑料、二氧化硅、玻璃、陶瓷、紫砂、金属、聚丙烯酰胺、脱脂棉布、纸张、木材、壳聚糖中的一种或几种组合。

骨架材料为膜状或者带网眼的材料。

骨架材料的网眼孔径为0.05mm-10mm，孔的形状是圆形、方形、三角形、椭圆形、心形、菱形或五角星形。

使用时，先将高温蒸汽从营养液出口15注入发酵罐内灭菌消毒，然后通过将含生产菌株的液体培养基转移到本实用新型的发酵装置中，然后旋转模具以3-20rpm的转速进行扰动培养，即可在骨架材料表面连续均匀地形成一定厚度的细菌纤维素膜复合材料。当膜厚满足要求后，使用刮刀在转鼓上转动一周后即可将膜卸下。也可以在卸下转鼓上包覆的骨架材料的同时连同细菌纤维素一起卸下，除去骨架材料即留下细菌纤维素膜。

实施例2

如图1所示，本实施例与实施例1的区别仅在于：

(1)转鼓模具的组成不同，是转轴上垂直分布的两片转盘上包覆可缠挂细菌纤维素的骨架材料形成转鼓10。

(2)转鼓骨架材料是纱布。

(3)发酵罐8为长方形立柱型。

使用时，通过将含生产菌株的液体培养基转移到本实用新型的发酵装置中，然后旋转模具以3-20rpm的转速进行扰动培养，即可在骨架材料表面连续均匀地形成一定厚度的细菌纤维素膜复合材料。当膜厚满足要求后，可以将转鼓上包覆有细菌纤维素的骨架卸下即得细菌纤维素复合材料(图2)。

Claims (7)

1.一种快速规模化制备细菌纤维素复合材料的装置，包括：温度计口（1）、酸液碱液添加口（2）、把手（3）、通气口（4）、pH计口（5）、营养补料口（6）、转轴（7）、发酵罐（8）、马达（9）、转鼓（10）、发酵罐夹套（11）、循环水进口（12）和出口（13）、营养液进口（14）和出口（15），以及冷凝水出口（16）；其特征在于所述的温度计口（1）处安装有温度探头，pH计口（5）处安装有pH值探头；夹套（11）上有用来恒温的循环水进口（12）和出口（13），以及营养液进口（14）和出口（15）；转轴（7）的一端连接马达（9）的输出轴，转轴（7）另一端从发酵罐（8）的一端面中心位置伸入发酵罐（8）内；在发酵罐（8）内的转轴（7）上固定有含有骨架材料的转鼓（10）；

所述的温度计口（1）、酸液碱液添加口（2）、把手（3）、通气口（4）、pH计口（5）和营养补料口（6）均位于发酵罐（8）的外表面上。

2.根据权利要求1所述的一种快速规模化制备细菌纤维素复合材料的装置，其特征在于：所述的发酵罐（8）内安装有料液高度探头。

3.根据权利要求1所述的一种快速规模化制备细菌纤维素复合材料的装置，其特征在于：所述的转鼓（10）上包覆有骨架材料。

4.根据权利要求1所述的一种快速规模化制备细菌纤维素复合材料的装置，其特征在于：所述的转鼓（10）是由转轴上垂直分布的两片转盘和由所述的两片转盘撑起可缠挂细菌纤维素的骨架材料组成的。

5.根据权利要求1所述的一种快速规模化制备细菌纤维素复合材料的装置，其特征在于：所述的骨架材料为膜状或者带网眼的材料。

6.根据权利要求5所述的一种快速规模化制备细菌纤维素复合材料的装置，其特征在于：所述的网眼的孔径为0.05mm-10mm，网眼的形状是圆形、方形、三角形、椭圆形、心形、菱形或五角星形。

7.根据权利要求1所述的一种快速规模化制备细菌纤维素复合材料的装置，其特征在于：所述的发酵罐（8）为桶型、鼓型或长方形立柱型。 

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