TW201437264A - 生物纖維素膜之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種生物纖維素膜之製造方法，其包括：齊備一細菌纖維素，其係由可產生細菌纖維素之微生物經發酵培養而得；將該細菌纖維素置於含有水，且溫度介於100℃至140℃、壓力介於1.2公斤/平方公分(kg/cm2)至1.5 kg/cm2之密閉空間歷經25分鐘至75分鐘，以獲得一膨潤的細菌纖維素；將該膨潤的細菌纖維素依序歷經酸性溶液及水清洗至中性，以獲得一生物纖維素膜。本發明所述之製造方法不但可縮短製程時間，且該細菌纖維素經膨潤後可增加細菌纖維素之面積以降低成本。

Description

生物纖維素膜之製造方法
一種關於生物纖維素膜之製造方法，尤指一種無須大量鹼及/或酸性溶液清洗，且可縮短製程之生物纖維素膜製造方法。
細菌纖維素(bacterial cellulose,BC)係由可產生細菌纖維素的微生物生合成所產生，由可產生細菌纖維素的微生物發酵而得的細菌纖維素原料，經適當處理後可得具有微細孔洞、高親水能力、高機械強度以及極高生物相容性(biocompatibility)等特性之生物纖維素膜，使生物纖維素膜廣泛應用於各領域中，例如工業領域之過濾膜、食品工業之膳食纖維以及生醫領域之人工皮膚、人工血管等用途。
現有技術製造生物纖維素膜之方法，諸如美國專利第8,053,216所揭示，係將可產生細菌纖維素(bacterial cellulose,BC)之微生物於適當條件發酵培養後，以獲得含有細菌纖維素的細菌纖維素原料，該細菌纖維素原料以鹼性溶液漂洗後，再以酸性溶液中和並清洗，使細菌纖維素之酸鹼值至中性，以形成生物纖維素膜；上述製造生物纖維素膜之方法需使用大量鹼性及/或酸性溶液分別處理細菌纖維素，容易產生二次廢棄物而對環境造成不必要的傷 害，且為求將細菌纖維素清洗至中性，此方法之製程時間相當長。
又如美國專利第7,709,631所揭示，所獲得之含有細菌纖維素之發酵培養混合物以2%-8%鹼性溶液去除細菌菌體後，由於菌體於發酵培養過程中會使細菌纖維素呈黃褐色，故需再以0.25%過氧化氫(hydrogen peroxide)做為漂白劑漂白細菌纖維素，以獲得生物纖維素膜；其中過氧化氫於鹼性溶液中容易釋放氧自由基而可加強漂白之效果，但氧化後的細菌纖維素會降低其拉伸強度，進而導致所製得之生物纖維素膜產生脆化的現象。
鑒於現有技術製備生物纖維素膜之缺失，故本發明之目的在於提供一種生物纖維素膜之製造方法，其係無須大量鹼性及/或酸性溶液分別處理所述之細菌纖維素，僅需簡易的步驟，以酸性溶液處理細菌纖維素，即可於減縮的時間內獲得生物纖維素膜。
為達上述目的，本發明提供一種生物纖維素膜之製造方法，其包括：齊備一細菌纖維素，其中該細菌纖維素係薄膜狀，且係由可產生細菌纖維素之微生物經發酵培養而得；將該細菌纖維素置於含有水，且溫度介於100℃至140。℃、壓力介於1.2公斤/平方公分(kg/cm2)至1.5 kg/cm2之密閉空間歷經25分鐘至75分鐘，以獲得一膨潤的細菌纖維素；將該膨潤的細菌纖維素依序歷經酸性溶液及水清洗至 酸鹼值為中性，以獲得一生物纖維素膜。
較佳的，所述之齊備一細菌纖維素之步驟包括齊備厚度介於0.2公厘(mm)至5 mm之細菌纖維素。
較佳的，所述之可產生細菌纖維素之微生物係至少一種選自於由醋酸菌屬(Acetobacter)、根瘤菌屬(Rhizobium)、八疊球菌屬(Sarcina)、假單胞菌屬(Pseudomounas)、無色桿菌屬(Achromobacter)、產鹼菌屬(Alcaligenes)、產氣桿菌屬(Aerobacter)、固氮菌屬(Azotobacter)及農桿菌屬(Agrobacterium)之菌種所構成之群組。
依據本發明，細菌纖維素係由可產生細菌纖維素之微生物置於一培養液中進行發酵培養而得；較佳的是，將可產生細菌纖維素之醋酸菌屬菌(Acetobacter sp.)予以置於一酸鹼值(pH值)介於0.5至6之間的膠體培養液中，並將含有該醋酸菌屬菌之培養液充填入可堆疊之容器中並密封；待可產生細菌纖維素之醋酸菌屬菌發酵完畢，即可於膠體培養液表面形成不溶於水之薄膜狀的細菌纖維素；且該網狀織體主要由β-1,4聚葡萄糖(β-1,4 glucan)所構成。
依據本發明，「齊備一細菌纖維素」之步驟更包括將一由可產生細菌纖維素的微生物所發酵培養產生的細菌纖維素予以離心(centrifugation)及/或脫水(dehydration)，以去除該細菌纖維素於發酵培養時之培養液。
較佳的，所述之膨潤的細菌纖維素係指細菌纖維素由初始薄膜狀膨脹2倍至4倍，以增加細菌纖維素之 內部面積。
更佳的，所述之製造方法更包括將該細菌纖維素置於含有水，且溫度為121℃、壓力介於1.2 kg/cm2至1.5 kg/cm2之密閉容器歷經30分鐘。
較佳的，所述之該膨潤的細菌纖維素依序歷經酸性溶液及水清洗至酸鹼值為中性之步驟包括將膨潤的細菌纖維素置於一含有酸性溶液，且溫度介於100℃至140℃之容器中，該膨潤的細菌纖維素歷經酸性溶液清洗25分鐘至90分鐘後，再以水清洗30分鐘。
更佳的，所述之該膨潤的細菌纖維素依序歷經酸性溶液及水清洗至酸鹼值為中性之步驟包括將膨潤的細菌纖維素置於一含有酸性溶液，且溫度為121℃之容器中，該膨潤的細菌纖維素歷經酸性溶液清洗30分鐘後，再以水清洗30分鐘。
較佳的，所述之酸性溶液包括，但不限於濃度為0.08重量百分比(wt%)至0.3 wt%之硫酸(sulfur acid)、鹽酸(hydrochloric acid)、醋酸(acetic acid)、檸檬酸(citric acid)及硝酸(nitric acid)溶液。
較佳的，所述之酸性溶液更包括一氯漂白劑，且該氯漂白劑包括，但不限於二氧化氯(chlorine dioxide)、次氯酸鈉(sodium hypochlorite)及次氯酸鈣(calcium hypochlorite)，且濃度係介於0.1 wt%至0.3 wt%之間，該氯漂白劑所釋放之氯自由基(chlorine radical)可漂白細菌纖維膜，但不影響細菌纖維膜之拉伸強度。
依據本發明，所述之「保水度」如此處所述係 指生物纖維素膜之乾重與濕重的比例；「乾重」如此處所述係將生物纖維素膜於50℃進行烘乾，直至完全沒有水份稱為乾重。
本發明之生物纖維素膜之製造方法的優點在於：
1.本發明所述之方法無須分別利用大量鹼性溶液及/或酸性溶液處理，而僅需不大於3小時的時間即可獲得具有漂白效果之生物纖維素膜，不但可縮短現有技術需3天漂洗之製程時間，亦可避免使用大量鹼性溶液及/或酸性溶液沖洗而造成環境的污染。
2.藉由將細菌纖維素置於封閉容器且所述之溫度、壓力及時間條件，使細菌纖維素之纖維間隙可因此膨脹濕潤，並增加細菌纖維素之內部面積，以縮短後續步驟使用酸性溶液漂洗之時間；此外，細菌纖維素經膨潤而增加體積後，可再將細菌纖維素以橫向切割成多片，以減少生產成本。
3.細菌纖維素經膨潤後，所述之溫度、壓力及時間條件可直接破壞微生物，不但可達到完全滅菌之效果，且當本發明所製得之生物纖維素膜應用做為人體相容性材料時，可減少毒性，以提升生物纖維素膜的安全性。
4.細菌纖維素經酸性溶液及水漂洗至中性後，所得之生物纖維素膜之pH值係介於6.8至7.2，當本發明所製得之生物纖維素膜應用做為人體相容性材料時，可降低皮膚排斥性。
圖1係本發明之生物纖維素膜製造方法之流程圖。
本發明將由下列的實施例做為進一步說明，這些實施例並不限制本發明前面所揭示的內容。熟習本發明之技藝者，可以做些許之改良與修飾，但不脫離本發明之範疇。
實施例1. 製備細菌纖維素
將醋酸菌(Acetobacter sp.)置於一pH值介於0.5至6之間的膠體培養液中，其中膠體培養液係至少一種選自於由動物膠、阿拉伯膠、洋菜膠或納豆膠等膠體培養液所組成的群組；並將含有該醋酸菌之培養液充填入可堆疊之容器並密封；待可產生細菌纖維素之醋酸菌發酵完畢，即可於膠體培養液表面形成不溶於水之薄膜狀的細菌纖維素；該細菌纖維素主要係由β-1,4聚葡萄糖(β-1,4 glucan)所構成；且該薄膜狀之細菌纖維素之厚度係介於0.2 mm至5 mm之間。
實施例2. 膨潤條件測試
如下列表1所示，將由實施例1所得之細菌纖維素置放於一含有水，且溫度介於於100℃至140℃、壓力介於1.2 kg/cm2至1.5 kg/cm2之密閉容器中，分別歷經25分鐘至75分鐘，以分別獲得樣品1至樣品5之膨潤的細菌纖維素。其中樣品3之細菌纖維素於121℃，歷經30分鐘後，具有較佳的保水度，且保水度為乾重的150倍至200倍。
實施例3. 漂白條件測試
如下列表2所示，將由實施例2所得之各膨潤的細菌纖維素置放於一含有0.27 wt%檸檬酸及0.20 wt%二氧化氯之溶液，且溫度介於100℃至140℃之容器中，分別歷經檸檬酸溶液清洗25分鐘至90分鐘，再以水清洗30分鐘，以獲得生物纖維素膜。並將各樣品以Kent-Jones與Martin色澤等級儀(Kent-Jones and Martin color grader)於530奈米(nm)波長下測量漂白度，其中樣品3之生物纖維素膜之漂白度係介於-2至-3，與一般漂白效果相當，且該生物纖維素膜之酸鹼值(pH值)係介於6.8至7.2。
實施例4. 對照測試
現有技術所述之製程，係將所得之細菌纖維素經水洗後，並以酸性溶液漂洗24小時，再以鹼性溶液漂洗24小時，並將所獲得之生物纖維素膜做為對照組，另將由實施例1至3所獲得之樣品3之生物纖維素膜做為實驗組； 組；由表3可得知，以本發明所述之方法所製得生物纖維素膜不但保水度及拉伸力皆較對照組高，且本發明所述之方法可縮短製程時間。
依據本發明，所述之「拉伸力」如此處所述係指將生物纖維素膜施以2公斤(kg)的拉力，並測量生物纖維素膜拉伸後長度與未拉伸長度之比例。
依據本發明，所述之「漂白度」如此處所述係以全自動白度儀(型號：WSD-3)將對照組及實驗組之生物纖維素膜於酸性溶液及水清洗前後進行漂白度測試之百分比(%)。

Claims (10)

  1. 一種生物纖維素膜之製造方法，其包括：齊備一細菌纖維素，其中該細菌纖維素係薄膜狀，且係由可產生細菌纖維素之微生物經發酵培養而得；將該細菌纖維素置於含有水，且溫度介於100℃至140℃、壓力介於1.2公斤/平方公分(kg/cm2)至1.5 kg/cm2之密閉空間歷經25分鐘至75分鐘，以獲得一膨潤的細菌纖維素；將該膨潤的細菌纖維素依序歷經酸性溶液及水清洗至酸鹼值為中性，以獲得一生物纖維素膜。
  2. 如請求項1所述之生物纖維素膜之製造方法，其中齊備一細菌纖維素之步驟更包括將一由可產生細菌纖維素的微生物所發酵培養產生的細菌纖維素予以離心(centrifugation)及/或脫水(dehydration)。
  3. 如請求項1所述之生物纖維素膜之製造方法，其中齊備一細菌纖維素之步驟包括齊備厚度介於0.2公厘(mm)至5 mm之細菌纖維素。
  4. 如請求項1所述之生物纖維素膜之製造方法，其中可產生細菌纖維素之微生物係至少一種選自於由醋酸菌屬(Acetobacter)、根瘤菌屬(Rhizobium)、八疊球菌屬(Sarcina)、假單胞菌屬(Pseudomounas)、無色桿菌屬(Achromobacter)、產鹼菌屬(Alcaligenes)、產氣桿菌屬(Aerobacter)、固氮菌屬(Azotobacter)及農桿菌屬(Agrobacterium)之菌種所構成之群組。
  5. 如請求項1所述之生物纖維素膜之製造方法，其更包 括將細菌纖維素置於含有水，且溫度為121℃、壓力介於1.2 kg/cm2至1.5 kg/cm2之密閉容器中，歷經30分鐘。
  6. 如請求項1所述之生物纖維素膜之製造方法，其中膨潤的細菌纖維素係由初始薄膜狀膨脹2倍至4倍。
  7. 7.如請求項1所述之生物纖維素膜之製造方法，其中該膨潤的細菌纖維素依序歷經酸性溶液及水清洗之步驟包括將該膨潤的細菌纖維素置於一含有酸性溶液，且溫度介於100℃至140℃之容器中，該膨潤的細菌纖維素歷經酸性溶液清洗25分鐘至90分鐘後，再以水清洗30分鐘。
  8. 如請求項1所述之生物纖維素膜之製造方法，其中該膨潤的細菌纖維素依序歷經酸性溶液及水清洗之步驟包括將該膨潤的細菌纖維素置放於一含有酸性溶液，且溫度為121℃之容器中，該膨潤的細菌纖維素歷經酸性溶液清洗30分鐘後，再以水清洗30分鐘。
  9. 如請求項1所述之生物纖維素膜之製造方法，其中酸性溶液係濃度為0.08重量百分比(wt%)至0.3 wt%之硫酸(sulfur acid)、鹽酸(hydrochloric acid)、醋酸(acetic acid)、檸檬酸(citric acid)或硝酸(nitric acid)溶液。
  10. 如請求項7至9任一項所述之生物纖維素膜之製造方法，其中酸性溶液更包括一氯漂白劑，且該氯漂白劑係二氧化氯(chlorine dioxide)、次氯酸鈉(sodium hypochlorite)或次氯酸鈣(calcium hypochlorite)，且濃度係介於0.1 wt%至0.3 wt%之間。
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