CN101475973B - 含酒精废液的细菌纤维素生产培养基 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含酒精废液的细菌纤维素生产培养基，特征是将天然基质和酒精废液按比例进行混合，得到混合液，然后将混合液、水、蔗糖混合均匀，得到细菌纤维素生产培养基。本发明能有效地降低细菌纤维素生产培养基中所需天然基质比例，降低了生产成本，缩短生产周期，还为酒精废液综合利用找到了一条新路子，变废为宝，生产的细菌纤维素产品附加值较高，适合推广。

Description

含酒精废液的细菌纤维素生产培养基
技术领域
本发明涉及一种微生物生产培养基，具体涉及一种含酒精废液的细菌纤维素生产培养基，利用该培养基生产细菌纤维素，可以缩短生产周期、降低生产成本。
背景技术
酒精是一种重要的工业原料，具有十分广泛的应用和发展前景。但同时，酒精工业又是一个污染十分严重的行业。据文献报道，以甘蔗糖蜜或木薯为原料，每生产1t酒精排放的高浓度有机废水约为14～15t，废液CODCr值在120000mg/L左右，BOD5值在60000mg/L左右，由于其成分相当复杂，使废水处理难度较大。酒精废液的利用与治理一直是国内外多年来难以解决的问题，据文献“糖蜜酒精废液处理技术”(《工业水处理》2002年第10期)一文中的报道，目前酒精废液主要采取的方法有：堆肥、好氧处理、厌氧处理、循环利用、干燥、焚烧等。堆肥法虽能达标排放，但处理废液量有限；生物氧化塘法虽然能在一定程度上减少好氧有机物量，但仍不能达到排放标准，仍会污染环境；循环需借助其他方法，且达标不彻底；将酒精废液蒸发浓缩、干燥，制备肥料、饲料，是一种解决污染的常用方法，但由于蒸发浓缩需要消耗大量的能量，焚烧的一次性投入较高，而且管理难度大使用厂家少。在执行环保高标准的今天，酒精废液处理作为酒精生产不可缺少的环节，使酒精生产成本大大提高。
从经济角度考虑，废物综合利用是改善环境、提高经济效益、促进国民经济可持续发展的重大举措，酒精废液中的有机物为各种途径的资源化提供了丰富的物质基础，特别是作为微生物生长的营养基质，将酒精废液中有用成分的回收利用达到零排放，同时又能保证处理过程成本低廉应是未来的主要方向。目前国内外在这方面也做了一定研究和探讨，如中国专利CN 1149282C中公布了一种利用酒精废液提高纤维素酶活的方法，它是在培养基中加入糖厂酒精废液，经灭菌后纤维素酶产生菌发酵培养，得到的产品可精制为纤维素酶制剂。专利CN 1159235C中公布了一种糖蜜酒精废蜜的处理方法，它是将甘蔗蔗髓与糖蜜酒精废液按一定比例混合后，介入腐生食用菌菌种栽培，使混合料变成菌糠料，同时获得食用菌。上述方法都是将酒精废液作为微生物培养的营养基质进行再利用，但存在一定缺陷，导致生产无法大规模推广应用。如：利用酒精废液生产精制的酶制剂，仍然无法避免生产过程二次排放带来的污染以及由于浓缩干燥等工艺带来的高昂成本；利用酒精废液生产食用菌方法，虽然没有二次排放以及浓缩干燥，但这种产品的附加值一般较低，难以取得令人满意的经济效益，并且这种方法生产周期较长，难以形成较大规模，这意味着无法完全利用酒精废液巨大的排放量。
利用微生物(主要是醋杆菌)发酵产生的纤维素，一般称之为细菌纤维素或微生物纤维素，这种纤维素具有纯度高、吸水性强、结晶度高、聚合度高等许多不同于植物纤维素的结构特点，其纤维束直径在100纳米以下，是一种天然的纳米生物材料，是近年来生物材料研究开发的热点之一，在食品、造纸、声音振动膜、人造皮肤的制造及造纸行业有着广泛的应用前景。目前，这种细菌纤维素在食品方面有较广泛的应用，其主要方法是以椰子水、菠萝水或其他天然基质为培养基，经产纤维素的醋杆菌发酵后，产生的可食用的细菌纤维素凝胶膜，俗称“椰果”、“高纤椰果”、“椰纤果”或“纳塔”。细菌纤维素产业近年来在我国海南省、越南、菲律宾等地区获得的飞速的发展，其产能超过500000t/a，由于其需求巨大，产品有供不应求之势，目前未经处理的细菌纤维素销售价格达到每吨1200元人民币左右，经深加工处理的细菌纤维素价格达到10000元人民币左右，其产品附加值较高。目前细菌纤维素的规模化生产主要是利用椰子水、菠萝汁等营养丰富的天然基质作为培养基生产，其比例一般占培养基总重量的30％以上，生产周期一般在7天以上，这种生产方式生产成本较高而且生产原料受到季节和地域的限制，一直是细菌纤维素产业发展的瓶颈之一。也有文献报道尝试减少或不用这些天然基质生产细菌纤维素，但生产周期和产品品质却不尽如人意。
发明内容
本发明的目的是提供一种含酒精废液的细菌纤维素生产培养基，其能有效地降低细菌纤维素生产培养基中天然基质比例，同时可以缩短生产周期。
酒精废液的成分十分复杂，发明人通过分析，发现酒精废液中除含有较高的蛋白质和氨基酸外，同时还含有一定量的糖类、有机酸、酵母残体、无机盐及微量元素，这些成分可以作为微生物培养基营养成分的有益补充。发明人通过研究发现，由于微生物代谢对于营养因子的需求不同，并非所有微生物都适于在含有酒精废液的培养基中生长，对于一些微生物，酒精废液的某些成分(如：一定浓度的酒精、乙酸等)往往成为抑制因子，不仅不能促进微生物的生长，反而起到抑制作用；而对于另外一些微生物，酒精废液中的某些成分却成为发酵目标产物的诱导因子或激活剂，在发酵中通过协同作用促进了微生物的生长繁殖和目标产物的产生。
发明人还发现，酒精废液在培养基中的比例对微生物的生长也有显著的影响，在生产细菌纤维素的培养基中添加少量的酒精废液，接入木葡糖酸醋杆菌(一种能高产细菌纤维素的细菌，严格好氧，静置培养时能在液体培养基与空气接触的表面产生细菌纤维素膜)，对于纤维素膜的产生并没有非常明显的促进作用，但也没有明显抑制作用；将酒精废液在培养基中调成一定的比例时，对于纤维素膜的产生却会起到非常明显的促进作用：一是缩短生产周期，二是所得到的细菌纤维素的品质较好，纤维素的含量较高。除此之外，由于酒精废液中还含一定量的蛋白质和微量元素，可以解决天然果蔬汁培养基中氮源和无机盐含量不足的问题，作为氮源和无机盐的有益补充，从而降低了生产成本。
本发明所采用的技术方案是：
一种含酒精废液的细菌纤维素生产培养基，特征是将天然基质和酒精废液按重量比为4∶1～1∶9的比例进行混合，得到混合液，然后将混合液、水、蔗糖混合均匀，得到细菌纤维素生产培养基，其中混合液占培养基总重量的30％～70％，蔗糖占培养基总重量的1％～5％，余量为水。所述天然基质是椰子水、菠萝水或其他用于细菌纤维素生产的天然培养液中的一种或混合。蔗糖的添加可为培养基补充碳源。
其中优选的方案是在混合液中天然基质和酒精废液的重量比为1∶1～1∶5。
正如所有的发酵工艺，生产细菌纤维素培养基的初始pH值会对发酵产生明显的影响。以往生产细菌纤维素一般是将培养基pH值调节在4.0左右才能得到较高的产率，而由于培养基发生了变化，这种经验的生产条件只能作为参考。通过试验，本发明所述的培养基的pH值调节在3.0～6.5之间都能得到较高的产率，其优选的方案是pH值在3.1～3.8之间或者5.1～6.3之间。
本发明所提供的含酒精废液的细菌纤维素生产培养基通过热力杀菌，冷却后接入产细菌纤维素的菌种，浅盘发酵3～10天后，可以收获细菌纤维素。采用上述方法浅盘发酵生产细菌纤维素，生产周期可缩短，发酵4～5天后，纤维素膜厚度≥1.2cm，而椰子水培养基生产则一般需要6～8天。
利用含酒精废液的培养基生产细菌纤维素，其明显的优势是：
1、能降低细菌纤维素生产培养基中所需天然基质比例，降低了生产成本，同时可以缩短生产周期。
2、找到一种酒精废液综合利用的新路子，变废为宝，产品附加值较高，适合生产推广。
具体实施方式
下面结合非限定性具体实施例，进一步阐述本发明。应当理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明要求保护的范围。
实施例一
将椰子水1kg和酒精废液4kg进行混合，得到5kg混合液，在向混合液中加入5kg水进行稀释，再其中添加200g的蔗糖补充碳源，这样就构成了一种含酒精废液新的培养基。培养基调节pH值3.8，然后通过热力杀菌，冷却后接入木葡糖酸醋杆菌，浅盘发酵5天后，细菌纤维素膜厚度达1.2cm。
实施例二
将椰子水1kg和酒精废液4kg进行混合，得到5kg混合液，在向混合液中加入5kg水进行稀释，再其中添加200g的蔗糖作为碳源，这样就构成了一种含酒精废液新的培养基。培养基调节pH值3.8，然后通过热力杀菌，冷却后接入木醋杆菌，浅盘发酵4天后，细菌纤维素膜厚度达1.2cm。
实施例三
将椰子水1kg和酒精废液4kg进行混合，得到5kg混合液，在向混合液中加入5kg水进行稀释，再其中添加300g的蔗糖作为碳源，这样就构成了一种含酒精废液新的培养基。培养基调节pH值3.8然后通过热力杀菌，冷却后接入木醋杆菌，浅盘发酵5天后，细菌纤维素膜厚度达1.5cm。
实施例四
将椰子水1kg和酒精废液4kg进行混合，得到5kg混合液，在向混合液中加入5kg水进行稀释，再其中添加300g的蔗糖作为碳源，这样就构成了一种含酒精废液新的培养基。培养基调节pH值6.0，然后通过热力杀菌，冷却后接入木葡糖酸醋杆菌，浅盘发酵5天后，细菌纤维素膜厚度达1.3cm。
实施例五
将椰子水1kg和酒精废液4kg进行混合，得到5kg混合液，在向混合液中加入5kg水进行稀释，再其中添加占300g的蔗糖作为碳源，这样就构成了一种含酒精废液新的培养基。培养基调节pH值6.0然后通过热力杀菌，冷却后接入木醋杆菌，浅盘发酵5天后，细菌纤维素膜厚度达1.5cm。
实施例六
将菠萝水1kg和酒精废液4kg进行混合，得到5kg混合液，在向混合液中加入5kg水进行稀释，再其中添加300g的蔗糖作为碳源，这样就构成了一种含酒精废液新的培养基。培养基调节pH值3.8然后通过热力杀菌，冷却后接入木醋杆菌，浅盘发酵5天后，细菌纤维素膜厚度达1.5cm。
实施例七
将菠萝水1kg和酒精废液4kg进行混合，得到5kg混合液，在向混合液中加入5kg水进行稀释，再其中添加300g的蔗糖作为碳源，这样就构成了一种含酒精废液新的培养基。培养基调节pH值6.0，然后通过热力杀菌，冷却后接入木葡糖酸醋杆菌，浅盘发酵5天后，细菌纤维素膜厚度达1.3cm。
实施例八
将椰子水、菠萝水各0.5kg和酒精废液4kg进行混合，得到5kg混合液，在向混合液中加入5kg水进行稀释，再其中添加占300g的蔗糖作为碳源，这样就构成了一种含酒精废液新的培养基。培养基调节pH值6.0然后通过热力杀菌，冷却后接入木醋杆菌，浅盘发酵5天后，细菌纤维素膜厚度达1.5cm。

Claims (3)

1.一种含酒精废液的细菌纤维素生产培养基，其特征在于：将天然基质和酒精废液按重量比为4∶1～1∶9的比例进行混合，得到混合液，然后将混合液、水、蔗糖混合均匀，得到细菌纤维素生产培养基，培养基的pH值调节在3.0～6.5之间，其中混合液占培养基总重量的30％～70％，蔗糖占培养基总重量的1％～5％，余量为水；所述天然基质是椰子水或菠萝水中的一种或混合。
2.根据权利要求1所述的含酒精废液的细菌纤维素生产培养基，其特征在于：在混合液中天然基质和酒精废液的重量比为1∶1～1∶5。
3.根据权利要求1所述的含酒精废液的细菌纤维素生产培养基，其特征在于：所述的培养基的pH值调节在3.1～3.8之间或者5.1～6.3之间。
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