CN102212589B - 一种细菌纤维素的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种细菌纤维素的制备方法，更具体涉及一种在培养基中添加玉米芯酶解液来制备细菌纤维素的方法。本发明用纤维素酶、半纤维素酶和木聚糖酶酶解玉米芯制成玉米芯酶解液，并将其加入到制备细菌纤维素的培养基中。利用了常备废弃的农业废弃物，降低了生产成本，打破了细菌纤维素生产的地域性，且可以使玉米芯中富含的木聚糖酶解成具有良好保健功能的低聚木糖，并被包裹或吸附在细菌纤维素中，提高细菌纤维素的保健功能。

Description

一种细菌纤维素的制备方法
技术领域
本发明涉及生物发酵领域，具体涉及一种细菌纤维素的制备方法，更具体涉及一种在培养基中添加玉米芯酶解液来制备细菌纤维素的方法。
背景技术
玉米是我国三大粮食作物之一。据统计，年产量约为1.2亿吨。按生产1千克玉米同时可得到1/3千克玉米芯计算，我国玉米芯年产量约0.4亿吨，产量极其可观。目前我国对玉米芯的利用相对来说很少，仅有40-50万吨用于糠醛、木糖、木糖醇及酚类生产，绝大部分作为农业废弃物被烧掉。但是，玉米芯中含有多种糖类，尤其是含有大量木聚糖，其部分降解就可以得到低聚木糖，而低聚木糖能够在人体肠道中使益生菌大量增殖，具有良好的保健功能。
细菌纤维素(Bacterial cellulose，BC)是指在不同条件下，由醋酸菌属(Acetobacter)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、根瘤菌属(Rhizobium)和八叠球菌属(Sarcina)等中的某种微生物合成的纤维素的统称。细菌纤维素和植物或海藻产生的天然纤维素具有相同的分子结构单元，但细菌纤维素纤维却有许多独特的性质。例如高结晶度、高持水性、高生物相容度和高生物可降解性等。已经被广泛应用于食品、医用材料、造纸等各个领域。
细菌纤维素的生产是将产细菌纤维素的菌种接种到培养基中，在一定条件下培养，通过微生物的代谢而产生细菌纤维素膜。培养基中需要提供菌种生长、代谢所需的碳源、氮源等。目前细菌纤维素生产所用培养基主要是以椰子水作为主要原料，还可以添加其他果汁，如菠萝汁，各种糖类，如葡萄糖、蔗糖等，蛋白胨、牛肉膏、酵母浸膏等氮源以及磷酸二氢钾、硫酸镁等无机矿物。但是，糖类的成本较高，而使用椰子水等热带水果果汁，则具有显著的地域性，使生产仅适合在盛产热带水果的南方地区进行。目前未见将玉米芯酶解液添加到细菌纤维素培养基中的报道。
发明内容
本发明的目的在于：提供了一种细菌纤维素的制备方法，本发明降低了生产成本，打破了细菌纤维素生产的地域性；而且玉米芯酶解液中还含有功能性低聚木糖，其会被包裹或吸附在细菌纤维素膜的网状结构中，当细菌纤维素膜被加工成食品原料供人或动物食用时，其就能够使肠道中的益生菌大量增殖，提高细菌纤维素产品的保健功能。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：提供一种细菌纤维素的制备方法，包括配制培养基、接种菌株、静态发酵、收集菌膜和清洗步骤，其中，配制培养基时，加入了玉米芯酶解液。
较佳地，培养基是将玉米芯酶解液与椰子水或蒸馏水按重量比1∶0.5～1∶2混合，再加入占培养基10～30％重量的其他碳源，占培养基1～5％重量的氮源和微量无机盐制成的。
较佳地，所述的玉米芯酶解液由以下步骤的方法制备：将玉米芯破碎，按玉米芯与水的重量比1∶10～1∶20加水，100～120℃蒸煮3～5小时，得到浆液，冷却后用稀盐酸调pH值至4.5～6.5后，加入纤维素酶、半纤维素酶和木聚糖酶，加入量分别为浆液重量的：0.1～0.3％、0.05～0.1％和0.05～0.1％，于50～60℃下保温1～2小时，升温灭酶后过滤进行固液分离，滤液即为玉米芯酶解液。
较佳地，玉米芯和水的重量比为1∶12。
较佳地，玉米芯于120℃蒸煮5小时。
较佳地，加入酶前将pH值调至6。
较佳地，纤维素酶、半纤维素酶和木聚糖酶的加入量为浆液重量的0.3％、0.1％和0.1％。
较佳地，55℃保温酶解2小时。
较佳地，培养基是将玉米酶解液与椰子水按1∶1的重量比混合，再加入占培养基15％重量的其他碳源、占培养基2％重量的氮源和微量无机盐制成；其中其他碳源为葡萄糖、蔗糖中的一种或多种；氮源为蛋白胨、牛肉膏、酵母浸膏中的一种或多种；无机盐为磷酸二氢钾或硫酸镁中的一种或多种。
本发明还提供由上述方法所制得的细菌纤维素产品。
本发明与现有技术相比，本发明利用农业副产物玉米芯作为细菌纤维素培养基中的成分，降低了生产成本，打破了细菌纤维素生产的地域性；而且玉米芯酶解液中还含有功能性低聚木糖，其会被包裹或吸附在细菌纤维素膜的网状结构中，当细菌纤维素膜被加工成食品原料供人或动物食用时，其就能够使肠道中的益生菌大量增殖，提高细菌纤维素产品的保健功能。
具体实施方式
下面结合优选实施例对本发明作进一步说明，但本发明决不限于下述实施例。
实施例1：
将玉米芯破碎，按玉米芯与水的重量比1∶10加水，120℃蒸煮5小时，得到浆液，冷却后用稀盐酸调pH值至4.5后，加入纤维素酶、半纤维素酶和木聚糖酶，加入量分别为浆液重量的：0.3％、0.1％和0.05％，于50℃下保温2小时，再升温灭酶，过滤进行固液分离，滤液即为玉米芯酶解液；取50ml的玉米芯酶解液与50ml的椰子水混合，再加入30g的葡萄糖、5g蛋白胨和微量的磷酸二氢钾制成培养基，接入占培养基12％重量的木葡糖酸醋杆菌种子液，28℃下培养15天，取出液面上的细菌纤维素膜，用去离子水反复清洗至中性。
实施例2：
将玉米芯破碎，按玉米芯与水的重量比1∶15加水，110℃蒸煮4小时，得到浆液，冷却后用稀盐酸调pH值至6后，加入纤维素酶、半纤维素酶和木聚糖酶，加入量分别为浆液重量的：0.2％、0.08％和0.1％，于60℃下保温1小时，再升温灭酶，过滤进行固液分离，滤液即为玉米芯酶解液。取50ml的玉米芯酶解液与50ml的蒸馏水混合，再加入10g的葡萄糖、1g蛋白胨和微量的磷酸二氢钾制成培养基，接入占培养基10％重量的木葡糖酸醋杆菌种子液，30℃下培养8天，取出液面上的细菌纤维素膜，用去离子水反复清洗至中性。
实施例3：
将玉米芯破碎，按玉米芯与水的重量比1∶20加水，100℃蒸煮5小时，得到浆液，冷却后用稀盐酸调pH值至6.5后，加入纤维素酶、半纤维素酶和木聚糖酶，加入量分别为浆液重量的：0.1％、0.05％和0.08％，于55℃下保温2小时，再升温灭酶，过滤进行固液分离，滤液即为玉米芯酶解液。取50ml的玉米芯酶解液与50ml的椰子水混合，再加入20g的葡萄糖、3g蛋白胨和微量的磷酸二氢钾制成培养基，接入占培养基8％重量的木葡糖酸醋杆菌种子液，29℃下培养12天，取出液面上的细菌纤维素膜，用去离子水反复清洗至中性。
对照例：
取葡萄糖50g、蛋白胨5g、磷酸二氢钾2g混合，用蒸馏水补足至100ml，配制成细菌纤维素发酵培养基，之后按照上述实施例的方案制得细菌纤维素膜。
实验例：细菌纤维素膜的感官评价
成立5人专家评价组，设定评价项目为：色泽、口感、透明度；评价方法为：色泽：乳白色得满分，颜色过深或过浅都相应减分，分值1～5分；口感：口感适中得满分，过硬或过软都相应减分，分值1～5分；透明度：半透明得满分，透明或不透明都相应减分，分值1～5分。各评价项目取5位专家的平均值作为评价得分。评价结果见下表：
表1：细菌纤维素膜的感官评价结果
  评价结果   色泽   口感   透明度
  实施例1   5   5   5
  实施例2   5   4   4
  实施例3   4   4   5
  对照例   4   5   5
可见采用玉米芯酶解液作为碳源时细菌纤维素膜的感官质量与直接使用葡萄糖作为碳源时细菌纤维素膜的感官质量并无明显差异。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种细菌纤维素的制备方法，包括配制培养基、接种菌株、静态发酵、收集菌膜和清洗步骤，其特征在于：配制培养基时，加入了玉米芯酶解液；其中所述的玉米芯酶解液由以下步骤的方法制备：将玉米芯破碎，按玉米芯与水的重量比1∶10～1∶20加水，100～120℃蒸煮3～5小时，得到浆液，冷却后用稀盐酸调pH值至4.5～6.5后，加入纤维素酶、半纤维素酶和木聚糖酶，加入量分别为浆液重量的：0.1～0.3％、0.05～0.1％和0.05～0.1％，于50～60℃下保温1～2小时，升温灭酶后过滤进行固液分离，滤液即为玉米芯酶解液。
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：培养基是将玉米芯酶解液与椰子水或蒸馏水按重量比1∶0.5～1∶2混合，再加入占培养基10～30％重量的其他碳源，占培养基1～5％重量的氮源和微量无机盐制成的。
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：玉米芯和水的重量比为1∶12。
4.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：玉米芯于120℃蒸煮5小时。
5.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：加入酶前将pH值调至6。
6.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：纤维素酶、半纤维素酶和木聚糖酶的加入量为浆液重量的0.3％、0.1％和0.1％。
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：55℃保温酶解2小时。
8.根据权利要求2所述的细菌纤维素的制备方法，其特征在于：培养基是将玉米酶解液与椰子水按1∶1的重量比混合，再加入占培养基15％重量的其他碳源、占培养基2％重量的氮源和微量无机盐制成；其中其他碳源为葡萄糖、蔗糖中的一种或多种；氮源为蛋白胨、牛肉膏、酵母浸膏中的一种或多种；无机盐 为磷酸二氢钾或硫酸镁中的一种或多种。
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