CN103627750A - 一种生物纤维素发酵培养基 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物纤维素发酵培养基，其以生物纤维素生产中的生物纤维素凝胶废料为原料，采用强酸预处理结合纤维素酶水解的技术，将纤维素转化为可发酵糖，再通过添加其他适合生物纤维素产生菌生长、繁殖及代谢的营养成分，再制备成生物纤维素发酵培养基。由于生物纤维素凝胶废料中所含有的纤维素纯度较高，其中所含的半纤维素、木质素、果胶等都很少，因此该培养基中不利于生物纤维素产生菌的毒性物质大大降低，可重复用于生产生物纤维素产品，且利用了生产中的废料，降低了生产成本。

Description

一种生物纤维素发酵培养基

技术领域  

本发明涉及生物纤维素的制备领域，具体涉及一种用于发酵生产生物纤维素的发酵培养基，特别涉及一种含有生物纤维素废料水解液的发酵培养基。

 

背景技术

生物纤维素（Biocellulose）是由生物纤维素产生菌代谢获得的，其无木质素、果胶和半纤维素等伴生产物，具有高结晶度和高聚合度。此外，生物纤维素具有超精细的空间网状结构，极高的持水性能，因此作为食品能提供爽脆的口感，也具有调节胃肠功能的保健效果。目前其已经作为食品配料（椰果、椰纤果，nata）被广泛应用于罐头、果冻、液态乳等食品的加工中。目前生物纤维素的生产是使用天然或人工配制的液态发酵培养基，接种生物纤维素产生菌，经过静态或动态发酵培养后，在液态发酵培养基中会产生凝胶状的生物纤维素膜或凝胶颗粒，然后进行固液分离，获得生物纤维素产品。而采用人工配置的液态发酵培养基则是直接使用葡萄糖、蔗糖、蛋白胨、酵母膏等原料配置而成，其虽然不受季节性影响、可控性也较高，但是其成本却较高；而采用的天然液态发酵培养基工业上主要使用的有椰子水、果汁等，但是其受果实产量的影响较大，可控性较低且成本也较高。此外，目前已有研究尝试使用农业废弃物如木材废料、秸秆、麸皮、玉米芯等为原料，将其水解液用作生物纤维素的培养基，但是由于该水解液中的成分复杂，如会含有许多酚类或醛类物质，这些物质不利于不利于生物纤维素产生菌的生长、繁殖或代谢，因此会导致生物纤维素的产量很低，并不能获得良好的效果。

此外，生物纤维素的生产是一个生物发酵的过程，其存在一定的不可控行，因此常常会产生一些废料，而且生物纤维素产品往往需要切割成一定的形状，则也就会存在一些切割后得到的边角料。这些废料由于形状、颜色或均匀程度等其他问题往往无法进一步加工成符合规定的产品，而造成了浪费。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种生物纤维素发酵培养基，其中含有生物纤维素废料的水解液。

本发明所述的生物纤维素发酵培养基，其中的生物纤维素废料的水解液是通过包含如下步骤的方法制备的：

1）            将回收的生物纤维素废料破碎后加入稀碱液煮沸保持3-5min，去除碱液；

2）            加入浓度为60-70%的浓硫酸或浓磷酸，加热至180-240℃，预处理10-20min；

3）            冷却后调节pH值至4-6之间；

4）            加入8-20重量%的纤维素酶，在40-60℃下反应24-48小时；

5）            加热煮沸灭酶后过滤去除滤渣获得生物纤维素废料水解液。

本发明所述的生物纤维素发酵培养基，上述生物纤维素废料的水解液的制备方法中，步骤2）中优选使用浓磷酸，且预处理的优选条件为：浓度65%、温度220℃、预处理15min。

本发明所述的生物纤维素发酵培养基，上述生物纤维素废料的水解液的制备方法中，步骤3）中优选使用氢氧化钾调pH值，优选将pH值调整到4.5-5.5。

本发明所述的生物纤维素发酵培养基，上述生物纤维素废料的水解液的制备方法中，步骤4）中纤维素酶的用量优选为12-18重量%，优选的反应条件为50℃反应36小时。

本发明所述的生物纤维素发酵培养基，其中生物纤维素废料的水解液的含量为培养基总量的5-50重量%；特别优选为10-30重量%。

本发明所述的生物纤维素发酵培养基，其中还可以含有其他适合生物纤维素产生菌生长、繁殖及代谢的成分，包括其他碳源、氮源、矿物质、有机酸等。

本发明还提供所述含有生物纤维素废料的水解液的生物纤维素发酵培养基在制备生物纤维素产品中的用途。

本发明所提供的生物纤维素发酵培养基利用了生物纤维素生产中的生物纤维素凝胶废料，采用强酸预处理结合纤维素酶水解的技术，将纤维素转化为可发酵糖，并再将其用于新的生物纤维素产品的发酵生产。由于生物纤维素凝胶废料中所含有的纤维素纯度较高，其中所含的半纤维素、木质素、果胶等都很少，因此水解后所产生的不利于生物纤维素产生菌生长、繁殖及代谢的酚、醛类物质能大大降低，可重复用于生产生物纤维素产品。即利用了生产中的废料，降低了生产成本。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和对比实验来对本发明作进一步的说明，但是下文中的具体实施方法不应当被理解为对本发明的限制。本领域普通技术人员能够在本发明基础上显而易见地作出的各种改变和变化，应该均在本发明的范围之内。

 

实施例1： 生物纤维素废料水解液的制备

将回收的生物纤维素废料破碎后加入NaOH稀碱液煮沸保持5min后去除碱液；加入浓度为65%的浓磷酸，加热至220℃，预处理15min；冷却后用KOH调节pH值至5；再加入15重量%的纤维素酶，在50℃下反应36小时；加热煮沸灭酶后过滤去除滤渣获得生物纤维素废料水解液。

 

实施例2：生物纤维素废料水解液的制备

将回收的生物纤维素废料破碎后加入NaOH稀碱液煮沸保持4min后去除碱液；加入浓度为60%的浓硫酸，加热至180℃，预处理20min；冷却后用NaOH调节pH值至4.5；再加入20重量%的纤维素酶，在55℃下反应48小时；加热煮沸灭酶后过滤去除滤渣获得生物纤维素废料水解液。

 

实施例3：生物纤维素废料水解液的制备

将回收的生物纤维素废料破碎后加入KOH稀碱液煮沸保持3min后去除碱液；加入浓度为70%的浓磷酸，加热至240℃，预处理10min；冷却后用KOH调节pH值至5.5；再加入8重量%的纤维素酶，在48℃下反应45小时；加热煮沸灭酶后过滤去除滤渣获得生物纤维素废料水解液。

 

实施例4：含有生物纤维素废料水解液的培养基的制备

取实施例1中制备的生物纤维素废料水解液500ml，再加入蛋白胨4g、酵母膏4g、生物素1g、柠檬酸钠1.5g，用水补足1L，高温灭菌后制得生物纤维素发酵培养基I。

取实施例2中制备的生物纤维素废料水解液100ml，再加入葡萄糖10g、蛋白胨6g、酵母膏8g、磷酸氢二钠0.5g、柠檬酸0.5g，用水补足1L，高温灭菌后制得生物纤维素发酵培养基II。

取实施例3中制备的生物纤维素废料水解液300ml，再加入蔗糖5g、蛋白胨10g、磷酸二氢钾0.5g用水补足1L，高温灭菌后制得生物纤维素发酵培养基III。

 

实施例5：生物纤维素凝胶的制备

   取实施例4中制备的生物纤维素发酵培养基I、II和III，接种木葡糖酸醋杆菌，接种量8%，28℃浅盘静态发酵培养6天，固液分离后用0.1M的NaOH溶液和去离子反复清洗后获得生物纤维素凝胶产品。按下述方法测定生物纤维素产量：

    生物纤维素产量的测定方法：将制得的生物纤维素凝胶产品低温热风（50℃）干燥至恒重后称重为W，而所使用的液体培养基的体积为V，则生物纤维素的产量为=W/V（g/L）。结果见下表：

	生物纤维素发酵培养基I	生物纤维素发酵培养基II	生物纤维素发酵培养基III
				产量（g/L）	8.41	9.17	9.68

可见，生物纤维素发酵培养基中不额外添加碳源或减少碳源的添加量后，生物纤维素凝胶产品的产量并没有明显降低，而是能够保持基本相同的水平。

Claims (10)

1.一种生物纤维素发酵培养基，其特征在于：其中含有生物纤维素废料水解液。

2.根据权利要求1所述的生物纤维素发酵培养基，其特征在于：其中的生物纤维素废料水解液是通过包含如下步骤的方法制备的：

1）将回收的生物纤维素废料破碎后加入稀碱液煮沸保持3-5min，去除碱液；

2）加入浓度为60-70%的浓硫酸或浓磷酸，加热至180-240℃，预处理10-20min；

3）冷却后调节pH值至4-6之间；

4）加入8-20重量%的纤维素酶，在40-60℃下反应24-48小时；

5）加热煮沸灭酶后过滤去除滤渣获得生物纤维素废料水解液。

3.根据权利要求2所述的生物纤维素发酵培养基，其特征在于：其中步骤2）使用浓磷酸，且预处理的条件为：浓度65%、温度220℃、预处理15min。

4.根据权利要求2或3所述的生物纤维素发酵培养基，其特征在于：其中步骤3）使用氢氧化钾将pH值调整到4.5-5.5。

5.根据权利要求2或3所述的生物纤维素发酵培养基，其特征在于：其中步骤4）中纤维素酶的用量为12-18重量%，反应条件为50℃反应36小时。

6.根据权利要求1所述的生物纤维素发酵培养基，其特征在于：其中生物纤维素废料水解液的含量为培养基总量的5-50重量%。

7.根据权利要求6所述的生物纤维素发酵培养基，其特征在于：其中生物纤维素废料水解液的含量为培养基总量的10-30重量%。

8.根据权利要求1所述的生物纤维素发酵培养基，其特征在于：其中还可以含有其他适合生物纤维素产生菌生长、繁殖及代谢的成分。

9.根据权利要求8所述的生物纤维素发酵培养基，其特征在于：其他适合生物纤维素产生菌生长、繁殖及代谢的成分包括其他碳源、氮源、矿物质、有机酸中的一种或多种。

10.前述任一权利要求中所述的含有生物纤维素废料水解液的生物纤维素发酵培养基在制备生物纤维素产品中的用途。