CN104711304A - 一种采用红茶菌和棉籽糖生产细菌纳米纤维素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用红茶菌和棉籽糖生产细菌纳米纤维素的方法，包括：(1)取棉粕，浸泡于含乙醇的水溶液中，50～80℃下浸泡1～3小时，过滤或者离心得到提取液，重复多次，合并；(2)将提取液或者将提取液蒸干得到的棉籽糖溶于水中，加入氮源配制成发酵培养基，pH调至4.0～6.0灭菌；将红茶菌种子液接入发酵培养基，在20～30℃下静止培养、动态培养或者搅拌培养，经过3～20天制得细菌纳米纤维素。本发明以棉粕中提取的棉籽糖为原料，利用红茶菌可以克服棉酚对木醋杆菌的抑制，大大降低细菌纳米纤维素的生产原料成本；该生产工艺具有原料来源广泛，成本低，可操作性强等优点，在细菌纳米纤维素的生产领域具有良好的应用前景。

Description

一种采用红茶菌和棉籽糖生产细菌纳米纤维素的方法

技术领域

本发明属于细菌纳米纤维素领域，特别涉及一种采用红茶菌和棉籽糖生产细菌纳米纤维素的方法。

背景技术

细菌纤维素(Bacterial Cellulose,简称BC)是一种由细菌合成的天然生物纳米材料，与植物纤维素相比，它具有许多独特的优异性能，在许多领域具有广阔应用前景。譬如，(1)在生物医学材料上，细菌纤维素可用于组织工程支架、人工血管、人工角膜、人工皮肤以及治疗皮肤损伤的敷料等方面；(2)在食品工业上，细菌纤维素具有很强的亲水性、持水性、稳定性及不被人体代谢的特点，可作为食品增稠剂、成型剂、分散剂和结合剂等；(3)在造纸工业上，细菌纤维可改善纸张性能、开发特种纸等；(4)细菌纤维素也可用于生产高级音响振动膜、超滤膜、生物传感器表面膜、燃料电池质子交换膜等功能材料。然而细菌纤维素培养基成本高，纤维素产量和产率低等问题阻碍了该材料的工业化生产和推广应用。

目前工业上生产细菌纳米纤维素的主要原料葡萄糖、甘露糖、蔗糖等均是商品化的试剂，成本较高，制约了细菌纳米纤维素的规模化生产和应用，因此寻找、开发廉价的生产原料、降低生产成本是开发细菌纳米纤维素的关键。

棉籽糖主要是一种从棉籽、甜菜糖蜜、大豆等中提取的三糖，由半乳糖、果糖和葡萄糖聚合而成。葡萄糖等单糖能被木醋杆菌代谢利用，但是由于微生物基因的差异，代谢途径多样，譬如D-木糖仅能被木醋杆菌代谢很少一部分，而D-甘露糖和D-***糖极难被利用。寡糖尚未被发现能被木醋杆菌代谢利用。棉籽是棉花生产时的副产物，来源充足、价格低廉。全世界每年的棉籽产量为4000万吨以上，而我国也有1000万吨以上，按棉籽中含棉籽低聚糖5％计算，我国可提取得到50万吨棉籽低聚糖。目前棉籽中的棉酚有一定毒性，是棉籽糖用于食品行业的主要障碍，因此精制棉籽糖价格高，仅被用于食品添加剂，应用领域亟待拓宽。如能将其用于细菌纳米纤维素的生产，一方面有利于农民增收，另一方面也有利于降低细菌纳米纤维素的生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用红茶菌和棉籽糖生产制备细菌纳米纤维素的方法，该方法具有原料来源广泛，成本低，可操作性强等优点，在细菌纳米纤维素的生产领域具有良好的应用前景。

本发明的一种利用红茶菌和棉籽糖生产制备细菌纳米纤维素的方法，包括：

(1)取棉粕，浸泡于含乙醇的水溶液中，50～80℃下浸泡1～3小时，过滤或者离心得到提取液，重复多次，合并；

(2)将提取液或者将提取液蒸干得到的棉籽糖溶于水中，加入氮源配制成发酵培养基，pH调至4.0～6.0灭菌；将红茶菌的种子液接入发酵培养基，在20～30℃下静止培养、动态培养或者搅拌培养，经过3～20天制得细菌纳米纤维素。

所述步骤(1)中的乙醇的体积百分比为5％～80％；棉粕与含乙醇的水溶液的质量比为1:1～4。

所述步骤(2)中的蒸干具体方法为：用过滤或重结晶法去除杂质或不除杂，而后将产物在80℃蒸干或部分蒸干，蒸干后的干物质中棉籽糖含量为20％～90％。

所述蒸干设备为旋转蒸发仪蒸、烘箱、冻干或喷雾干燥器。

所述步骤(2)中的棉籽糖溶于水后直接用于发酵，或者用α-半乳糖苷酶或0.5％～2％稀酸水解。

所述步骤(2)中的发酵培养基中，棉籽糖的含量为1～20wt％；氮源为0～0.6wt％的酵母浸膏和0～1.0wt％的胰蛋白胨或者0～2wt％的硫酸铵、玉米浆或麦芽汁。

所述红茶菌按接入1～3片直径1cm圆片菌膜的接种量接入液体种子培养基，然后按1～3片直径1cm圆片菌膜的接种量转接到发酵培养基。

所述红茶菌的液体种子培养基和发酵培养基的组成均为：1L水中，绿茶或者红茶1～10g，含糖为10～200g的棉籽糖提取液，蛋白胨或者胰蛋白胨3g，酵母浸膏5g，pH3.0～7.5，巴氏灭菌30min或者115℃30min。

所述步骤(2)中的动态培养的转速为5～500rpm；搅拌培养的转速为15～500转。

有益效果

本发明以棉粕中提取的粗制棉籽糖为原料，可以大大降低细菌纳米纤维素的生产原料成本；利用红茶菌不被棉酚抑制，反而可被促进代谢生产细菌纤维素的特点高产细菌纳米纤维素；该生产工艺具有原料来源广泛，成本低，可操作性强等优点；利用棉籽糖可促进细菌纳米纤维素合成的特点，在细菌纳米纤维素的生产领域具有良好的应用前景。

附图说明

图1为不同碳源制备细菌纳米纤维素的产量。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，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

取500g棉粕，浸泡于含80％乙醇的水溶液1000g，浸泡一小时，取出提取液，重复此操作四次，将提取液合并。先静置沉淀，取上清液在80℃蒸干，回收干物质及乙醇。其中，棉籽糖含量可用高效液相色谱和苯酚硫酸法测定。

棉籽糖得率测定：

将干物质以80g/L的量溶于蒸馏水中，按1L水中，绿茶或者红茶1～10g，含糖为10～200g的棉籽糖提取液，蛋白胨或者胰蛋白胨3g，酵母浸膏5g的配方配制培养基，pH调为5.0，115℃灭菌30min，按1～3片直径1cm圆片菌膜的接种量接入红茶菌，将其在30℃下静置培养2周。将细菌纳米纤维素转移至玻砂漏斗中。在105℃的烘箱里烘至恒重后计算细菌纳米纤维素产量。结果显示棉籽糖发酵生产细菌纳米纤维素的产量可达到18g/L。

实施例2

取500g棉粕，浸泡于含80％乙醇的水溶液1000g，浸泡一小时，取出提取液，重复此操作四次，将提取液合并。先静置沉淀，取上清液测糖，计算棉籽糖得率。将提取液用旋转蒸发仪蒸出大部分乙醇，剩余液以含糖量200g/L的量用蒸馏水稀释中，用稀硫酸、稀盐酸等稀酸，或者加入α-半乳糖苷酶至20U/L，水解1h后，补加蛋白胨至3g/L、酵母浸膏5g/L，再调pH为5.0，115℃灭菌30min，以接入1～3片直径1cm圆片菌膜的接种量接入红茶菌至水平搅拌生物反应器中，其在30℃下100转的转速下培养6天。将细菌纳米纤维素离心分离。在105℃的烘箱里烘至恒重后计算细菌纳米纤维素产量。结果显示棉籽糖发酵生产细菌纳米纤维素的产量可达到25g/L，结果见图1。

实施例3

取500g棉粕，浸泡于含70％乙醇的水溶液1000g，浸泡一小时，取出提取液，重复此操作四次，将提取液合并。先静置沉淀，取上清经活性碳脱色，而后将滤液在80℃旋蒸至约50mL。取此种溶液200ml,加入硫酸至1％，水解1h,按1L水中，绿茶或者红茶1～10g，含糖为10～200g的棉籽糖提取液，蛋白胨或者胰蛋白胨3g，酵母浸膏5g，再调pH调为5.0，115℃灭菌30min，接入红茶菌，将其在30℃下静置培养2周。将细菌纳米纤维素转移至玻砂漏斗中。在105℃的烘箱里烘至恒重后计算细菌纳米纤维素产量。结果显示棉籽糖发酵生产细菌纳米纤维素的产量可达到21g/L。

实施例4

取500g棉粕，浸泡于含70％乙醇的水溶液1000g，浸泡一小时,取出提取液，重复此操作四次，将提取液合并。先静置沉淀，取上清液在80℃蒸干。取干物质100g，115℃灭菌30min，接入直径1cm的红茶菌2片圆片，将其在30℃下静置培养2周。将细菌纳米纤维素转移至玻砂漏斗中。在105℃的烘箱里烘至恒重后计算细菌纳米纤维素产量。结果显示棉籽糖发酵生产细菌纳米纤维素的产量可达到22g/L。

实施例5

取500g棉粕，浸泡于含10％乙醇的水溶液1000g，浸泡一小时,取出提取液，重复此操作四次，将提取液合并。先静置沉淀，取上清液测糖，计算棉籽糖得率。以蒸馏水将提取液以含糖量60g/L的量稀释，补加蛋白胨至3g/L、酵母浸膏5g/L，115℃灭菌30min，接入直径1cm的红茶菌2片圆片，其在30℃下15-500rpm在机械搅拌发酵罐中培养2周。将细菌纳米纤维素离心分离。在105℃的烘箱里烘至恒重后计算细菌纳米纤维素产量。结果显示棉籽糖发酵生产细菌纳米纤维素的产量可达到10g/L。

Claims (9)

1.一种利用红茶菌和棉籽糖生产细菌纳米纤维素的方法，包括：

(1)取棉粕，浸泡于含乙醇的水溶液中，50～80℃下浸泡1～3小时，过滤或者离心得到提取液，重复多次，合并；

(2)将提取液或者将提取液蒸干得到的棉籽糖溶于水中，加入氮源配制成发酵培养基，pH调至4.0～6.0灭菌；将红茶菌的种子液接入发酵培养基，在20～30℃下静止培养、动态培养或者搅拌培养，经过3～20天制得细菌纳米纤维素。

2.根据权利要求1所述的一种利用红茶菌和棉籽糖生产细菌纳米纤维素的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的乙醇的体积百分比为5％～80％；棉粕与含乙醇的水溶液的质量比为1:1～4。

3.根据权利要求1所述的一种利用红茶菌和棉籽糖生产细菌纳米纤维素的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的蒸干具体方法为：用过滤或重结晶法去除杂质或不除杂，而后将产物在80℃蒸干或部分蒸干，蒸干后的干物质中棉籽糖含量为20％～90％。

4.根据权利要求3所述的一种利用红茶菌和棉籽糖生产细菌纳米纤维素的方法，其特征在于：所述蒸干设备为旋转蒸发仪蒸、烘箱、冻干或喷雾干燥器。

5.根据权利要求1所述的一种利用红茶菌和棉籽糖生产细菌纳米纤维素的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的棉籽糖溶于水后直接用于发酵，或者用α-半乳糖苷酶或0.5％～2％稀酸水解。

6.根据权利要求1所述的一种利用红茶菌和棉籽糖生产细菌纳米纤维素的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的发酵培养基中，棉籽糖的含量为1～20wt％；氮源为0～0.6wt％的酵母浸膏和0～1.0wt％的胰蛋白胨或者0～2wt％的硫酸铵、玉米浆或麦芽汁。

7.根据权利要求1所述的一种利用红茶菌和棉籽糖生产细菌纳米纤维素的方法，其特征在于：所述红茶菌按接入1～3片直径1cm圆片菌膜的接种量接入液体种子培养基，然后按1～3片直径1cm圆片菌膜的接种量转接到发酵培养基。

8.根据权利要求7所述的一种利用红茶菌和棉籽糖生产细菌纳米纤维素的方法，其特征在于：所述红茶菌的液体种子培养基和发酵培养基的组成均为：1L水中，绿茶或者红茶1～10g，含糖为10～200g的棉籽糖提取液，蛋白胨或者胰蛋白胨3g，酵母浸膏5g，pH3.0～7.5，巴氏灭菌30min或者115℃30min。

9.根据权利要求1所述的一种利用红茶菌和棉籽糖生产细菌纳米纤维素的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的动态培养的转速为5～500rpm；搅拌培养的转速为15～500rpm。