CN109825541A - 一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，包括如下步骤：配置发酵培养基；培养基pH调节：用稀酸或稀碱调节发酵液培养基pH在4‑6的范围内；在调节好pH的发酵培养基中按8％的接种量接入木醋杆菌，搅拌溶氧，培养得到细菌纤维素：将接种后的菌悬液分装与浅盘，静态培养得到细菌纤维素膜；在pH在4‑6的范围内时，培养基pH为5时得到的细菌纤维素膜的密度最大，方法操作简单，方便控制，原料易得，有利于扩大细菌纤维素的应用及工业化生产；在pH在4‑6的范围内时，pH越低培养得到的细菌纤维素膜吸水率越好，结合细菌纤维素材料生物安全性高这一特点，在医用敷料上有很大的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及细菌纤维素生产领域，特别是一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法。
背景技术
细菌纤维素(Bacterial cellulose，BC)是由醋酸菌属(Acetobacter)、无色杆菌属(Achromobacer)、气杆菌属(Aerobacter)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、根瘤菌属(Rhizobium)和八叠球菌属(Sarcina)等属的微生物合成的。典型代表为木醋杆菌(Acetobacter xylinus)，它是最早被发现，也是被研究的较为透彻的，是目前已知的合成纤维素能力最强的菌种。
细菌纤维素是一种由微生物产生的细胞外纤维素，相比于植物纤维素，其不含木质素和半纤维素等伴生产物，具有合成率高、抗张强度高、密度和结晶度高、比表面积大、透气性佳、持水性好、纳米级三维网状结构、生物相容性好和生物可降解等许多优良的性能，是目前国际生物医用材料研究的热点。
为了扩大细菌纤维素的应用，常常对其进行改性，对细菌纤维的改性大致分为3大类：生物改性、化学改性和复合改性，如在培养时加入羧甲基纤维素、半纤维素和壳聚糖等可以获得不同结构和聚集行为的纤维，也可以对细菌纤维素进行羧甲基化、乙酰化、磷酸化、磺酸化以及多种接枝共聚反应和交联反应，以制备一系列细菌纤维素衍生物，同时还能与胶原和PVA经过浸泡和冻干处理形成复合材料。对细菌纤维素的改性是扩大其应用范围的一个热点方向。在常规培养时，为了获得较多量的细菌纤维素，常常把培养基的pH调节成最适合的范围，虽然能得到较高的产量，但其性能比较单一，应用性受其材料本身的限制，市场需要一种利用调节培养基的pH调节细菌纤维素膜的密度的方法，本发明解决这样的问题。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，在pH控制范围内，培养基pH为5时得到的细菌纤维素膜的密度最大，方法操作简单，方便控制，原料易得，有利于扩大细菌纤维素的应用及工业化生产；在pH控制范围内，pH越低培养得到的细菌纤维素膜吸水率越好，结合材料本身具有很高的生物安全性，该膜能应用于医用领域。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，包括如下步骤：
发酵培养基的配制：按每升发酵培养基加入碳源33g，氮源24g，无机盐1.5g，氢氧化钠2g，柠檬酸0.8g和冰醋酸3ml配置成发酵培养基，灭菌冷却后作为发酵培养基；
培养基pH调节：用稀酸或稀碱调节发酵液培养基pH在4-6的范围内；
接种及搅拌溶氧：在调节好pH的发酵培养基中按8％的接种量接入木醋杆菌，搅拌溶氧，培养得到细菌纤维素：
将接种后的菌悬液分装与浅盘，在28-30℃环境下，静态培养5-8天，得到细菌纤维素膜；
若用稀酸或稀碱调节发酵液培养基pH为5，则得到的细菌纤维素膜的密度最大。
前述的一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，若用稀酸或稀碱调节发酵液培养基pH为5.0，得到的细菌纤维素膜的密度为10.8。
前述的一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，若用稀酸或稀碱调节发酵液培养基pH为4.0，得到的细菌纤维素膜的密度为5.9。
前述的一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，若用稀酸或稀碱调节发酵液培养基pH为6.0，得到的细菌纤维素膜的密度为8.8。
前述的一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，发酵液培养基pH在4.0-6.0的范围内时，pH越低，培养得到的细菌纤维素膜吸水率越大。
前述的一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，发酵液培养基pH为4.0时，得到的细菌纤维素膜的24h吸水率为211.65％。
前述的一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，按每升发酵培养基加入的碳源配方包括：葡萄糖20g，蔗糖8g，甘油5g。
前述的一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，按每升发酵培养基加入的氮源配方包括：蛋白胨10g，玉米浆7g，硫酸铵7g。
前述的一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，每升发酵培养基加入的无机盐包括：氯化钠0.4g，氯化钾0.1g，氯化钙0.2g，硫酸镁0.1g，磷酸二氢钠0.3g，磷酸二氢钾0.4g。
前述的一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，接种及搅拌溶氧：在调节好pH的发酵培养基中按8％的接种量接入木醋杆菌，搅拌，检测溶氧量在4.5mg/L以上，分装、培养得到细菌纤维素膜。
本发明的有益之处在于：
本发明实现了通过调控发酵液pH来控制合成不同密度的纤维素膜；且发酵液培养基pH为5时，得到的细菌纤维素膜的密度最大。
该方法简单，容易控制，且培养原料易得，培养得到不同密度的细菌纤维素膜对其与其他材料复合改性和扩大应用方面存在很大潜在价值。
此外，用该方法培养得到的膜片，在pH范围内随着pH的降低，培养得到的膜片吸水率越好，结合细菌纤维素材料生物安全性高这一特点，在医用敷料上有很大的应用价值。
附图说明
图1是本发明pH值与细菌纤维素膜密度的关系图；
图2是本发明pH值与细菌纤维素膜吸水率的关系图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，包括如下步骤：
发酵培养基的配制：按每升发酵培养基加入碳源33g，氮源24g，无机盐1.5g，氢氧化钠2g，柠檬酸0.8g和冰醋酸3ml配置成发酵培养基，灭菌冷却后作为发酵培养基；
按每升发酵培养基加入的碳源配方包括：葡萄糖，蔗糖和甘油中的一种或多种，优选：葡萄糖20g，蔗糖8g，甘油5g；
按每升发酵培养基加入的氮源配方包括：蛋白胨，玉米浆和硫酸铵中的一种或多种，优选：蛋白胨10g，玉米浆7g，硫酸铵7g；
每升发酵培养基加入的无机盐包括：氯化钠，氯化钾，氯化钙，硫酸镁，磷酸二氢钠和磷酸二氢钾中的一种或多种，优选：氯化钠0.4g，氯化钾0.1g，氯化钙0.2g，硫酸镁0.1g，磷酸二氢钠0.3g，磷酸二氢钾0.4g；
培养基pH调节：用稀酸或稀碱调节发酵液培养基pH在4-6的范围内；
接种及搅拌溶氧：在调节好pH的发酵培养基中按8％的接种量接入木醋杆菌，搅拌溶氧，培养得到细菌纤维素：
将接种后的菌悬液分装与浅盘，在28-30℃环境下，静态培养5-8天，得到细菌纤维素膜。
为了探寻pH值与细菌纤维素膜的密度的关系，做如下实验：
下述实例中的木醋杆菌购于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，菌种编号1.1812。
实施例1
(1)培养基制备：按每升发酵液加入碳源33g(葡萄糖20g、蔗糖8g和甘油5g)，氮源24g(蛋白胨10g、玉米浆7g、硫酸铵7g)，无机盐1.5g(氯化钠0.4g、氯化钾0.1g、氯化钙0.2g、硫酸镁0.1g、磷酸二氢钠0.3g、磷酸二氢钾0.4g)，氢氧化钠2g，柠檬酸0.8g和冰醋酸3ml配置成发酵培养基，105℃灭菌15min，冷却后备用。
(2)pH调节：用稀盐酸调节发酵液pH至4.0。
(3)接种和搅拌溶氧：在上述培养基中按8％(占培养基)的接种量接入木醋杆菌，搅拌，检测溶氧量为4.6mg/L。
(4)定量500ml分装倒入浅盘，用透气纸封口，在28℃环境下，静态培养8天。所得细菌纤维素膜片清洗完后切割成10cm×10cm，对其进行冻干处理，然后测量出厚度为0.61cm，干重为0.36g，得出其纤维素膜密度为5.9kg/m3。
实施例2
(1)培养基制备：按每升发酵液加入碳源33g(葡萄糖20g、蔗糖8g和甘油5g)，氮源24g(蛋白胨10g、玉米浆7g、硫酸铵7g)，无机盐1.5g(氯化钠0.4g、氯化钾0.1g、氯化钙0.2g、硫酸镁0.1g、磷酸二氢钠0.3g、磷酸二氢钾0.4g)，氢氧化钠2g，柠檬酸0.8g和冰醋酸3ml配置成发酵培养基，105℃灭菌15min，冷却后备用。
(2)pH调节：用稀盐酸调节发酵液pH至4.5。
(3)接种和搅拌溶氧：在上述培养基中按8％(占培养基)的接种量接入木醋杆菌，搅拌，检测溶氧量为4.7mg/L。
(4)定量500ml分装倒入浅盘，用透气纸封口，在28℃环境下，静态培养8天。所得细菌纤维素膜片清洗完后切割成10cm×10cm，对其进行冻干处理，然后测量出厚度为0.60cm，干重为0.48g，得出其纤维素膜密度为8.0kg/m3。
实施例3
(1)培养基制备：按每升发酵液加入碳源33g(葡萄糖20g、蔗糖8g和甘油5g)，氮源24g(蛋白胨10g、玉米浆7g、硫酸铵7g)，无机盐1.5g(氯化钠0.4g、氯化钾0.1g、氯化钙0.2g、硫酸镁0.1g、磷酸二氢钠0.3g、磷酸二氢钾0.4g)，氢氧化钠2g，柠檬酸0.8g和冰醋酸3ml配置成发酵培养基，105℃灭菌15min，冷却后备用。
(2)pH调节：用稀盐酸调节发酵液pH至5.0。
(3)接种和搅拌溶氧：在上述培养基中按8％(占培养基)的接种量接入木醋杆菌，搅拌，检测溶氧量为4.5mg/L。
(4)定量500ml分装倒入浅盘，用透气纸封口，在28℃环境下，静态培养8天。所得细菌纤维素膜片清洗完后切割成10cm×10cm，对其进行冻干处理，然后测量出厚度为0.62cm，干重为0.67g，得出其纤维素膜密度为10.8kg/m3。
实施例4
(1)培养基制备：按每升发酵液加入碳源33g(葡萄糖20g、蔗糖8g和甘油5g)，氮源24g(蛋白胨10g、玉米浆7g、硫酸铵7g)，无机盐1.5g(氯化钠0.4g、氯化钾0.1g、氯化钙0.2g、硫酸镁0.1g、磷酸二氢钠0.3g、磷酸二氢钾0.4g)，氢氧化钠2g，柠檬酸0.8g和冰醋酸3ml配置成发酵培养基，105℃灭菌15min，冷却后备用。
(2)pH调节：用稀氢氧化钠溶液调节发酵液pH至5.5。
(3)接种和搅拌溶氧：在上述培养基中按8％(占培养基)的接种量接入木醋杆菌，搅拌，检测溶氧量为4.7mg/L。
(4)定量500ml分装倒入浅盘，用透气纸封口，在28℃环境下，静态培养8天。所得细菌纤维素膜片清洗完后切割成10cm×10cm，对其进行冻干处理，然后测量出厚度为0.59cm，干重为0.62g，得出其纤维素膜密度为10.5kg/m3。
实施例5
(1)培养基制备：按每升发酵液加入碳源33g(葡萄糖20g、蔗糖8g和甘油5g)，氮源24g(蛋白胨10g、玉米浆7g、硫酸铵7g)，无机盐1.5g(氯化钠0.4g、氯化钾0.1g、氯化钙0.2g、硫酸镁0.1g、磷酸二氢钠0.3g、磷酸二氢钾0.4g)，氢氧化钠2g，柠檬酸0.8g和冰醋酸3ml配置成发酵培养基，105℃灭菌15min，冷却后备用。
(2)pH调节：用稀氢氧化钠溶液调节发酵液pH至6.0。
(3)接种和搅拌溶氧：在上述培养基中按8％(占培养基)的接种量接入木醋杆菌，搅拌，检测溶氧量为4.6mg/L。
(4)定量500ml分装倒入浅盘，用透气纸封口，在28℃环境下，静态培养8天。所得细菌纤维素膜片清洗完后切割成10cm×10cm，对其进行冻干处理，然后测量出厚度为0.60cm，干重为0.53g，得出其纤维素膜密度为8.8kg/m3。
△通过如上实验绘制出pH与细菌纤维素膜的密度之间的关系图，如图1，得出如下结论。
一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，包括如下步骤：
发酵培养基的配制：按每升发酵培养基加入碳源33g，氮源24g，无机盐1.5g，氢氧化钠2g，柠檬酸0.8g和冰醋酸3ml配置成发酵培养基，灭菌冷却后作为发酵培养基。
按每升发酵培养基加入的碳源配方包括：葡萄糖20g，蔗糖8g，甘油5g。
按每升发酵培养基加入的氮源配方包括：蛋白胨10g，玉米浆7g，硫酸铵7g。
每升发酵培养基加入的无机盐包括：氯化钠0.4g，氯化钾0.1g，氯化钙0.2g，硫酸镁0.1g，磷酸二氢钠0.3g，磷酸二氢钾0.4g。
培养基pH调节：用稀酸或稀碱调节发酵液培养基pH在4.0-6.0的范围内。
接种及搅拌溶氧：在调节好pH的发酵培养基中按8％的接种量接入木醋杆菌，搅拌，检测溶氧量在4.5mg/L以上，分装、培养得到细菌纤维素膜。
将接种后的菌悬液分装与浅盘，在28-30℃环境下，静态培养5-8天，得到细菌纤维素膜。
本发明实现了通过调控发酵液pH来控制合成不同密度的纤维素膜；且发酵液培养基pH为5时，得到的细菌纤维素膜的密度最大。
为了验证在pH范围内随着pH的降低，培养得到的膜片吸水率越好，做如下实验：
将实施例1将pH为4.0的发酵液培养得到的细菌纤维素膜清洗后，压水至含水率为95％，切割成10cm×10cm，称量初始重量W1为7.21g，放入纯化水中，静置24小时，用吸水纸或毛巾吸去表面水分，称量24小时复水后的重量W2为22.47g，按公式(W2ˉW1)/W1计算得到24h吸水率为211.65％。
将实施例2将pH为4.5的发酵液培养得到的细菌纤维素膜清洗后，压水至含水率为95％，切割成10cm×10cm，称量初始重量W1为9.63g，放入纯化水中，静置24小时，用吸水纸或毛巾吸去表面水分，称量24小时复水后的重量W2为26.91g，按公式(W2ˉW1)/W1计算得到24h吸水率为179.44％。
将实施例3将pH为5.0的发酵液培养得到的细菌纤维素膜清洗后，压水至含水率为95％，切割成10cm×10cm，称量初始重量W1为13.40g，放入纯化水中，静置24小时，用吸水纸或毛巾吸去表面水分，称量24小时复水后的重量W2为33.09g，按公式(W2ˉW1)/W1计算得到24h吸水率为146.94％。
将实施例4将pH为5.5的发酵液培养得到的细菌纤维素膜清洗后，压水至含水率为95％，切割成10cm×10cm，称量初始重量W1为12.44g，放入纯化水中，静置24小时，用吸水纸或毛巾吸去表面水分，称量24小时复水后的重量W2为28.81g，按公式(W2ˉW1)/W1计算得到24h吸水率为131.59％。
将实施例5将pH为6.0的发酵液培养得到的细菌纤维素膜清洗后，压水至含水率为95％，切割成10cm×10cm，称量初始重量W1为10.69g，放入纯化水中，静置24小时，用吸水纸或毛巾吸去表面水分，称量24小时复水后的重量W2为23.82g，按公式(W2ˉW1)/W1计算得到24h吸水率为122.82％。
△通过如上实验绘制出pH与细菌纤维素膜的吸水率之间的关系图，如图2，得出如下结论。
一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，包括如下步骤：
发酵培养基的配制：按每升发酵培养基加入碳源33g，氮源24g，无机盐1.5g，氢氧化钠2g，柠檬酸0.8g和冰醋酸3ml配置成发酵培养基，灭菌冷却后作为发酵培养基。
按每升发酵培养基加入的碳源配方包括：葡萄糖20g，蔗糖8g，甘油5g。
按每升发酵培养基加入的氮源配方包括：蛋白胨10g，玉米浆7g，硫酸铵7g。
每升发酵培养基加入的无机盐包括：氯化钠0.4g，氯化钾0.1g，氯化钙0.2g，硫酸镁0.1g，磷酸二氢钠0.3g，磷酸二氢钾0.4g。
培养基pH调节：用稀酸或稀碱调节发酵液培养基pH在4.0-6.0的范围内。
接种及搅拌溶氧：在调节好pH的发酵培养基中按8％的接种量接入木醋杆菌，搅拌，检测溶氧量在4.5mg/L以上，分装、培养得到细菌纤维素膜。
将接种后的菌悬液分装与浅盘，在28-30℃环境下，静态培养5-8天，得到细菌纤维素膜。
本发明实现了通过调控发酵液pH来控制合成不同密度的纤维素膜；且发酵液培养基pH为4.0时，得到的细菌纤维素膜的吸水率最大。
用该方法培养得到的膜片，在pH范围内随着pH的降低，培养得到的膜片吸水率越好，结合细菌纤维素材料生物安全性高这一特点，在医用敷料上有很大的应用价值。
本发明的方法简单，容易控制，且培养原料易得，培养得到不同密度的细菌纤维素膜对其与其他材料复合改性和扩大应用方面存在很大潜在价值。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，其特征在于，包括如下步骤：
发酵培养基的配制：按每升发酵培养基加入碳源33g，氮源24g，无机盐1.5g，氢氧化钠2g，柠檬酸0.8g和冰醋酸3ml配置成发酵培养基，灭菌冷却后作为发酵培养基；
培养基pH调节：用稀酸或稀碱调节发酵液培养基pH在4.0-6.0的范围内；
接种及搅拌溶氧：在调节好pH的发酵培养基中按8％的接种量接入木醋杆菌，搅拌溶氧，培养得到细菌纤维素：
将接种后的菌悬液分装与浅盘，在28-30℃环境下，静态培养5-8天，得到细菌纤维素膜；
若用稀酸或稀碱调节发酵液培养基pH为5.0，则得到的细菌纤维素膜的密度最大。
2.根据权利要求1所述的一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，其特征在于，若用稀酸或稀碱调节发酵液培养基pH为5.0，得到的细菌纤维素膜的密度为10.8。
3.根据权利要求1所述的一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，其特征在于，若用稀酸或稀碱调节发酵液培养基pH为4.0，得到的细菌纤维素膜的密度为5.9。
4.根据权利要求1所述的一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，其特征在于，若用稀酸或稀碱调节发酵液培养基pH为6.0，得到的细菌纤维素膜的密度为8.8。
5.根据权利要求1所述的一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，其特征在于，发酵液培养基pH在4.0-6.0的范围内时，pH越低，培养得到的细菌纤维素膜吸水率越大。
6.根据权利要求5所述的一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，其特征在于，发酵液培养基pH为4.0时，得到的细菌纤维素膜的24h吸水率为211.65％。
7.根据权利要求1所述的一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，其特征在于，按每升发酵培养基加入的碳源配方包括：葡萄糖20g，蔗糖8g，甘油5g。
8.根据权利要求1所述的一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，其特征在于，按每升发酵培养基加入的氮源配方包括：蛋白胨10g，玉米浆7g，硫酸铵7g。
9.根据权利要求1所述的一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，其特征在于，每升发酵培养基加入的无机盐包括：氯化钠0.4g，氯化钾0.1g，氯化钙0.2g，硫酸镁0.1g，磷酸二氢钠0.3g，磷酸二氢钾0.4g。
10.根据权利要求1所述的一种通过pH调节培养细菌纤维素膜物理性质的方法，其特征在于，接种及搅拌溶氧：在调节好pH的发酵培养基中按8％的接种量接入木醋杆菌，搅拌，检测溶氧量在4.5mg/L以上，分装、培养得到细菌纤维素。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190531 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |