CN113897404B - 可精度控制细菌纤维素膜厚度的生产装置及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种可精度控制细菌纤维素膜厚度的生产装置及其制备方法。为了解决现有技术存在的静置发酵生产的细菌纤维素膜膜表面不平整，不光滑，密度不均匀，控制厚度难度高切割出膜厚不一致的的问题，本发明提出一种可精度控制细菌纤维素膜厚度的生产装置及其制备方法，通过对种子液培养条过程的优化，先将种子液在普通发酵罐内进行培养，再将处于生长对数期的种子转移至特定的发酵托盘中，容易得到密度更加均匀、致密、厚度更大的细菌纤维素膜。
Description
技术领域
本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种可精度控制细菌纤维素膜厚度的生产装置及其制备方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
细菌纤维素（Bacterial cellulose，简称 BC）主要是由细菌在细胞外合成的一类高分子碳水化合物，与天然植物纤维素化学组成非常相似，都是由葡萄糖以b-1,4-糖苷键连接而成。由于其独特的合成方式，使得细菌纤维素具有超细网状纤维结构，质地纯，结晶度高，有很强的吸水性，是一种天然的纳米材料的“海绵”，并具有良好的生物安全性和可降解性，合成过程温和同时具有强大的成膜特性，纤维素膜被形象的比喻成“是以无数的细菌为梭子织就的一块无纺布”；细菌纤维素的其他特性：超细性、超强性能和形状可塑性、透水透气性生物合成的可调控性等。
以上优势预示着细菌纤维素在食品、医疗、工业等领域有着不可替代的应用前景。发酵是使细菌纤维素成膜的关键步骤，细菌纤维素的强度在静态培养时远大于动态培养，目前工业生产细菌纤维素膜的方法多为静置发酵，但是发明人研究发现静置发酵过程中很难保证发酵环境各区域的温度一致，使得发酵出来的细菌纤维素膜的厚度密度难以保证一致，由于细菌纤维素本身据有很强的吸水性，其吸水后重量会增加数十倍，体积成倍增加，像果冻一样细腻柔软，再加上每片膜厚度和密度不统一，使在成型阶段产品的厚度难以把控，产品的合格率低，浪费多。
发明内容
为了解决现有技术存在的静置发酵生产的细菌纤维素膜无法平衡厚度和密度稳定性的矛盾，以及切割出的膜表面不平整，不光滑，厚度不可控的问题，本发明提出一种可精度控制细菌纤维素膜厚度的生产装置及其制备方法，通过对种子液培养条过程的优化，先将种子液在普通发酵罐内进行培养，再将处于生长对数期的种子转移至特定的发酵托盘中，容易得到密度更加均匀、致密、厚度更大的细菌纤维素膜。
具体地，本发明是通过如下所述的技术方案实现的：
本发明第一方面，提供一种可精度控制细菌纤维素膜厚度的制备方法，包括如下步骤：活化种子、扩大培养、发酵，待菌种进入生长对数期时转移至发酵托盘中进行静置培养。
本发明第二方面，提供一种可精度控制细菌纤维素膜厚度的生产装置，包括发酵装置、静置发酵装置；
所述发酵装置设有进料口、通气孔和出料口；
所述静置发酵装置包括箱体和发酵托盘，所述发酵托盘位于箱体内，箱体上设有进料管路，所述进料管路分别于不同发酵托盘连接，发酵托盘底面设有矩形挡板，挡板倾斜设置，通过一条边与发酵托盘底部连接，该边的对边延伸出发酵托盘，挡板的下表面设有沿倾斜方向设置的波浪纹路。
本发明第三方面，提供一种可精度控制细菌纤维素膜厚度的制备方法制备得到的细菌纤维素膜。
上述一个或多个技术方案具有以下有益效果：
1）通过对种子液培养条过程的优化，先将种子液在普通发酵罐内进行培养，再将处于生长对数期的种子转移至特定的发酵托盘中，容易得到密度更加均匀、致密、厚度更大的细菌纤维素膜。
2）传统方法直接将种子液静置发酵，得到的膜表面有气泡等缺陷，而且密度不均匀，致密度低。本发明一些方案通过将处在生长对数期的种子液经搅拌转移至特定的发酵托盘中，一方面有助于加强种子液的混合程度，另一方面能降低转移对种子液的消极影响，避免种子液因转移损失过多菌类，影响发酵后细菌纤维素膜的质量。
3）实验还发现，在发酵托盘底部设置倾斜的挡板，有助于引流出发酵过程产生的水汽，避免水汽凝结成水珠回落至细菌纤维素膜表面，或者水汽过高使纤维素膜表面产生吸水层，影响整体密度的均匀性。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1为本发明实施例1所述可精度控制细菌纤维素膜厚度的生产装置中静置发酵装置示意图；
图2为本发明实施例1所述静置发酵装置中的发酵托盘和挡板示意图；
图3为本发明实施例1所述静置发酵装置中的挡板俯视图；
图4为本发明实施例1所述可精度控制细菌纤维素膜厚度的生产装置中的预压膜区主视图；
图5为本发明实施例1所述可精度控制细菌纤维素膜厚度的生产装置中的预压膜区右视图；
图6为本发明实施例1所述可精度控制细菌纤维素膜厚度的生产装置中的刀片卡槽示意图图；
图7为本发明实施例1与传统方法制备得到的细菌纤维素膜外观图；
图8为本发明对比例1制备得到的细菌纤维素膜外观图；
图9为本发明对比例2制备得到的细菌纤维素膜外观图；
图10为本发明对比例3制备得到的细菌纤维素膜外观图；
图11为本发明实施例2和对比例1-3制备得到的细菌纤维素膜性能图，(a) 实施例2，(b) 对比例1，(c) 对比例2，(d) 对比例3；
其中：1、排风扇，2、控制台，3、玻璃，4、进料管路，5、电磁阀，6、发酵托盘，7、紫外灯和照明灯管，8、进风扇，9、挡板，10、托架，11、长传送带，12、短传送带，13、电动升降杆，14、刀保护壳，15、支撑架，16、刀片卡槽，17、刀架，18、圆孔，19、卡槽。
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。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要理解的是，术语 “上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
为了解决现有技术存在的静置发酵生产的细菌纤维素膜膜厚不一致，密度不均匀，控制厚度难度高切割出的膜表面不平整，不光滑的问题，本发明提出一种可精度控制细菌纤维素膜厚度的生产装置及其制备方法，通过对种子液培养条过程的优化，先将种子液在普通发酵罐内进行培养，再将处于生长对数期的种子转移至特定的发酵托盘中，容易得到密度更加均匀、致密、厚度更大的细菌纤维素膜。
具体地，本发明是通过如下所述的技术方案实现的：
本发明第一方面，提供一种可精度控制细菌纤维素膜厚度的制备方法，包括如下步骤：活化种子、扩大培养、发酵、待菌种进入生长对数期时转移至发酵托盘中进行静置培养。
通过对种子液培养条过程的优化，先将种子液在普通发酵罐内进行培养，再将处于生长对数期的种子转移至特定的发酵托盘中，容易得到密度更加均匀、致密、厚度更大的细菌纤维素膜。
传统方法直接将种子液静置发酵，得到的膜表面受冷凝水影响有气泡等缺陷，而且密度不均匀，致密度低。本发明一些方案通过将处在生长对数期的种子液经搅拌转移至特定的发酵托盘中，一方面有助于加强种子液的混合程度，另一方面能降低转移对种子液的消极影响，避免种子液因转移损失过多菌类，影响发酵后细菌纤维素膜的质量。
在本发明一个或多个实施方式中，所述转移过程中菌种液保持搅拌混合状态。
在本发明一个或多个实施方式中，所述静置培养过程中避免菌种产生的水汽凝结为水珠滴落至发酵托盘中。
在本发明一个或多个实施方式中，所述种子选自木醋杆菌、巴氏醋杆菌、汉式醋杆菌、葡糖醋酸菌、土壤杆菌、醋酸杆菌、无色杆菌、肠杆菌、假单胞菌、固氮菌、根瘤菌、八叠球菌、弯曲菌、 沙门氏菌、埃希菌中的至少一种；
优选地，所述活化种子包括：配置种子液，高压蒸汽灭菌，培养一段时间后接种得到一级种子液；
优选地，所述扩大培养包括将一级种子液接入发酵罐种子液中，种量为6%~10%，转速50~100r/min，培养一段时间后得到二级种子液。
在本发明一个或多个实施方式中，发酵步骤包括将二级种子液接入发酵装置内，接种量为6%-10%，继续在发酵装置内培养，控制通气量和溶解氧饱和度。
在本发明一个或多个实施方式中，转移过程包括：待菌种进入生长对数期时或者自菌种进入发酵装置开始发酵第4~12h，保持转速50~100r/min将发酵液通过管路转移到发酵容器内深度5~10cm，开始静置培养。
在一些更为具体的实施方式中，所述制备方法包括：
（1）活化种子，配置种子液，115~126℃高压蒸汽灭菌后，培养16~24h后接种得到一级种子液，一级种子液培养时条件为温度28~32℃；种子可为木醋杆菌、巴氏醋杆菌、汉式醋杆菌、葡糖醋酸菌、土壤杆菌、醋酸杆菌、无色杆菌、肠杆菌、假单胞菌、固氮菌、根瘤菌、八叠球菌、弯曲菌、 沙门氏菌、埃希菌中的至少一种。
（2）扩大培养，将步骤1一级种子液接入发酵罐种子液中，种量为6%~10%，转速50~100r/min，培养12~20h后得到二级种子液；
（3）将步骤（2）中二级种子液接入气开式发酵罐内，接种量为6%-10%，继续在发酵罐内培养，温度28~32℃，ph5~6，转速50~100r/min，通气量为0.08~0.15m³/(㎡∙h)，溶解氧饱和度≥95%；
（4）在气开式发酵罐内培养的第4~12h，菌种进入生长对数期，此时细菌生长速度达到最大，保持转速50~100r/min将发酵液通过管路转移到发酵容器内深度5~10cm，开始静置培养；目的：发酵罐内培养至细菌生长速度最快的对数期，细菌可以更快的适应发酵环境，且细菌以较高浓度均匀分布在发酵托盘内可以保证后期细菌纤维素膜的密度均匀。
（5）发酵期间观察发酵液的消耗，通过发酵设备持续向发酵托盘内补充发酵液，使发酵液深度维持在5~10cm；目的：补充细菌高速生长后造成的原料消耗，保证发酵过程中物质营养充足，促进木醋杆菌的生长，使糖转化率和细菌平均生长率达到较高生长水平，大量转化和合成细菌纤维素，保持发酵液的深度，增加细菌纤维素膜的厚度。
（6）在发酵开始第36h添加表面活性剂Tw-80，剂量为0.02~0.04%；表面活性剂能够改变细胞膜的通透性，有利于细胞摄取营养及释放产物，在发酵中对微生物产酶、产多糖等有一定的促进作用，产生更多的纤维素，可以使膜更加厚实。
（7）发酵过程持续时间为7-8天，发酵结束后的膜表面光滑，将膜从发酵托盘取出；
（8）将发酵结束后的纤维素膜预压制为统一厚度、质地紧实的膜，然后平切分为最少两片特定厚度的膜，其厚度可以通过平切设备调整刀片间距离得到，最大不超过纤维素膜的厚度，经过平切后的膜两面光滑平整，经过处理后可用于其他各领域产品的生产。
通过对种子液培养条过程的优化，得到活跃度较高的细菌种子，在发酵托盘内细菌生长更加快速，容易得到密度更加均匀的膜；对发酵过程的优化，使细菌能够摄取更多的营养，进而生产出更多的纤维素，得到更厚的细菌纤维素膜。
本发明第二方面，提供一种可精度控制细菌纤维素膜厚度的生产装置，包括发酵装置、静置发酵装置；
所述发酵装置设有进料口、通气孔和出料口；
所述静置发酵装置包括箱体和发酵托盘，所述发酵托盘位于箱体内，箱体上设有进料管路，所述进料管路分别于不同发酵托盘连接，发酵托盘底面设有矩形挡板，挡板倾斜设置，通过一条边与发酵托盘底部连接，该边的对边延伸出发酵托盘，挡板的下表面设有沿倾斜方向设置的波浪纹路。
在一些更为具体的实施方式中，所述装置包括：
这种新的发酵设备由箱体及内部多个发酵托盘组成，设备外面由不锈钢拼接而成。
其中箱体由左侧面、右侧面、顶面、底面、后面、前面（门）6部分组成，其前部与设备通过铰链连接，并且前面四边贴有密封垫，设备前面所对应的边框上也贴有密封垫，使得前面关闭后，设备密封良好，良好的密封性使消毒完毕后的设备无法与外界接触，避免污染。
控制台由一块可触摸屏幕和各种控制器组成，可以显示当前发酵车内温湿度、发酵时间、发酵液深度等信息，有能够控制进风扇、排风扇、电磁阀、紫外灯和照明灯的开关，控制发酵开始与结束；还可以通过U盘读取发酵信息。
紫外灯与照明灯管，其两端分别通过管座连接在设备顶部与底部，紫外灯可在发酵结束清洗完毕后消毒发酵设备内部，照明灯为照明使用，紫外线配合消毒剂使设备消毒非常彻底，杜绝产生污染。
进料管路其从设备外部进入设备内部输送发酵原料，并且进入设备后向左有通向发酵托盘的分支，分支开孔在发酵托盘上方，分支上设有电磁阀，可不用将发酵托盘取出添加原料，避免了原料与外界接触，减少污染，使发酵过程更加安全。
每个发酵托盘内有均液位计，液位计通过快接头与设备连接，方便拆卸更换，可感知发酵液深度反馈给控制台显示此时发酵液的深度，发酵液剩余达到预设定值时，控制台可控制电磁阀开关补充消耗的发酵液，维持发酵液深度。发酵托盘内盛放发酵液，透明材质便于观察发酵液剩余和纤维素膜的厚度，为细菌生长产膜的场所；设备中间有托架，发酵托盘放置在托架上，使发酵托盘抽拉摆放更加方便。
发酵托盘底面有一特殊结构波纹板，为一块长边与发酵托盘底面长边相同，宽边长于发酵托盘底面宽边的长方形板，其两个短边卡在发酵设备对应出的卡槽内，与发酵托盘底面成5°角，另一边超出发酵托盘底面，并且朝向下的一面有延短边方向的波浪型凹槽，可以将发酵过程中形成的冷凝水聚集起来并通过斜面流向发酵托盘外，并最终汇聚到发酵设备底部冷凝水收集盘内，因为冷凝水滴在发酵中的细菌纤维素膜上，纤维素会向着水滴生长导致膜表面凸起形成疙瘩，莫得表面凹凸不平，通过将冷凝水导流至底部收集盘内，避免该情况的发生。
排风扇与设备内部接触面由高效过滤网覆盖，当车内温度过高时可以通过通风降低温度，同时配合进风扇增加设备内氧含量，排风扇通过4枚螺丝固定在设备顶部；进风扇由外界接触面由高效过滤网覆盖，阻隔外界粉尘细菌进入设备内部，进风扇通过4枚螺丝固定于设备右侧部的下方，发酵设备内部六个面还设有温度感应及加热管，与进风扇、排风扇合作稳定设备内氧含量及温度，使发酵设备内各区域温度一致，温度显示在控制台上。
发酵设备的底部与地面之间由四枚滚轮支撑，可使发酵设备在移动过程中自由控制方向随意移动，节省人力。
在本发明一个或多个实施方式中，箱体内壁设有至少一个平行设置的凹槽，凹槽高度与发酵托盘高度匹配，使得发酵托盘能潜入凹槽内，或者箱体内设有托架，发酵托盘位于托架上。
在本发明一个或多个实施方式中，还包括平切装置，所述平切装置包括控制台、预压膜区和弧形排刀，控制台用于控制切片厚度，预压膜区设有两组传送带，每组传送带包括上下两个传送带，两组传送带的上传送带高度相同，下传送带高度相同，弧形排刀长度小于传送带宽度，水平放置，位于两组传送带之间，弧形排刀长度与传送带长度方向垂直。
在一些更为具体的实施方式中，所述平切装置包括：
控制台、预压膜区和弧形排刀。
预压膜区主要有两个传送带、弧形排刀、四根电动升降杆组成；设备的主体为两个平行的传送带，上边为短传送带，下边为长传送带，短传送带的四角由螺丝连接着电动升降杆，电动升降杆通过螺丝固定在长传送带的边框上，四个电动升降杆通过控制器与控制台连接，使控制台能够移动短传送带控制两个传送带之间的距离。当细菌纤维素膜通过该区域时，受到两个传送带的挤压失去一部分水份，变得更加紧实，同时两个传送带提供摩擦力使膜能够快速通过弧形排刀，切出来的膜更加平整；有电脑控制的电动升降杆调节简单便利，精度更高。
排刀由多个弧形刀片、刀架、多组刀片卡槽及多组电动升降杆构成，1个弧形刀片需要两个刀片卡槽和两个电动升降杆；刀架为两根不锈钢管，下端固定在长传送带的边框上，两边对称，上端高于短传送带；刀片卡槽上有圆孔，圆孔直径与刀架直径吻合，可将刀片卡槽通过圆孔安装在刀架上，每一组卡槽左右对称安装，每组卡槽中间控制一个弧形刀片；每个卡槽通过长螺丝与电动升降杆连接，电动升降杆通过控制器与控制台相连；通过控制台控制两个电动升降杆的伸缩，来移动一组刀片卡槽，进而实现对弧形刀片的移动，来调整刀片间的距离，精确的控制膜的厚度；刀架上端高出的部分用来放置暂时用不到的刀片卡槽。
控制台设置在设备的旁边，主要功能有控制设备的开关，传送带的速度，调整短传送带和长传送带之间的距离，调节刀片之间的距离。
本发明第三方面，提供一种可精度控制细菌纤维素膜厚度的制备方法制备得到的细菌纤维素膜。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
（1）配置固体培养基，121℃高温高压灭菌后，活化种子木醋杆菌；
（2）配置种子液，在摇床培养24h后接种得到一级种子液，一级种子液培养时条件为温度30℃，转数160r/min；
（3）扩大培养，将步骤(2)一级种子液接入发酵罐种子液中，种量为10%，转速50r/min，培养20h后得到二级种子液；
（4）将步骤2中二级种子液接入气开式发酵罐内，接种量为10%，继续在发酵罐内培养，温度30℃，pH6.0，转速100r/min，通气量为0.08~0.15m³/(㎡∙h)，溶解氧饱和度≥95%；
（5）待菌种进入生长对数期时及发酵开始第12h，保持转速100r/min；
（6）使用消毒液和紫外灯预先消毒发酵托盘，发酵托盘内带有刻度线，将发酵液转移到发酵托盘内深度5cm，开始静置发酵；
（7）发酵期间频繁观察发酵液的深度，每当发酵液消耗超过0.5cm，向发酵托盘内补充发酵液，使发酵液深度维持在5cm；
（8）在发酵开始第36h添加表面活性剂Tw-80，剂量为0.04%，使用移液枪加入发酵托盘；
（9）发酵过程持续时间为8天，发酵结束后的膜表面光滑，质地紧实，其含水量在96~98%，厚度平均在3.2cm；
（10）将细菌纤维素膜取出，经过平切分为8片3mm的纤维素膜。
通过优化发酵过程可以得到厚度密度均匀的细菌纤维素膜，且厚度足够多片平切各型号的产品。
静置发酵装置的使用方法：
如图1和图2所示，控制台2由一块可触摸屏幕组成，在触控屏上显示当前发酵设备内温度、发酵时间、发酵液深度等信息，可以控制进风扇8、排风扇1、电磁阀5、紫外灯和照明灯管7的开关，调节控制发酵开始与结束；还可以通过U盘读取发酵时信息，对数据进行分析，提供各种数据。
发酵设备由箱体和多个发酵托盘6组成，设备的前面闭合后内部密封良好，从而减少污染；设备顶面有一排风扇1和进料口，排风扇1与设备内部接触面由高效过滤网覆盖，可以将设备内的空气排出，设备的右侧面有一进风扇8，进风扇8与外界接触面由高效过滤网覆盖，发酵设备六个面还设有温度探头及加热管；设定发酵温度后，温度探头感应温度反馈给控制台，进风扇8、排风扇1、加热管共同工作让热空气在设备内部循环起来，发酵设备内各区域温度一致，使各区域细菌生长一致从而产出密度均匀厚度一致的细菌纤维素膜；设备的底面上由收集冷凝水的收集盘。
紫外灯与照明灯管7，紫外灯可在发酵结束清洗完毕后消毒发酵设备内部，照明灯为照明使用，紫外线配合消毒剂使设备消毒非常彻底，杜绝产生污染。
进料管路4从设备外部进入设备内部输送发酵原料，并且进入设备后有通向发酵托盘6的分支，开孔在发酵托盘6上方，分支上设有电磁阀5，由***控制开关，在控制台设定好进料规则后，可自动添加发酵液，避免了原料与外界接触，减少污染。
发酵托盘6内部设有液位计，实时显示发酵液深度，并反馈给控制台，由此来控制电磁阀5的开关；发酵托盘6底面为一倾斜的挡板9，可以将发酵过程中产生的冷凝水引导向发酵托盘6之外，流入底面的收集盘内；发酵托盘6通过斜板卡在托架10上，更加稳固。
发酵设备的底部与地面之间由四枚滚轮支撑，可使发酵设备在移动过程中自由控制方向随意移动，节省人力。
切膜设备的使用方法：
如图3、图4、图5、图6所示，控制台设置在设备的旁边，主要功能有控制设备的开关，传送带的速度，调整短传送带和长传送带之间的距离，调节刀片之间的距离。细菌纤维素膜先经过预压膜区失去一些水，变得紧实后通过排刀切割成型。
预压膜区主要有两个传送带、弧形排刀、四根电动升降杆组成；支撑架15上设有两个平行的传送带，上边为短传送带12，下边为长传送带11，四个电动升降杆13通过控制器与控制台连接，使控制台能够通过调节四个电动升降杆13来移动短传送带控制两个传送带之间的距离。当细菌纤维素膜通过该区域时，受到两个传送带的挤压失去一部分水份，变得更加紧实，同时两个传送带提供摩擦力使膜能够快速通过弧形排刀，切出来的膜更加平整；有电脑控制的电动升降杆调节简单便利，精度更高。
细菌纤维素膜经过前面的预压制后，来到排刀处，排刀由多个弧形刀片、刀架17、多组刀片卡槽16及多组电动升降杆构成，刀片卡槽19上设有圆孔18，刀架17上设有凹槽，与圆孔配合，使得将圆孔18***刀架17上时固定在凹槽上。排刀设有刀保护壳14，提高安全性。
弧形刀片可由刀片卡扣19拆下，便于更换；电动升降杆通过控制器与控制台相连；通过控制台控制两个电动升降杆的伸缩，来移动一组刀片卡槽16，进而实现对弧形刀片的移动，来调整刀片间的距离，精确的控制膜的厚度；刀架上端高出的部分用来放置暂时用不到的刀片卡槽。
如图7所示，(a)(b)为传统发酵方法7天得到的纤维素膜，(c)(d)为本实施例方法得到的纤维素膜。(a)(b)膜表面疏松，留下指印，且厚度较薄，(c)(d)膜厚度较厚，色泽白皙，由横截面可以看到纤维素膜的堆积状况，质地较为紧实。
实验例2
(1)活化种子，配置种子液，121℃高压蒸汽灭菌后，培养24h后接种得到一级种子液，一级种子液培养时条件为温度30℃；种子为木醋杆菌。
(2)扩大培养，将步骤⑴一级种子液接入发酵罐种子液中，种量为10%，转速100r/min，培养20h后得到二级种子液；
(3)将步骤（2）中二级种子液接入气开式发酵罐内，接种量为10%，继续在发酵罐内培养，温度30℃，pH5~6，转速70r/min，通气量为0.08~0.15m³/(㎡∙h)，溶解氧饱和度≥95%；
(4)在气开式发酵罐内培养的第6h，菌种进入生长对数期，此时细菌生长速度达到最大，细菌可以更快的适应发酵环境，保持转速70r/min将发酵液通过管路转移到发酵容器内深度5cm，保证每个发酵容器内菌体数目相同，后期生长更加均匀，开始静置培养；
(5)发酵期间观察发酵液的消耗，通过发酵设备持续向发酵托盘内补充发酵液，使发酵液深度维持在5cm，补充细菌高速生长后造成的原料消耗，保证发酵过程中物质营养充足，促进木醋杆菌的生长，使糖转化率和细菌平均生长率达到较高生长水平，大量转化和合成细菌纤维素，保持发酵液的深度，维持生长空间。
(6)在发酵开始第36h添加表面活性剂Tw-80，剂量为0.02%；表面活性剂能够改变细胞膜的通透性，有利于细胞摄取营养及释放产物，在发酵中对微生物产酶、产多糖等有一定的促进作用，产生更多的纤维素。
(7)发酵过程持续时间为7天，发酵结束后的膜表面光滑，厚度在2.8-4cm之间，将膜从发酵容器取出；
(8)随机取发酵结束后的纤维素膜在其四角和对角线交点处取5个5cm*5cm*1cm的膜块，测量其重量为湿重，将5个膜块蒸干水分至恒重后，测量其重量为干重。
表1.实施例2制备得到的纤维素膜5个膜块的性能参数
对比例1
(1)活化种子，配置种子液，121℃高压蒸汽灭菌后，培养24h后接种得到一级种子液，一级种子液培养时条件为温度30℃；种子为木醋杆菌。
(2)扩大培养，将步骤⑴一级种子液接入发酵罐种子液中，种量为10%，转速100r/min，培养20h后得到二级种子液；
(3)将步骤（2）中二级种子液接入气开式发酵罐内，接种量为10%，继续在发酵罐内培养，温度30℃，pH5~6，转速70r/min，通气量为0.08~0.15m³/(㎡∙h)，溶解氧饱和度≥95%；
(4)在气开式发酵罐内培养的第20h，细菌生长进入衰退期，保持转速70r/min将发酵液通过管路转移到发酵容器内深度5cm，保证每个发酵容器内菌体数目相同，后期生长更加均匀，开始静置培养；
(5)发酵期间观察发酵液的消耗，通过发酵设备持续向发酵托盘内补充发酵液，使发酵液深度维持在5cm，补充细菌高速生长后造成的原料消耗，保证发酵过程中物质营养充足，促进木醋杆菌的生长，使糖转化率和细菌平均生长率达到较高生长水平，大量转化和合成细菌纤维素，保持发酵液的深度，维持生长空间。
(6)在发酵开始第36h添加表面活性剂Tw-80，剂量为0.02%；表面活性剂能够改变细胞膜的通透性，有利于细胞摄取营养及释放产物，在发酵中对微生物产酶、产多糖等有一定的促进作用，产生更多的纤维素。
(7)发酵过程持续时间为7天，发酵结束后的膜质地疏松，厚度在2cm左右，将膜从发酵容器取出；
(8)随机取发酵结束后的纤维素膜在其四角和对角线交点处取5个5cm*5cm*1cm的膜块，测量其重量为湿重，将5个膜块蒸干水分至恒重后，测量其重量为干重。
表2.对比例1制备得到的纤维素膜5个膜块的性能参数
对比例2
(1)活化种子，配置种子液，121℃高压蒸汽灭菌后，培养24h后接种得到一级种子液，一级种子液培养时条件为温度30℃；种子为木醋杆菌。
(2)扩大培养，将步骤⑴一级种子液接入发酵罐种子液中，种量为10%，转速100r/min，培养20h后得到二级种子液；
(3)将步骤（2）中二级种子液接入气开式发酵罐内，接种量为10%，继续在发酵罐内培养，温度30℃，pH5~6，转速70r/min，通气量为0.08-0.15m³/(㎡∙h)，溶解氧饱和度≥95%；
(4)在气开式发酵罐内培养的第6h，菌种进入生长对数期，保持转速70r/min将发酵液通过管路转移到发酵容器内深度5cm，保证每个发酵容器内菌体数目相同，后期生长更加均匀，开始静置培养；
(5)发酵期间不补充发酵液；
(6)在发酵开始第36h添加表面活性剂Tw-80，剂量为0.02%。
(7)发酵过程持续时间为7天，发酵结束后的膜表面光滑，厚度在1-2cm之间，将膜从发酵容器取出；
(8)随机取发酵结束后的纤维素膜在其四角和对角线交点处取5个5cm*5cm*1cm的膜块，测量其重量为湿重，将5个膜块蒸干水分至恒重后，测量其重量为干重。
表3.对比例2制备得到的纤维素膜5个膜块的性能参数
对比例3
(1)活化种子，配置种子液，121℃高压蒸汽灭菌后，培养24h后接种得到一级种子液，一级种子液培养时条件为温度30℃；种子为木醋杆菌。
(2)扩大培养，将步骤⑴一级种子液接入发酵罐种子液中，种量为5%，转速100r/min，培养20h后得到二级种子液；
(3)将步骤（2）中二级种子液接入气开式发酵罐内，接种量为5%，继续在发酵罐内培养，温度30℃，pH5~6，通气量为0.08~0.15m³/(㎡∙h)，溶解氧饱和度≥95%，不对其进行搅拌；
(4)在气开式发酵罐内培养的第6h，将发酵液通过管路转移到发酵容器内深度5cm，开始静置培养；
(5)发酵期间观察发酵液的消耗，通过发酵设备持续向发酵托盘内补充发酵液，使发酵液深度维持在5cm，补充细菌高速生长后造成的原料消耗维持生长空间。
(6)在发酵开始第36h添加表面活性剂Tw-80，剂量为0.02%，产生更多的纤维素。
(7)发酵过程持续时间为7天，发酵结束后的膜表面质地疏松，厚度在0.8-2.3cm之间，将膜从发酵容器取出；
(8)随机取发酵结束后的纤维素膜在其四角和对角线交点处取5个5cm*5cm*1cm的膜块，测量其重量为湿重，将5个膜块蒸干水分至恒重后，测量其重量为干重。
表4.对比例3制备得到的纤维素膜5个膜块的性能参数
由表1实验数据可知：
由公式计算实验例2的标准差分别为0.0875、0.0086、0.0021，数据波动较小，即膜的各区域密度均匀。
如图8所示，对比例1中，延长了二级种子的培养时间，种子生长进入衰退阶段，种子的活力不够，适应环境能力差，生长缓慢，且培养时间过长，发酵罐内形成较大块纤维素团无法被打散，细菌的分布不均匀，从而导致膜的厚度小质地疏松。
如图9所示，对比例2中没有对发酵过程进行补料，由于种子前期生长迅速会消耗大量的营养，使发酵液逐渐被消耗殆尽，细菌的生长进入因为缺乏营养而提前停止，导致纤维素膜的厚度普遍偏薄，但是质地较为紧实。
如图10所示，对比例3中将接种量减少为5%，导致细菌生长周期延长，细菌进入生长高速阶段的时间延后，在发酵结束前未能耗尽发酵液内营养，所以细菌生长缓慢，使膜生长变得缓慢，膜薄。
如图11所示，为实施例2和对比例实验参数的对比。
由此可以得出结论纤维素膜的厚度会受到菌种活性、营养物质的影响，而菌种活性会影响细菌的数目和浓度，从而影响到纤维素膜的厚度和密度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种可精度控制细菌纤维素膜厚度的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：活化种子、扩大培养、发酵和待菌种进入生长对数期时转移至发酵托盘中进行静置培养；
所述活化种子包括：配置种子液，高压蒸汽灭菌，培养一段时间后接种得到一级种子液；所述种子选自木醋杆菌、巴氏醋杆菌、汉式醋杆菌、葡糖醋酸菌、土壤杆菌、醋酸杆菌、无色杆菌、肠杆菌、假单胞菌、固氮菌、根瘤菌、八叠球菌、弯曲菌、沙门氏菌、埃希菌中的至少一种；
所述扩大培养包括将一级种子液接入发酵罐种子液中，接种量为6%~10%，转速50~100r/min，培养一段时间后得到二级种子液；
发酵步骤包括将二级种子液接入发酵装置内，接种量为6%-10%，继续在发酵装置内培养，控制通气量和溶解氧饱和度；
所述转移过程包括：待菌种进入生长对数期时或者自菌种进入发酵装置开始发酵第6~12h，保持转速50~100r/min将发酵液通过管路转移到发酵容器内深度5~10cm，开始静置培养；发酵期间通过发酵设备持续向发酵托盘内补充发酵液，使发酵液深度维持在5～10cm；
所述转移过程中菌种液保持搅拌混合状态；
所述静置培养添加表面活性剂Tw-80，剂量为0.02~0.04％，培养时间为7-8天；
所述静置培养过程中避免菌种产生的水汽凝结为水珠滴落至发酵托盘中；
所述可精度控制细菌纤维素膜厚度的制备方法采用的生产装置，包括发酵装置和静置发酵装置；
所述发酵装置设有进料口、通气孔和出料口；
所述静置发酵装置包括箱体和发酵托盘；
所述箱体内壁设有至少一个平行设置的凹槽，凹槽高度与发酵托盘高度匹配，使得发酵托盘能潜入凹槽内，或者箱体内设有托架，发酵托盘位于托架上；
所述发酵托盘位于箱体内，箱体上设有进料管路，所述进料管路分别与不同发酵托盘连接，发酵托盘底面设有矩形挡板，挡板倾斜设置，通过一条边与发酵托盘底部连接，该边的对边延伸出发酵托盘，挡板的下表面设有沿倾斜方向设置的波浪纹路。
2.权利要求1所述的可精度控制细菌纤维素膜厚度的制备方法，其特征在于，可精度控制细菌纤维素膜厚度的生产装置还包括平切装置，所述平切装置包括控制台、预压膜区和弧形排刀，控制台用于控制切片厚度，预压膜区设有两组传送带，每组传送带包括上下两个传送带，两组传送带的上传送带高度相同，下传送带高度相同，弧形排刀长度小于传送带宽度，水平放置，位于两组传送带之间，弧形排刀长度与传送带长度方向垂直。
3.权利要求1所述可精度控制细菌纤维素膜厚度的制备方法制备得到的细菌纤维素膜。
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