[发明专利]利用菠萝皮汁进行“二步法”发酵生产细菌纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及细菌纤维素的生产及菠萝皮的综合利用，具体是指一种利用菠萝皮汁进行 “二步法”发酵生产细菌纤维素的方法。

背景技术

细菌纤维素具有良好的透水、透气性能、很强的亲水性、非凡的持水性(吸收600-700 倍于其干重的水分)并具有高湿强度，因此具有许多潜在的应用前景。细菌纤维素在音响、 食品、日化、医药、造纸等工业中已经实现了商业化应用，被认为是目前世界上性能最好 的纤维素。自该产品面市以来，在国际市场上一直畅销不衰。现有细菌纤维素生产企业的 生产能力远无法满足市场的对细菌纤维素的大量需求。因此改进细菌纤维素的发酵工艺得 到理想的产量已成为当今的研究热点。

现有的细菌纤维素的生产技术主要存在两个问题：(1)发酵周期长，长达7～12天；(2) 采用浅盘发酵，菌体生长繁殖与发酵产纤维素的生产没有分开进行，造成发酵周期长、生 产效率低，大规模生产受到限制。

申请号为200710030072.0的中国发明专利申请公开了“深层与浅层静态偶联发酵生产 高纤椰果的方法”，该方法是将木醋杆菌接入20～100％的椰子水中进行84～132h(3.5～5.5 天)的深层静态发酵，之后再装入浅盘进行40～192h(1.7～8.0天)的产椰果的发酵，其优 点是将木醋杆菌增值培养(非生产时间)与发酵产纤维素(生产时间)的两个阶段分开，在 一定程度上可以缩短生产周期，提高生产效率。但是由于木醋杆菌是需氧菌，在菌体大量 增殖期间需要大量的氧气，而深层静态培养会影响氧的传递，因此木醋杆菌增值不充分， 耗费大量的增值培养时间；同时两个阶段使用的培养基相同，很难体现增菌培养的效果， 增值培养阶段是木醋杆菌细胞大量繁殖的阶段，需要比较多的蛋白质，而发酵产纤维素的 阶段是大量利用碳源进行发酵生产细菌纤维素，需要比较多的碳水化合物(葡萄糖、果糖)， 因此，两个阶段不仅要分开，而且培养基也要不同，才能满足不同目的的需要。

申请号为200810022129.7的中国发明公开了“一种动静结合制备细菌纤维素的方法”， 该发明的方法的细菌纤维素的产量仅为13.6g/L，由于培养基营养不充分，产量不高，没有 用到菠萝皮作原料。

上述现有技术由于没有将菌体生长繁殖与发酵生产分开，或选用的培养基、培养条件 和发酵条件不合适，普遍存在细菌纤维素的生长周期长，产量低。

菠萝(Pineapple)是热带、亚热带特有的水果，在加工过程中有50％～60％的菠萝皮、 渣被加工厂丢弃(菠萝皮薄多汁，不耐储运)，这既浪费了大量的资源，又严重污染加工 区的生态环境，研究表明菠萝皮、渣含有的营养成分与果肉的基本成分相接近。用菠萝皮、 渣可制成低度果酒、白兰地、果醋、果冻、酸乳饮料、酚类抗氧化剂、柠檬酸等。菠萝加 工中产生大量的菠萝皮、渣，严重污染生态环境。Keshk和Sameshima研究表明碳源的种 类对细菌纤维素的产量影响很大，单纯用葡萄糖作碳源会产生大量的葡萄糖酸，使pH下降， 不利于菌株生长从而降低产量，因此葡萄糖和果糖比例是生产细菌纤维素的关键因素。研 究还表明，椰子水中天然含有K⁺、Na⁺、Ga²⁺、Mn²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺和含有促生长的生长激素， 若用其它营养成分替代椰子水，要仔细研究各成分之间的科学配比，才能尽可能多地发酵 生产细菌纤维素。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的不足，提供一种生产成本低廉，生长周 期为3～7天、产量为17.5g/L(干重)以上的利用菠萝皮汁进行“二步法”发酵生产细菌 纤维素的方法。

本发明以菠萝皮榨出的汁(Juice of Pineapple by-Products，简称JPP)为原料，将木醋 杆菌(Acetobacter xylinum)进行“二步法”发酵，“二步法”发酵是指将菌体“生长繁殖” 与“发酵生产”两个过程分开，在两个过程中分别采用不同的培养基进行发酵，即是采用 发酵罐进行通气培养，经精确的可控发酵，使菌种在良好的培养条件下快速繁殖，将经过 快速增长后的菌种分装发酵盆进行产膜(细菌纤维素)发酵，有效控制杂菌的污染，大幅 度缩短静置培养时间，显著提高生产效率，将发酵周期缩短至3～7天，得到产量17.5g/L (干基重)以上的细菌纤维素。