[发明专利]一种基于转筒式发酵反应器的细菌纤维素生产工艺

说明书

技术领域

本发明属于微生物发酵技术领域，具体涉及一种基于转筒式发酵反应器的细菌纤维素生产工艺。

背景技术

纤维素是地球上最丰富的天然聚合体，广泛存在树木、棉花等植物中，每年由植物产生的纤维素达亿万吨。但是，合成纤维素并不是植物特有的功能，某些细菌也以异养方式比植物更高效的产生胞外纤维素，我们把这种细菌来源的纤维素称为“细菌纤维素”。细菌合成纤维素是在1886年由Brown首次报道的，是木醋酸菌(Acetobacter xylinum)在静置培养时于培养基表面形成的一层白色纤维状物质。后来在许多革兰氏阴性细菌，如土壤杆菌、致瘤脓杆菌和革兰氏阳性细菌如八叠球菌中也发现了细菌纤维素的产生。细菌纤维素与天然纤维素结构非常相似，都是D-葡萄糖以β-1，4糖苷键连接而成的链状高分子，具有(C₆H₁₀O₅)n的组成。但与之相比，细菌纤维素具有更优越的特性，它是以纯纤维素的形式存在，而植物纤维素的存在形式是与半纤维素和木质素等组成三级立体结构。同时细菌纤维素还具有高结晶度、高强度及良好的亲水性能。

目前细菌纤维素已经在食品、医药、化工、面膜、造纸、高级音响设备、滤膜渗透膜和精纺等方面取得成功应用。但由于它的低产量所造成的高成本，限制了它的广泛应用。传统的细菌纤维素生产主要是浅盘发酵方式，其特点是劳动密集并且生产力低下。试验发现，浅盘培养由于受到营养成分传质的限制，产量不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种处理量大、效率高、操作方便，可实现连续化、机械化运转的基于转筒式发酵反应器的细菌纤维素生产工艺。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种基于转筒式发酵反应器的细菌纤维素生产工艺，其特征在于：该生产工艺的步骤为：

(1).设备空消：

在进行发酵之前先对转筒式发酵反应器进行空消，关闭反应器的空气杂尘隔离外壳，通过蒸汽管道向反应器壳体内通入蒸汽，罐压控制在0.11～0.16Mpa之内，空消时间30～50分钟，当罐温降至80℃时，打开排气阀，卸去罐内压力，完成设备空消；

(2).培养基实消：

将培养基原液通过进料口注入转筒式发酵反应器的料槽内，关闭空气杂尘隔离外壳，通过蒸汽管道通入蒸汽对培养基原液进行实消，罐压控制在0.1～0.11Mpa之内，实消时间20～30分钟，实消后，向夹套中通冷却水进行冷却，将料槽内培养基原液温度降低到28～30℃，完成培养基实消；

(3).接种：

将培养好的木醋杆菌种子液以5～10％比例通过进料口接入培养基原液中；

(4).旋转发酵：

打开转筒式发酵反应器的电机，转筒旋转，使转筒外壁周期性地接触料槽内的菌体和培养基原液，旋转速度在4～20转/分钟，通过向夹套中通入冷热水调节培养基原液的温度，使培养基保持在28～30℃，发酵6～10天，发酵过程中通过无菌空气通风系统向壳体内通入空气，给菌体提供充足的氧气；

(5)细菌纤维素膜的收割：

当培养的纤维素膜达到一定厚度时发酵停止，出料时通过刮刀将筒壁上的纤维素膜刮下，并随之将规整的整片纤维素膜移出反应器，再根据工艺要求进行切割和整形后处理，料槽内的发酵残液通过料液出口排出。

而且，在所述步骤(4)旋转发酵的过程中还包括酸碱控制步骤：发酵过程中通过料槽内的pH检测器检测培养基pH值，当培养基pH达到3.5～3.8以下时，通过料液进口泵入NaOH以调节pH值。

而且，在所述步骤(4)旋转发酵的过程中还包括培养基原液的增补步骤：发酵过程中通过料槽内的液面高度检测器检测培养基液面高度，当培养基原液高度低于规定要求时，通过料液进口补充新鲜培养基原液。

而且，在所述步骤(4)旋转发酵的过程中还包括细菌纤维素膜的修饰步骤：通过向培养基原液中加入修饰成分，随着细菌纤维素膜不断加厚，将修饰成分均匀的包裹入膜内，该修饰成分为羧甲基纤维素及其衍生物或多糖类物质或胶类物质。

而且，所述的转筒式发酵反应器的结构为：主要由支架、卧式壳体、水平安装于该卧式壳体内的转筒、驱动电机及刮刀构成，卧式壳体由底部夹套式料液槽及上部空气杂尘隔离外壳对合安装而成，夹套式料液槽设置有料液进口、出口，夹套式料液槽的夹套上设置有循环水进口、出口，空气杂尘隔离外壳内的顶部水平安装有蒸汽管道，空气杂尘隔离外壳上设置有无菌空气进口、出口，刮刀设置于卧式壳体外部并可移动至与转筒筒壁接触。