[发明专利]一种利用稻秆制备细菌纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明属于细菌纤维素的制备领域，特别是涉及一种用稻秆制备细菌纤维素的方法。

背景技术

细菌纤维素(Bacterial cellulose，BC)是一种由微生物生产的纤维素。与植物纤维相比，细菌纤维素具有高结晶度，高持水性，高杨氏模量，高纯度，优秀生物相容性等特点，因此细菌纤维素在医用敷料等生物医学材料、食品、造纸、纺织等领域有着广阔的应用。但是细菌纤维素的高生产成本限制了它的工业规模，因此降低细菌纤维素成本是当前工业生产的一个亟待解决的难题。细菌纤维素成本高的一个主要因素是培养基中碳源的成本高，因此本实验公开了发明利用农业副产品——稻秆生产细菌纤维素的方法。

稻秆等木质纤维素秸秆是农作物的副产品，我国每年该类作物秸秆约有7.05亿吨。农作物秸秆成分是纤维素、半纤维素和木质素，其中纤维素含量接近40％。纤维素可以水解为葡萄糖，半纤维素则水解为五碳糖和六碳糖，这些水解糖可以被醋酸杆菌利用来生产细菌纤维素。但是由于秸秆的特殊结构，木质素对纤维素和半纤维素的包覆作用以及结晶纤维素致密结构造成的反应惰性，使酶水解纤维素的效果受到严重限制。因此，必须对木质纤维材料进行预处理，脱去木质素或在一定程度上改变原料的物理化学结构，譬如降低结晶度、减小聚合度、增加孔隙度和表面积等，以促进酶与底物相互接触并发生生化反应，提高酶解速率和得糖率。目前秸秆的预处理方法有很多，比较普遍的有物理方法、化学方法、生物方法，离子液体用来预处理秸秆的报道很少。目前国内外也没有用离子液体处理稻秆用来培养细菌纤维素的报道。

离子液体是一种新型绿色溶剂，沸点高，蒸汽可以忽略不计，不会对大气造成污染，不可燃，具有较好的化学稳定性，可回收利用，利于环保。由于离子液体的这些特性，因此可以被用来溶解秸秆。目前，有研究报道过用离子液预处理稻秆、木材、甘蔗渣、棉花秆，处理后酶解率明显提高。用于木质纤维素溶解的离子液体有[EPy]Br和[AMIM][HCO2]等。(AMIM)Cl未见详细报道其用于秸秆的溶解。本实验采用(AMIM)Cl和(BMIM)Cl以及LiCl/DMAc来处理秸秆，选用(AMIM)Cl是因为(AMIM)Cl合成温度低，无毒，预处理温度低并且时间短，回收率高等特点，因此选用此种溶剂预处理稻秆。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用稻秆制备细菌纤维素的方法，该方法以通常丢弃或焚烧的农作物副产物——稻秆为原料，开发为一种廉价的碳源，不但减少了环境污染，而且可以用于生产高附加值产品，为相关产业创造了良好的经济效益。

本发明的一种利用稻秆制备细菌纤维素的方法，包括：

(1)稻秆的离子液体预处理，再生及酶解反应

稻秆的离子液体预处理：将稻秆粉碎后，以1％-15％(w/w)的比例加入到离子液体中，于90℃-120℃处理15min-21h，静置冷却；

离子液体/稻秆混合液再生：加入与离子液体5-10倍体积的去离子水，搅拌再生，然后离心或者过滤，再用去离子水洗涤得到的沉淀或滤渣，直至上清或者滤液至无色；

同时，将离心得到的上清液或者过滤得到的滤液置于蒸馏瓶中，在温度100-170℃下常压蒸馏或者在温度50-150℃和-0.09～-0.1Mpa的真空度条件下减压蒸馏，去除与离子液体共混的水，蒸馏至蒸不出水为止，蒸馏瓶中剩余的即为回收的离子液体；其中，蒸馏过程中冷凝管所用冷却液为10℃以下的冷却液，连接真空泵前的系统中加装一个冷阱，冷阱置于盛有液氮冷却剂的保温瓶中；

酶解：向上述沉淀或滤渣中加入缓冲溶液至固液比为0.005g∶1ml～1g∶10ml，再加入纤维素酶至终浓度为5-600U/mL，调节pH至4.0-5.5，在40-60℃条件下反应1-60h，离心或者过滤分离未降解稻秆和酶解液，将酶解液于4℃冷藏；

(2)酶解液制备细菌纤维素

将上述酶解液直接作为培养细菌纤维素的培养基，加入相对酶解液0.1-1％(w/v)的酵母膏和0.1-0.5％(w/v)的胰蛋白胨，配制成培养基，再加入6％-10％细菌纤维素生产菌的种子液，25-30℃静置培养8-28天得到细菌纤维素；