[发明专利]一种新的生产细菌纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及发酵工程领域，具体地说，是一种新的生产细菌纤维素的方法。

背景技术

细菌纤维素（Bacterial cellulose,BC）又被称为微生物纤维素，是由含糖基质中的某些微生物在生长过程中产生并分泌到基质中的一种细长的束状纤维。

细菌纤维素具有良好的持水性和凝胶特性，可作为增稠剂、固体食品成型剂、分散剂和结合剂等应用于食品工业中；它还具有很好的生物相容性、透气性和良好的理化性能，可作为一种具有独特优势的新型医学生物材料；细菌纤维素膜的纯度、结晶度、聚合度及分子度取向非常高，具有优良的力学性能，这使其可在造纸、声学器材以及建材领域得以应用；此外，细菌纤维素还可以应用于酶工程、环境保护、纳米复合材料、燃料电池及木质文物修复等许多领域，具备广泛的应用价值。近年来，国外如日本、美国已经开始细菌纤维素规模化生产并开发其商业化应用，但国内利用微生物合成细菌纤维素的技术还不是十分成熟，仍停留在浅盘式静态发酵上。

浅盘静态发酵法是生产细菌纤维素最简单、传统的方法，也是目前细菌纤维素生产最常用的方法。该生产方法下，氧气分布不均且传递效果不佳，细菌纤维素只能在气液表面生成，其最终产量的高低取决于培养基表面积的大小。当培养基表面积一定时，培养基体积增加，其深度亦随之增加，培养基中溶解氧浓度减小，菌体由于供氧不足而生长受到抑制，进而限制了纤维素的产量；培养基太少，由于营养物质有限而限制了菌体的生长和繁殖。据估计，要达到一天生产一吨干重的细菌纤维素，需要2000平方英尺的气液表面积。因此，传统静态发酵法的占地面积大，生产周期长，劳动强度高，生产效率低，且容易污染杂菌，不适合工业化的生产。

与浅盘静态发酵法相对应的是传统动态发酵法，传统动态发酵包括摇瓶振荡发酵，机械搅拌发酵等，动态发酵法有效解决了浅盘静态发酵法供养不足问题，但在提高氧的传递效率的同时也加大了对菌体的剪切力，即在振荡，搅拌过程中外力对菌种的撞击，特别对某些对剪切力敏感的菌种如本醋杆菌影响很大。

因此，传统动态发酵法不适合细菌纤维素的主要生产菌种——木醋杆菌低剪切力的生理要求，不能用于细菌纤维素的规模生产。

 

发明内容

本发明的目的是提供一种新的生产细菌纤维素的方法，解决浅盘静态发酵法菌体由于供氧不足而生长受到抑制问题，解决传统动态发酵在提高氧的传递效率的同时加大了对菌体剪切力，对某些剪切力敏感菌种由于低剪切力的生理要求，不能用于细菌纤维素规模生产的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，本发明一种新的生产细菌纤维素的方法，采用淋浇发酵法，以生产食醋的淋浇发酵塔为生产设备，塔底盛接种有三菌种—木醋杆菌、醋酸菌和安琪酵母菌种子液的培养基发酵液，培养基为陈米糖化液及酒精发酵醪的混合液，陈米糖化液的总糖含量在160-180g/L之间，酒精发酵醪乙醇含量在7-9%v/v, 陈米糖化液与酒精发酵醪混合体积比为3：5，塔中部为填料层，填玉米芯和谷壳，作菌体附着载体，用泵将塔底三菌种培养基发酵液提升到塔顶，喷淋于填料层，通过填料层又回到塔底，如此循环淋浇，淋浇发酵温度28-32℃，淋浇频率1次/4h，每次淋浇时间1min，12h为一个控制周期，发酵时间总长144h，停止淋浇发酵后，将玉米芯上的细菌纤维素膜撕下，经洗涤，烘干而得产品。

填料层玉米芯与谷壳的重量比7.5：5，玉米芯夹在谷壳中间，填料层厚度为淋浇塔容积高度的1/4-1/3，装塔前玉米芯和谷壳经润湿和121℃、1小时灭菌处理备用。

培养基中陈米糖化液是指陈米经糊化、液化、糖化和过滤，然后1：1用水稀释而得到的总糖含量为160-180g/L的糖化液；酒精发酵醪是将陈米糖化液经酵母发酵后过滤，用水调整得到的乙醇含量为7-9%v/v的酒精发酵醪，本发明所用的陈米糖化液和酒精发酵醪由贵阳市味莼园食品股份有限公司提供。本发明所用陈米糖化液和酒精发酵醪各主要成分含量如下：陈米糖化液：总糖含量160-180g/L、总酸含量0.2-0.3g/kg；酒精发酵醪：总糖含量0.7-0.9g/L、总酸含量3.2-3.5g/kg、乙醇含量7-9%v/v。

所述的种子液是将试管斜面醋酸菌和木醋杆菌接入一环于各自的试管基础培养基中，30℃培养20小时以作为醋酸菌和木醋杆菌的种子液，安琪酵母菌种子液是取培养基发酵液重千分之一的安琪酿酒高活性干酵母，用10倍酵母用量的35-40摄氏度的2%的糖水活化15-20分钟，然后温度降至30-34摄氏度，活化2小时即得安琪酵母种子液。