[发明专利]一种连续生产生物纤维素凝胶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物纤维素凝胶的生产设备及方法，具体涉及一种连续生产生物纤维素凝胶的设备及用该设备生产生物纤维素凝胶的方法。

背景技术

生物纤维素（Biocellulose）又称为细菌纤维素（Bacterial cellulose），未干燥脱水的产品呈凝胶状，因此被称为生物纤维素凝胶。其通常是由醋酸菌属等细菌合成的纤维素。其与植物或海藻产生的天然纤维素具有相同的分子结构单元，但是其中没有木质素、果胶和半纤维素等伴生产物，具有更高的结晶度和更高的聚合度。生物纤维素还具有超精细的空间网状结构，通常由直径3-4纳米的微纤组成纤维素，并相互交织形成发达的空间网状结构。这些特性使得生物纤维素具有更好的机械强度和超高的持水能力，且具有良好的生物相容性、适应性和生物可降解性。目前已经在食品、医药、造纸、纺织等领域广泛应用。

生物纤维素的生产，常使用静态培养或动态培养，菌种常用木醋杆菌或木葡糖酸醋杆菌，培养基常用的有天然培养基，如椰子水培养基、菠萝汁培养基、玉米浆培养基等、人工配置培养基（即直接用葡萄糖、蛋白胨等成分配置而成的培养基和混合培养基，即往天然成分中添加营养成分而制得的培养基）。静态培养又称为浅盘培养或表面培养，即在浅盘中装入液态的培养基，接种菌种发酵培养，8-15天后会在液体培养基液面上生成生物纤维素凝胶产品。这种方法得到的生物纤维素产品空间网状结构较为致密，产品的品质较高，例如具有良好的机械性能，口感爽脆等。动态培养目前仍然停留在实验室研究阶段，其是采用摇床或搅拌培养的方式来生产生物纤维素凝胶，这种方法发酵的效率虽然更高，但是获得产品的空间网状结构较为松散，机械性能和口感相对较差。不论是上述的静态培养法还是动态培养法，均无法实现连续化生产，操作困难；且静态培养法发酵效率低下，这是由于在静态发酵过程中，逐步产生的生物纤维素凝胶会隔绝氧气（空气），导致后续的发酵效率降低；而动态培养虽然能够保证较高的发酵效率，但是其产品的品质却受到了较大影响，无法推广使用。 

发明内容

针对上述缺陷，本发明首先提供一种连续生产生物纤维素凝胶的设备，其包括：罐体、设置在罐体上部的培养基进口和设置在罐体底部的培养基出口、气孔、中心轴以及连接在中心轴上的至少一组桨叶，其中每组桨叶至少包括一个叶片，中心轴的旋转可以带动桨叶在罐体内旋转。

上述的设备中，罐体优选是夹层罐体，且设置有保温溶液的进口和出口。

上述的设备中，优选中心轴在罐体外连接有驱动马达，通过驱动马达带动中心轴旋转。

上述的设备中，优选中心轴和桨叶均是空心的，且桨叶的外表面上设置有多个透气孔，中心轴上还设置有进气口。

上述的设备中，优选中心轴用不锈钢制成。

上述的设备中，优选桨叶用聚乙烯制成。

上述的设备中，优选桨叶的外表面是经过打磨的粗糙表面。

上述的设备中，优选在罐体的一侧设置有可开启或封闭的罐体舱门，该罐体舱门的大小大于每组桨叶的大小。

上述的设备中，优选连接有桨叶的中心轴可以从罐体上拆卸并重新安装。

上述的设备中，优选连接在中心轴上的每组或每片桨叶可以从中心轴上卸下并重新安装到中心轴上。

本发明还提供了一种用上述的设备连续生产细菌纤维素凝胶的方法，具体包括：

1）封闭培养基出口，保持气孔通畅，通过培养基进口注入至少70℃的热水，保持10-20分钟后，开启培养基出口，放出热水，以对设备进行清洗和消毒；

2）再封闭培养基出口，并保持气孔通畅，通过培养基进口注入灭菌后接种了生物纤维素产生菌的液体培养基至液面至少与桨叶接触，开动驱动马达，开始发酵；

3）开启罐体舱门，将连接有桨叶的中心轴从罐体上卸下，收获生物纤维素凝胶。

上述方法的步骤1）中，优选在注入热水后开启驱动马达，带动中心轴及其上的桨叶旋转；开启培养基出口之前关闭驱动马达。

上述方法的步骤2）中，经过接种的液体培养基的注入量优选是液面不超过中心轴的高度。

上述方法的步骤2）中，优选通过保温溶液的进口和出口在罐体的夹层内循环25-32℃的保温介质。

上述方法的步骤2）中，驱动马达7的转速20-120rpm。

上述方法的步骤2）中。发酵的同时，将培养基进口也封闭，通过气孔向罐体内输送氧气。

上述方法的步骤3）中，优选用气泵通过卸下的中心轴上的进气口向中心轴和桨叶的空心内部吹气，以使生物纤维素凝胶能够迅速地从桨叶上分离下来，从而快速收获生物纤维素凝胶。