[发明专利]一种酶水解细菌纤维素制备纤维素纳米晶的方法

说明书

技术领域

本发明属于纤维素纳米晶领域，特别涉及一种酶水解细菌纳米纤维素制备纤维素纳米晶的方法。

背景技术

纤维素纳米晶是一新型的多功能纳米材料，它具有机械强度极高、密度低、化学性质可调、绿色环保等特性。现今，它已被用于食品、传感器、药物传递、酶固定化、催化剂等领域。

细菌纳米纤维素(bacterial nanocellulose,BNC)是由一种微生物合成的胞外多糖，是由葡萄糖单体通过β-1，4糖苷键聚合而成的直链高分子化合物。细菌纳米纤维素具有以下独特的性质，用于制造纤维素纳米晶具有很大优越性：(1)高化学纯度。细菌纳米纤维素以100％纤维素的形式存在，不含半纤维素、木质素和其它成分，提纯过程简单；(2)高结晶度。细菌纳米纤维素的结晶度高于70％，大大高于目前已知的纤维素——植物纤维素，因此在制造纤维素纳米晶时得率也应相对高于植物纤维；(3)纳米级纤维。细菌纳米纤维素的微纤维组成独特的束状纤维，宽度100nm左右，厚度为3～8nm，是目前最细的天然纤维，故其中的非结晶区应该非常容易被去除掉；(4)发酵合成。细菌纳米纤维素是由微生物发酵时合成的，故其生产不受季节变换的影响，且合成速率比植物纤维快。因此，基于纤维素纳米晶的广阔应用前景及细菌纳米纤维素的各种特性，细菌纳米纤维素用于制备纤维素纳米晶将产生很好的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种酶水解细菌纤维素制备纤维素纳米晶的方法，该方法以细菌纳米纤维素为原料，具有原料化学纯度高、结晶度高的特点，且纳米纤维素易水解，纤维素纳米晶得率高，制备方法简便易行，具有良好的应用前景。

本发明的一种酶水解细菌纤维素制备纤维素纳米晶的方法，包括：

(1)取纯化过的细菌纳米纤维素，先进行匀浆，得匀浆液；

(2)在细菌纳米纤维素中或者在细菌纳米纤维素匀浆液中加入酶，然后调pH值至3.0-10.0，在40～80℃条件下振荡1～12h，离心收集沉淀，用超纯水洗涤，再离心，如此重复，得到纤维素纳米晶；加入碱或者酸溶液直至pH为7，得到纳盐形式的纤维素纳米晶。

所述步骤(2)中的细菌纳米纤维素和酶的比例为10g:2-100U。

所述步骤(2)中的碱溶液为碱性金属氢氧化合物溶液，浓度为0.5-1M；酸溶液为无机酸或有机酸溶液，浓度为0.5-1M。

所述的碱性金属氢氧化合物为NaOH或KOH。

所述的无机酸为硫酸、盐酸、硝酸或磷酸；有机酸为草酸或醋酸。

所述步骤(2)中的酶为纤维素酶、内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、木聚糖酶的一种或几种。

有益效果

本发明利用酶水解细菌纳米纤维素制备纤维素纳米晶，制备工艺绿色环保，比常规方法步骤少且水解速度快，得率高。另一方面，本发明的原料细菌纳米纤维素通过细菌发酵从农林废料等低值生物质获得，资源消耗少，污染小；而目前的制备技术是用植物纤维素为原料，需要通过碱法或者有机溶剂提取法获得原料，环境污染大，消耗资源多。本发明有利于细菌纳米纤维素的开发利用，降低纤维素纳米晶生产成本，及拓宽纤维素纳米晶的应用领域。故本发明非常适合于工业化生产，产生很好的经济效益。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

取纯化过的细菌纳米纤维素膜、细菌纤维素颗粒或者絮状物10g(干重)，先进行匀浆，而后调pH值至3.0-10.0，按每克纤维素10-100U的酶量加入纤维素酶，在50℃条件下振荡2-24h，高速离心收集沉淀，用超纯水洗涤，再高速离心，如此重复三次，再用超滤膜过滤，可得到纤维素纳米晶，经称重计算，得率可达50-85％。

实施例2

取纯化过的细菌纳米纤维素10g(干重)，先进行匀浆，调pH值至5.0，按每克纤维素30U的酶量加入纤维素酶，在40℃条件下振荡2-24h，高速离心收集沉淀，用超纯水洗涤，再高速离心，如此重复三次，再加入1M NaOH溶液直至pH为7，可得到纳盐形式纤维素纳米晶，经称重计算，得率可达60％。

实施例3