[发明专利]一种多孔复合多糖水凝胶及其制备方法

说明书

本发明涉及一种多孔复合多糖水凝胶的制备方法，其主要改进之处为，以木薯渣糖化液替代常规的碳源来培养可产细菌纤维素的微生物。本发明采用木薯渣糖化液替代常规的碳源对产细菌纤维素的微生物进行发酵培养，既可提高所得凝胶的性能，而且可将木薯渣转化为高附值的材料，实现固体废弃物木薯渣的减量化处理。进而，本发明采用生物“原位合成”的方式形成透明质酸与细菌纤维素的复合水凝胶，可制备得到结构更稳定的复合多糖水凝胶，与现有的技术中分步制备相比，制备得到的水凝胶具有很好的生物安全性及生物相容性。

技术领域

本发明涉及一种复合多糖水凝胶及其制备方法，属生物质化学化工技术领域。

背景技术

细菌纤维素(bacteria cellulose，简称BC纤维素)是一种由特定微生物合成的由超微纤维组成的天然超微纤维网，它具有独特的三维纳米纤维网状结构，高持水性和良好的机械强度及生物相容性。细菌纤维素是由β-吡喃葡萄糖残基以β-1,4糖苷键连接而成的链状高分子聚合物，分子内和分子间存在大量的氧键，并含有大量的羟基和醚键，拥有许多有效的反应活性位点。与自然植物纤维素相比，有更多优良的特性，如高纯度、高结晶度、比表面积大、良好的亲水性以及生物相容性，并易于在环境中降解。目前，在发达国家，细菌纤维素产业已初步形成年值上亿美元的市场，涉及食品、化工、医药、纺织、造纸等行业，而我国在这个产业领域的研究尚处于初级阶段。在世界人口不断增长、资源日益短缺的情况下，细菌纤维素作为一种对环境友好、可再生的生物材料，蕴藏着极大的商业价值和良好的发展前景。

木薯产业是我西部地区的重要支柱产业之一，仅广西木薯种植面积就达30万hm2，鲜木薯产量700多万t。木薯渣是木薯淀粉生产的固体废料，主要成分为碳水化合物，包括淀粉、纤维素、半纤维素、蛋白质及少量的木素。目前仅有少部分用作饲料、生产酒精和单细胞蛋白等，其处置问题已成为制约木薯产业发展的一个重要因素。可以利用生物技术策略将其转化为生物能源，继而对固体废弃物木薯渣进行减量化，解决木薯渣的处置问题，既达到减轻环境污染的目的，又可以生产高附值的生化产品。利用淀粉酶和纤维素酶等对木薯渣进行酶解是高效生物利用的有效途径之一，这样一方面可以做到无害化处理，降低环境污染，另一方面也可以有效利用残余淀粉和纤维素，增加生物质资源利用率。目前，生物细菌纤维素培养基碳源主要是葡萄糖、蔗糖等商业糖原料。将纤维原料水解后得到的单糖用作培养基中的碳源，以实现材料的绿色制备和清洁生产，将农林废弃物有效的应用在生物医药材料方面，使得生物材料的生产和制备具有更多选择性。木薯渣糖化后的糖化液也可以作为一种有效碳源，用以替换培养基中的葡萄糖或蔗糖。水凝胶生产过程最重要的两点是控制成本和提高产量，若采用木薯渣为碳源，处理好酶用量、底物浓度和产率的关系，不仅解决了工业上处理木薯渣的难题，还为细菌纤维素原料的缺乏提供了一种新的选择，可有效降低原料成本。此外，木薯渣的优势在于无需预处理，这不仅减少了设备投入，而且降低了能源损耗。虽然研究者们对复合细菌纤维素的制备生产做了大量的工作，但总的来说都还处于基础研究阶段，要实现规模化生产还存在产品纯度低或生产成本高、可操作性差等问题。因此有必要开展复合细菌纤维素生产新方法的研发，以获得低成本、高纯度、操作简便、绿色环保的生产手段。再通过测试其机械性能等理化性质以找到较好的复合工艺和原料配比，推动绿色生物工艺的规模化生产与应用示范，显著降低物耗能耗、工业固体废物排放等，建立生态安全、绿色低碳和循环发展的生物法工艺体系。