[发明专利]一种低pH发酵法制备细菌纤维素的方法

说明书

本发明涉及一种低pH发酵法制备细菌纤维素的方法。本发明使用驹形杆菌发酵生产细菌纤维素，在本发明提供的方法中，将培养基各组分与葡萄糖分开灭菌，并通过控制摇瓶培养基、种子罐培养基和发酵罐培养基的pH为4.0‑5.5，在实现了发酵体系无染菌的同时，也提高了细菌纤维素的产量和产率。本发明所提供的方法操作简单，适用于工业化生产，经济效益显著，应用前景良好。

技术领域

本发明涉及纤维素发酵技术领域，具体涉及一种低pH发酵法制备细菌纤维素的方法。

背景技术

细菌纤维素(Bacterial cellulose，BC)是指在不同条件下，由醋酸菌属(Acetobacter)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、根瘤菌属(Rhizobium)和八叠球菌属(Sarcina)等中的某种微生物合成的纤维素的统称。细菌纤维素是自然界中存在量及其丰富且具有生物可降解性的生物合成高分子材料，这种可再生资源与人类的衣食住行关系非常密切。生物合成的细菌纤维素有着许多植物纤维素无法比拟的优良性能，被认为是目前世界上性能最好的纤维素，在食品、生物医药、造纸、化工、精纺，石油开采以及环保等其他领域都有广泛的用途。大力开发取之不尽用之不竭的天然高分子材料造福人类，具有重要的战略意义。

虽然已知多种细菌均能够产生细菌纤维素，但目前细菌纤维素的工业化、大规模、低成本生产依然面临着诸多挑战。工业化大规模生产细菌纤维素急需一种成熟的生产工艺，可以在廉价原料下(如葡萄糖、玉米浆等)产生细菌纤维素，且在生产过程中不易染菌。

发明内容

本发明的目的是提供一种染菌风险小、生产细菌纤维素的产率高、质量好的制备细菌纤维素的方法。

本发明提供一种低pH发酵法制备细菌纤维素的方法，将葡萄糖与培养基中的其他组分，分开灭菌后，以培养基其他组分：葡萄糖按照(8-9)：1的体积比混合；灭菌前，将培养基其他组分的pH调整为4.0-5.5；将产细菌纤维素的菌种，接种至灭菌后的培养基中。

本发明通过多时间段、多培养基配方、多批次实验证实，采用本发明提供的方法，在使用葡萄糖分消灭菌法后，可以保证发酵体系无染菌。

本发明所提供方法中，发酵培养基的配方包括：葡萄糖10-40g/L、硫酸镁0.8-1.2g/L、磷酸二氢钾1.2-2.5g/L、硫酸铵4-6g/L和糖蜜20-40g/L。进一步地，可以使用玉米浆干粉10-20g/L或豆粕提取物10-20g/L替代糖蜜20-40g/L。

更具体地，本发明所提供的方法中，所述产细菌纤维素的菌种为驹形杆菌ACT301，保藏编号为CGMCC No.17875。

驹形杆菌ACT301记载在中国专利CN110484471B中，驹形杆菌ACT301具备在低pH下生存的能力，提供了在低pH下，发酵生产细菌纤维素的可能性，减少发酵体系中杂菌的侵染。但驹形杆菌ACT301生产细菌纤维素的能力较低。具体体现在，在低pH下，菌株ATC301摇瓶发酵72小时的细菌纤维素产量为2.5g/L，细菌纤维素相对于糖的转化率为4-8.3％。

本发明在对发酵培养基组分进行探究时，发现若将葡萄糖与培养基中其他成分，分开灭菌，会增加菌株ATC301对培养基中葡萄糖的利用率，菌株ATC301的纤维素产量可达到10g/L。

本发明还发现，在进行分开灭菌的同时，若将培养基pH控制在更低水平(pH低于4.0)菌种生长受到明显抑制，导致纤维素产率很低；在将培养基pH控制在5.5以上时，细菌纤维素发酵液出现不同程度的染菌情况，染菌率高达20％且菌种生长受到明显抑制，导致发酵产率很低。

因此，在进行细菌纤维素生产时，为了得到质量更好、产量更高的细菌纤维素，需要在培养基其他组分与葡萄糖分开灭菌后，控制发酵体系的pH为4.0-5.5。

作为本发明的一个具体实施方式，一种低pH发酵法制备细菌纤维素的方法，包括：