[发明专利]一种发酵菌体为原料制备复合膜材料的方法

说明书

本发明属发酵工程和化学工程领域，具体涉及发酵生产结束后发酵菌体资源化利用制备膜产品。本发明将发酵菌体在裂解酶或化学裂解剂的作用下释放菌体大分子，裂解后的菌液中包含蛋白质，核酸，壳聚糖及肽聚糖等成分，通过菌体裂解液中的大分子与聚乙烯醇进行共混制备复合膜，实现废弃发酵菌体的产品化应用。本发明制备的复合膜使用了菌体裂解液会增加韧性及弹性，提高复合膜的亲水性能及透湿性能，且作为绿植保温过程中，可以释放蛋白等营养物质供绿植摄取。

技术领域：

本发明属发酵工程和化学工程领域，具体涉及发酵生产结束后发酵菌体资源化利用制备的膜产品。

背景技术：

以谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸、精制味精为例，按照每生产1吨味精可以从发酵液中提取干菌体200kg计算，则全国每年可产生的菌体蛋白约22×10⁴吨(周大伟，肖冬光，郭学武，吕鸿雁.食品研究与开发，2012)。且中国每年由大肠杆菌生产的L-色氨酸超过10000吨。1吨L-色氨酸的生产伴随着1.3-1.5吨废细菌细胞(WBC)的生产(Qingyang Xu,Fang Bai,Ning Chen,and Gang Bai，Bioengineered，2019)。由米根霉发酵生产乳酸的同时，每获得1吨的乳酸会产生84.5kg的米根霉菌体(杨磊，李鑫，余世袁.林产化学与工业，2015)。

现有的发酵菌体处理工艺包括用废弃的菌体蛋白制备出营养成分全面的菌体蛋白粉，来替代酵母膏，降低发酵培养基的成本(中国专利申请CN 106086093A；中国专利申请CN 110092528 A)；制备出纯度较高的肽产品以及饲料产品，避免菌体原料的浪费(中国专利申请CN107011409A；中国专利申请CN107418897A)；用氨基酸发酵废弃菌体制备液态有机肥(中国专利申请CN106116773A)，以维生素C发酵废弃物生产菌体蛋白和多肽有机肥(中国专利申请CN111995467A)。

聚乙烯醇(PVA)是一种合成的、非离子水溶性、可生物降解和生物相容性的线型大分子聚合物，具有良好的成膜能力。聚乙烯醇膜柔韧性、透明度、无毒性、阻隔性俱佳，已广泛应用于包装工业中(何宾宾，余惠容，张利，赵正禾，冉锐敏，陈赛艳.塑料工业.2022)。将菌体裂解液与PVA共混制备复合膜不仅可以降低成本，还能提高薄膜的综合性能。本发明制备的复合膜产品可应用于防污自洁或绿植保温方向，还可为绿植提供蛋白等营养物质。

发酵菌体现有处理方式通常存在处理成本高、环保压力大等问题，大部分发酵菌体尚未实现“变废为宝”。本发明通过充分利用菌体和裂解后释放的蛋白质等营养物质，并通过聚乙烯醇等可降解高分子物质与其进行共混制备可适用于防污自洁、绿植保温、以及肥料缓释等领域的复合膜材料新产品。本发明制备的复合膜与单独使用聚乙烯醇制备的薄膜相比，菌体裂解液会增加复合膜的韧性与弹性，提高复合膜的亲水性及透湿性，且作为绿植保温过程中，可以释放蛋白等营养物质供绿植摄取。

发明内容：

本发明的目的是将发酵菌体在裂解酶或化学裂解剂的作用下释放菌体大分子，裂解后的菌液中包含蛋白质，核酸，及肽聚糖等成分，通过菌体裂解液中的大分子与聚乙烯醇进行共混制备复合膜，实现废弃发酵菌体的产品化应用。

本发明提供的技术方案之一，是一种采用废弃菌体制备膜材料的方法，包括以下步骤：

一种以发酵菌体为原料制备膜材料的方法，包括以下步骤：

(1)微生物发酵液提取目的产物之前或之后，收集菌体；

进一步地，在发酵液中添加絮凝剂收集菌体；

进一步地，所述絮凝剂为壳聚糖，添加量为发酵液的0.01％～1％(w/v)；

进一步地，絮凝条件为：搅拌速度100-300r/min、絮凝温度为45-85℃，搅拌5-20min后调整pH6～10；

更进一步地，壳聚糖添加量为0.06％～0.3％，反应5-20min后氢氧化钙调节pH至7～8.5；