专利名称：一种用于生产生物纤维素的培养基的制作方法
技术领域：
本发明涉及生物纤维素的生产，具体涉及一种用于生产生物纤维素的培养基，更进一步还涉及用上述培养基在生物纤维素产品生产中的应用。
背景技术：
生物纤维素(Biocellulose)又称为细菌纤维素(Bacterial cellulose),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。
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、玉米浆培养基等；和人工配制培养基，即直接用葡萄糖、蛋白胨等成分配制而成的培养基；或混合培养基，即往天然成分中添加营养成分而制得的培养基。虽然培养基中只要存在足够的碳源、氮源，并能为微生物的生长繁殖提供适宜的环境均能够生产出生物纤维素膜，但是不同的培养基对生产出的生物纤维素膜在产量、性能上均存在不小影响，而培养基的成本也决定了生物纤维素膜的生产成本。现有的培养基，特别是人工配制培养基虽然解决了原料地域性、季节性等问题，却仍然存在成本较高的问题，特别是获得的生物纤维素产品在产量及机械性能上均还达不到采用天然培养基，特别是椰子水培养基的水平，因此进一步寻找物美价廉、且能够获得较高产量和优秀的生物纤维素品质的培养基原料是生物纤维素生产中的重要课题。发明内容
针对上述缺陷，本发明提供了一种用于生产生物纤维素的培养基，其主要原料为大米。
上述培养基是大米经过液化、糖化和灭菌后制得。
本发明中所述的培养基，其中所述的液化步骤和糖化步骤为液化按照100_150U/g的比例加入α-淀粉酶后，通入蒸汽使浆温缓缓上升到 80-90°C，保温液化10-20分钟；糖化使液化醪冷却至60-70°C，加入相当于大米重量3. 5-4. 5%的麸皮粉，充分搅拌均匀后，保温55-65°C，糖化3-4h。
所述液化步骤中，α -淀粉酶的加入量优选为120U/g，浆温优选为85°C，保温液化时间优选为15分钟；所述糖化步骤中，液化醪优选冷却至65°C，麸皮粉加入量优选相当于大米的3. 8%，优3选在60°C下，糖化3. 5h。
上述的培养基，其制备方法在液化步骤之前还包括浸泡、磨浆和调浆步骤。
上述的培养基，所述的浸泡、磨浆和调浆步骤的具体步骤为(1)浸泡大米加水，常温下浸泡O.5-lh,放掉浸泡水后浙干；(2)磨浆按照浙干水的大米水=1.(I. 2-1. 5)的重量比例，往磨粉机一边加入浙干水的大米，一边加入适量的水，磨成米浆；(3)调浆往步骤(2)中的米浆中加水搅拌，使粉浆调节到18-25°Be ;再用碳酸钠调pH 值至6. 0-6. 5，再加入O. 2-0. 3%的氯化钙。
本发明中所述的培养基，其制备方法中糖化步骤后还包括过滤和灭菌步骤。
所述浸泡步骤中，大米的浸泡时间优选为lh。
所述磨浆步骤中，浙干水的大米水优选为I :1. 5。
所述调浆步骤中，粉浆优选为20 °Be，pH值优选为6. 2，氯化钙加入量优选为 O. 25%。
所述的灭菌步骤优选为高温灭菌。
本发明还提供上述培养基在生产生物纤维素产品中的应用。
上述应用中，可以使用静态培养也可以使用动态培养，优选是在静态培养生产膜状生物纤维素产品中的应用；其中也可以使用各种能够产生生物纤维素的菌种，如木醋杆菌和木葡糖酸醋杆菌等，优选是在以木葡糖酸醋杆菌为发酵菌种的生产生物纤维素膜中的应用。
本发明中的以大米为主要原料的生物纤维素培养基，原料容易获得，成本低廉，能够用于生产生物纤维素，且能够提高生物纤维素的产量及其机械性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式
和对比实验数据来对本发明进行进一步说明，其仅仅是本发明的优选实施方式，而不应当被理解为是对本发明的限制，本领域技术人员能够作出或预见的对于本发明的其他变形，均应当在本发明的范围之内。
实施例I用于生产生物纤维素的大米培养基的制备大米IOOOg加蒸馏水浸没，常温下浸泡lh，放掉浸泡水后浙干；取蒸馏水1500g，往磨粉机一边加入浙干水的大米,一边加入蒸馏水,磨成米浆,往米浆中加水搅拌,调节粉浆到 20°Be ;加入碳酸钠调pH值至6. 2，再加入8g的氯化钙，按照120U/g的比例加入α -淀粉酶后，通入蒸汽使浆温缓缓上升到85°C，保温液化15分钟；再使液化醪冷却至65°C，加入相当于大米3. 8% (38g)麸皮粉，充分搅拌均匀后，保温60°C，糖化3. 5h，再经过过滤后高温灭菌制得用于生产生物纤维素的大米培养基。
实施例2用于生产生物纤维素的大米培养基的制备大米500g加蒸馏水浸没，常温下浸泡O. 5h，放掉浸泡水后浙干；取蒸馏水750g，往磨粉机一边加入浙干水的大米,一边加入蒸馏水,磨成米浆,往米浆中加水搅拌,调节粉浆到 25°Be，加入碳酸钠调pH值至6. O,再加入6. 5g的氯化钙，按照100U/g的比例加入α -淀粉4酶后，通入蒸汽使浆温缓缓上升到80°C，保温液化20分钟；再使液化醪冷却至60°C，加入相当于大米4. 5% (22. 5g)麸皮粉，充分搅拌均匀后，保温65°C，糖化4h，再经过过滤后高温灭菌制得用于生产生物纤维素的大米培养基。
实施例3用于生产生物纤维素的大米培养基的制备大米IOOOg加蒸馏水浸没，常温下浸泡O. 8h，放掉浸泡水后浙干；取蒸馏水1200g，往磨粉机一边加入浙干水的大米,一边加入蒸馏水,磨成米浆,往米浆中加水搅拌,调节粉浆到 18°Be，加入碳酸钠调pH值至6. 0，再加入9g的氯化钙，按照150U/g的比例加入α -淀粉酶后，通入蒸汽使浆温缓缓上升到90°C，保温液化10分钟；再使液化醪冷却至70°C，加入相当于大米4. 5% (45g)麸皮粉，充分搅拌均匀后，保温55°C，糖化3h，再经过过滤后高温灭菌制得用于生产生物纤维素的大米培养基。
实施例4用大米培养基生产生物纤维素分别以实施例1-3中得到的浆液作为培养基1-3#。
1#培养基盛于浅盘中，接种经过活化培养的木葡糖酸醋杆菌种子液，接种量为 8%，30°C下静态培养7天，在液体培养基表面浮有膜状生物纤维素。
2#培养基盛于浅盘中，接种经过活化培养的木醋杆菌种子液，接种量为10%， 280°C下静态培养5天，在液体培养基表面浮有膜状生物纤维素。
3#培养基盛于三角瓶中，接种经过活化培养的木葡糖酸醋杆菌种子液，接种量为6%，30°C下摇床动态培养10天，在液态培养基中悬浮有小球状生物纤维素。
对比实验例I :不同培养基静态浅盘生产生物纤维素的产量取1#培养基IOOOg装于3个经灭菌的浅盘中，作为实验例1#组，另取同样大小的灭菌浅盘6个，其中3个分别装入椰子水培养基lOOOg，另外3个分别装入人工配制培养基 lOOOg，作为对照1#组和对照2#组，其中人工配制培养基的配方为葡萄糖5% ;蛋白胨 0. 5%;酵母膏 0.5%;Na 2 H P O 4 *12 H 2 O 0. 2%；KH2P04 0. l%；MgS04*7 H2O 0.025% ;柠檬酸0.2% ;琼脂2% ;其余为蒸馏水。分别向9个浅盘中接种经过活化培养的木葡糖酸醋杆菌种子液，接种量为8%，30°C下静态培养7天，收获三个浅盘中液体培养基表面浮有的膜状生物纤维素。均经过弱碱液(0. I m ο I / L的N a O H溶液)浸泡后，用蒸馏水漂洗至中性，称重，分别计算实验例1#组3个结果的平均值和对照1#组和对照2#组各3个结果的平均值。结果见表I :表I不同培养基静态浅盘生产生物纤维素的产量项目实验例1#对照例1#对照例2#生物纤维素产量(g)11. 9112. 489. 77从表I可以看出，采用本发明中的大米培养基来生产生物纤维素时，其产量接近于椰子水培养基，而明显高于人工配制培养基。
对比实验例2 :不同培养基生产的生物纤维素的机械性能以对比实验例I中的每组3个膜状生物纤维素为样品，分别进行拉伸试验，测定各样品的杨氏模量和抗张强度，每组取平均值，结果见表2 表2不同培养基静态浅盘生产生物纤维素的机械强度
权利要求
1.一种用于生产生物纤维素的培养基，其特征在于主要原料为大米。
2.根据权利要求I所述的培养基，其特征在于其是大米原料经过液化、糖化和灭菌后制得的。
3.根据权利要求2所述的培养基，其特征在于所述的液化步骤和糖化步骤为液化按照100_150U/g的比例加入α-淀粉酶后，通入蒸汽使浆温缓缓上升到80-90°C，保温液化10-20分钟；糖化使液化醪冷却至60-70°C，加入相当于大米重量3. 5-4. 5%的麸皮粉，充分搅拌均匀后，保温55-65°C，糖化3-4h。
4.根据权利要求3所述的培养基，其特征在于所述液化步骤中，α-淀粉酶的加入量为120U/g，浆温为85°C，保温液化时间为15分钟；所述糖化步骤中，液化醪冷却至65°C，麸皮粉加入量相当于大米的3. 8%，在60°C下，糖化3. 5h。
5.根据权利要求3所述的培养基，其特征在于其制备方法在液化步骤之前还包括浸泡、磨浆和调浆步骤。
6.根据权利要求5所述的培养基，其特征在于所述的浸泡、磨浆和调浆步骤的具体操作为(1)浸泡大米加水，常温下浸泡O.5-lh,放掉浸泡水后浙干；(2)磨浆按照浙干水的大米水=1.(I. 2-1. 5)的重量比例，往磨粉机一边加入浙干水的大米，一边加入适量的水，磨成米浆；(3)调浆往步骤(2)中的米浆中加水搅拌，使粉浆调节到18-25°Be ;再用碳酸钠调pH 值至6. 0-6. 5，再加入O. 2-0. 3%的氯化钙。
7.根据权利要求6所述的培养基，其特征在于所述浸泡步骤中，大米的浸泡时间为 Ih ;所述磨浆步骤中，浙干水的大米水为I :1. 5 ;所述调浆步骤中，粉浆调为20 °Be，pH值为6. 2，氯化钙加入量为O. 25%。
8.根据权利要求3或6所述的培养基，其制备方法在糖化步骤之后还包括过滤和灭菌步骤。
9.权利要求1-8任一项所述的培养基在生产生物纤维素中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于其应用于以木葡糖酸醋杆菌为发酵菌种、采用静态发酵培养生产生物纤维素。
全文摘要
本发明涉及一种用于生产生物纤维素的培养基，其主要原料为大米，经过液化、糖化后制得。其中所述的液化步骤和糖化步骤为液化按照100-150U/g的比例加入α-淀粉酶后，通入蒸汽使浆温缓缓上升到80-90℃，保温液化10-20分钟；糖化使液化醪冷却至60-70℃，加入相当于大米3.5-4.5%的麸皮粉，充分搅拌均匀后，保温55-65℃，糖化3-4h。在液化步骤之前还可包括浸泡、磨浆和调浆步骤；在糖化步骤之后还包括过滤和灭菌步骤。本发明中的培养基，原料容易获得，成本低廉，能够用于生产生物纤维素，且能够提高生物纤维素的产量及其机械性能。
文档编号C12P19/04GK102925513SQ20121045976
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月15日 优先权日2012年11月15日
发明者钟春燕 申请人:钟春燕