技术领域
本发明涉及生物纤维素和米醋的生产，具体涉及一种通过循环补料发酵同时生产生物纤维素和米醋的方法以及用于该方法的专用设备。
背景技术：
木醋杆菌（gluconacetobacterxylinus）是表面液态发酵生产米醋的主要产酸菌。生产实践中木醋杆菌通过代谢会产生生物纤维素膜浮于液体培养基表面。傅亮等在“细菌纤维素膜对木醋杆菌发酵生产广式米醋的影响”（《食品与发酵工业》，2012年第38卷第04期，第123-125页）中发现，产酸所需要的乙醇脱氢酶会集中于生物纤维素膜中，而发酵液中的乙醇脱氢酶则活性很低（参见文献中的图2）。但是，通过将生物纤维素膜破碎并不能提高发酵液中总酸的含量和产酸效率，相反，在相同条件下，保持生物纤维素菌膜完整时，发酵液中的总酸度却能够得到大大提高。由此，傅亮等对比了三种不同接种方式对发酵液中总酸含量的影响，发现直接接种含菌纤维素膜能够提高发酵液中的总酸含量和产酸效率，但是与发酵6天后取出生物纤维素膜的c组相比，不取出生物纤维素膜的b组，在总酸含量和发酵效率上都有所降低（参见文献中的图3）。傅亮等指出这是由于过厚的生物纤维素组织降低了发酵液中的溶氧系数，从而也会导致总酸度和产酸效率降低。此外，直接接种含菌纤维素膜并不取出的b组具有最低的黏度和吸光度；直接接种含菌纤维素膜并随后取出的c组的黏度和吸光度次之，接种液态菌种的a组的黏度和吸光度最高。由此可见，生物纤维素膜能够提高米醋产品的品质。
但是，在米醋的生产实践中，如果直接接种含菌生物纤维素膜来制备米醋，无疑成本高昂，而且为了获得良好的产酸效率和产酸量，发酵过程中还要人工取出生物纤维素，操作复杂，且降低成功率；同时，即使接种木醋杆菌液体种子液，在液态醋醪的表面也会产生生物纤维素膜，而在实际操作中，由于搅拌、补料或取料的操作常常难以保持生物纤维素膜的完整性，这就会导致产酸效率和产酸量的降低。
此外，木醋杆菌（gluconacetobacterxylinus）也能够发酵生产生物纤维素（biocellulose），或又称为细菌纤维素（bacterialcellulose），该产物中没有木质素、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。在食品、医药、化妆品等领域具有广泛的应用。现有技术中并没有对生产米醋中产生的生物纤维素膜进行回收利用，造成浪费。
技术实现要素：
针对上述缺陷，本发明首先提供一种通过循环补料发酵同时生产生物纤维素和米醋的方法，其包括：
设置其中填充有纤维载体的第二发酵罐，并通过至少一个循环泵将其与米醋发酵罐连接，先将包含木醋杆菌种子液的发酵液注入米醋发酵罐中，通过循环泵使含木醋杆菌种子液的发酵液在第二发酵罐和米醋发酵罐中循环流动，进行有氧发酵，在米醋发酵罐中发酵得到米醋。将第二发酵罐中的纤维载体取出，分离出其上附着的生物纤维素膜，再经过清洗、纯化获得生物纤维素凝胶产品。
其中所述的纤维载体是棉纤维载体或涤纶纤维载体。更优选是中空涤纶纤维载体。
其中所述至少一个循环泵使发酵液以8-15ml/min的流速循环流动。
其中所述含木醋杆菌的发酵液中，种子液的体积为含木醋杆菌的发酵液的总体积的3-5%。
其中所述含木醋杆菌的发酵液中的酒精浓度为3-8%（v/v）。
其中所述米醋发酵罐1下部设置有出料口，上部还设置有可补充含木醋杆菌种子液的发酵液的进料口。
当米醋发酵罐中的发酵液的总酸度达到要求后，可先通过出料口放出米醋，并通过进料口补充含木醋杆菌种子液的发酵液，以实现连续发酵。
其中所述的生物纤维素凝胶产品还可经过进一步干燥和/或粉碎。
本发明还提供上述方法所使用的专用设备，其包括米醋发酵罐和其中填充有纤维载体的第二发酵罐，并通过至少一个循环泵将二者连接。
所述米醋发酵罐上部还设置有可补充含木醋杆菌种子液的发酵液的进料口，下部设置有出料口。
其中所述的纤维载体是棉纤维载体或涤纶纤维载体。更优选是中空涤纶载体。
本发明的方法通过设置其中填充有纤维载体的第二发酵罐，并使含木醋杆菌的发酵液循环通过第二发酵罐再循环到米醋发酵罐中，能够使生物纤维素膜产生于纤维载体上，使发酵液通过它将其中集中的乙醇脱氢酶带入到米醋发酵罐中，提高米醋发酵的效率和总酸含量。同时，由于生物纤维素膜与米醋的发酵是分开的，则生物纤维素膜的产生对于米醋发酵液的溶氧量并没有任何影响，而通过发酵液的循环还能够使米醋流过生物纤维素膜，进一步降低其黏度和吸光度，提高米醋产品的品质。
附图说明
图1是本发明方法所使用专用设备的示意图。
具体实施方式
为进一步说明本发明，结合以下实施例具体说明：
实施例1设置循环补料发酵设备
将中空涤纶纤维载体3填充到第二发酵罐2中，通过循环泵4和4’和管道将其与米醋发酵罐1连接，在米醋发酵罐上部设置进料口5，在米醋发酵罐下部设置出料口6。
实施例2循环补料发酵同时生产米醋和生物纤维素凝胶产品
设置其中填充有中空涤纶纤维载体的第二发酵罐，并通过循环泵4和4’将其与米醋发酵罐连接，使含木醋杆菌种子液的发酵液（其中种子液为5%（v/v），酒精浓度为5%（v/v））以8ml/min的流速循环流动在第二发酵罐和米醋发酵罐中循环流动，进行有氧发酵，7天后，在米醋发酵罐中得到米醋。通过出料口收集米醋，并将第二发酵罐2中的纤维载体3取出，分离出其上附着的生物纤维素膜，再经过清洗、纯化获得生物纤维素凝胶产品。
实施例3循环补料发酵同时生产米醋和生物纤维素凝胶产品
设置其中填充有中空棉纤维载体的第二发酵罐，并通过循环泵4和4’将其与米醋发酵罐连接，使含木醋杆菌的发酵液（其中种子液为3%（v/v），酒精浓度为8%（v/v））以12ml/min的流速循环流动在第二发酵罐和米醋发酵罐中循环流动，进行有氧发酵，12天后，在米醋发酵罐中得到米醋；通过出料口收集米醋，并将第二发酵罐中的纤维载体取出，分离出其上附着的生物纤维素凝胶膜，再分别用弱碱水和去离子水反复清洗、纯化后，获得生物纤维素凝胶产品。
实施例4循环补料发酵同时生产米醋和生物纤维素干粉
设置其中填充有中空棉纤维载体的第二发酵罐，并通过循环泵4和4’将其与米醋发酵罐连接，使含木醋杆菌的发酵液（其中种子液为4%（v/v），酒精浓度为3%（v/v））以15ml/min的流速循环流动在第二发酵罐和米醋发酵罐中循环流动，进行有氧发酵，10天后，在米醋发酵罐中发酵得到米醋；并将第二发酵罐中的纤维载体取出，分离出其上附着的生物纤维素凝胶膜，分别用弱碱水和去离子水反复清洗、纯化后，再经过干燥和粉碎制得生物纤维素干粉产品。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。