本发明属于发酵法生产细菌纤维素后对纤维素纯化领域，具体涉及一种高效快速去除细菌纤维素中培养基和菌体细胞的方法。
背景技术：
细菌纤维素(bacterialcellulose,bc)是由可产生细菌纤维素的微生物生合成所产生，由可产生细菌纤维素的微生物发酵而得的细菌纤维素原料，经适当处理后可得具有微细孔洞、高亲水能力、高机械强度以及极高生物兼容性(biocompatibility)等特性的生物纤维素膜，使生物纤维素膜广泛应用于各领域中，例如工业领域的过滤膜、食品工业的膳食纤维以及生医领域的人工皮肤、人工血管等用途。
细菌纤维素从发现至今已有一百多年的历史，随着科技的进步，人们对细菌纤维素有了更为广泛和深入的认识，并发现了细菌纤维素众多优异的性能，这些性能包括：(1)细菌纤维素具有极高的化学纯度及结晶度。(2)细菌纤维素拥有较高的弹性模量、抗张强度及抗撕能力。(3)细菌纤维素具有很强的吸水性、复水性、透气透水性及热稳定性。(4)细菌纤维素具备良好的生物相容性及可降解性。(5)细菌纤维素具备很好的可塑性与发酵过程可调性。基于细菌纤维素以上众多的优异性能，细菌纤维素被广泛应用于食品工业、医用材料、造纸工业、日用品等领域。
对于细菌纤维素来说，由于细菌纤维素孔隙中含有大量的培养基以及菌体，纯化不合格不仅不能发挥细菌纤维素众多优异的性能，还可能会影响到细菌纤维素的开发应用，因此纯化是细菌纤维素应用的前提，但是细菌纤维素纯化方面目前并没有太多的研究。细菌纤维素可由细菌产生，在生产细菌纤维素的过程中，菌体细胞将会被包裹在细菌纤维素丝所形成的孔隙中并与纤维素丝相连，这对快速高效去除细菌纤维素中的菌体细胞提出了挑战，同时细菌纤维素的孔隙中含有大量的培养基。科学合理的纯化方法可以高效快速的得到高纯度的细菌纤维素。目前去除细菌纤维素中杂质的主要采用强碱浸泡法、加热煮沸法，目前的纯化方法虽然可以在一定程度上纯化细菌纤维素，但是存在着耗时长，或是纯化效率低的缺陷。
公开号cn105854953a的发明《一种细菌纤维素/钨酸铋复合薄膜的制备方法及所得产品和应用》公开了一种细菌纤维素/钨酸铋复合薄膜的制备方法及所得产品和应用，其公开细菌纤维素的纯化方式是：将细菌纤维素先用水煮沸20～60min，然后在浓度为0.1～0.5mol/l的naoh溶液中煮沸10～30min。实验证实，高温煮沸纯化发酵所产的细菌纤维素的能力有限，且耗时很长，在蒸煮过程中过程还会产生大量异味，污染空气。
公开号cn106591393a的发明《一种高性能细菌纤维素及其可控制备方法与应用》公开的细菌纤维素的提取：过滤收集细菌纤维素凝胶，用蒸馏水反复冲洗除去培养基；用naoh热水浴浸泡以去除残存的菌体和培养基，洗涤至中性，干燥，得到细菌纤维素，冷藏待用。实验证实，naoh热水浴浸泡可以在一定纯度上缩短发酵所产的细菌纤维素的纯化时间，但是纯化效果具有一定的局限性。
公开号cn103806130a、公开日为20140521的发明《一种细菌纤维素基纳米活性炭纤维的制备方法》公开的的纯化处理是指，细菌纤维素经10～20wt％的氢氧化钠水溶液高温蒸煮10～30min。经细菌发酵的细菌纤维素原材料中有大量的细菌残留体，这些残留物将材料在碳化、活化的过程中形成局部缺陷，严重影响得到的纳米活性炭纤维的多孔孔径以及三维网络结构。氢氧化钠溶液蒸煮能够彻底去除菌体蛋白和粘附在纤维素膜上的残余培养基，保证细菌纤维素材料的纤维素高纯度。同时，氢氧化钠在后续的活化处理中可以起到一定的活化作用。实验证实，碱溶液高温煮沸纯化发酵所产的细菌纤维素的能力有限，且耗时很长，在纯化过程还会产生大量异味，污染空气。
纯粹的强碱浸泡法不能彻底去除纤维素中的菌体细胞且处理周期长，以直径为10±0.5cm，厚度为0.8±0.05cm的细菌纤维膜为例，强碱可以裂解细胞，常温下用0.1mol/l的氢氧化钠溶液浸泡去除细菌纤维素中菌体细胞大概需要140h-160h，但是得到的纯化后的细菌纤维素膜并不纯净。煮沸法不能将细菌纤维素中的菌体细胞及培养基去除，且会造成膜的颜色加深，并产生大量异味，对空气造成污染。
超声波能够引起质点振动,并能产生声空化，在空化气泡突然闭合时发出的冲击波可在其周围产生上千个大气压力,对污层造成直接反复冲击,一方面破坏污物与清洗件的吸附,另一方面也会引起污物层的破坏而脱离清洗件并使它们分散到清洗液中。气泡的振动也能对固体表面进行擦洗。气泡还能“钻入”裂缝中做振动,使污物脱落。空化气泡在振动过程中会使液体本身产生环流,，它可使振动气泡表面存在很高的速度梯度和粘滞应力,促使清洗件中污物破坏和脱落,超声空化在固体和液体表面上所产生的高速微射流能够除去或削弱边界污层,腐蚀固体表面,增加搅拌作用,加速污物的溶解或脱落,强化清洗剂的清洗作用。此外,超声振动在清洗液中引起质点很大的振动速度和加速度,亦使污物受到频繁而激烈的冲击，来提高清洗的工作效率。因为在清洗方面的优异表现，超声波常被用于机械零部件的清洗、光学零部件的清洗、各种玻璃瓶子及器皿的清洗、各种印章的清洗、贵重金属的清洗等，达到其它清洗手段难以达到的目的。
技术实现要素：
本发明的目的是为实验室及工厂提供一种高效快速纯化细菌纤维素的方法，能够快捷高效快速地去除细菌纤维素中的菌体细胞、培养基，以节约细菌纤维素后处理时间，提高细菌纤维素的纯化效果，并提高相应设备的利用率。
为实现上述目的，本发明提供一种高效快速纯化细菌纤维素的方法，包括以下步骤：
将发酵培养基中的细菌纤维素取出，用去离子水洗涤2-5次，以洗去细菌纤维素表面的培养基；
将水洗后的细菌纤维素置于合适的容器中，容器的形状视纤维素的形状而定，以方便纯化为目的，并向容器中加入0.05mol/l-0.25mol/l强碱溶液，碱液体积与水洗后细菌纤维素质量的比不小于3：1，将盛有纤维素及强碱溶液的容器置于超声波清洗器中；
较佳的，碱液体积与水洗后细菌纤维素质量的比为3-10：1；
打开超声波清洗器，设置温度参数，温度参数范围为25℃-85℃。设置功率参数，功率参数范围为200w-1500w进行清洗纯化，在清洗的过程中更换强碱溶液2-5次，直至细菌纤维素全部清洗为乳白色；
将碱洗后的细菌纤维素用酸溶液处理，处理过程中使用磁力搅拌器室温下搅拌10min-60min，然后用去离子水将纤维素洗涤至中性；
较佳的，所述酸溶液浓度为0.1mol/l-0.2mol/l。
有益效果
(1)本发明采用超声波与特定浓度的碱液结合，并采用特定的工艺条件，对细菌纤维素进行纯化。分子的热运动随温度的升高而加剧，在25℃-85℃范围内，温度的升高可以增强纤维素网状中的培养基与纯化液之间物质交换且不产生异味，进而缩短了细菌纤维素的纯化时间。
本发明能够完全去除细菌纤维素中的菌体细胞；与现有技术相比，达到相同的纯化效果本发明用时缩短2-5倍；
(2)本发明既可以用于实验室，也可以用于企业，尤其适用于大批量去除细菌纤维素中的菌体细胞；
(3)本发明方法成本低，且高效快速省时。
附图说明
图1为细菌纤维素经本发明纯化方法，在0.1mol/l氢氧化钠30℃，400w超声波条件下处理48h后的照片；
图2为细菌纤维素经本发明纯化方法，在0.1mol/l氢氧化钠30℃，400w超声波条件下处理48h后的效果图；
图3为细菌纤维素，在0.1mol/l氢氧化钠30℃，处理48h后的照片；
图4为细菌纤维素，在0.1mol/l氢氧化钠30℃，处理48h后的效果图；
图5为细菌纤维素经去离子水，在30℃，400w超声波条件下处理48h后的照片；
图6为细菌纤维素经去离子水，在30℃，400w超声波条件下处理48h后的效果图；
图7为细菌纤维素，在0.1mol/l氢氧化钠30℃，处理140h后的照片；
图8为细菌纤维素，在0.1mol/l氢氧化钠30℃，处理140h后的效果图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
高效快速纯化细菌纤维素的方法，包括以下步骤:
第一步，将细菌纤维素从发酵培养基中取出，然后用去离子水洗涤2次，以去除细菌纤维素表面的培养基及菌体，称得水洗后纤维素质量为60g。
第二步，将第一步所得的细菌纤维素放入烧杯中，并向烧杯中加入300ml0.1mol/l的氢氧化钠溶液，将烧杯放入超声波清洗器中。
第三步，打开超声波清洗器，设置温度参数为30℃，功率参数为400w进行超声，更换3次氢氧化钠强碱溶液。直至纤维素全部为乳白色。
第四步，将第三步所得的产物用0.1mol/l的醋酸溶液处理，处理过程中使用磁力搅拌器搅拌18min，然后用去离子水洗涤至中性。
结果：细菌纤维素纯化用时不超过48小时，清洗后纤维素颜色为乳白色。
实施例2：
高效快速纯化细菌纤维素的方法，包括以下步骤:
第一步，将细菌纤维素从发酵培养基中取出，然后用去离子水洗涤3次，以去除细菌纤维素表面的培养基及菌体，称得水洗后纤维素质量为60g。
第二步，将第一步所得的细菌纤维素放入烧杯中，并向烧杯中加入300ml0.15mol/l的氢氧化钠溶液，将烧杯放入超声波清洗器中。
第三步，打开超声波清洗器，设置温度参数为50℃，功率参数为500w进行超声清洗纯化，清洗过程中更换3次氢氧化钠强碱溶液。直至纤维素为乳白色。
第四步，将第三步所得的产物用0.1mol/l的醋酸溶液处理，处理过程中使用磁力搅拌器搅拌10min，然后用去离子水洗涤至中性。
结果：细菌纤维素纯化用时不超过44小时，纯化后纤维素颜色为乳白色。
实施例3：
高效快速纯化细菌纤维素的方法，包括以下步骤:
第一步，将细菌纤维素从发酵培养基中取出，然后用去离子水洗涤3次，以去除细菌纤维素表面的培养基及菌体，称得水洗后纤维素质量为60g。
第二步，将第一步所得的细菌纤维素放入烧杯中，并向烧杯中加入350ml0.2mol/l的氢氧化钠溶液，将烧杯放入超声波清洗器中。
第三步，打开超声波清洗器，设置温度参数为60℃，功率参数为700w进行超声清洗纯化，清洗过程中更换3次氢氧化钠强碱溶液。直至纤维素为乳白色。
第四步，将第三步所得的产物用0.2mol/l的醋酸溶液处理，处理过程中使用磁力搅拌器搅拌60min，然后用去离子水洗涤至中性。
结果：该工艺下将细菌纤维素纯化用时不超过35小时，纯化后纤维素颜色为乳白色。
实施例4：
高效快速纯化细菌纤维素的方法，包括以下步骤:
第一步，将细菌纤维素从发酵三角瓶中取出，然后用去离子水洗涤2次，以去除细菌纤维素表面的培养基及菌体，称得水洗后纤维素质量为60g。
第二步，将第一步所得的细菌纤维素放入烧杯中，并向烧杯中加入180ml0.25mol/l的氢氧化钠溶液，将烧杯放入超声波清洗器中。
第三步，打开超声波清洗器，设置温度参数为85℃，功率参数为200w进行超声清洗纯化，更换4次氢氧化钠强碱溶液。直至纤维素全部为乳白色。
第四步，将第三步所得的产物用0.15mol/l的醋酸溶液处理，处理过程中使用磁力搅拌器搅拌25min，然后用去离子水洗涤至中性。
结果：该工艺下将细菌纤维素纯化用时不超过30小时，纯化后纤维素颜色为乳白色。
实施例5：
高效快速纯化细菌纤维素的方法，包括以下步骤:
第一步，将纤维素从发酵培养基中取出，然后用去离子水洗涤5次，以去除细菌纤维素表面的培养基及菌体，称得水洗后纤维素质量为60g。
第二步，将第一步所得的细菌纤维素放入烧杯中，并向烧杯中加入600ml0.05mol/l的氢氧化钠溶液，将烧杯放入超声波清洗器中。
第三步，打开超声波清洗器，设置温度参数为25℃，功率参数为1500w进行超声清洗纯化，更换3次氢氧化钠强碱溶液，纯化至纤维素为乳白色。
第四步，将第三步所得的产物用0.1mol/l的醋酸溶液处理处理过程中使用磁力搅拌器搅拌40min，然后用去离子水洗涤至中性。
结果：该工艺下将细菌纤维素纯化用时不超过40小时，纯化后纤维素颜色为乳白色。
试验例
以0.1mol/l氢氧化钠为例，将本发明纯化方法与常规碱洗、超声波去离子水纯化进行比较；
将发酵培养基中的细菌纤维素取出，用去离子水洗涤后，取相同质量的细菌纤维素进行如下试验；
试验1.将水洗后的细菌纤维素置于容器中，并向容器中加入0.1mol/l的氢氧化钠溶液，碱液体积与纤维素质量的比为6：1，将盛有纤维素强碱溶液的容器置于超声波清洗器中；
打开超声波清洗器，30℃，400w清洗48h；
将碱洗后的细菌纤维素用酸溶液处理，处理过程中使用磁力搅拌器搅拌40min，然后用去离子水洗涤至中性。
细菌纤维素纯化后的效果见附图1、2。
试验2.将水洗后的细菌纤维素置于容器中，并向容器中加入0.1mol/l的氢氧化钠溶液，碱液体积与纤维素质量的比为6：1，30℃，浸泡清洗48h；
将碱洗后的细菌纤维素用酸溶液处理，处理过程中使用磁力搅拌器搅拌40min，然后用去离子水洗涤至中性。
细菌纤维素纯化后的效果见附图3、4。
试验3.将水洗后的细菌纤维素置于容器中，并向容器中加入去离子水，去离子水体积与纤维素质量的比为6：1，将盛有纤维素和去离子水的容器置于超声波清洗器中；
打开超声波清洗器，30℃，400w清洗48h。
细菌纤维素纯化后的效果见附图5、6。
试验4.将水洗后的细菌纤维素置于容器中，并向容器中加入0.1mol/l的氢氧化钠溶液，碱液体积与纤维素质量的比为6：1，30℃清洗140h；
将碱洗后的细菌纤维素用酸溶液处理，处理过程中使用磁力搅拌器搅拌40min，然后用去离子水洗涤至中性。
细菌纤维素纯化后的效果见附图7、8。
细菌纤维素纯化后的效果见附图，将各附图进行比较，可以得到如下结论：同样温度下清洗48h，本发明纯化方法得到的细菌纤维素最纯净，杂质最少，颜色最好。单纯用同样浓度的碱液纯化，达到与本发明近似的效果，需要长时间浸泡清洗至少140h以上。