一种细菌纤维素多片膜培养反应器及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于微生物发酵技术领域，具体涉及一种细菌纤维素多片膜培养反应器及其应用。
【背景技术】
[0002]细菌纤维素与天然纤维素相比，具有许多独特的性质与优点:(I)细菌纤维素是一种“纯纤维素”，有高化学纯度和高结晶度；(2)具有很强的持水能力；(3)具有较高的生物适应性，在自然界可直接降解，不污染环境；(4)纤维直径在0.01?0.1微米之间，纤维模数为一般纤维的数倍至十倍以上，抗拉强度高；(5)生物合成时具有可调控性；(6)可利用广泛的基质进行生产；(7)具有很强的亲水性，粘稠性和稳定性。上述特性使其在造纸、医药、化妆品行业、生物医学工程和食品工业中具有广泛的应用前景。
[0003]现有细菌纤维素的培养方式主要包括静置培养和搅拌通气培养。静置培养时细菌纤维素在发酵液表面出产生一层凝胶膜，静置培养合成细菌纤维素可通过一步法或二步法实现，一步法指培养基接种后直接静置培养；而二步法指先通过通气培养获得大量生长良好、活力高的菌种，然后进行静置培养。
[0004]静置培养得到的纤维素膜可灭菌、多孔、有弹性、与皮肤相容性好、可提供液体到干燥的基质，现已用于制成人造皮肤、纱布、绷带等伤口敷料。此外，鉴于其独特的三维网络结构，细菌纤维素已经被开发研制成面贴膜基料。这些应用要求细菌纤维素具有一定的厚度。为获得单片细菌纤维素薄膜，主要采用两种方法，一种为将获得的厚度超过2cm的细菌纤维素膜切片形成薄膜，然而通过切片获得的细菌纤维素薄膜存在大量刀痕，且成品率低，影响使用效果；另一种则是在发酵一段时间以后，定期取出细菌纤维素薄膜片，这种方法制备的细菌纤维素膜产量低，且操作过程易染菌。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种细菌纤维素多片膜培养反应器，在反应器中静置培养细菌纤维素，在细菌纤维素膜生长至理想厚度后，将下层发酵液栗至细菌纤维素膜上，继续发酵，此外还可在反应器中碳源耗尽时，通过栗及时补料，发酵过程灵活可控。静态培养的产量受S/V比(面积/体积比)影响，因盛放培养液的容器的表面积一定，随凝胶膜厚度的增加，溶氧变小，抑制菌体产纤维素。本发明通过设计该反应器，能实现多片细菌纤维素膜的叠加生长，提高了细菌纤维素的产出率，已生长的细菌纤维素膜不需要取出，会沉降至液面以下，降低了过程的染菌风险，此项发明为细菌纤维素单片薄膜工业化生产提供了基础。
[0006]实现本发明目的的技术方案为:一种细菌纤维素多片膜培养反应器，包括主体容器和盖体，主体容器的高度依据需要设定，主体容器的容器口段为半圆形突出，所述主体容器的容器口段为主体容器与盖体的接触部分，以提高反应器与外界的气体交换。主体容器的侧壁的上下部分各有一个开口，上开口用于发酵液栗入，下开口用于发酵液栗出，上下开口通过软管连接蠕动栗，连接下开口的软管上设有截止阀。主体容器的上下开口之间设有多孔隔层，隔层固定在隔层支架上，隔层均匀分布孔洞，隔层主要用于发酵液栗入后能均匀洒落至反应器中发酵液表面。
[0007]进一步地，所述蠕动栗还通过软管连接补料瓶，软管上设有截止阀，在容器中发酵液耗尽时，可通过蠕动栗向容器内补加发酵液，有效提高细菌纤维素的生产效率。
[0008]本发明还提供一种利用细菌纤维素多片膜培养反应器制备细菌纤维素多片膜的方法，首先将细菌纤维素产生菌进行种子扩增培养，然后接种至含有发酵液的细菌纤维素多片膜培养反应器中进行发酵，待液体表面形成细菌纤维素薄膜后，将下层发酵液或补料瓶中的发酵液栗至细菌纤维素薄膜上层，重复上述栗入或补料步骤，直至不再形成细菌纤维素膜，最后纯化获得的细菌纤维素膜。
[0009]—种细菌纤维素多片膜的制备方法，具体步骤如下:
[0010]步骤I，将细菌纤维素产生菌进行种子扩增培养；
[0011]步骤2，配制发酵液，然后接种种子溶液，在细菌纤维素多片膜培养反应器中进行静态培养；
[0012]步骤3，待液体表面形成细菌纤维素薄膜后，将下层发酵液或补料瓶中的发酵液栗至细菌纤维素薄膜的上层；
[0013]步骤4，重复步骤3，直至不再形成细菌纤维素膜或液面高度达到多孔隔层；
[0014]步骤5，纯化获得的细菌纤维素膜。
[0015]进一步地，本发明提供的一种细菌纤维素多片膜的制备方法，具体步骤如下:
[0016]步骤I，将细菌纤维素产生菌进行种子扩增培养；
[0017]步骤2，配制发酵液，然后接种种子溶液，在细菌纤维素多片膜培养反应器中进行静态培养；
[0018]步骤3，待液体表面形成细菌纤维素薄膜后，将下层发酵液栗至细菌纤维素薄膜的上层；
[0019]步骤4，重复步骤3，直至不再形成细菌纤维素膜；
[0020]步骤5，将补料瓶中的发酵液栗至细菌纤维素薄膜的上层，继续静态培养；
[0021]步骤6，重复步骤5，直至液面高度达到多孔隔层；
[0022]步骤7，纯化获得的细菌纤维素膜。
[0023]与现有技术相比，本发明的有益效果为:本发明的反应器能实现在同一反应器中获得多片纤维素膜，节约空间并充分利用了发酵液，提高了细菌纤维素膜的生产率。同时，已生长的细菌纤维素膜无需取出，降低了操作过程的染菌风险。
【附图说明】
[0024]图1为本发明的细菌纤维素多片膜培养反应器的结构示意图。
[0025]图2为本发明的连接有补料瓶的细菌纤维素多片膜培养反应器的结构示意图。
[0026]图3为主体容器的纵截面图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例和附图，对本发明作进一步详细说明。
[0028]附图1、附图2和附图3中，I为侧壁上开口，2为侧壁下开口，3为软管，4为截止阀，5为蠕动栗，6为隔层支架，7为多孔隔层，8为容器口段，9为盖体，10为主体容器，11为补料瓶。
[0029]参照附图1、附图2和附图3，一种细菌纤维素多片膜培养反应器，包括主体容器
(10)和盖体(9)，主体容器的高度依据需要设定，主体容器的容器口段(8)为半圆形突出，所述的主体容器的容器口段为主体容器与盖体的接触部分，半圆形突出可提高反应器与外界的气体交换。主体容器的侧壁的上下部分各有一个开口，上开口(I)用于发酵液栗入，下开口(2)用于发酵液栗出，上下开口通过软管(3)连接蠕动栗(5)，连接下开口的软管上设有截止阀(4)，主体容器的上下开口之间设有多孔隔层(7)，隔层(7)固定在隔层支架(6)上，隔层均匀分布孔洞，隔层主要用于发酵液栗入后能均匀洒落至反应器中发酵液表面，进一步地，蠕动栗(5)还可通过软管(3)连接补料瓶(11)，软管(3)上设有截止阀(4)，在容器中发酵液耗尽时，可通过蠕动栗向容器内补加发酵液。
[0030]本发明的细菌纤维素多片膜培养反应器的应用过程如下:首先将细菌纤维素产生菌进行种子扩增培养，然后接种至含有发酵液的细菌纤维素多片膜培养反应器中进行发酵，待液体表面形成细菌纤维素薄膜后，将下层发酵液栗至细菌纤维素薄膜上层，重复上述栗入步骤，直至不再形成细菌纤维素膜，最后纯化获得的细菌纤维素膜，或者在不再形成细菌纤维素膜后，将补料瓶中的发酵液栗至细菌纤维素薄膜的上层，重复补料步骤，直至液面高度达到多孔隔层，最后纯化获得的细菌纤维素膜。
[0031]利用本发明的细菌纤维素多片膜培养反应器制备多片细菌纤维素膜的方法，具体步骤如下:
[0032]步骤1，将木醋杆菌在温度为25-32°C，摇床转速为90-250rpm条件下进行种子扩增培养，培养6-72h ;
[0033]步骤2，配制发酵液，高压蒸汽灭菌后，冷却至室温；
[0034]步骤3，将细菌纤维素多片膜培养反应器高压蒸汽灭菌后，加入发酵液，接种2-20% (v/v)种子液，静态培养；
[0035]步骤4，静态培养12-36小时后，发酵液表面形成一层薄的细菌纤维素凝胶膜，通过蠕动栗将下层发酵液或补料瓶中的发酵液栗至细菌纤维素膜的表面，继续静置培养；
[0036]步骤5，重复步骤4，直至不再形成细菌纤维素膜或液面高度达到多孔隔层；
[0037]步骤6，将步骤5获得的膜浸泡在含质量分数1_10%。(w/v)的NaOH、1-10% (v/v)的H2O2溶液中，在70-100°C条件下水浴0.5-3.0小时，去除残留的细菌及发酵液；
[0038]步骤7，用流动的去离子水冲洗细菌纤维素膜至中性，即得纯净的细菌纤维素膜。
[0039]进一步地，上述的利用本发明的细菌纤维素多片膜培养反应器制备多片细菌纤维素膜的方法，经步骤5直至不再