专利名称：土豆废渣培养基的制作方法
技术领域：
本发明涉及微生物领域，特别涉及废物再利用制备的培养基。
背景技术：
土豆是一种分布广泛，适应性强，产量高的易栽培作物，除了作为粮食之外，土豆主要用于淀粉加工。利用土豆每生产一吨淀粉将会产生7. 5吨土豆废渣。土豆废渣中主要含有蛋白质、氨基酸及少量糖类物质，是可回收利用的资源。目前，土豆废渣可回收用于生产酒精、饲料、可降解塑料及提取果胶和制备膳食纤维等。但是，在回收利用中，土豆废渣常常面临如下问题1) 土豆废渣粘性高，不易固液分离；2)回收前对土豆废渣的灭菌费时费钱。细菌纤维素是除植物纤维素之外的另一类纤维素，为细菌合成的天然惰性材料， 细菌纤维素(bacterial cellulose，BC)具有优异的生物亲和性、生物相容性、生物适应性和良好的生物可降解性，是世界上公认的性能优异的新型生物学材料。目前对BC应用主要集中在高附加值的生物医用材料上，如组织工程支架、人造血管及人造皮肤等方面。 能够产生以细菌纤维素的细菌主要有Acetobacter ,Rhizobium, Agrobacterium和SarcinB 等，其中产量最高的为木醋杆菌，A^to如cter属革兰氏阴性(少数可变)；严格好氧，呼吸代谢从不发酵；传统观点认为乙醇、甘油和乳酸是最好的碳源。虽然木醋杆菌产量较高，但仍不能解决细菌纤维素生产成本居高不下的问题。《巴氏醋杆菌合成细菌纤维素的研究》一文中公开了用甘油加入培养基培养细菌纤维素的方法，通过正交试验筛选出 以7%的巴氏醋杆菌接种量在31 °C条件下培养，主要碳源为质量分数为3%的甘油，其细菌纤维素的最高产量为2. 326%。但是，该方法中采用了价格较高的牛肉膏和蛋白胨作为培养基的主要成分，且仅进行IOmL体系的小规模培养。众所周知，在微生物工程领域中，从小规模的实验筛选到中试规模以上的产业化生产，每个环节的条件都必须得到优化，其中，也包括培养基的优化，如未经优化，将小试实验条件机械地扩大于规模化生产，将面临PH值、温度及培养所需气体可控性问题导致的是无法实施的。另外，细菌纤维素的技术障碍主要在于发酵水平较低，产量低、成本高、价格不抵普通植物纤维素；二是进一步研究和利用细菌纤维素的成膜和成型的工艺技术还没有解决。如何提高纤维素产量，降低成本，寻找更廉价更好的细菌纤维素生产原料从而进一步提高其产量，仍将是细菌纤维素研究的基础。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种土豆培养液，该土豆培养液可充当木醋杆菌制备细菌纤维素的非主要碳源培养基成分，该培养基适用于细菌纤维素的大规模生产。为实现上述目的，本发明的技术方案为
土豆培养液，取土豆加水在80-100°C条件下加温不低于1小时，使土豆和蒸馏水的质量比为2-11 50，调节pH值至4. 0-7. 5后得土豆培养液。进一步，所述土豆为制备土豆淀粉所剩下的部分，即土豆废渣；
3进一步，所述土豆培养液的PH值为6. 8。本发明的目的之二在于提供一种细菌纤维素的培养基，该培养基成本低廉，适用于大规模的制备细菌纤维素。为实现上述目的，本发明的技术方案为
含有所述的土豆培养液的培养基，所述培养基中含有土豆培养液和甘油，所述甘油和土豆培养液中的土豆的质量比为2-13:20-110。进一步，所述培养基由土豆培养液、甘油、K2HPO4和酵母膏组成，所述土豆培养液中的土豆与甘油、K2HPO4和酵母膏的质量比为40-220 4-26 1_5 3_14，并将pH调至 5. 0-7. 5，得所述含有土豆培养液的培养基。进一步，所述培养基由土豆培养液、甘油、K2HPO4和酵母膏组成，所述土豆培养液中的土豆废渣与甘油、K2HPO4和酵母膏的质量比为 40-220 8 :38，并将pH调至6. 8，得所述含有土豆培养液的培养基。本发明的有益效果在于本发明首次将生产淀粉之后的土豆废渣作为培养基原料，用最为简单的方法对土豆废渣进行处理后得到用于培养细菌纤维素培养基，该培养基成本低廉，用于培养细菌纤维素收率高，本发明同时解决了土豆废渣的再利用问题。将土豆废渣培养液和甘油在一定的配比下联合用于培养细菌纤维素，其产率高，成本低，且可缩短培养时间。另外，本发明为细菌纤维素稳定的大规模细菌纤维素培养提供了重要条件。
具体实施例方式下述实施例中的木醋杆菌(gluconacetcAacter xylium)，购自中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，菌种编号为1. 2378。下述细菌纤维素冷冻干燥过程是将细菌纤维素平铺于冷冻干燥盘中，进行从-30°C —25°C逐级控温冷冻真空干燥，直至细菌纤维素完全干燥。冷冻干燥法利用深低温冷冻方法使细菌纤维素湿膜内的水变为固态，然后在真空冷冻干燥机内，利用控制其真空度的方法，使膜内固态的水升华。并用冷凝方法捕获并冷凝升华的水汽，致使物质脱水干燥。真空冷冻干燥过程在极低的温度和高真空的条件下进行，对材料的热变性小，在最大限度上保持了材料的生物学活性。同时，在升华的过程中，不会破坏它的物理结构，化学结构的变化也很小，因此可以很好地保存细菌纤维素膜的三维网状结构。实施例1 土豆废渣的制备
本发明中所述土豆废渣为土豆鲜品提取淀粉后的剩余物。具体制备方法为取土豆， 清洗土豆表面的泥土，去掉石块和铁屑等异物。用粉碎机将洗净的土豆粉碎成糊浆至用手捻无颗粒感。适量的注入清水，加速土豆粕的流动，使淀粉和土豆粕更好的分离。将土豆粕用振动次数为130次/分，筛孔从前至后为30目、50目、60目、80目渐小的平筛过筛，淀粉流入筛下，土豆废渣从筛上流出，其湿度为75%。也可以采用其他方法分离土豆中的淀粉，进而获得土豆废渣。去土豆废渣在100°C (80°C也可)条件下加温1小时，得土豆废渣培养液。实施例2 土豆废渣培养液制备细菌纤维素 1细菌纤维素的制备木醋杆菌菌种接种于培养基中进行复苏培养，动态摇床培养，30°C，2-3天；将动态增菌后的BC发酵培养液，转移至浅盘中，300C，静态培养14天，得BC，为膜状。将培养所获得 BC放入90° C蒸馏水中恒温2小时，取出后用蒸馏水清洗2次；用沸腾的0.5 mol/L的NaOH 溶液煮15分钟；放入质量分数为1%的NaOH溶液中静置2天；放置在去离子水中浸泡至中性，得BC，为BC湿膜；将所述湿膜冷冻干燥保存，得BC，为BC干膜。2 土豆培养液
取土豆废渣加水在100°c条件下(80°C也可)加温1小时，得土豆培养液，土豆废渣和蒸馏水的质量比(土豆废渣浓度)、酸碱度及产率详见表1。表1 土豆废渣原料制备细菌纤维素膜
土豆废渣浓度(%)PH纤维素膜湿重均数(g/L)纤维素膜干重均数(g/L)45. 028. 53. 046. 829. 453. 1226. 831. 63. 3227. 528. 53. 0
土豆废渣传统的再利用方式为生产酒精、饲料、可降解塑料及提取果胶和制备膳食纤维。但是，在上述回收利用的过程中，要么涉及土豆废渣粘性高，不易分离，要么涉及土豆废渣回收前既费时又费钱的灭菌工作，使产业化利用土豆废渣的项目并不多。本实施例为土豆废渣的再利用提供了新思路，可将土豆废渣在不添加其他原料的情况下直接用作培养基原料。虽然单独使用土豆废渣制备的土豆培养液，其细菌纤维素的产率并不高，但是，本实施例首次证实了土豆废渣可以充当细菌纤维素培养基成分。本实施例为生产细菌纤维素居高不下的培养基成本提供了新的解决方案。土豆废渣制备的土豆培养液和其他营养成分混合，可制备细菌纤维素专用培养基。另外，从逻辑上可以毫无疑义的得出土豆废渣为原料的土豆培养液具备充当木醋杆菌培养液制备细菌纤维素的能力的前提下，土豆也具备充当木醋杆菌培养液制备细菌纤维素的能力。
实施例3 土豆废渣甘油培养基
在实施例2中，采用单一的土豆废渣作培养基原料，其细菌纤维素的产率为3. 0-3. 3% ； 土豆废渣是将土豆中大部分淀粉提取后所剩的残渣，而细菌纤维素的生长是需要适量的碳源和氮源的，所以，如果能够在土豆废渣中补充适量的碳源，则可以提高细菌纤维素的产量。在进行碳源的筛选时，必须满足三个条件一是价格低廉，否则就丧失了废物再利用的低成本的优势；二是必须能够适应产业化的大规模生产，通过实验室规模的放大培养，依旧能保持菌群的稳定；三是产率高，如果土豆废渣和其他碳源的联合运用的产率(按生产成本计)小于或等于土豆淀粉本身的效果，则不能说明它产率高。
1细菌纤维素的制备
木醋杆菌菌种接种于培养基中进行复苏培养，动态摇床培养，30°C，3天；将动态增菌后的BC发酵培养液，转移至浅盘中，300C，静态培养7天，得BC，为膜状。将培养所获得BC 放入90° C蒸馏水中恒温2小时，取出后用蒸馏水清洗2次；用沸腾的0. 5 mol/L的NaOH 溶液煮15分钟；放入质量分数为1%的NaOH溶液中静置2天；放置在去离子水中浸泡至中性，得BC，为BC湿膜；将所述湿膜冷冻干燥处理并保存，得BC，为BC干膜。细菌纤维素的制备是在5L规模的培养罐中进行。
2 土豆培养液与甘油混合所得的培养基
本实施例中土豆培养液为实施例1所述的以土豆废渣为原料制备的土豆培养液。所述土豆培养液与甘油混合所得的培养基中，土豆废渣与甘油的质量比、培养基酸碱度及细菌纤维素产率详见表2。表2添加甘油的土豆废渣原料制备细菌纤维素膜
权利要求
1.土豆培养液，其特征在于取土豆加水在80-100°C条件下加温不低于1小时，使土豆和蒸馏水的质量比为2-11:50，调节pH值至4. 0-7. 5后得土豆培养液。
2.根据权利要求1所述的土豆培养液，其特征在于所述土豆为制备土豆淀粉后的剩余部分，即土豆废渣。
3.根据权利要求2所述的土豆培养液，其特征在于所述土豆培养液的pH值为6.8。
4.含有权利要求1-3任一项所述的土豆培养液的培养基，其特征在于所述培养基中含有土豆培养液和甘油，所述甘油和土豆培养液中的土豆的质量比为2-13:20-110。
5.根据权利要求4所述的培养基，其特征在于，所述培养基由土豆培养液、甘油、Κ2ΗΡ04 和酵母膏组成，所述土豆培养液中的土豆与甘油、K2HPO4和酵母膏的质量比为40-220 4-26 1-5 3-14，并将pH调至5. 0-7. 5，得所述含有土豆培养液的培养基。
6.根据权利要求5所述的培养基，其特征在于，所述培养基由土豆培养液、甘油、 K2HPO4和酵母膏组成，所述土豆培养液中的土豆废渣与甘油、K2HPO4和酵母膏的质量比为 40-220 8 :3:8，并将pH调至6. 8，得所述含有土豆培养液的培养基。
全文摘要
本发明涉及细菌纤维素培养基，细菌纤维素培养基为土豆培养液，具体为取土豆废渣加水在80-100℃条件下加温不低于1小时，使土豆和蒸馏水的质量比为2-11:50，得土豆培养液，所述土豆培养液的pH为4.0-7.5；另外，将甘油和土豆培养液混合，得培养液，所述甘油和土豆培养液中的土豆的质量比为2-13:20-110；本发明首次将生产淀粉之后的土豆废渣作为培养基原料，用最为简单的方法对土豆废渣进行处理后得到用于培养细菌纤维素培养基，该培养基成本低廉，收率高，同时解决了土豆废渣的再利用问题，培养时间短；另外，本发明为细菌纤维素稳定的大规模细菌纤维素培养提供了重要条件。
文档编号C12R1/02GK102337309SQ201110298679
公开日2012年2月1日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者吴力克 申请人:吴力克