一种细菌纤维素泡沫发酵方法技术

本发明专利技术提供了一种细菌纤维素泡沫发酵方法，包括：将发酵菌种接种到发酵液中发泡；收集泡沫，静置发酵，即得；所述发酵液中含有发泡剂和稳泡剂。将较少培养基形成均匀稳定的泡沫，使各处的培养基都在气液表面，充分利用培养基的营养成分，既提高了培养基的利用率，又缩短了达到发酵终点的时间。步骤简单、操作方便、实用性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微生物发酵领域，特别涉及一种细菌纤维素泡沫发酵方法。
技术介绍
细菌纤维素就是除植物纤维素之外的另一类由微生物发酵合成的天然无毒的纳米材料，也叫微生物纤维素。细菌纤维素的化学结构与普通纤维素一样，但却有着普通纤维素无法比拟的优越特性。细菌纤维素属于纳米级纤维，是目前天然纤维中最细的，一根典型的细菌纤维束宽度仅有0.1μm，而针叶木浆纤维的宽度至少有30μm，即使棉花纤维的宽度也约为15μm，而且细菌纤维素是以100％纤维素的形式存在，纯度极高，并且具有良好的通透性、高抗张强度及极佳的性状维持能力等特性。现在，细菌纤维素还被广泛应用于人工皮肤、纱布、绷带和“创口贴”等外科敷料商品。未来，细菌纤维素将被应用于造纸、纺织、电池隔膜、滤材等领域。细菌纤维素未能实现产业化的技术障碍主要有：1、发酵水平较低，产量低、成本高、价格不抵普通植物纤维素；2、进一步研究和利用细菌纤维素的成模和成型的工艺技术还没有解决。特别是在造纸纺织等领域添加细菌纤维素时，是先将细菌纤维素疏解开成为混悬液再添加到其他原料中(如纸浆、玻璃纤维等)，这样不可避免地造成添加的细菌纤维素断裂，影响整体性能，并且细菌纤维素的添加量其实是很小的(比如造纸时添加0.5％-2％即可提高纸张的性能，当添加量大时反而影响纸张本身的功能)。对于发酵产生细菌纤维素的菌种，有着独特的特性。它们极度好氧，静止状态下总是在气液表面生长，同时菌体分泌的纤维素在气液表面下方形成纤维素膜，在菌种与培养液之间形成阻隔，这种方式不利于培养基的充分利用和生产效率的提高。
技术实现思路
为了克服上述不足，本专利技术提供一种泡沫发酵方法，在较少培养基上形成均匀稳定的泡沫，使各处的培养基都在气液表面，该方法发酵成的纤维素骨架具有巨大的空隙，添加其他原料后，纤维素束是连续不断的，例如：添加纸浆后，整张纸中的每一根细菌纤维素束基本都是从头到尾贯穿的，完美地保存了细菌纤维素的特性。同时，泡沫发酵的时间短、周转快，材料应用前景广阔。现有技术认为泡沫会影响菌的呼吸，引起染菌、占据空间导致原料溢出，因此在发酵过 程中尽量避免泡沫的产生。本专利技术中泡沫的存在确实会影响气体交换，但是在短时间内氧气没有消耗殆尽，增加气液接触面积可以加快培养基的转化利用，可迅速形成一个稀疏松散的纤维素三维骨架，构建出空隙很大的细菌纤维素骨架，进而保证添加其他原料后，纤维素束仍是连续不断的，保证了产品具有较优的结构强度。另一方面，菌种本身抗杂菌污染能力很强，配以现有的蒸汽处理或净化车间完全能够排除杂菌干扰的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种细菌纤维素产品，所述细菌纤维素产品为三维网络骨架结构，所述骨架结构中网络间的空隙宽度大于1mm。本专利技术中，所述的三维网络骨架结构可以是一种类似于海绵的三维基体材料。液体静置发酵的细菌纤维素膜的空隙在几微米左右，泡沫发酵的纤维素产品的空隙可达几毫米，方便了后续在纤维素空隙中均匀添加其他功能性的物质然后压平成膜，如添加其他植物纤维来制作韧性和抗拉力极好的特种纸张、添加银单质来制作抗菌的纤维素膜、甚至添加药物制作缓释性的制剂。本专利技术中“泡沫发酵”是指：“在细菌发酵培养过程中产生大量的、稳定的气泡，使各处的培养基都在气液表面。”一种细菌纤维素泡沫发酵方法，包括：将发酵菌种接种到发酵液中，使发酵液发泡；收集泡沫，静置发酵，即得；所述发酵液中含有发泡剂A和稳泡剂B。本专利技术中的发泡剂和稳泡剂优选为以下种类，但并不局限于下述的种类，一般而言，只要可以满足发酵液中发酵气泡的物质，皆可用于本专利技术的方法。优选的，所述发泡剂A为烷基醇聚氧乙烯醚AEO、烷基酚聚氧乙烯醚APEO、酰胺型：月桂酰二乙醇胺、聚氧乙烯月桂酰胺、椰油酰二乙醇胺、十二烷基铵基丙酸内盐、十二烷基二甲基甜菜碱、十二烷基二甲基磺基甜菜碱或月桂酰胺丙基甜菜碱(LMB)中的至少一种；优选的，所述稳泡剂B为聚乙烯醇(PVA)、羟乙基纤维素(HEC)、羧甲基纤维素(CMC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、甲基纤维素、改性淀粉、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚氧乙烯脂肪酰醇胺、合成龙胶、明胶、阿拉伯胶或氧化烷基二甲基胺(OA)中的至少一种。液体表面张力的大小直接影响气泡的形成，表面张力越低，其气泡就越容易形成。本专利技术选用醚型、酰胺型、氨基酸型及甜菜碱型发泡剂能提高溶液的起泡能力和发泡倍数，但该类发泡剂的泡沫稳定时间短，这样泡沫会在细菌分泌纤维素前破灭。为此，本专利技术采用增粘 性稳定剂或高分子类稳泡剂，提高液膜的粘弹性，改善泡沫的稳定时间的同时，使发泡倍数不受太大影响。当发泡剂的质量分数大于5％时，发酵过程的气体交换量减少，菌体呼吸受到抑制；当发泡剂的质量分数小于1％时，气泡的产生量太少，细菌纤维产品空隙宽度小、韧性差。当稳泡剂的质量分数大于10％时，液膜的粘弹性过大，不利于纤维素在泡沫表面的生长；当稳泡剂的质量分数小于2％时，气泡存在时间较短、泡沫易在细菌分泌纤维素前破灭，纤维素较短。因此，本专利技术的发酵液中优选的发泡剂的质量分数为1～5％，稳泡剂的质量分数为2～10％。当通风量大于1：1.2m3/m3min，溶解氧含量提升不明显，泡沫的稳定性较差。当通风量小于1：0.6m3/m3min时，溶解氧含量较低，细菌的呼吸受到抑制，泡沫的产量较低。因此，为了保证足够的气液接触时间和溶解氧存在，本专利技术中优选的通风量为1：0.6～1.2m3/m3min。优选的，所述静止发酵的条件为25～30℃下发酵10-12h；优选的，所述发酵菌种的制备方法包括：菌种的活化、接种、菌体扩增；本专利技术还提供了一种较优的细菌纤维素泡沫发酵方法，包括：1)菌种的准备。取-80℃保存的菌种，转移-20℃放置12h，转移4℃放置约2-4h直到全部溶化。2)取1ml菌液接种到150ml种子培养液中，28℃培养24h，成为一级种子液。3)取一级种子液接种到500ml发酵液中，目的是进行菌体扩增，发酵液与种子培养液的配方是不同的。30℃培养18～24h。4)发酵液中加入1％发泡剂A和2％稳泡剂B，在500ml密闭瓶中充分混合。5)将发酵液倒入起泡筒，起泡筒是一个可高温灭菌的PE桶，底部有进气口，顶部出口狭窄，整体形状类似纯净水桶，通过持续的泵入空气，使发酵液上方起泡，将泡沫转移到发酵盘中，进行静置发酵，28℃，10-12h。本专利技术中发酵液、种子培养液的配制方法采用本领域的常规配制方法即可。例如：中国专利CN201110063655.X中所述的多种配方。本专利技术还提供了一种用于细菌纤维素发泡发酵的发酵液，由如下重量百分比的原料组成：发泡剂1～5％，稳泡剂2～10％；余为发酵液。一种用于细菌纤维素发泡发酵的装置，包括：中空腔体；所述腔体的顶部设置有气泡排出装置；所述腔体的底端设置有进气装置。本专利技术的中空腔体为发酵液的发泡提供了场所和空间，使用时，将扩增后菌体和发酵液、发泡物质一起注入到中空腔体中，同时通过进气装置为细菌发酵发泡提供必要的气体，待菌体发酵的一定程度后，腔体内产生大量气泡，此时，再将气泡通过气泡排出装置导出，优选的方案为导出到发酵浅盘上，对菌体继续进行静止发泡。在腔体的底端设置进气装置，顶端设置气泡排出装置，最大化的保证气体与发酵液充分混合，同时便于气泡的及时排本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种细菌纤维素产品，其特征在于，所述细菌纤维素产品为三维网络骨架结构，所述骨架结构中网络间的空隙宽度大于1mm。

【技术特征摘要】
1.一种细菌纤维素产品，其特征在于，所述细菌纤维素产品为三维网络骨架结构，所述骨架结构中网络间的空隙宽度大于1mm。2.一种细菌纤维素泡沫发酵方法，其特征在于，包括：将发酵菌种接种到发酵液中，使发酵液发泡；收集泡沫，静置发酵，即得。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发酵液中含有发泡剂和稳泡剂。4.如权利要求2上述的方法，其特征在于，所述发泡剂为烷基醇聚氧乙烯醚AEO、烷基酚聚氧乙烯醚APEO、酰胺型：月桂酰二乙醇胺、聚氧乙烯月桂酰胺、椰油酰二乙醇胺、十二烷基铵基丙酸内盐、十二烷基二甲基甜菜碱、十二烷基二甲基磺基甜菜碱或月桂酰胺丙基甜菜碱(LMB)中的至少一种；所述稳泡剂为聚乙烯醇(PVA)、羟乙基纤维素(HEC)、羧甲基纤维素(CMC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、甲基纤维素、改性淀粉、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚氧乙烯脂肪酰醇胺、合成龙胶、明胶、阿拉伯胶或氧化烷基二甲基胺(OA)中的至少一种。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发酵液中，发泡剂的质量分数为1～5％，稳泡剂的质量分数为2～10％；或所述发泡处...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚明，刘景君，孔蕊，刘凯，
申请(专利权)人：山东纳美德生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37