本发明专利技术涉及一种阳离子溶液辅助制备细菌纤维素/NBSK气凝胶球的方法，包括：将木醋杆菌接种在液体种子培养基中，静态培养，得到种子液；将NBSK或改性NBSK和液体发酵培养基加入到锥形瓶中，pH调节至5.6‑7.0，进行灭菌处理；然后接种种子液，进行动态培养，得到细菌纤维素/NBSK水凝胶球，用氢氧化钠处理，洗涤，然后浸入到去离子水中，并滴加阳离子溶液，摇床反应，将体系的pH值调节至碱性，浸泡；取出后进行溶剂干燥，得到细菌纤维素/NBSK气凝胶球。本发明专利技术的方法不需要大型仪器，干燥时只需要普通的冷凝回流装置即可；制备细菌纤维素/NBSK气凝胶球的制成率可以达到50％‑65％。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纤维利用与微生物发酵领域，特别涉及一种阳离子溶液辅助制备细菌纤维素/NBSK气凝胶球的方法。
技术介绍
细菌纤维素是微生物在一定条件下发酵产生的柔性天然高分子材料，其纤维素含量高达99％，结晶度高，力学强度高，孔隙率高，比表面积大，持水性高，且具有三维纳米网络结构，是用于制备纤维素气凝胶的理想材料。目前已知能够合成细菌纤维素的共有9个菌属，其中产率最高的是木醋杆菌。细菌纤维素的发酵方式有动态培养和静态培养两种。静态培养条件下，细菌纤维素在液体培养基表面形成凝胶状膜；在动态培养的条件下，细菌纤维素以星形、球状等凝胶颗粒的形式分散在液体培养基里。用冷冻干燥、超临界二氧化碳干燥等方法处理细菌纤维素水凝胶，可以使其内部的三维纳米网络结构在很大程度上保存下来，获得细菌纤维素气凝胶。目前，研究者对采用细菌纤维素制备气凝胶的研究已取得了一定的成果，但这些研究都集中于静态发酵的细菌纤维素，而针对动态发酵的细菌纤维素的研究则较少。控制动态发酵的条件，可以获得粒径均匀、形态规则的球状细菌纤维素水凝胶颗粒，与静态发酵的细菌纤维素比，这种球状细菌纤维素具有更大的比表面积和孔隙率，更小的结晶度，在吸附，隔热，药物缓释等方法有独特的应用价值。但把这种球状水凝胶颗粒制备成气凝胶存在技术难点，即无论使用何种干燥方法，干燥后颗粒都会发生结构塌陷，无法使其均匀的球状外观和三维纳米结构较好的保存下来。在动态培养的发酵培养基中添加NBSK，可以制得NBSK纤维增强细菌纤维素复合球状水凝胶，即细菌纤维素/NBSK(Northern bleached softwood kraft)水凝胶。NBSK的增强作用大幅度减少了球状水凝胶在冷冻干燥、超临界二氧化碳干燥后发生结构塌陷的程度。因此，采用冷冻干燥和超临界二氧化碳干燥的方法可以制备出细菌纤维素/NBSK气凝胶球。但冷冻干燥、超临界二氧化碳干燥都需要采用专用的设备才能进行，且耗时较长。如可以采用溶剂交换干燥法制备细菌纤维素/NBSK气凝胶球，能大幅度降低其对设备和干燥时间的要求。此技术的难点在于溶剂交换干燥法在保留细菌纤维素三维纳米结构的效果上差于冷冻干燥和超临界二氧化碳干燥，在干燥过程中会有大部分球状气凝胶发生结构塌陷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种阳离子溶液辅助制备细菌纤维素/NBSK气凝胶球的方法，该方法不需要使用冷冻干燥机等大型仪器，只需要普通的冷凝回流装置即可，细菌
纤维素/NBSK气凝胶球的制成率可以达到50％-65％。本专利技术的一种阳离子溶液辅助制备细菌纤维素/NBSK气凝胶球的方法，包括：(1)将活化好的木醋杆菌接种在液体种子培养基中，静态培养，得到种子液；(2)将NBSK或改性NBSK和液体发酵培养基加入到带海绵塞的锥形瓶中，pH调节至5.6-7.0，进行灭菌处理；然后接种步骤(1)中的种子液，进行动态培养，得到细菌纤维素/NBSK水凝胶球；(3)将步骤(2)中得到的水凝胶球用氢氧化钠处理，去除残留的菌体，再用去离子水把球状水凝胶洗涤至pH值7.0左右，然后浸入到去离子水中，并滴加阳离子溶液，摇床反应，将体系的pH值调节至碱性并浸泡一段时间；(4)将步骤(3)中浸泡后的水凝胶球取出后在冷凝回流装置中进行溶剂干燥处理，得到细菌纤维素/NBSK气凝胶球。所述步骤(1)中静态培养的条件为：液体种子培养基20mL-30mL，温度28-32℃，培养时间36-50h。所述步骤(1)中液体种子培养基和步骤(2)中的液体发酵培养基的成分相同，组成为：果糖50g/L，蛋白胨5g/L，酵母膏5g/L，磷酸一氢钠2.6g/L，无水柠檬酸1.15g/L。所述步骤(1)、(2)、(3)的操作需在无菌条件下进行。所述步骤(2)中加入液体总体积为所使用锥形瓶容积的50％-60％，其中包括种子液体积，发酵培养基体积，NBSK(纤维浆)中的水(发酵培养基，种子液和NBSK中的水(NBSK含水率为97％)的体积总量占所使用锥形瓶体积的50％-60％)。所述步骤(2)中锥形瓶为带海绵塞的锥形瓶；体积为150mL、250mL、300mL或500mL。所述步骤(2)中灭菌处理的方式为：为紫外线灭菌1-3h或121℃条件下高压(198.64kPa)蒸汽灭菌50min-120min。所述步骤(2)中动态培养的条件为：在摇床中进行，摇床温度为28-36℃，培养时间为72～120h。所述摇床转速需要根据锥形瓶容积进行选择，150mL的锥形瓶，转速设置为(200±10)rpm；250mL-500mL锥形瓶，转速设置为(150±10)rpm。所述步骤(2)中种子液的加入量为5～25mL。所述步骤(2)NBSK包括NBSK及羧基、醛基改性NBSK。NBSK用量计算方法为：NBSK中纤维干重占加入锥形瓶液体总体积的0.8％-1.2％。。所述步骤(2)中所使用的调节培养基pH值的试剂为0.1-2mol/L的盐酸和0.1-2mol/L的氢氧化钠。所述步骤(3)中氢氧化钠溶液的浓度为0.1mol/L。所述步骤(3)中阳离子溶液包括，含金属元素的阳离子溶液，例如含Fe2+,Fe3+,Ca2+,Mg2+,Cu2+,Ba2+,Pb2+,Li+,Mn2+等的阳离子溶液；以及不含金属元素的阳离子溶液，例如含NH4+等的阳离子溶液。所述步骤(3)中细菌纤维素球(水凝胶球)与阳离子溶液的比例为1g：1μL～1g：1.2μL；与去离子水的比例为1g：40mL～1g：60mL。所述步骤(3)中摇床反应的条件为：摇床温度为20-30℃，摇床转速为60-100rpm，处理时间为30-120min；浸泡时间为15min-25min。所述步骤(3)中pH值调节至碱性：pH值为8.0-9.0；所使用的调节培养基pH值的试剂为0.1-2mol/L的氢氧化钠。所述步骤(4)中溶剂为苯，甲苯，二甲苯和乙醇中的至少一种。所述步骤(4)中溶剂干燥过程中：处理温度条件为加热至所使用溶剂的沸点；处理时间为30-120min。本专利技术在溶剂干燥前使用阳离子溶液处理细菌纤维素/NBSK水凝胶球，阳离子使细菌纤维素带了正电荷，使细菌纤维素内部的微纤在溶剂干燥过程中的处于相互分离的状态，减少结构塌陷的发生的概率，从而提高细菌纤维素/NBSK气凝胶球的制成率(指从水凝胶到气凝胶的制成率)。有益效果(1)本专利技术采用溶剂干燥的方法制备细菌纤维素/NBSK气凝胶球，不需要使用冷冻干燥机等大型仪器，只需要普通的冷凝回流装置即可。(2)本专利技术制备细菌纤维素/NBSK气凝胶球所用的时间为4h之内，比冷冻干燥所需要的时间(24h)短。(3)常规溶剂干燥制备细菌纤维素/NBSK气凝胶球的制成率很低(只有10％-20％)，本专利技术的方法大幅度提高其制成率，可以达到50％-65％(指从水凝胶到气凝胶的制成率)。附图说明图1为实施例1中的细菌纤维素/NBSK气凝胶球(左)和对比例1中的失败(即结构塌陷)的细菌纤维素/NBSK气凝胶球(右)。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种阳离子溶液辅助制备细菌纤维素/NBSK气凝胶球的方法，包括：(1)将木醋杆菌接种在液体种子培养基中，静态培养，得到种子液；(2)将NBSK或改性NBSK和液体发酵培养基加入到锥形瓶中，pH调节至5.6‑7.0，进行灭菌处理；然后接种步骤(1)中的种子液，进行动态培养，得到细菌纤维素/NBSK水凝胶球；(3)将步骤(2)中得到的水凝胶球用氢氧化钠处理，洗涤，然后浸入到去离子水中，并滴加阳离子溶液，摇床反应，将体系的pH值调节至碱性，浸泡；(4)将步骤(3)中浸泡后的水凝胶球取出后进行溶剂干燥，得到细菌纤维素/NBSK气凝胶球。
【技术特征摘要】
1.一种阳离子溶液辅助制备细菌纤维素/NBSK气凝胶球的方法，包括：(1)将木醋杆菌接种在液体种子培养基中，静态培养，得到种子液；(2)将NBSK或改性NBSK和液体发酵培养基加入到锥形瓶中，pH调节至5.6-7.0，进行灭菌处理；然后接种步骤(1)中的种子液，进行动态培养，得到细菌纤维素/NBSK水凝胶球；(3)将步骤(2)中得到的水凝胶球用氢氧化钠处理，洗涤，然后浸入到去离子水中，并滴加阳离子溶液，摇床反应，将体系的pH值调节至碱性，浸泡；(4)将步骤(3)中浸泡后的水凝胶球取出后进行溶剂干燥，得到细菌纤维素/NBSK气凝胶球。2.根据权利要求1所述的一种阳离子溶液辅助制备细菌纤维素/NBSK气凝胶球的方法，其特征在于，所述步骤(1)中静态培养的条件为：液体种子培养基20mL-30mL，温度28-32℃，培养时间36-50h。3.根据权利要求1所述的一种阳离子溶液辅助制备细菌纤维素/NBSK气凝胶球的方法，其特征在于，所述步骤(1)中液体种子培养基和步骤(2)中的液体发酵培养基的成分相同，组成为：果糖50g/L，蛋白胨5g/L，酵母膏5g/L，磷酸一氢钠2.6g/L，无水柠檬酸1.15g/L；所述步骤(1)和步骤(2)为无菌条件。4.根据权利要求1所述的一种阳离子溶液辅助制备细菌纤维素/NBSK气凝胶球的方法，其特征在于，所述步骤(2)中加入液体总体积为所使用锥形瓶容积的50％-60％；灭菌处理的方式为：为紫外线灭菌1-3h或121℃条件下高压198.64kPa蒸汽灭菌50min...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟超然，郁崇文，杨建平，张斌，郭建生，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。