一种细菌纤维素产品泡沫发酵设备及方法技术

本发明专利技术提供了一种细菌纤维素产品泡沫发酵设备及方法，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产品泡沫发酵方法设备及方法。
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。现在制造含细菌纤维素的特殊材料时，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细菌纤维素产品泡沫发酵设备及方法，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，该设备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。因此，本装置所利用的技术可以有效解决以往疏解细菌纤维素导致的纤维素束断裂的问题。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。本专利技术中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发酵液发泡提供必要的气体，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酵。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出。优选的，所述气泡排出装置为出泡口，所述出泡口的孔径为腔体横截面最长径的1/11～1/16。出泡口由于结构简单、制作方便，能够满足大多数情况下的气泡排出要求。研究中发现，就细菌纤维素的泡沫发酵工艺而言，当出泡口的孔径为腔体横截面最长径的1/11～1/16时，气泡排出效率最高，且最大程度地避免了外在环境对腔体内环境的影响。优选的，所述进气装置的上端设置有挡网。通过挡网的分散作用，还可以进一步增强气体分布的均匀性，提高发酵、发泡效率。优选的，所述的腔体内设置有搅拌装置。适当的搅拌可以有效提高发泡效率，使空气与发酵液的混合更为均匀，同时，通过搅拌速度的控制也可以有效地控制泡沫的生成速率，最大化地避免泡沫出现大量堆积。一种用于细菌纤维素发泡发酵的系统，包括：发酵浅盘、任一项上述的用于细菌纤维素发泡发酵的装置、鼓风机和控制系统；所述发酵浅盘与气泡排出装置相连、所述鼓风机与进气装置相连，所述控制系统分别与所述发酵浅盘、任一项上述的用于细菌纤维素发泡发酵的装置、所述鼓风机相连。鼓风机通过进气装置将气体输送进中空腔体，发酵液在中空腔体中发泡，并由气泡排出 装置将气泡输送到发酵浅盘上，进行静止发酵，整个运行过程中，通过控制系统控制各装置的运行参数。所述鼓风机的水平高度不低于所述装置内的液面高度。鼓风机高度低于液面高度时，在停机时或开机阶段可能导致液体的倒流，堵塞管道，造成不必要的生物污染。优选的，所述气泡排出装置为出泡口，所述出泡口的孔径为腔体横截面最长径的1/11～1/16。出泡口由于结构简单、制作方便，能够满足大多数情况下的气泡排出要求。研究中发现，就细菌纤维素的泡沫发酵工艺而言，当出泡口的孔径为腔体横截面最长径的1/11～1/16时，气泡排出效率最高，且最大程度地避免了外在环境对腔体内环境的影响。优选的，所述进气装置的上端设置有挡网。通过挡网的分散作用，还可以进一步增强气体分布的均匀性，提高发酵、发泡效率。优选的，所述的腔体内设置有搅拌装置。适当的搅拌可以有效提高发泡效率，使空气与发酵液的混合更为均匀，同时，通过搅拌速度的控制也可以有效地控制泡沫的生成速率，最大化地避免泡沫出现大量堆积。本专利技术还提供了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，泡沫发酵的纤维素骨架的空隙可达几毫米，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，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于细菌纤维素发泡发酵的装置，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种用于细菌纤维素发泡发酵的装置，其特征在于，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。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气泡排出装置为出泡口，所述出泡口的孔径为腔体横截面最小边长的1/11～1/16。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进气装置的上端设置有挡网。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的腔体内设置有搅拌装置。5.一种用于细菌纤维素发泡发酵的系统，其特征在于，包括：发酵浅盘、权利要求1-4任一项所述的装置、鼓风机和控制系统；所述发酵浅盘与出泡口相连、所述鼓风机与进气孔相连，所述控制系统分别与所述发酵浅盘、所述权利要求1-4任一项所述的装置、所述鼓风机相连。6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述鼓风机的水平高度不低于所述装置内的液面高度。7.一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。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述发酵液中含有发泡剂和...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔蕊，刘景君，戚明，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