一种利用细菌静态发酵制备生物改性细菌纤维素纳滤膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用细菌静态发酵制备生物改性细菌纤维素纳滤膜的方法。采用的方法要点是将活化、纯化培养的细菌菌落接种于液体活化培养基，经震荡扩大培养得到的菌种种子液按一定接种量接种于原位添加了氨基葡萄糖的改性液体发酵培养基中进行无菌静态发酵，培养基溶液表面形成一层细菌分泌的纤维素膜时结束培养，纯化处理得到纳米级孔径的细菌纤维素纳滤膜。此方法简单、易行、生产成本低，获得的三维网状纳米级孔径的细菌纤维素纳滤膜，适用于海水的脱盐等涉及纳滤的生产领域，不仅提高了细菌纤维素本身的使用价值，拓展了细菌纤维素材料的应用领域，也为其功能改性研究创造了条件，具有重要的现实意义。

【技术实现步骤摘要】
一种利用细菌静态发酵制备生物改性细菌纤维素纳滤膜的方法
本专利技术涉及一种发酵培养法制备细菌纤维素膜的方法，特别涉及一种利用细菌静态发酵制备生物改性细菌纤维素纳滤膜的方法，属于微生物培养

技术介绍
细菌纤维素是一种由细菌合成的天然生物材料。与植物纤维素和动物纤维素相比，细菌纤维素具有许多优良的特性，如：超细、超纯、超高机械强度、高结晶度、高持水量以及较好的生物适应性。因此，研究和开发出细菌纤维素制品将会产生巨大的经济效益和社会效益。目前，细菌纤维素已成功地在食品、医药、纺织、造纸、化工等行业得到了广泛地开发应用。然而在我国，对细菌纤维素的研究相较于日、美依旧处于落后水平，尤其是将细菌纤维素纳滤膜应用于膜分离领域的研究。日本和美国已经开发了细菌纤维素膜滤器，利用细菌纤维素的高渗透性使物质扩散，广泛应用于无菌装置、超滤装置和反渗透滤膜等领域。细菌纤维素的合成过程是可调控的。细菌将葡萄糖分子以糖苷键聚合成葡萄糖，细菌纤维素的分泌伴随着合成同时进行。从细菌纤维素孔道分泌出来的是最小构成单元亚小纤维，大量亚小纤维相互间以氢键连接形成微纤维，而微纤维不断延伸，相互缠绕组成纤维丝带，大量具有高结晶性的纤维丝带相互交织，便形成了网状多孔结构，即细菌纤维素膜。正是由于细菌纤维素膜具有高机械强度、高形状维持力和纤维素带相互交织形成的网状多孔结构，突显了可发展成为理想膜材料的优势。研究表明，未经改性的细菌纤维素膜的平均孔径集中在几百纳米，而通过在培养过程中添加不同碳源，利用生物改性技术，对细菌纤维素膜的孔径实现调控，便可获取具有纳米级孔径的细菌纤维素纳滤膜材料，实现其在纳滤领域的应用，提高其市场价值。在细菌纤维素纳滤膜的发酵制备及改性领域，中国专利(CN201610250934.X)“一种纳米级细菌纤维素膜的制备方法及应用”利用经过预处理的废弃菌液或废弃菌体为发酵原料，通过调整发酵培养基中的营养成分含量，进行静态发酵获得纳米级细菌纤维素膜，用于获得高附加值的美容面膜。中国专利(CN201110190887.1)“一种改性细菌纤维素膜制备质子交换膜的方法及其应用”将纯化处理后的纤维素膜在过量的无机酸或有机酸中浸泡，干燥后得到改性的质子交换膜并用于组装成燃料电池，此方法制备工艺简单，成本低，对环境污染小。美国专利(US20090028927A1)“Poly(vinylalcohol)-bacterialcellulosenanocomposite”利用羟基溶剂或非质子溶剂溶解聚乙烯等聚合物后，将其制成水凝胶，再与用木醋杆菌(700178)发酵培养制备的细菌纤维素膜做成复合纳滤膜材料。美国专利(US20130011385A1)“Transparentbacterialcellulosenanocompositehydrogels”利用由木醋杆菌制备的细菌纤维素和甲基丙烯酸羟乙酯单体一起发生自由基共聚反应，干膜通过在水相中沉浸获取高透明度的细菌纤维素纳米复合水凝胶膜。截至目前，还未见到以木醋杆菌(ATCC23119)和木醋杆菌(GDMCC1.423)作为制备细菌纤维素纳滤膜的菌种，利用氨基葡萄糖在细菌成膜培养过程的调控作用，来发酵制备细菌纤维素纳滤膜的相关工艺技术出现。目前，绿色生态的发展理念不断深化，人们对于环保材料的关注不断提升，而细菌纤维素膜作为一种环境友好型的膜材料，若能通过孔径调控，制备出一种细菌静态发酵的生物改性的具有纳米级孔径的纤维素纳滤膜材料，实现其在纳滤领域的应用，具有十分重要的意义。
技术实现思路
为了减小目前细菌纤维素膜孔径，使其达到纳滤膜的孔径要求，本专利技术利用氨基葡萄糖在细菌成膜培养过程中的调控作用，借助细菌发酵的生物方法，制备细菌纤维素纳滤膜，应用于海水脱盐等膜分离领域。本专利技术的目的是提供一种利用细菌静态发酵制备生物改性细菌纤维素纳滤膜的方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案采用以下实施步骤：1)在无菌条件下，用接种环挑取培养于固体斜面培养基上的细菌菌落，接种于120mL液体活化培养基中，置于恒温摇床震荡培养，培养温度28～32℃、转速80～120r/min，培养时间48～72h，得到经扩大培养的细菌种子液；2)将步骤1)中得到的扩大培养的细菌种子液，按发酵培养基溶液体积2～5％接种量接种于120mL改性液体发酵培养基中，制备改性发酵培养基时，只需在未改性液体发酵培养基中加入0～3.3w/v％的氨基葡萄糖，逐步取代葡萄糖，葡萄糖和氨基葡萄糖的总量保持在3.0～3.3w/v％，将其置于恒温生化培养箱中静态培养，培养温度36～40℃，发酵时间4～6d，去除发酵培养液，得到未经纯化的细菌纤维素纳滤膜；3)将步骤2)中得到的未经纯化的细菌纤维素纳滤膜用去离子水反复冲洗，直至去除表面有色絮状物质及残留于表面的菌体，将整张纳滤膜浸泡于浓度为60℃、0.1mol/LNaOH溶液中，直至细菌纤维素膜呈无色透明且NaOH溶液不再浑浊，取出细菌纤维素纳滤膜并浸泡于常温0.5％乙酸溶液中30min，取出细菌纤维素纳滤膜并用去离子水反复冲洗，直至细菌纤维素纳滤膜表面pH为中性，即得到生物改性细菌纤维素纳滤膜。所述的细菌菌种为木醋杆菌(ATCC23119)、木醋杆菌(GDMCC1.423)中的一种。所述的液体活化培养基配方为：36～40g/L葡萄糖、8～10g/L酵母膏、12～15g/L蛋白胨、2.4～2.8g/L柠檬酸、2.6～3.0g/L硫酸镁、pH3～5，经过110℃高温高压蒸汽灭菌30min。所述的未改性液体发酵培养基配方为：36～40g/L葡萄糖、7～9g/L酵母膏、12～15g/L蛋白胨、2.4～2.8g/L柠檬酸、2.6～3.0g/L硫酸镁、3.0～3.4g/LNa2HPO4、2.4～2.8g/LKH2PO4、pH3-5，经过110℃高温高压蒸汽灭菌30min。与
技术介绍
相比，本专利技术具有的有益效益是：本专利技术利用木醋杆菌(ATCC23769)、木醋杆菌(GDMCC1.423)等菌种，在培养基中添加氨基葡萄糖逐步取代葡萄糖，便可通过影响由细菌细胞壁孔道分泌出来的亚小纤维的直径及微纤维的扁化过程来减小纤维网孔结构，从而获得具有三维网状纳米级孔径范围的细菌纤维素纳滤膜，平均孔径在几十纳米左右，绝大部分孔径集中在1～10nm范围内。该制备方法操作简单，药品无毒无害，不会对环境造成污染，而且能有效调控细菌纤维素纳滤膜的孔径，制备出适用于纳滤膜分离过程的细菌纤维素膜材料，进一步地拓宽了细菌纤维素的应用领域，具有重要的现实意义。附图说明图1是实施例1发酵制备的生物改性细菌纤维素纳滤膜润湿状态下的数码照片。图2是实施例1发酵制备的生物改性细菌纤维素纳滤膜冷冻干燥后的数码照片。图3是实施例1发酵制备的生物改性细菌纤维素纳滤膜润湿状态下的场发射扫描电镜照片。具体实施方式说明实施例1：1)在无菌条件下，用接种环挑取培养于固体斜面培养基上的木醋杆菌(ATCC23119)菌落，接种于120mL液体活化培养基(配方：40g/L葡萄糖、8g/L酵母膏、13g/L蛋白胨、2.8g/L柠檬酸、2.6g/L硫酸镁、pH5，经110℃高温高压蒸汽灭菌30min)中，置于恒温摇床震荡培养，培养温度28℃、转速120r/min，培养时间72h，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用细菌静态发酵制备生物改性细菌纤维素纳滤膜的方法，主要包括以下步骤：1)在无菌条件下，用接种环挑取培养于固体斜面培养基上的细菌菌落，接种于120mL液体活化培养基中，置于恒温摇床震荡培养，培养温度28～32℃、转速80～120r/min，培养时间48～72h，得到经扩大培养的细菌种子液；2)将步骤1)中得到的扩大培养的细菌种子液，按发酵培养基溶液体积2～5％接种量接种于120mL改性液体发酵培养基中，制备改性发酵培养基时，只需在未改性液体发酵培养基中加入0～3.3w/v％的氨基葡萄糖，逐步取代葡萄糖，葡萄糖和氨基葡萄糖的总量保持在3.0～3.3w/v％，将其置于恒温生化培养箱中静态培养，培养温度36～40℃，发酵时间4～6d，去除发酵培养液，得到未经纯化的细菌纤维素纳滤膜；3)将步骤2)中得到的未经纯化的细菌纤维素纳滤膜用去离子水反复冲洗，直至去除表面有色絮状物质及残留于表面的菌体，将整张纳滤膜浸泡于浓度为60℃、0.1mol/L NaOH溶液中，直至细菌纤维素膜呈无色透明且NaOH溶液不再浑浊，取出细菌纤维素纳滤膜并浸泡于常温0.5％乙酸溶液中30min，取出细菌纤维素纳滤膜并用去离子水反复冲洗，直至细菌纤维素纳滤膜表面pH为中性，即得到生物改性细菌纤维素纳滤膜。...

【技术特征摘要】
1.一种利用细菌静态发酵制备生物改性细菌纤维素纳滤膜的方法，主要包括以下步骤：1)在无菌条件下，用接种环挑取培养于固体斜面培养基上的细菌菌落，接种于120mL液体活化培养基中，置于恒温摇床震荡培养，培养温度28～32℃、转速80～120r/min，培养时间48～72h，得到经扩大培养的细菌种子液；2)将步骤1)中得到的扩大培养的细菌种子液，按发酵培养基溶液体积2～5％接种量接种于120mL改性液体发酵培养基中，制备改性发酵培养基时，只需在未改性液体发酵培养基中加入0～3.3w/v％的氨基葡萄糖，逐步取代葡萄糖，葡萄糖和氨基葡萄糖的总量保持在3.0～3.3w/v％，将其置于恒温生化培养箱中静态培养，培养温度36～40℃，发酵时间4～6d，去除发酵培养液，得到未经纯化的细菌纤维素纳滤膜；3)将步骤2)中得到的未经纯化的细菌纤维素纳滤膜用去离子水反复冲洗，直至去除表面有色絮状物质及残留于表面的菌体，将整张纳滤膜浸泡于浓度为60℃、0.1mol/LNaOH溶液中，直至细菌纤维素膜呈无色透明且NaOH溶液不再浑浊，取出细菌纤维素纳滤膜并浸泡于常温0.5％乙酸溶液中3...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，邵蓉蓉，杨晓刚，姚菊明，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33