一种可降解细菌纤维素纳米材料及生产方法技术

本发明专利技术公开了一种可降解细菌纤维素纳米材料及生产方法，本发明专利技术以大豆榨油后提取完大豆蛋白的豆渣为原材料，采用添加蜗牛酶的方法促进高效木葡糖醋酸杆菌(Gluconacetobacter xylinus)绿色生物发酵，提高细菌纤维素的产率，改善细菌纤维素凝胶膜的成形性，提高细菌纤维素与其他材料的混合均匀性，通过添加蜗牛酶，可制得高纯度、高结晶度的可降解细菌纤维素纳米材料，工艺上采用稀酸水解、蜗牛酶降解、超声

【技术实现步骤摘要】
一种可降解细菌纤维素纳米材料及生产方法


[0001]本专利技术属于生物可降解材料
，尤其涉及一种可降解细菌纤维素纳米材料及生产方法。

技术介绍

[0002]目前，细菌纤维素(Bacterial Cellulose，BC)生物发酵工艺所用的均为醋酸菌属，如：中间葡糖醋杆菌(Gluconacetobacter intermedius)、木醋杆菌(Acetobacter xylinum)、醋化醋杆菌(Acetobacter aceti)、产醋醋杆菌(Acetobacter acotigenum)或巴氏醋杆菌(Acetobacter pastcurianum)，采用醋酸菌属的发酵工艺，生产的细菌纤维素凝胶状膜在作为材料应用时缺乏成形性、与其他材料的混合性较差。此外，作为生产原料的纤维素类材料在降解发酵过程中，需要高效纤维素酶使纤维素长链降解后，再利用木醋杆菌进行生物发酵，而单纯应用木醋杆菌会导致生产效率较低，由于生产效率低，而使成本变高。细菌纤维素生产的传统原材料主要是椰子水或菠萝汁，但由于只有产椰子、菠萝的地区才能生产，其生产受到季节和地域的限制，生产成本也比较高。因而寻找开发出新的细菌纤维素工艺路线，解决上述混合性差、生产相率不高及季节地域的限制等问题，具有重要的现实意义。

技术实现思路

[0003]为了解决上述问题，本专利技术公开了一种可降解细菌纤维素纳米材料及生产方法，本专利技术以大豆榨油后提取完大豆蛋白的豆渣为原材料，采用添加蜗牛酶的方法促进高效木葡糖醋酸杆菌(Gluconacetobacter xylinus)绿色生物发酵，提高细菌纤维素的产率，改善细菌纤维素凝胶膜的成形性，提高细菌纤维素与其他材料的混合均匀性。通过添加蜗牛酶，可制得高纯度、高结晶度的可降解细菌纤维素纳米材料。
[0004]本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种可降解细菌纤维素纳米材料的生产方法，所述方法包括以下步骤：
[0006]S1、大豆残渣加纯水混匀后，加入稀硫酸溶液，搅拌速度80～120rpm/min，于90℃～120℃温度下水解60～120min，降解木质素和半纤维素成分，自然静置，得到残渣沉淀，纯化水清洗残渣至pH 4.8～6.0，然后过板框压滤机100～200目筛得到大豆纤维素渣；
[0007]S2、所述大豆纤维素渣加入纯化水配成30～80g/L溶液，加入蜗牛酶进行酶解反应，柠檬酸
‑
柠檬酸钠缓冲液调节pH 4.8～6.0，于40℃～60℃温度下，搅拌速度80～120rpm/min，反应6～10h，得到酶水解液；
[0008]S3、所述酶水解液中加入Na2CO3，调节pH至9.0，60℃～80℃温度下，搅拌速度80～120rpm/min，孵育反应4～6h，板框压滤机100～200目筛除去残渣，加入5％稀硫酸调节pH至5.0～6.5，冷冻干燥12～24h，得大豆粗纤维；
[0009]S4、在所述大豆粗纤维配制的生物发酵培养基中，加入木葡糖醋酸杆菌(Gluconacetobacter xylinus)种子液，添加量为15～28ml/100ml，加入苦杏仁酶，培养液
pH 4.8～6.0，培养温度30～37℃，培养时间10～15天，得到细菌纤维素纳米材料混合物；
[0010]S5、所述细菌纤维素纳米材料混合物采用纯化水冲洗后浸入0.3～1.2mol/mL的NaOH溶液中，80～100℃水浴温浸，超声处理60～90min，功率150～300W，除去残存的菌体、培养基及反应过程中的气泡，再取出细菌纤维素膜材浸入60～90℃去离子水中清洗3h，重复3～5次，直至细菌纤维素膜材呈白色半透明状；
[0011]S6、将半透明状细菌纤维素膜材冷冻干燥12～28h，室温条件下解冻6～10小时，同样条件再次冷冻干燥和解冻，经过两次冻融循环后，用纯化水洗涤膜材至pH 7.0～7.4，再次冷冻干燥18～36h，获得纳米可降解细菌纤维素材料。
[0012]进一步地，S1所述大豆残渣为大豆经过榨油和提取大豆蛋白后得到的豆渣粗纤维。
[0013]进一步地，S1所述大豆残渣经过粉碎后，加入纯水配成80～100g/L悬浊液，再加2.5％～10％的稀硫酸，稀硫酸添加量为50～100ml/L。
[0014]进一步地，S2所述蜗牛酶的添加量为300～900mg/L。
[0015]进一步地，S4所述生物发酵培养基组成为：大豆粗纤维40～50g/L，葡萄糖20～50g/L，玉米蛋白粉6～15g/L，胰蛋白胨3～8g/L，酵母粉2.5～4.5g/L，柠檬酸钠0.5～3.5g/L，Na2HPO4 1～5g/L,加水至1L。
[0016]进一步地，S4所述木葡糖醋酸杆菌种子液获得方法为：菌种培养基斜面刮取木葡糖醋酸杆菌种，接种量4～10％，接种入木葡糖醋酸杆菌种子培养基，37℃恒温培养箱中静态培养10～12天。
[0017]进一步地，S4所述苦杏仁酶添加量为200～500U/ml。
[0018]进一步地，所述木葡糖醋酸杆菌种子培养基组成为：葡萄糖25
‑
50g/L，Na2HPO4 1.5
‑
4.5g/L,酵母粉2.5
‑
7.5g/L，MgSO4
·
7H2O1.5～5.0g/L，无水乙醇30～60ml，加水至1L。
[0019]一种纤维素膜材，所述纤维素膜材由上述的可降解细菌纤维素纳米材料制备而成。
[0020]本专利技术提供了一种可降解细菌纤维素纳米材料及生产方法，本专利技术具有以下有益效果：
[0021]本专利技术采用大豆粗纤维为材料，克服了传统原材料椰子水或菠萝汁导致的生产原材料成本高昂、生产受到季节和地域的限制，大豆残渣来源丰富，用于细菌纤维素生产可有效降低生产成本，同时可解决豆渣带来的环保问题，做到废物利用，派生出新的产业链条。
[0022]本专利技术工艺上采用稀酸水解、蜗牛酶降解、超声
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冻融循环技术制备纳米可降解细菌纤维素膜材，工艺过程简捷，易于工业化生产。通过蜗牛酶的添加，促进大豆渣粗纤维降解，显著提高细菌纤维素产率，细菌纤维素产率可达到1.35～1.65g/100ml，得到的细菌纤维素持水性可达到94.3～97.2％，细菌纤维素的复水率达到310～350％，本专利技术工艺生产周期较传统的制备工艺缩短了25.7～28.6％，其细菌纤维素产出率较传统的制备工艺提高了200～210％，且产品成形性好、与其他材料易于混合，环境友好，可降解。
[0023]本方明工艺制备的纳米细菌纤维素可降解材料，具有超精细纳米级三维多孔网络结构，与人体贴敷部位高度仿生亲和性、不易剥脱，化学结构稳定、良好的亲水性、兼具抑菌特性、透气性好、机械强度高、生物相容性良好的面膜材料，替代传统的无纺布材料，以及价格昂贵的玻尿酸和蚕丝蛋白面膜材料，具有重要的应用价值。
具体实施方式
[0024]实施例1：
[0025]将经过榨油和提取大豆蛋白后得到的大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可降解细菌纤维素纳米材料的生产方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、大豆残渣加纯水混匀后，加入稀硫酸溶液，搅拌速度80～120rpm/min，于90℃～120℃温度下水解60～120min，降解木质素和半纤维素成分，自然静置，得到残渣沉淀，纯化水清洗残渣至pH 4.8～6.0，然后过板框压滤机100～200目筛得到大豆纤维素渣；S2、所述大豆纤维素渣加入纯化水配成30～80g/L溶液，加入蜗牛酶进行酶解反应，柠檬酸
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柠檬酸钠缓冲液调节pH 4.8～6.0，于40℃～60℃温度下，搅拌速度80～120rpm/min，反应6～10h，得到酶水解液；S3、所述酶水解液中加入Na2CO3，调节pH至9.0，60℃～80℃温度下，搅拌速度80～120rpm/min，孵育反应4～6h，板框压滤机100～200目筛除去残渣，加入5％稀硫酸调节pH至5.0～6.5，冷冻干燥12～24h，得大豆粗纤维；S4、在所述大豆粗纤维配制的生物发酵培养基中，加入木葡糖醋酸杆菌(Gluconacetobacter xylinus)种子液，添加量为15～28ml/100ml，加入苦杏仁酶，培养液pH 4.8～6.0，培养温度30～37℃，培养时间10～15天，得到细菌纤维素纳米材料混合物；S5、所述细菌纤维素纳米材料混合物采用纯化水冲洗后浸入0.3～1.2mol/mL的NaOH溶液中，80～100℃水浴温浸，超声处理60～90min，功率150～300W，除去残存的菌体、培养基及反应过程中的气泡，再取出细菌纤维素膜材浸入60～90℃去离子水中清洗3h，重复3～5次，直至细菌纤维素膜材呈白色半透明状；S6、将半透明状细菌纤维素膜材冷冻干燥12～28h，室温条件下解冻6～10小时，同样条件再次冷冻干燥和解冻，经过两次冻融循环后，用纯化水洗涤膜材至pH 7.0～7.4，再次冷冻干燥18～36h，获得纳米可降解细菌纤维素材料。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欣，曾祥宇，曾丽娟，张宇，李禹震，李松达，
申请(专利权)人：威海瑞佳丽生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：