一种采用菌体裂解液制备纳米纤维膜的方法技术

本发明专利技术属发酵工程和生物质资源利用领域，具体涉及发酵生产结束后发酵菌体资源化利用制备复合纳米纤维膜。本发明专利技术的将发酵菌体在化学裂解剂的作用下释放生物大分子，裂解后的菌裂解液中包含蛋白质，核酸，肽聚糖以及絮凝剂壳聚糖等生物大分子。然后将菌体裂解液与淀粉和PEO共混，通过静电纺丝制备出复合纳米纤维，实现废弃发酵菌体的产品化应用。实现废弃发酵菌体的产品化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种采用菌体裂解液制备纳米纤维膜的方法

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[0001]本专利技术属发酵工程和生物质资源利用领域，具体涉及发酵生产结束后发酵菌体资源化利用制备的复合纳米纤维膜。

技术介绍
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[0002]随着科学技术的迅速发展，微生物法越来越多地取代传统化学方法应用于工业中。然而，随着微生物法在工业上的广泛应用，大量的发酵废菌体随之产生。例如利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，据统计，每生产一吨谷氨酸就会产生30公斤
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50公斤的废弃菌体，而谷氨酸年产量高达上百万吨(周大伟，肖冬光，郭学武，吕鸿雁.食品研究与开发，2012)。我国L
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色氨酸年产量约10000吨，每生产1吨L
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色氨酸就会产生约1.3
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1.5吨的废菌体(Qingyang Xu,Fang Bai,Ning Chen,and Gang Bai，Bioengineered，2019)。且我国柠檬酸年产量达50万吨，产黑曲霉干菌体超过8万吨(江得源，吕梦圆，石佳仙，湖北农业科学，2014)。
[0003]以革兰氏阴性菌为例，其细胞膜的主要成分为蛋白质、脂质以及少量的糖类。这些物质可以提供金属离子结合时所需要的羧基、羟基、磷酸盐、硫酸盐和氨基等官能团，因此有研究人员尝试利用丝状真菌、酵母、细菌这些废弃的生物来除去水中的一些重金属离子。其它回收利用方法有将废菌体制备成纯度较高的蛋白饲料产品(中国专利申请CN107011409A；中国专利申请CN107418897A)；将发酵菌体处理后作为培养基的氮源再次进行发酵(中国专利申请CN115029389A)等等。发酵菌体现有回收利用方式虽然取得一定的经济效益，但没有完全挖掘其应用价值而造成资源的严重浪费，大部分发酵菌体尚未实现“变废为宝”。
[0004]近年来，利用静电纺丝技术来制备纳米纤维已经成为研究的热点，用作静电纺丝的原料主要为合成聚合物及天然聚合物，天然聚合物主要包括蛋白质类和多糖类化合物。但是直接对蛋白质进行纺丝比较困难，需要将蛋白质和一些容易纺丝的聚合物进行共混，如聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚已内酯等。
[0005]淀粉是一种可生物降解的聚合物，是自然界中储藏最丰富的生物多糖，且价格低廉。淀粉因为有多羟基，可交联一些材料，但淀粉的粘度不适合纺丝(敬翔，谭颖，徐昆，化工新型材料，2016)。需要将淀粉进行改性才能用于纺丝，或将淀粉与一些聚合物共混进行纺丝。聚氧化乙烯(PEO)是一种水溶性聚合物，作为一种生物材料具有良好的生物相容性和可纺性。

技术实现思路
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[0006]本专利技术的目的是将发酵菌体在化学裂解剂的作用下释放生物大分子，裂解后的菌裂解液中包含蛋白质，核酸，肽聚糖以及絮凝剂壳聚糖等生物大分子。然后将菌体裂解液与淀粉和PEO共混，通过静电纺丝制备出复合纳米纤维，实现废弃发酵菌体的产品化应用。
[0007]本专利技术提供的技术方案之一，是一种采用发酵菌体与淀粉、PEO共混制备复合纳米
纤维膜的方法，包括以下步骤：
[0008](1)微生物发酵液提取目的产物之前或之后，收集菌体；
[0009]进一步地，在发酵液中添加絮凝剂收集菌体；
[0010]进一步地，絮凝条件为：搅拌速度50
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500r/min、絮凝温度为45
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85℃，搅拌时间1
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30min后调节pH 6～11；
[0011]进一步地，所述絮凝剂为壳聚糖，添加量为0.01％～1％(w/v)；
[0012]更进一步地，壳聚糖添加量为0.04％～0.6％，反应1
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30min后氢氧化钙调节pH至7～9；
[0013]进一步地，采用板框过滤、膜过滤或离心收集菌体；
[0014]进一步地，所述发酵液为以大肠杆菌为发酵菌种的乳酸发酵液；
[0015](2)将收集的菌体重悬，通过裂解酶和/或化学裂解剂处理后制备菌体裂解液；
[0016]进一步地，所述裂解液中细胞破碎率为30％～55％；
[0017]进一步地，所述裂解酶为溶菌酶、蜗牛酶、纤维素酶或溶壁酶中的至少一种；
[0018]进一步地，所述化学裂解剂包括但不限于NaOH、KOH、SDS、Triton X
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100等；
[0019]进一步地，裂解条件为：20℃～70℃，裂解5～30min；
[0020]更进一步地，在20℃～70℃，pH 7～14条件下裂解5
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30min；
[0021]进一步地，将收集的菌体重悬后加入终浓度为0.25～1M的氢氧化钠和0.25％～0.5％的SDS(w/v)作为裂解剂；
[0022](3)淀粉/PEO共混溶液制备
[0023]将PEO溶液与淀粉液混合制备PEO/淀粉共混溶液；
[0024]进一步地，PEO溶液与淀粉液共混比例为4:1
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1:4(v/v)；
[0025]进一步地，将PEO溶解于蒸馏水中，配制成不同浓度的PEO溶液；
[0026]更进一步地，PEO溶液浓度为1％
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10％(w/v)；
[0027]进一步地，将淀粉于水浴中进行糊化处理制备淀粉液；
[0028]进一步地，所述淀粉包括玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉以及马铃薯淀粉；
[0029]进一步地，配制成质量分数为5
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30％(w/v)的淀粉液后进行糊化，糊化温度60
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90℃，搅拌时间10
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60min；
[0030](4)菌体裂解液/淀粉/PEO纺丝液制备纳米纤维膜
[0031]将不同裂解程度的菌体裂解液与淀粉/PEO混合液共混制备纺丝液后进行静电纺丝，制备复合纳米纤维膜；
[0032]进一步地，裂解液与淀粉/PEO混合液共混比例为9:1
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1:9(v/v)；
[0033]更进一步地，静电纺丝电压为10
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30KV，喷丝头与接收屏之间的距离为10
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25cm，纺丝流量为0.1
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2mL/h，纺丝温度20
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50℃。
[0034]本专利技术提供的技术方案之二，是由上述方法制备的复合纳米纤维膜。
[0035]本专利技术提到的技术方案之三，是上述复合纳米纤维膜的应用，特别是在制备无纺布、卫生产品、过滤介质等领域中的应用。
[0036]本专利技术取得的有益效果：
[0037]本专利技术能够将发酵料液中的菌体高效收集、适度裂解并用于制备复合纳米纤维，实现发酵产物与发酵菌体复合纳米纤维的同步生产，彻底解决现有工业生产体系中发酵菌
体废弃物的形成。由此也可以显著提升发酵生产的经济效率和环境效益并显著降低生产综合成本。
[0038]本专利技术还可应用于其它有机酸如柠檬酸、苹果酸、丁二酸等，或氨基酸如赖氨酸、谷氨酸、苏氨酸、丙氨酸等的生产过程中产生的废菌体利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)微生物发酵液提取目的产物之前或之后，添加壳聚糖作为絮凝剂收集菌体；(2)将收集的菌体重悬，通过裂解酶和/或化学裂解剂处理后制备菌体裂解液；(3)淀粉/PEO共混溶液制备：将PEO溶液与淀粉液混合制备PEO/淀粉共混溶液；(4)菌体裂解液/淀粉/PEO纺丝液制备纳米纤维膜：将菌体裂解液与淀粉/PEO混合液共混制备纺丝液后进行静电纺丝，制备复合纳米纤维膜。2.如权利要求1所述的一种复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，絮凝条件为：搅拌速度50
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500r/min、絮凝温度为45
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85℃，搅拌时间1
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30min后调节pH 6～11；所述絮凝剂壳聚糖的添加量为0.01％～1％。3.如权利要求1所述的一种复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述裂解液中细胞破碎率为30％～55％。4.如权利要求1所述的一种复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，裂解条件为：20℃～70℃，裂解5～30min；所述裂解酶为溶菌酶、蜗牛酶、纤维素酶或溶壁酶中的至少一种；所述化学裂解剂包括NaOH、KOH、SDS或Triton X
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100。5.如权利要求4所述的一种复合纳米纤维膜的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：田康明，张德旭，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：