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一种利用薯类原料制备细菌纤维素的方法.docx

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一种利用薯类原料制备细菌纤维素的方法.docx

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】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。一种利用薯类原料制备细菌纤维素的方法专利名称:一种利用薯类原料制备细菌纤维素的方法技术领域:本发明属于细菌纤维素的制备领域,特别涉及一种利用薯类原料制备细菌纤维素的方法。背景技术:细菌纤维素(BacterialCellulose,简称BC)是一种新型纳米微生物材料,具有较好的生物相容性、生物可降解性、较强的持水能力和较高的力学性能等特性。鉴于其优良特性,细菌纤维素被广泛应用于各种特殊领域。在医用材料领域,细菌纤维素可以用于合***造皮肤、人造血管、外科敷料、缓释药物的载体等;在食品工业领域,细菌纤维素本身就可以作为一种食品食用,另外,BC还可以作为食品工业中的增稠剂、成型剂、添加剂等;在造纸工业方面,细菌纤维素的添加可以提高纸张抗张强度和耐破度,降低透气度,提高撕裂度等;在音响领域可以用作生产超性能的声音振动膜;在材料领域,BC纳米纤维与其他高分子、有机或无机分子的复合掺杂,可获得各种新的功能复合材料,譬如燃料电池质子交换膜。目前大规模利用细菌纤维素的主要障碍是其产量低、成本高、价格不敌普通纤维素,因此研究的重点集中在找寻新碳源上,寻找廉价合适的原料,既降低生产成本又能提高纤维素的产量。木薯,英文名=Cassava,又称木番薯或树薯,属大戟科,原产于美洲。木薯适应性强,病虫害少,耐瘠耐旱,产量高,其用途相当广泛。木薯在19世纪20年代由印度尼西亚引进我国,现如今广泛分布于华南地区,其中,以广西种植面积为最大,。木薯块根淀粉含量丰富为薯类之首,含量为25%35%,素有“淀粉之王”、“地下粮仓”及“特用作物”之称。木薯的主要用途是食用、饲用和工业上开发利用。作为工业原料,木薯能加工为淀粉,变性淀粉,有机酸,酒精等2000多个品种,广泛应用于食品、医药、纺织等行业。科技发展,能源的需求不断增长,木薯已成为我国生物燃料产业发展的重要资源。与其他作物相比,木薯投入少,易栽培,全身可用,因而,木薯得到越来越多国家的重视,并积极开展研究,大力发展。除了木薯,我国还有大量的番薯、甘薯、地瓜和马铃薯,有时由于运输等问题,造成这些薯类农产品大量烂在地里和仓库,浪费严重。因此如有一种技术能充分利用这些现有农产品资源,提升其附加值,同时降低细菌纤维素生产成本,将对我国农业产品升级,推广纳米纤维素的应用具有很大帮助。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种利用薯类原料制备细菌纤维素的方法,该方法具有原料来源广泛,工艺简单、能耗低、反应迅速等优点;且使用薯类原料水解液生产的细菌纤维素产量高于其他碳源生产的细菌纤维素,在细菌纤维素的生产领域具有良好的应用前景。本发明的一种利用薯类原料制备细菌纤维素的方法,包括(I)薯类原料的预处理将薯类原料用汽蒸熟化软化后捣烂,或将薯类原料匀浆细碎化,得到预处理后的薯类原料;(2)在上述预处理后的薯类原料中加入酸,进行酸水解;或加入酶,进行酶水解,得到薯类原料水解液;-,于温度60-150°-5h;,按照酶/薯类原料干物质=l-4w/w%加入酶,-,以50-120r/min的速度振荡反应30_120min,得到液化后的薯类原料;,加入糖化酶66_270U/g薯类原料干物质,-,在温度40-70°,然后离心得到上清液,即薯类原料水解液;(3)将上述薯类原料水解液作为培养基碳源,加氮源配制成发酵培养基,接入细菌纤维素生产菌株的种子液,经过323天发酵制得细菌纤维素。所述步骤(I)中的薯类原料为木薯、番薯、甘薯、地瓜或马铃薯中的一种或几种。所述步骤(I)中的用汽蒸熟化软化的具体工艺为将薯类原料整体或切碎后,于温度50-110°C下水煮或者汽蒸30-60min熟化软化,水煮时薯类原料干物质与水的质量比例为1:1-1:3;匀浆细碎化的具体工艺为将清洗干净的薯类原料直接加水匀浆,薯类原料干物质与水的质量体积比为lg:。所述步骤(2)中的酸水解中酸为硫酸、盐酸、磷酸、醋酸或柠檬酸。所述步骤(2)中的酶水解中酶为淀粉酶、糊精酶、纤维素酶、糖化酶、葡聚糖酶、果胶酶中的一种或几种。所述步骤(2)a中的酶/薯类原料干物质=3w/w%,,°C,反应时间为53min。所述步骤(2)a中的酶为淀粉酶,当反应的温度为80-97°C时,采用高温淀粉酶;当反应的温度为30-60°C时,采用普通淀粉酶。所述步骤(2)b中糖化酶的加入量为133U/g,,°〇,反应时间为86min。所述步骤(2)b中上述的离心的速度为6000rpm/min,离心时间为20min。所述步骤(2)a中的碱为Ca(OH)2,NaOH或NH4OH,所述步骤(2)a和b中的酸为硫酸、磷酸、盐酸或***。所述步骤(3)%-%胰蛋白胨,,接入面包酵母/酿酒酵母(haromycescerevisiae)室温下或者30°C条件下自然发酵1_3天,再补加氮源配制成发酵培养基,接入细菌纤维素生产菌株的种子液,经过323天发酵制得细菌纤维素。所述步骤(3)%%的胰蛋白胨;-2wt%的硫酸铵、玉米浆或麦芽汁。所述步骤(3)中发酵培养基的pH值调节为4.(,所述的发酵为在2(T30°C温度下静止培养或者在5(T500rpm转速下动态培养。所述步骤(3)中的细菌纤维素生产菌株为醋酸菌属(Acetobactersp.)、葡萄糖酸杆菌属(Gluconobactersp.)、葡糖酸醋杆菌属(Gluconacetobactersp.)、葡萄糖氧化杆菌(Gluconobacteroxydans)、根瘤菌属(Rhizobiumsp.)、八叠球菌属(Sarcinasp.)、假单胞菌属(Pseudomounassp.)、无色杆菌属(Achromobactersp.)、产喊菌属(Alcaligenessp.)、气杆菌属(Aerobactersp.)、固氣菌属(Azotobactersp.)、土壤杆菌属(Agrobacteriumsp.)、洋葱假单胞菌(Seudomonascepacia)、空肠弯曲菌(Campylobacterjejuni)、木葡糖酸醋杆菌(Gluconacetobacterxylinus)或红茶菌(kombucha),优选木葡糖酸醋杆菌(Gluconacetobacterxylinus)或红茶菌(kombucha)。所述细菌纤维素生产菌株中除红茶菌以外的菌种按23接种环的接种量接入液体种子培养基(5—50g/L的甘露醇/或葡萄糖,I—10g/L酵母浸膏、I—5g/L蛋白胨,)制备种子液,然后按体积百分比3-15%的接种量转接到发酵培养基;细菌纤维素生产菌株为红茶菌时按接入广3片直径Icm圆片菌膜的接种量接入液体种子培养基,然后按广3片直径Icm圆片菌膜的接种量转接到发酵培养基。本发明利用木薯、番薯、甘薯、地瓜、马铃薯等这些在我国资源丰富,种植广泛,存储方便且价格低廉的薯类原料进行。实验数据表明,在同等条件下,使用薯类原料水解液生产的细菌纤维素产量高于其他碳源,如蔗糖、葡萄糖、果糖、甘露醇等碳源生产的细菌纤维素。因此证实本发明所生产的廉价碳源是一种培养细菌纤维素的优质碳源。有益效果(I)本发明以薯类为原料,具有来源广泛,工艺简单、水解液糖含量高;薯类原料预处理水解工艺具有简单、能耗低、反应迅速等优点。(2)本发明经处理的薯类原料水解液生产的细菌纤维素产量高于其他碳源生产的细菌纤维素,在细菌纤维素的生产领域具有良好的应用前景。图I为不同单因素对高温a淀粉酶液化木薯的影响;图2为不同单因素对糖化酶酶解木薯效果的影响;图3为新鲜木薯、甘薯以及马铃薯水解液和其它常规碳源生产的细菌纤维素的结果。具体实施例方式下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。,用打汁机在22000rpm/min下匀浆5分钟,木薯与水的比例(g/ml)是1:,然后在5000rpm/min下离心10分钟,固液分离,将上清液和固行物存于4°C冰箱备用。、反应时间、酶量、pH这4个影响液化效果的因素进行单因素实验,通过比较还原糖浓度来确定各个最优单因素条件。(I)液化最适反应pH在加酶量为3%(m/m),反应时间为90min,温度为87°C,实验对象为固液比是1:8(g/mL)的木薯勻楽;液的条件下,不同的pH值对还原糖浓度的影响见图I(a),。(2)液化最适反应时温度在pH=,反应温度在90min,酶量在3%(m/m),实验对象为固液比是1:8(g/mL)的木薯匀浆液的条件下,反应温度对还原糖浓度的影响见图I(b),实验表明最适合的反应温度是87°C。(3)液化最适反应时间在pH=,酶量在3%(m/m),反应温度为87°C的条件下,实验对象为固液比是1:8(g/mL)的木薯匀浆液的条件下,反应时间对还原糖浓度的影响见图I(C),液化最合适反应时间是60min。(4)液化最适酶用量在pH=,反应温度为87°C,反应时间为90min,实验对象为固液比是1:8(g/mL)的木薯匀浆液的条件下,反应酶量对还原糖浓度的影响见图I(d)时,综合考虑水解度和实际生产成本等因素,暂时确定酶添加量为2%。通过单因素实验,我们得到液化的最佳反应条件为温度87°C,反应时间60min,酶量为3%(m/m),,实验原料木薯匀浆液。,考虑实际的操作,,选择反应温度、时间、酶量进行响应面优化,-Behnken设计。Box-Behnken是一种寻找多因素系统中最佳条件的数学统计方法。取反应温度、反应时间、酶量3个因素,每个因素取三个水平,根据设计进行实验后,对数据进行二次回归拟合,得到包括一次项、平均项、交互项的二次方程,分析各因素的主效应和交互效应,最后在一定水平范围内求最佳值。实验设计如下表I:淀粉酶响应面设计水平编码值因素编码_-I0Ili',包括(1)将薯类原料用汽蒸熟化软化后捣烂,或将薯类原料匀浆细碎化,得到预处理后的薯类原料;(2)在上述预处理后的薯类原料中加入酸,进行酸水解;或加入酶,进行酶水解,得到薯类原料水解液;-,于温度60-150°-5h;,按照酶/薯类原料干物质=l-4w/w%加入酶,-,以50-120r/min的速度振荡反应30_120min,得到液化后的薯类原料;,加入糖化酶66-270U/g薯类原料干物质,-,在温度40-70°,然后离心得上清液,即薯类原料水解液;(3)将上述薯类原料水解液作为培养基碳源,加氮源配制成发酵培养基,接入细菌纤维素生产菌株的种子液,经过323天发酵制得细菌纤维素。,其特征在于所述步骤(I)中的薯类原料为木薯、番薯、甘薯、地瓜或马铃薯中的一种或几种。,其特征在于所述步骤(I)中的用汽蒸熟化软化的具体工艺为将薯类原料整体或切碎后,于温度50-110°C下水煮或者汽蒸30-60min熟化软化,水煮时薯类原料干物质与水的质量比例为1:1-1:3;匀浆细碎化的具体工艺为将清洗干净的薯类原料直接加水匀浆,薯类原料干物质与水的质量体积比为lg:。,其特征在于所述步骤(2)中的酸水解中酸为硫酸、盐酸、磷酸、醋酸或柠檬酸;酶水解中酶为淀粉酶、糊精酶、纤维素酶、糖化酶、葡聚糖酶、果胶酶中的一种或几种。,其特征在于所述步骤(2)a中的酶/薯类原料干物质=3w/w%,,°C,反应时间为53min。,其特征在于所述步骤(2)a中的酶为淀粉酶,当反应的温度为80-97°C时,采用高温淀粉酶;当反应的温度为30-60°C时,采用普通淀粉酶。,其特征在于所述步骤(2)b中糖化酶的加入量为133U/g,,,反应时间为86min。,其特征在于所述步骤(2)a中的碱为Ca(OH)2、NaOH或NH4OH,所述步骤(2)a和b中的酸为硫酸、磷酸、盐酸或***。,其特征在于所述步骤(3)%-%胰蛋白胨,,接入面包酵母/酿酒酵母(haromycescerevisiae)室温下或者30°C条件下自然发酵1-3天,再补加氮源配制成发酵培养基,接入细菌纤维素生产菌株的种子液,经过