一種生物轉化桑葉制備細菌纖維素的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于生物發(fā)酵領域，具體涉及一種生物轉化桑葉制備細菌纖維素的方法。
【背景技術】
[0002]細菌纖維素(Bacterial Cellulose, BC)是一種由某些細菌產(chǎn)生的由D-吡喃葡萄糖以β -1, 4糖苷鍵鏈接而成的線性高分子聚合物，與植物纖維素相比，細菌纖維素具有更高的純度、抗拉強度以及更高的楊氏模量，良好的生物相容性和可降解性等一系列獨特的性能，使其在生物醫(yī)學、組織工程、食品以及紡織等諸多領域得到了廣泛的應用。
[0003]細菌纖維素的生產(chǎn)受諸多因素的影響，特別是發(fā)酵培養(yǎng)基的成本。為了減少細菌纖維素的生產(chǎn)成本，促進細菌纖維素的大規(guī)模生產(chǎn)，大量發(fā)酵培養(yǎng)基如糖蜜、酒產(chǎn)品廢棄液等均被嘗試用于細菌纖維素生產(chǎn)，但是，這些原料的使用仍不足以促進細菌纖維素的規(guī)?；a(chǎn)，甚至使細菌纖維素的產(chǎn)率降低。生物質(zhì)被嘗試用于細菌纖維素的生產(chǎn)中。Yang等人利用一種生物質(zhì)象草，實現(xiàn)了由生物質(zhì)象草到細菌纖維素的低成本生物轉換(χ.-υ.Yang, C.Huang, H.-J.Guo, L.X1ng, Y.-Y.Li，H.-R.Zhang, and X.-D.Chen:B1convers1nof elephant grass(Pennisetum purpureum)acid hydrolysate to bacterial celluloseby Gluconacetobacter xylinus.Journal of Applied Microb1logy 115,995-1002)。
[0004]桑葉即桑樹的葉子，我國大部分地區(qū)均有種植，是我國傳統(tǒng)中藥之一。近年來，人們對桑葉的化學成分進行了系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)桑葉具有極大的營養(yǎng)價值。桑葉中含有人體必需氨基酸，各種維生素，黃酮，生物堿以及鎂、鈣、錳等元素。目前從桑葉中檢測出15種氨基酸，含氮量為3.3%?4.3%，粗蛋白含量占20%?27%，具有極高的含氮量和粗蛋白量。此外桑葉中還含有多酚類，葉酸，脂肪，多糖等營養(yǎng)物質(zhì)，其中可溶性糖占10%?14%。桑葉中極大含氮量、黃酮量以及可溶性糖量使其在食品、醫(yī)藥等諸多領域得到了廣泛的應用。富含氮、糖含量的桑葉有望成為細菌纖維素發(fā)酵培養(yǎng)基的原料，加上其廣域的種植，資源豐富，使其有望顯著降低細菌纖維素生產(chǎn)成本，促進細菌纖維素的規(guī)模化生產(chǎn)，具有極大的商業(yè)價值和應用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是針對細菌纖維素生產(chǎn)成本高而不利于實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的問題，提供一種操作簡單，工藝簡潔，價格低廉的生物轉化桑葉制備細菌纖維素的方法。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0007]—種生物轉化桑葉制備細菌纖維素的方法，包括配制發(fā)酵培養(yǎng)基、接種菌株和靜態(tài)發(fā)酵、收集細菌纖維素膜及清洗步驟，其中，配制發(fā)酵培養(yǎng)基時加入桑葉提取液。
[0008]所述的桑葉提取液的制備過程如下:首先將桑葉洗凈剪碎后，按桑葉與水的質(zhì)量體積比為2?5:3加水，40?70°C下超聲，然后將超聲后的混合物過濾，濾液備用，濾渣中加入MgSO4.5Η20、冰乙酸及稀硫酸，110?135°C下蒸煮0.5?1.5h，得到酸解液，之后用氫氧化鈣調(diào)pH至6?7，然后將酸解液與濾液混合、脫色、過濾，即得桑葉提取液，其中，桑葉與MgSO4.5Η20的質(zhì)量比為200?500:0.35，桑葉與冰乙酸的質(zhì)量體積比為200?500:0.75，桑葉與稀硫酸的質(zhì)量比為2?5:2，稀硫酸的質(zhì)量濃度為1.5%?4.0%。
[0009]所述的脫色為活性炭脫色，活性炭的加入量為桑葉質(zhì)量的5%，脫色時間為I?2h。
[0010]所述的發(fā)酵培養(yǎng)基的配制如下:將蔗糖加入桑葉提取液中，滅菌即得發(fā)酵培養(yǎng)基，其中，蔗糖與桑葉的質(zhì)量比為O?11:200?500。
[0011]所述的接種菌株和靜態(tài)發(fā)酵為在發(fā)酵培養(yǎng)基中接入體積為發(fā)酵培養(yǎng)基的12%的木醋桿菌種子液，靜態(tài)發(fā)酵7?10d。
[0012]所述收集細菌纖維素膜及清洗為發(fā)酵結束后取出細菌纖維素膜，分別用1.5%(w/v)的Na0H、3%。(v/v)的雙氧水85°C下煮2h，即得純凈的細菌纖維素膜。
[0013]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明利用價格低廉、來源廣泛的桑葉作為細菌纖維素發(fā)酵培養(yǎng)基的成分，降低了生產(chǎn)成本，并且制備方法簡便易行，能夠有效促進細菌纖維素的規(guī)?；a(chǎn)；同時，與大多數(shù)生物質(zhì)相比，桑葉富含碳、氮以及細菌必要的生長因子，在發(fā)酵過程中無需加入其它氮源，并可有效替代傳統(tǒng)發(fā)酵液中的碳源，進一步地降低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明所述生產(chǎn)細菌纖維素的方法產(chǎn)量高達9.8g/L (干重)。
【附圖說明】
[0014]圖1為實施例10制備得到的細菌纖維素的SEM圖。
[0015]圖2為實施例10制備得到的細菌纖維素的紅外圖。
[0016]圖3為實施例10制備得到的細菌纖維素的XRD圖。
【具體實施方式】
[0017]為了加深對本發(fā)明的理解，下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳述。
[0018]實施例1
[0019]步驟1、桑葉提取液的制備:首先將200g桑葉洗凈剪碎后，加入300ml水，40°C下超聲15min ;然后將超聲后的混合物過濾，濾液備用，濾渣中加入0.35g的MgSO4.5H20、0.75mL的冰乙酸及200mL質(zhì)量濃度為1.5% H2SO4溶液，110°C下蒸煮0.5h，得到酸解液；之后用氫氧化鈣調(diào)PH至6，然后將酸解液與濾液混合，加入1g活性炭脫色lh，過濾即得桑葉提取液；
[0020]步驟2、發(fā)酵培養(yǎng)基的配制:將上述所得桑葉提取液加水定容至500mL，在121°C下滅菌20min，即得發(fā)酵培養(yǎng)基；
[0021]步驟3、接種菌株和靜態(tài)發(fā)酵:接入60mL木醋桿菌種子液，靜態(tài)發(fā)酵7d ;
[0022]步驟4、收集細菌纖維素膜及清洗:取出細菌纖維素膜，分別用1.5% (w/v)的NaOH,3% (v/v)的雙氧水85°C下煮2h，即得純凈的細菌纖維素膜。
[0023]實施例2
[0024]步驟1、桑葉提取液的制備:首先將200g桑葉洗凈剪碎后，加入300ml水，40°C下超聲15min ;然后將超聲后的混合物過濾，濾液備用，濾渣中加入0.35g的MgSO4.5H20、0.75mL的冰乙酸及200mL質(zhì)量濃度為1.5% H2SO4溶液，135°C下蒸煮0.5h，得到酸解液；之后用氫氧化鈣調(diào)PH至6，然后將酸解液與濾液混合，加入1g活性炭脫色2h，過濾即得桑葉提取液；
[0025]步驟2、發(fā)酵培養(yǎng)基的配制:將5g蔗糖加入到上述所得桑葉提取液中并加水定容至500mL，在121 °C下滅菌20min，即得發(fā)酵培養(yǎng)基；
[0026]步驟3、接種菌株和靜態(tài)發(fā)酵:接入60mL木醋桿菌種子液，靜態(tài)發(fā)酵Sd ;
[0027]步驟4、收集細菌纖維素膜及清洗:取出細菌纖維素膜，分別用1.5% (w/v)的NaOH,3% (v/v)的雙氧水85°C下煮2h，即得純凈的細菌纖維素膜。
[0028]實施例3
[0029]步驟1、桑葉提取液的制備:首先將200g桑葉洗凈剪碎后，加入300ml水，40°C下超聲15min ;然后將超聲后的混合物過濾，濾液備用，濾渣中加入0.35g的MgSO4.5H20、0.75mL的冰乙酸及200mL質(zhì)量濃度為1.5% H2SO4溶液，110°C下蒸煮0.5h，得到酸解液；之后用氫氧化鈣調(diào)PH至7，然后將酸解液與濾液混合，加入1g活性炭脫色lh，過濾即得桑葉提取液；
[0030]步驟2、發(fā)酵培養(yǎng)基的配制:將Ilg蔗糖加入到上述所得桑葉提取液中并加水定容至500mL，在121 °C下滅菌20min，即得發(fā)酵培養(yǎng)基；
[0031]步驟3、接種菌株和靜態(tài)發(fā)酵:接入60mL木醋桿菌種子液，靜態(tài)發(fā)酵1d ;
[0032]步驟4、收集細菌纖維素膜及清洗:取出細菌纖維素膜，分別用1.5% (w/v)的NaOH,3% (v/v)的雙氧水85°C下煮2h，即得純凈的細菌纖維素膜。
[0033]實施例4
[0034]步驟1、桑葉提取液的制備:首先將200g桑葉洗凈剪碎后，加入300ml水，70°C下超聲20min ;然后將超聲后的混合物過濾，濾液備用，濾渣中加入0.35g的MgSO4.5H20、0.75mL的冰乙酸及200mL質(zhì)量濃度為3.0% H2SO4溶液，110°C下蒸煮lh，得到酸解液；之后用氫氧化鈣調(diào)PH至6，然后將酸解液與濾液混合，加入1g活性炭脫色2h，過濾即得桑葉提取液；
[0035]步驟2、發(fā)酵培養(yǎng)基的配制:將上述所得桑葉提取液加水定容至500mL，在121°C下滅菌20min，即得發(fā)酵培養(yǎng)基；
[0036]步驟3、接種菌株和靜態(tài)發(fā)酵:接入60mL木醋桿菌種子液，靜態(tài)發(fā)酵7d ;
[0037]步驟4、收集細菌纖維素膜及清洗:取出細菌纖維素膜，分別用1.5% (w/v)的NaOH,3% (v/v)的雙氧水85°C下煮2h，即得純凈的細菌纖維素膜。
[0038]實施例5
[0039]步驟1、桑葉提取液的制備:首先將300g桑葉洗凈剪碎后，加入300ml水，70°C下超聲20min ;然后將超聲后的混合物過濾，濾液備用，濾渣中加入0.35g的MgSO4.5H20、0.75mL的冰乙酸及200mL質(zhì)量濃度為3.0% H2SO4溶液，135°C下蒸煮lh，得到酸解液；之后用氫氧化鈣調(diào)PH至6，然后將酸解液與濾液混合，加入15g活性炭脫色lh，過濾即得桑葉提取液；
[0040]步驟2、發(fā)酵培養(yǎng)基的配制:將5g蔗糖加入到上述所得桑葉提取液中并加水定容至500mL，在121 °C下滅菌20min，即得發(fā)酵培養(yǎng)基；
[0041]步驟3、接種菌株和靜態(tài)發(fā)酵:接入60mL木醋桿菌種子液，靜態(tài)發(fā)酵Sd ;
[0042]步驟4、收集細菌纖維素膜及清洗:取出細菌纖維素膜，分別用1.5% (w/v)的NaOH、3%。(v/v)的雙氧水85°C下煮2h，即得純凈的細菌纖維素膜。
[0043]實施例6
[0044]步驟1、桑葉提取液的制備:首先將300g桑葉洗凈剪碎后，加入300ml水，40°C下超聲20min ;然后將超聲后的混合物過濾，濾液備用，濾渣中加入0.35g的MgSO4.5H20、0.75mL的冰乙酸及200mL質(zhì)量濃度為3.0% H2SO4溶液，135°C下蒸煮lh，得到酸解液；之后用氫氧化鈣調(diào)PH至7，然后將酸解液與濾液混合，加入15g活性炭脫色2h，過濾即得桑葉提取液；
[0045]步驟2、發(fā)酵培養(yǎng)基的配制:將Ilg蔗糖加入到上述所得桑葉提取液中并加水定容至500mL，在121 °C下滅菌20min，即得發(fā)酵培養(yǎng)基；
[0046]步驟3、接種菌株和靜態(tài)發(fā)酵:接入60mL木醋桿菌種子液，靜態(tài)發(fā)酵1d ;
[0047]步驟4、收集細菌纖維素膜及清洗:取出細菌纖維素