專利名稱：一種利用麥稈/玉米稈生產(chǎn)細(xì)菌纖維素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬細(xì)菌纖維素的制備領(lǐng)域，特別是涉及一種利用麥稈/玉米稈生產(chǎn)細(xì)菌纖
維素的方法。
背景技術(shù)：
細(xì)菌纖維素(Bacterial Cellulose,簡(jiǎn)稱BC)又稱為微生物纖維素(Microbial Cellulose)，與自然界中其它高等植物纖維素相比，它具有許多獨(dú)特的性質(zhì)，包括高純度、 高結(jié)晶度、高聚合度、高持水性，高抗張強(qiáng)度，強(qiáng)生物適應(yīng)性等，可廣泛應(yīng)用于人工皮膚和血 管、醫(yī)用敷料、粘合劑、音響設(shè)備振動(dòng)膜、造紙、紡織、復(fù)合膜等領(lǐng)域，是一種有著廣闊商業(yè)應(yīng) 用前景的生物材料。但在細(xì)菌纖維素推廣應(yīng)用中，成本高、纖維素產(chǎn)量和產(chǎn)率低等問(wèn)題成為 其工業(yè)化生產(chǎn)和推廣應(yīng)用的主要限制因素。 麥稈和玉米稈等農(nóng)作物秸稈等是地球上一種數(shù)量巨大的可再生生物質(zhì)資源。我國(guó) 生物質(zhì)資源豐富，每年產(chǎn)生的生物質(zhì)總量有50多億噸(干重)，因此，農(nóng)作物秸稈的資源化 利用是一項(xiàng)系統(tǒng)工程也是目前亟待開(kāi)發(fā)的課題。麥稈和玉米稈的主要成分均是纖維素、半 纖維和木質(zhì)素。其中纖維和半纖維主要由葡萄糖和木糖等單糖組成，是微生物可以利用的 碳源。尋找一種先進(jìn)實(shí)用的技術(shù)將其中的纖維素和半纖維素轉(zhuǎn)化為微生物易于利用的糖， 并通過(guò)微生物發(fā)酵生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品，對(duì)于解決環(huán)境污染和稻草資源的利用具有重大的 現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種利用麥稈/玉米稈生產(chǎn)細(xì)菌纖維素的方 法，該方法制備的培養(yǎng)基碳源質(zhì)量好，價(jià)格低，適合于工業(yè)生產(chǎn)。
本發(fā)明的一種利用麥稈生產(chǎn)細(xì)菌纖維素的方法，包括
(1)麥稈的稀酸水解 麥稈先用植物粉碎機(jī)磨碎，再用稀硫酸或鹽酸(0. 3% 7%， w/v)在反應(yīng)器中以 1:6-1: 30的麥稈與稀酸液的固/液比浸泡過(guò)夜(12-24h)，然后在溫度100°C 121°C 條件下反應(yīng)30 80分鐘，接著通過(guò)抽濾將麥稈殘?jiān)退崴庖悍珠_(kāi)，收集水解液，4°C _8°C 冰箱冷藏備用；
(2)水解液的脫毒 由于水解液中含有一定的有毒物質(zhì)，在以水解液作為培養(yǎng)基碳源時(shí)醋酸桿菌 (Acetobacter aceti)或葡萄糖氧化桿菌(Gluconobacter 0xydans)不會(huì)勝長(zhǎng)禾口合成細(xì)菌 纖維素，所以水解液必需脫毒； 用Na0H、 Ca (0H) 2 (或石灰)和氨水(NH40H)等堿對(duì)水解液進(jìn)行脫毒，改變脫毒條件 譬如pH值、時(shí)間，以及分別結(jié)合活性炭或結(jié)合10%漆酶(酶活為2. 75U/mL)對(duì)水解液進(jìn)行 脫毒以提高脫毒效果； 方法1 :Na0H將水解液pH值調(diào)到4. 5-5. 5，過(guò)濾沉淀，并微調(diào)到pH4. 5-5. 5 ;
方法2 :NaOH將水解液pH值調(diào)到4. 5_5. 5，加入活性炭吸附，反應(yīng)后過(guò)濾掉活性炭 并重新微調(diào)pH值到4. 5-5. 5 ; 方法3 :NaOH將水解液pH值調(diào)到9. 5-11，加入活性炭吸附，反應(yīng)后過(guò)濾掉活性炭 并重新調(diào)節(jié)pH值到4. 5-5. 5 ; 方法4 :Na0H將水解液pH值調(diào)到9. 5_11，于25-6(TC溫水浴條件下反應(yīng)過(guò)夜，過(guò)濾 并重新調(diào)pH值到4. 5-5. 5 ; 方法5 :NaOH將水解液pH值調(diào)到9. 5_11，于25-6(TC溫水浴條件下反應(yīng)過(guò)夜，過(guò)濾 并重新調(diào)PH值到4. 5-5. 5，然后加入活性炭吸附，反應(yīng)后過(guò)濾掉活性炭并重新微調(diào)pH值到 4. 5-5. 5 ; 方法6 :NaOH將水解液pH值調(diào)到4. 5_5. 5，加10 %漆酶(酶活為2. 75U/mL)于 25-6(TC溫水浴條件下反應(yīng)12h-24h，過(guò)濾掉沉淀物并重新微調(diào)pH值到4. 5-5. 5 ;
方法7 :Ca (OH) 2將水解液pH值調(diào)到4. 5_5. 5，過(guò)濾沉淀，并微調(diào)到pH4. 5_5. 5 ;
方法8 :Ca(0H)2將水解液pH值調(diào)到4. 5_5. 5，加入活性炭吸附，反應(yīng)后過(guò)濾掉活性 炭并重新微調(diào)pH值到4. 5-5. 5 ; 方法9 :Ca(OH)2將水解液pH值調(diào)到9. 5-11，加入活性炭吸附，反應(yīng)后過(guò)濾掉活性 炭并重新調(diào)節(jié)pH值到4. 5-5.5; 方法10 :Ca(0H)2將水解液pH值調(diào)到9. 5-11，于25-6(TC溫水浴條件下反應(yīng)過(guò)夜， 過(guò)濾并重新調(diào)pH值到4. 5-5. 5 ; 方法11 :Ca(0H)2將水解液pH值調(diào)到9. 5-11，于25-6(TC溫水浴條件下反應(yīng)過(guò)夜， 過(guò)濾并重新調(diào)PH值到4. 5-5. 5，然后加入活性炭吸附，反應(yīng)后過(guò)濾掉活性炭并重新微調(diào)pH 值到4. 5-5. 5 ; 方法12 :Ca(0H)2將水解液pH值調(diào)到4. 5-5. 5，加10%漆酶(酶活為2. 75U/mL)于 25-6(TC溫水浴條件下反應(yīng)12h-24h，過(guò)濾掉沉淀物并重新微調(diào)pH值到4. 5-5. 5 ;
方法13 :25% _30%氨水將水解液pH值調(diào)到9. 5-11，于25-6(TC溫水浴條件下反 應(yīng)過(guò)夜，過(guò)濾并重新調(diào)pH值到4. 5-5. 5，然后加入活性炭吸附，反應(yīng)后過(guò)濾掉活性炭并重新 微調(diào)pH值到4. 5-5. 5 ; 方法14 :25 % -30 %氨水將水解液pH值調(diào)到4. 5-5. 5 ，加10 %漆酶(酶活為 2. 75U/mL)于25-60 °C溫水浴條件下反應(yīng)12h_24h，過(guò)濾掉沉淀物并重新微調(diào)pH值到 4. 5_5. 5。 (3)細(xì)菌纖維素的制備 取上述的脫毒水解液作為培養(yǎng)基碳源，補(bǔ)加O. 1_1%的酵母浸膏和0. 1-0.5% 胰蛋白胨，配成培養(yǎng)基，以6% _10%的接種量接入醋酸桿菌(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)生物樣品保藏中 心ATCC提供Acetobacter aceti subsp. xyli皿s (Gluconacetobacter xyli皿s)ATCC 23770、 Acetobacteraceti subsp.xylinus (Gluconacetobacter xylinus)ATCC 53263、 Gluconacetobacter xylinusATCC 53264、 Gluconacetobacter xylinus ATCC 53524、 Gluconacetobacter xylinus ATCC53582、 Gluconacetobacter xylinus ATCC 53749、 Gluconacetobacter xylinus ATCC 53750、 Gluconacetobacter xylinus ATCC 700178、 Gluconacetobacter hansenii ATCC 10821、Gluconacetobacter hansenii ATCC 23769)或 葡萄糖氧化桿菌(Gluconobacter oxydans ATCC11894)等細(xì)菌在25_30°C ， 160-250轉(zhuǎn)/分鐘搖床中培養(yǎng)或在25-3(TC培養(yǎng)箱內(nèi)靜止培養(yǎng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間(6-25天)均能夠得到較理想 的細(xì)菌纖維素。 所述步驟(1)中的麥稈先用植物粉碎機(jī)磨碎至40目。 所述步驟(2)中的活性炭是1質(zhì)量％ -6質(zhì)量％的活性炭于室溫下攪拌5-10min。
所述步驟(3)中的氮源為酵母浸膏、蛋白胨、胰蛋白胨、牛肉膏、硫酸銨等銨鹽中 的一種或幾種。 所述步驟(3)用于培養(yǎng)細(xì)菌的碳源是經(jīng)脫毒制備的麥稈水解液，按7-30g/L的還 原糖量(以葡萄糖計(jì))將水解液配制成發(fā)酵培養(yǎng)基，含有O. 1_1%酵母浸膏、0. 1-0. 5%蛋白 胨，培養(yǎng)基PH值為5.0。 [OO31 ] 所述步驟(3)中的接種量為6 % 。 其中方法11， Ca(0H)2結(jié)合活性炭的方法制備細(xì)菌纖維素的效果最好，可以在11 天左右的時(shí)間生成較為理想的細(xì)菌纖維素膜，且細(xì)菌纖維素產(chǎn)量最高，可達(dá)15.4mg/mL。當(dāng) 該脫毒的水解液與其它常規(guī)碳源比較時(shí)，在相同碳源濃度和培養(yǎng)條件下，該脫毒水解液制 備的細(xì)菌纖維素產(chǎn)量仍高于常規(guī)碳源制備的，要比以純甘露醇、蔗糖或葡萄糖為碳源時(shí)的 纖維素產(chǎn)量分別高出50. 3% 、65. 0%和69. 9% 。 此外，使用不同堿液調(diào)節(jié)水解液pH至9. 5-11反應(yīng)后再結(jié)合活性炭的方法(方法 5，方法11，方法13)要比用不同堿液調(diào)節(jié)水解液pH至4. 5-5. 5再結(jié)合漆酶的方法(方法 6，方法12，方法14)對(duì)麥稈水解液脫毒效果好，其中脫毒效果最好的是用Ca(0H)2調(diào)節(jié)水解 液pH值，其次是NaOH和氨水。 麥稈主要化學(xué)成分由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，但是麥稈結(jié)構(gòu)復(fù)雜。纖維 素、半纖維素不但被木質(zhì)素包裹，而且半纖維素部分共價(jià)和木質(zhì)素結(jié)合，纖維素則具有高度 有序晶體結(jié)構(gòu)，所以麥稈的利用需要預(yù)處理。只有經(jīng)過(guò)預(yù)處理，才能解除木質(zhì)素對(duì)纖維素的 包裹，從而把纖維素暴露出來(lái)，利于酸水解或酶水解及后續(xù)發(fā)酵過(guò)程。在水解過(guò)程中，雖然 有葡萄糖，木糖，阿拉伯糖等混合糖產(chǎn)生，但由于反應(yīng)條件劇烈，還會(huì)生成許多對(duì)發(fā)酵微生 物有毒性作用的抑制物，水解液中的抑制劑主要有糠醛、羥甲基糖醛、乙酸、酚類化合物、 丁香酸、羥基苯甲酸、香草醛及其它有毒化合物。所以在使用上述水解液進(jìn)行微生物發(fā)酵過(guò) 程中，需要對(duì)水解液脫毒，以減少這些有毒化合物對(duì)微生物發(fā)酵培養(yǎng)的影響。
本發(fā)明的一種利用玉米稈生產(chǎn)細(xì)菌纖維素的方法，包括
(1)玉米稈的稀酸水解 將玉米稈風(fēng)干粉碎，再用1% 8% (w/v)硫酸或鹽酸浸泡，玉米稈與硫酸或鹽酸 的固液比為1 : 5 1 : 25，然后在9(TC 14(TC下反應(yīng)10 90min，反應(yīng)結(jié)束后抽濾，收 集水解液； (2)水解液的脫毒 用NaOH、Ca (OH) 2 (或石灰)、氨水(NH40H)等堿調(diào)節(jié)水解液pH值，結(jié)合活性炭或漆 酶對(duì)水解液進(jìn)行處理。 方法1 :用NaOH調(diào)水解液pH值至4 6，離心或過(guò)濾除去沉淀； 方法2 :用NaOH調(diào)水解液pH值至4 6，加入活性炭反應(yīng)5min 30min，離心或
過(guò)濾除去沉淀； 方法3 :用NaOH調(diào)水解液pH值至9 11，加入活性炭反應(yīng)5min 30min，離心或過(guò)濾除去沉淀，調(diào)水解液pH值至4 6 ; 方法4 :用Na0H調(diào)水解液pH值至9 11，于20 6(TC水浴下反應(yīng)12 24小時(shí)， 離心或過(guò)濾除去沉淀，調(diào)水解液pH值至4 6 ; 方法5 :用NaOH調(diào)水解液pH值至9 11，于20 6(TC水浴下反應(yīng)12 24小時(shí)，
調(diào)水解液pH值至4 6，然后加入活性炭反應(yīng)5min 30min，離心或過(guò)濾除去沉淀； 方法6 :用NaOH調(diào)水解液pH值至4 6，離心或過(guò)濾除去沉淀，加入10%的酶活
為2. 75U/mL的漆酶于30 6(TC水浴下反應(yīng)12 24小時(shí)； 方法7 :用Ca (OH) 2調(diào)水解液pH值至4 6，離心或過(guò)濾除去沉淀； 方法8 :用Ca(OH)2調(diào)水解液pH值至4 6，加入活性炭反應(yīng)5min 30min，離心
或過(guò)濾除去沉淀； 方法9 :用Ca(0H)2調(diào)水解液pH值至9 11，加入活性炭反應(yīng)5min 30min，離心 或過(guò)濾除去沉淀，調(diào)水解液pH值至4 6 ; 方法10 :用Ca(OH)2調(diào)水解液pH值至9 11，于20 60。C水浴下反應(yīng)12 24 小時(shí)，離心或過(guò)濾除去沉淀，調(diào)水解液pH值至4 6 ; 方法11 :用Ca(0H)2調(diào)水解液pH值至9 ll，于20 60。C水浴下反應(yīng)12 24 小時(shí)，調(diào)水解液pH值至4 6，然后加入活性炭反應(yīng)5min 30min，離心或過(guò)濾除去沉淀；
方法12 :用Ca(0H)2調(diào)水解液pH值至4 6，離心或過(guò)濾除去沉淀，加入漆酶于 30 60。C水浴下反應(yīng)12 24小時(shí)； 方法13 :用氨水調(diào)水解液pH值至9 11，于20 6(TC水浴下反應(yīng)12 24小時(shí)， 調(diào)水解液pH值至4 6，然后加入活性炭反應(yīng)5min 30min，離心或過(guò)濾除去沉淀；
方法14 :用氨水調(diào)水解液pH值至4 6，離心或過(guò)濾除去沉淀，加入10%的酶活 為2. 75U/mL的漆酶于30 6(TC水浴下反應(yīng)12 24小時(shí)； (3)取上述的脫毒水解液作為培養(yǎng)基碳源，補(bǔ)加O. 1 2X的氮源，12rC滅菌 15min后作為培養(yǎng)基；以5X 10%的接種量接入醋酸桿菌(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)生物樣品保藏中 心ATCC提供Acetobacter aceti subsp. xyli皿s (Gluconacetobacter xyli皿s)ATCC 23770、 Acetobacter acetisubsp. xyli皿s (Gluconacetobacter xyli皿s)ATCC 53263、 Gluconacetobacter xyli皿s ATCC53264、 Gluconacetobacter xylinus ATCC 53524、 Gluconacetobacter xylinus ATCC 53582、 Gluconacetobacter xylinus ATCC 53749、 Gluconacetobacter xylinus ATCC 53750、 Gluconacetobacter xylinus ATCC 700178、 Gluconacetobacter hansenii ATCC 10821、Gluconacetobacter hansenii ATCC 23769)或 葡萄糖氧化桿菌(Gluconobacter oxydans ATCC11894)等細(xì)菌，在25 30°C、 160 250rpm 振蕩培養(yǎng)或25 3(TC下靜置培養(yǎng)6-25天，得到細(xì)菌纖維素。 所述步驟(2)活性炭是1質(zhì)量％ -6質(zhì)量％的活性炭于室溫下攪拌5-10min。
所述步驟(3)中的氮源為酵母浸膏、蛋白胨、胰蛋白胨、牛肉膏、硫酸銨等銨鹽中 的一種或幾種。 所述步驟(3)的培養(yǎng)基采用脫毒水解液作為培養(yǎng)基碳源，按7-30g/L的還原糖量 (以葡萄糖計(jì))將水解液配制成發(fā)酵培養(yǎng)基，含有0. 1_1%酵母浸膏、0. 1_0.5%蛋白胨，培 養(yǎng)基pH值為5.0。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，玉米稈用5%硫酸在固液比1 : 10時(shí)水解30min所得水解液用Ca(0H)2結(jié)合活性炭處理后，將水解液的糖濃度調(diào)整為20g/L，補(bǔ)加0. 5 %的酵母浸膏和 0. 5%蛋白胨配制成培養(yǎng)基，以6X的接種量接入醋酸桿菌，3(TC靜置培養(yǎng)10天，所得細(xì)菌 纖維素的產(chǎn)量為15. 6g/L，細(xì)菌纖維素的產(chǎn)量分別比以甘露醇、蔗糖、葡萄糖為碳源時(shí)提高 40. 2%、55. 6%和64. 3%。
*^效果 (1)本發(fā)明簡(jiǎn)單，成本低廉，原料來(lái)源廣泛，適合于工業(yè)化生產(chǎn)； (2)本發(fā)明利用麥稈中這一價(jià)廉的原料，進(jìn)行稀酸水解和脫毒，生產(chǎn)出一種可以用
于培養(yǎng)細(xì)菌制備纖維素的培養(yǎng)基碳源，為工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)細(xì)菌纖維素這一新興生物材料
提供新的思路和途徑；麥稈來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，因此生產(chǎn)細(xì)菌纖維素的培養(yǎng)基碳源的制備
及其脫毒方法有著很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，優(yōu)勢(shì)明顯；經(jīng)測(cè)試，本發(fā)明所生產(chǎn)的培養(yǎng)基碳源也
可以用于其它工業(yè)微生物的培養(yǎng)，是一種價(jià)廉質(zhì)優(yōu)的碳源； (3)玉米稈是一種可再生資源，來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，利用本發(fā)明的方法處理玉米 稈不僅可得到適合制備細(xì)菌纖維素的碳源，為細(xì)菌纖維素的工業(yè)化生產(chǎn)提供新途徑，而且 使秸稈得以有效利用，減少資源浪費(fèi)；玉米稈經(jīng)酸水解及處理后用于制備細(xì)菌纖維素，細(xì)菌 纖維素的產(chǎn)量大大提高，分別比以蔗糖、葡萄糖為碳源時(shí)提高55.6%、64.3%。


圖1不同方法制備的麥稈水解液碳源生產(chǎn)的細(xì)菌纖維素的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定 的范圍。 實(shí)施例1 麥稈先用植物粉碎機(jī)磨碎，再用稀硫酸(3%， w/v)在反應(yīng)器中以1 : 6的麥稈與 稀酸液的固/液比浸泡過(guò)夜(12-24h)，然后在溫度12rC反應(yīng)60分鐘，接著將麥稈殘?jiān)?酸液抽濾分開(kāi)，收集水解液，4t:冰箱冷藏備用。 加入NaOH將水解清液pH值調(diào)到10左右，用濾紙過(guò)濾掉沉淀得到處理后水解液， 再微調(diào)PH值到10. 0。然后用膜封口 ，置于3(TC水浴中反應(yīng)12-24過(guò)夜，最后用稀酸將水解 液pH值調(diào)到5.0。然后加入2% (質(zhì)量百分比)活性炭，攪拌(室溫條件下5-10min)后用 濾紙過(guò)濾掉活性炭，得到脫毒水解清液，再用稀硫酸微調(diào)pH值到5. 5。脫毒后的水解液經(jīng)測(cè) 糖，作為培養(yǎng)基碳源，再在其中補(bǔ)加O. 1% _1%的酵母浸膏和0. 1% -0. 5%胰蛋白胨配成麥
稈水解液培養(yǎng)基用于微生物的培養(yǎng)。
實(shí)施例2 麥稈先用植物粉碎機(jī)磨碎，再用稀鹽酸(l^，w/v)在反應(yīng)器中以l : IO的麥稈與 稀酸液的固/液比浸泡過(guò)夜(12-24h)，然后在溫度12rC反應(yīng)75分鐘，接著將麥稈殘?jiān)?酸液抽濾分開(kāi)，收集水解液，4t:冰箱冷藏備用。 加入Ca (OH) 2將水解清液pH值調(diào)到10左右，用濾紙過(guò)濾掉沉淀得到處理后水解液，再微調(diào)pH值到10.0。然后用膜封口，置于4(TC水浴中反應(yīng)12-24過(guò)夜，最后用稀酸將 水解液pH值調(diào)到5.0。然后加入2% (質(zhì)量百分比)活性炭，攪拌(室溫條件下5-10min) 后用濾紙過(guò)濾掉活性炭，得到脫毒水解清液，再用稀硫酸微調(diào)pH值到5. 5。脫毒后的水解液 經(jīng)測(cè)糖，作為培養(yǎng)基碳源，再在其中補(bǔ)加O. 1%_1%的酵母浸膏和0. 1%_0.5%胰蛋白胨配
成麥稈水解液培養(yǎng)基用于微生物的培養(yǎng)。
實(shí)施例3 麥稈先用植物粉碎機(jī)磨碎，再用稀硫酸(2X，w/v)在反應(yīng)器中以l : 15的麥稈與 稀酸液的固/液比浸泡過(guò)夜(12-24h)，然后在溫度IO(TC反應(yīng)80分鐘，接著將麥稈殘?jiān)?酸液抽濾分開(kāi)，收集水解液，4t:冰箱冷藏備用。 加入25%氨水將水解清液pH值調(diào)到10，用濾紙過(guò)濾掉沉淀得到處理后水解液，再 微調(diào)pH值到10。然后用膜封口，置于25t:水浴中反應(yīng)過(guò)夜，最后用稀酸將水解液pH值調(diào) 到5.0。然后加入2% (質(zhì)量百分比)活性炭，攪拌(室溫條件下5-10min)后用濾紙過(guò)濾 掉活性炭，得到脫毒水解清液，再用稀硫酸微調(diào)PH值到5. 5。脫毒后的水解液經(jīng)測(cè)糖，作為 培養(yǎng)基碳源，再在其中補(bǔ)加0. 1% _1%的酵母浸膏和0. 1% -0. 5%胰蛋白胨配成麥稈水解 液培養(yǎng)基用于微生物的培養(yǎng)。
實(shí)施例4 麥稈先用植物粉碎機(jī)磨碎，再用稀硫酸(3X，w/v)在反應(yīng)器中以l : 15的麥稈與 稀酸液的固/液比浸泡過(guò)夜(12-24h)，然后在溫度ll(TC反應(yīng)60分鐘，接著將麥稈殘?jiān)?酸液抽濾分開(kāi)，收集水解液，6t:冰箱冷藏備用。 加入NaOH將水解清液pH值調(diào)到5. 0，加入10%酶活為2. 75U/mL的漆酶，于50°C 水浴中反應(yīng)12h，過(guò)濾掉活性炭并重新微調(diào)pH值到5. 5。脫毒后的水解液經(jīng)測(cè)糖，作為培養(yǎng) 基碳源，再在其中補(bǔ)加0. 1% _1%的酵母浸膏和0. 1% -0. 5%胰蛋白胨配成麥稈水解液培
養(yǎng)基用于微生物的培養(yǎng)。
實(shí)施例5 麥稈先用植物粉碎機(jī)磨碎，再用稀硫酸(3X，w/v)在反應(yīng)器中以l : 30的麥稈與 稀酸液的固/液比浸泡過(guò)夜(12-24h)，然后在溫度ll(TC反應(yīng)60分鐘，接著將麥稈殘?jiān)?酸液抽濾分開(kāi)，收集水解液，6t:冰箱冷藏備用。 加入Ca(OH)2將水解清液pH值調(diào)到5. 0，加入10%酶活為2. 75U/mL的漆酶，于 5(TC水浴中反應(yīng)12h，過(guò)濾掉活性炭并重新微調(diào)pH值到5. 5。脫毒后的水解液經(jīng)測(cè)糖，作為 培養(yǎng)基碳源，再在其中補(bǔ)加0. 1% _1%的酵母浸膏和0. 1% -0. 5%胰蛋白胨配成麥稈水解 液培養(yǎng)基用于微生物的培養(yǎng)。
實(shí)施例6 麥稈先用植物粉碎機(jī)磨碎，再用稀鹽酸(3X，w/v)在反應(yīng)器中以l : 30的麥稈與 稀酸液的固/液比浸泡過(guò)夜(12-24h)，然后在溫度12rC反應(yīng)60分鐘，接著將麥稈殘?jiān)?酸液抽濾分開(kāi)，收集水解液，4t:冰箱冷藏備用。 加入25X氨水將水解清液pH值調(diào)到5. O，加入10%酶活為2. 75U/mL的漆酶，于 4(TC水浴中反應(yīng)12h，過(guò)濾掉活性炭并重新微調(diào)pH值到5. 5。脫毒后的水解液經(jīng)測(cè)糖，作為 培養(yǎng)基碳源，再在其中補(bǔ)加0. 1% _1%的酵母浸膏和0. 1% -0. 5%胰蛋白胨配成麥稈水解 液培養(yǎng)基用于微生物的培養(yǎng)。
實(shí)施例7 麥稈先用植物粉碎機(jī)磨碎，再用稀硫酸(l^，w/v)在反應(yīng)器中以l : 12的麥稈與 稀酸液的固/液比浸泡過(guò)夜(12-24h)，然后在溫度12rC反應(yīng)30分鐘，接著將麥稈殘?jiān)?酸液抽濾分開(kāi)，收集水解液，4t:冰箱冷藏備用。 加入Ca (OH) 2將水解清液pH值調(diào)到10左右，用濾紙過(guò)濾掉沉淀得到處理后水解 液，再微調(diào)pH值到10.0。然后用膜封口，置于4(TC水浴中反應(yīng)過(guò)夜，最后用稀酸將水解液 pH值調(diào)到5.0。然后加入2% (質(zhì)量百分比)活性炭，攪拌(室溫條件下5-10min)后用濾 紙過(guò)濾掉活性炭，得到脫毒水解清液，再用稀硫酸微調(diào)pH值到5. 5。脫毒后的水解液經(jīng)測(cè) 糖，作為培養(yǎng)基碳源，再在其中補(bǔ)加0. 1 % -1 %的酵母浸膏和0. 1 % -0. 5%胰蛋白胨配成麥 稈水解液培養(yǎng)基用于微生物的培養(yǎng)。
實(shí)施例8 使用上述各種方法對(duì)麥稈水解液脫毒，并調(diào)節(jié)水解液糖濃度為25g/L，同時(shí)分別配 制同樣濃度的葡萄糖、甘露醇、蔗糖，再在其中補(bǔ)加0. 1% _1%的酵母浸膏和0. 1% -0.5% 胰蛋白胨分別配成50mL麥稈水解液培養(yǎng)基、葡萄糖培養(yǎng)基、甘露醇培養(yǎng)基、蔗糖培養(yǎng)基。將 醋酸桿菌或葡萄糖氧化桿菌以6_10%的接種量接入麥稈水解液培養(yǎng)基在3(TC培養(yǎng)箱內(nèi)靜 止培養(yǎng)8-15天，可得到較理想的細(xì)菌纖維素產(chǎn)品或較豐厚的細(xì)菌纖維素膜，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖 1。 在細(xì)菌纖維素產(chǎn)量上，使用Ca(0H)2結(jié)合活性炭的脫毒方法(方法ll)要優(yōu)于那些 使用NaOH結(jié)合活性炭和氨水結(jié)合活性炭的脫毒方法。經(jīng)Ca(OH)2結(jié)合活性炭的脫毒方法 制備的碳源，在8-15天左右的時(shí)間可以生成較理想的細(xì)菌纖維素膜，而經(jīng)NaOH結(jié)合活性炭 和氨水結(jié)合活性炭的脫毒方法的碳源，雖然也能形成細(xì)菌纖維素膜，但產(chǎn)量沒(méi)有Ca(OH^結(jié) 合活性炭的脫毒方法高。 由圖1可見(jiàn)，Ca(OH)2結(jié)合活性炭的脫毒方法(方法11)的細(xì)菌纖維素產(chǎn)量是最
高的，當(dāng)Ca(OH)2結(jié)合活性炭與其他常規(guī)碳源，譬如蔗糖，葡萄糖和甘露醇比較時(shí)，Ca(OH)2
結(jié)合活性炭脫毒的水解液制備的細(xì)菌纖維素產(chǎn)量高于常規(guī)碳源的培養(yǎng)基。所以在同等條件
下，使用脫毒麥稈水解液配制的培養(yǎng)基生產(chǎn)的細(xì)菌纖維素產(chǎn)量略高于以甘露醇、蔗糖或葡
萄糖為碳源的培養(yǎng)基，由于原料麥稈來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，因此該生產(chǎn)細(xì)菌纖維素的培養(yǎng)基
碳源的制備及其脫毒方法有著很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，優(yōu)勢(shì)明顯。 實(shí)施例9 玉米稈風(fēng)干粉碎后，在反應(yīng)器中以1 : 10的固液比加入3% (w/v)硫酸，然后在 IO(TC下反應(yīng)80min，反應(yīng)結(jié)束后通過(guò)抽濾將殘?jiān)退庖悍珠_(kāi)，收集水解液。
用Ca(OH)2調(diào)水解液pH值至10，于3(TC水浴下反應(yīng)12-24小時(shí)，調(diào)水解液pH值 至5，然后加入活性炭反應(yīng)30min，離心或過(guò)濾除去沉淀； 以上述處理過(guò)的水解液為碳源，補(bǔ)加0. 1%的酵母浸膏和0. 5%蛋白胨，滅菌后作 為培養(yǎng)基。以6%的接種量接入菌種，在30°C 、 160 250rpm振蕩培養(yǎng)或靜止培養(yǎng)10天，得 到細(xì)菌纖維素。
實(shí)施例10 玉米稈風(fēng)干粉碎后，在反應(yīng)器中以1 : 15的固液比加入5% (w/v)鹽酸，然后在 IO(TC下反應(yīng)60min，反應(yīng)結(jié)束后通過(guò)抽濾將殘?jiān)退庖悍珠_(kāi)，收集水解液。
用Ca(0H)2調(diào)水解液pH值至5，離心或過(guò)濾除去沉淀，加入漆酶于35"水浴下反 應(yīng)24小時(shí)； 以上述處理過(guò)的水解液為碳源，補(bǔ)加0. 1%的酵母浸膏和0. 5%胰蛋白胨，滅菌后 作為培養(yǎng)基。以10X的接種量接入菌種，在3(TC、160 250rpm振蕩培養(yǎng)或靜止培養(yǎng)8天，
得到細(xì)菌纖維素。
實(shí)施例11 玉米稈風(fēng)干粉碎后，在反應(yīng)器中以1 : 8的固液比加入1% (w/v)硫酸，然后在
12(TC下反應(yīng)90min，反應(yīng)結(jié)束后通過(guò)抽濾將殘?jiān)退庖悍珠_(kāi)，收集水解液。用NaOH調(diào)水解液pH值至5. 5，加入活性炭反應(yīng)30min，離心或過(guò)濾除去沉淀； 以上述處理過(guò)的水解液為碳源，補(bǔ)加O. 1%的酵母浸膏和0.5%蛋白胨，滅菌后作
為培養(yǎng)基。以8%的接種量接入菌種，在30°C 、 160 250rpm振蕩培養(yǎng)或靜止培養(yǎng)12天，得
到細(xì)菌纖維素。 實(shí)施例12 玉米稈風(fēng)干粉碎后，在反應(yīng)器中以1 : 20的固液比加入6% (w/v)硫酸，然后在
9(TC下反應(yīng)30min，反應(yīng)結(jié)束后通過(guò)抽濾將殘?jiān)退庖悍珠_(kāi)，收集水解液。 用NaOH調(diào)水解液pH值至5，離心或過(guò)濾除去沉淀，加入漆酶于35。C水浴下反應(yīng)24
小時(shí)； 以上述處理過(guò)的水解液為碳源，補(bǔ)加1%蛋白胨，滅菌后作為培養(yǎng)基。以8%的接 種量接入菌種，在30°C、160 250rpm振蕩培養(yǎng)或靜止培養(yǎng)10天，得到細(xì)菌纖維素。
實(shí)施例13 玉米稈風(fēng)干粉碎后，在反應(yīng)器中以1 : 25的固液比加入5% (w/v)硫酸，然后在 9(TC下反應(yīng)45min，反應(yīng)結(jié)束后通過(guò)抽濾將殘?jiān)退庖悍珠_(kāi)，收集水解液。
用氨水調(diào)水解液pH值至11，于5(TC水浴下反應(yīng)12-24小時(shí)，調(diào)水解液pH值至5， 然后加入活性炭反應(yīng)30min，離心或過(guò)濾除去沉淀； 以上述處理過(guò)的水解液為碳源，補(bǔ)加O. 1%的牛肉浸膏和0.5%蛋白胨，滅菌后作
為培養(yǎng)基。以10X的接種量接入菌種，在3(TC、160rpm振蕩培養(yǎng)或靜止培養(yǎng)15天，得到細(xì)
菌纖維素。 實(shí)施例14 玉米稈風(fēng)干粉碎后，在反應(yīng)器中以1 : 6的固液比加入3% (w/v)鹽酸，然后在 12(TC下反應(yīng)45min，反應(yīng)結(jié)束后通過(guò)抽濾將殘?jiān)退庖悍珠_(kāi)，收集水解液。
用NaOH調(diào)水解液pH值至10，于3(TC水浴下反應(yīng)12_24小時(shí)，離心或過(guò)濾除去沉 淀，調(diào)水解液pH值至5 ; 以上述處理過(guò)的水解液為碳源，補(bǔ)加0. 1%的酵母浸膏和0. 5%蛋白胨，滅菌后作
為培養(yǎng)基。以10X的接種量接入菌種，在3(TC、160rpm振蕩培養(yǎng)或靜止培養(yǎng)10天，得到細(xì)
菌纖維素。 實(shí)施例15 玉米稈風(fēng)干粉碎后，在反應(yīng)器中以1 : 10的固液比加入1% (w/v)鹽酸，然后在
14(TC下反應(yīng)30min，反應(yīng)結(jié)束后通過(guò)抽濾將殘?jiān)退庖悍珠_(kāi)，收集水解液。 用Ca(0H)2調(diào)水解液pH值至11，于3(TC水浴下反應(yīng)12-24小時(shí)，離心或過(guò)濾除去
12沉淀，調(diào)水解液pH值至5 ; 以上述處理過(guò)的水解液為碳源，補(bǔ)加O. 1%的牛肉浸膏和0.5%蛋白胨，滅菌后作 為培養(yǎng)基。以8%的接種量接入菌種，在30°C 、 160 250rpm振蕩培養(yǎng)或靜止培養(yǎng)10天，得 到細(xì)菌纖維素。
實(shí)施例16 玉米稈風(fēng)干粉碎后，在反應(yīng)器中以1 : 8的固液比加入5% (w/v)鹽酸，然后在 IO(TC下反應(yīng)30min，反應(yīng)結(jié)束后通過(guò)抽濾將殘?jiān)退庖悍珠_(kāi)，收集水解液。
用Ca(OH)2調(diào)水解液pH值至IO，加入活性炭反應(yīng)30min，離心或過(guò)濾除去沉淀，調(diào) 水解液pH值至5 ; 以上述處理過(guò)的水解液為碳源，補(bǔ)加0. 1%的酵母浸膏和0. 5%蛋白胨，滅菌后作 為培養(yǎng)基。以6%的接種量接入菌種，在30°C 、 180rpm振蕩培養(yǎng)或靜止培養(yǎng)15天，得到細(xì)菌 纖維素。 實(shí)施例17 玉米稈風(fēng)干粉碎后，在反應(yīng)器中以1 : 12的固液比加入3% (w/v)硫酸，然后在 12(TC下反應(yīng)30min，反應(yīng)結(jié)束后通過(guò)抽濾將殘?jiān)退庖悍珠_(kāi)，收集水解液。
用Ca (OH) 2調(diào)水解液pH值至5. 5，離心或過(guò)濾除去沉淀； 以上述處理過(guò)的水解液為碳源，補(bǔ)加0. 5%的酵母浸膏和0. 5%蛋白胨，滅菌后作 為培養(yǎng)基。以10X的接種量接入菌種，在3(TC、200rpm振蕩培養(yǎng)或靜止培養(yǎng)ll天，得到細(xì)
菌纖維素。
權(quán)利要求
一種利用麥稈生產(chǎn)細(xì)菌纖維素的方法，包括(1)麥稈先用植物粉碎機(jī)磨碎至20-80目，再用0.3％～7％w/v的稀硫酸或鹽酸在反應(yīng)器中浸泡12-24h；麥稈與稀硫酸或鹽酸的固/液比為1∶6-1∶30，然后在100℃～121℃反應(yīng)30～80分鐘，接著通過(guò)抽濾將麥稈殘?jiān)退崴庖悍珠_(kāi)，收集水解液，4℃-8℃冰箱冷藏備用；(2)水解液的脫毒方法1NaOH將水解液pH值調(diào)到4.5-5.5，過(guò)濾沉淀，并微調(diào)到pH4.5-5.5；方法2NaOH將水解液pH值調(diào)到4.5-5.5，加入活性炭吸附，反應(yīng)后過(guò)濾掉活性炭并重新微調(diào)pH值到4.5-5.5；方法3NaOH將水解液pH值調(diào)到9.5-11，加入活性炭吸附，反應(yīng)后過(guò)濾掉活性炭并重新調(diào)節(jié)pH值到4.5-5.5；方法4NaOH將水解液pH值調(diào)到9.5-11，于25-60℃溫水浴條件下反應(yīng)12h-24h，過(guò)濾并重新調(diào)pH值到4.5-5.5；方法5NaOH將水解液pH值調(diào)到9.5-11，于25-60℃溫水浴條件下反應(yīng)12h-24h，過(guò)濾并重新調(diào)pH值到4.5-5.5，然后加入活性炭吸附，反應(yīng)后過(guò)濾掉活性炭并重新微調(diào)pH值到4.5-5.5；方法6NaOH將水解液pH值調(diào)到4.5-5.5，加10％的酶活為2.75U/mL的漆酶于25-60℃溫水浴條件下反應(yīng)12h-24h，過(guò)濾掉沉淀物并重新微調(diào)pH值到4.5-5.5；方法7Ca(OH)2將水解液pH值調(diào)到4.5-5.5，過(guò)濾沉淀，并微調(diào)到pH4.5-5.5；方法8Ca(OH)2將水解液pH值調(diào)到4.5-5.5，加入活性炭吸附，反應(yīng)后過(guò)濾掉活性炭并重新微調(diào)pH值到4.5-5.5；方法9Ca(OH)2將水解液pH值調(diào)到9.5-11，加入活性炭吸附，反應(yīng)后過(guò)濾掉活性炭并重新調(diào)節(jié)pH值到4.5-5.5；方法10Ca(OH)2將水解液pH值調(diào)到9.5-11，于25-60℃溫水浴條件下反應(yīng)12h-24h，過(guò)濾并重新調(diào)pH值到4.5-5.5；方法11Ca(OH)2將水解液pH值調(diào)到9.5-11，于25-60℃溫水浴條件下反應(yīng)12h-24h，過(guò)濾并重新調(diào)pH值到4.5-5.5，然后加入活性炭吸附，反應(yīng)后過(guò)濾掉活性炭并重新微調(diào)pH值到4.5-5.5；方法12Ca(OH)2將水解液pH值調(diào)到4.5-5.5，加10％的酶活為2.75U/mL的漆酶于25-60℃溫水浴條件下反應(yīng)12h-24h，過(guò)濾掉沉淀物并重新微調(diào)pH值到4.5-5.5；方法1325％-30％氨水將水解液pH值調(diào)到9.5-11，于25-60℃溫水浴條件下反應(yīng)12h-24h，過(guò)濾并重新調(diào)pH值到4.5-5.5，然后加入活性炭吸附，反應(yīng)后過(guò)濾掉活性炭并重新微調(diào)pH值到4.5-5.5；方法1425％-30％氨水將水解液pH值調(diào)到4.5-5.5，加10％的酶活為2.75U/mL的漆酶于25-60℃溫水浴條件下反應(yīng)12h-24h，過(guò)濾掉沉淀物并重新微調(diào)pH值到4.5-5.5；(3)取上述的脫毒水解液作為培養(yǎng)基碳源，補(bǔ)加0.1～2％的氮源，121℃滅菌15-20min后作為培養(yǎng)基；以5％-10％的接種量接入醋酸桿菌或葡萄糖氧化桿菌，在25-30℃，160-250轉(zhuǎn)/分鐘搖床中培養(yǎng)或在25-30℃培養(yǎng)箱內(nèi)靜置培養(yǎng)，經(jīng)過(guò)6-25天得到細(xì)菌纖維素。
2. —種利用玉米稈生產(chǎn)細(xì)菌纖維素的方法，包括(1) 將玉米稈風(fēng)干粉碎，再用lX 8^w/v硫酸或鹽酸浸泡，玉米稈與硫酸或鹽酸的固 液比為l : 5 1 : 25，然后在9(TC 14(TC下反應(yīng)10 90min，反應(yīng)結(jié)束后抽濾，收集水 解液；(2) 水解液的脫毒方法1 :用NaOH調(diào)水解液pH值至4 6，離心或過(guò)濾除去沉淀；方法2 :用NaOH調(diào)水解液pH值至4 6，加入活性炭反應(yīng)5min 30min，離心或過(guò)濾 除去沉淀；方法3 :用NaOH調(diào)水解液pH值至9 11，加入活性炭反應(yīng)5min 30min，離心或過(guò)濾 除去沉淀，調(diào)水解液pH值至4 6 ;方法4 :用NaOH調(diào)水解液pH值至9 11，于20 6(TC水浴下反應(yīng)12 24小時(shí)，離 心或過(guò)濾除去沉淀，調(diào)水解液pH值至4 6 ;方法5 :用NaOH調(diào)水解液pH值至9 ll，于20 6(TC水浴下反應(yīng)12 24小時(shí)，調(diào) 水解液pH值至4 6，然后加入活性炭反應(yīng)5min 30min，離心或過(guò)濾除去沉淀；方法6 :用NaOH調(diào)水解液pH值至4 6，離心或過(guò)濾除去沉淀，加入10 %的酶活為 2. 75U/mL的漆酶于30 60。C水浴下反應(yīng)12 24小時(shí)；方法7 :用Ca(OH)2調(diào)水解液pH值至4 6，離心或過(guò)濾除去沉淀；方法8 :用Ca(OH)2調(diào)水解液pH值至4 6，加入活性炭反應(yīng)5min 30min，離心或過(guò) 濾除去沉淀；方法9 :用Ca(OH) 2調(diào)水解液pH值至9 11，加入活性炭反應(yīng)5min 30min，離心或過(guò) 濾除去沉淀，調(diào)水解液pH值至4 6 ;方法10 :用Ca(OH)2調(diào)水解液pH值至9 11，于20 60。C水浴下反應(yīng)12 24小時(shí)， 離心或過(guò)濾除去沉淀，調(diào)水解液pH值至4 6 ;方法11 :用Ca(OH)2調(diào)水解液pH值至9 11，于20 6(TC水浴下反應(yīng)12 24小時(shí)， 調(diào)水解液pH值至4 6，然后加入活性炭反應(yīng)5min 30min，離心或過(guò)濾除去沉淀；方法12 :用Ca(OH)2調(diào)水解液pH值至4 6，離心或過(guò)濾除去沉淀，加入漆酶于30 6(TC水浴下反應(yīng)12 24小時(shí)；方法13 :用氨水調(diào)水解液pH值至9 ll，于20 6(TC水浴下反應(yīng)12 24小時(shí)，調(diào) 水解液pH值至4 6，然后加入活性炭反應(yīng)5min 30min，離心或過(guò)濾除去沉淀；方法14 :用氨水調(diào)水解液pH值至4 6，離心或過(guò)濾除去沉淀，加入10 %的酶活為 2. 75U/mL的漆酶于30 60。C水浴下反應(yīng)12 24小時(shí)；(3) 取上述的脫毒水解液作為培養(yǎng)基碳源，補(bǔ)加O. 1 2X的氮源，12rC滅菌15-20min 后作為培養(yǎng)基；以5% 10%的接種量接入醋酸桿菌或葡萄糖氧化桿菌，在25 30°C、 160 250rpm振蕩培養(yǎng)或25 3(TC下靜置培養(yǎng)6_25天，得到細(xì)菌纖維素。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種利用麥稈或玉米稈生產(chǎn)細(xì)菌纖維素的方法，其特征 在于所述步驟(2)中的活性炭是1質(zhì)量％ _6質(zhì)量％的活性炭于室溫下攪拌5-10min。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種利用麥稈或玉米稈生產(chǎn)細(xì)菌纖維素的方法，其特征 在于所述步驟(3)中的氮源為酵母浸膏、蛋白胨、胰蛋白胨、牛肉膏、硫酸銨中的一種或幾 種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種利用麥稈或玉米稈生產(chǎn)細(xì)菌纖維素的方法，其特征 在于所述步驟(3)的培養(yǎng)基采用脫毒水解液作為培養(yǎng)基碳源，按7-30g/L的還原糖量將水 解液配制成發(fā)酵培養(yǎng)基，含有0. 1_1%酵母浸膏、0. 1_0.5%蛋白胨，培養(yǎng)基pH值為5.0 ;其 中還原糖量以葡萄糖計(jì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用麥稈/玉米稈生產(chǎn)細(xì)菌纖維素的方法，包括(1)麥稈或玉米稈磨碎，再用稀硫酸或鹽酸浸泡，反應(yīng)，接著通過(guò)抽濾將殘?jiān)退崴庖悍珠_(kāi)，收集水解液備用；(2)水解液的脫毒；(3)取上述的脫毒水解液作為培養(yǎng)基碳源，加氮源，配成培養(yǎng)基，接入醋酸桿菌或葡萄糖氧化桿菌細(xì)菌在25-30℃，160-250轉(zhuǎn)/分鐘搖床中培養(yǎng)或在25-30℃培養(yǎng)箱內(nèi)靜置培養(yǎng)，得到細(xì)菌纖維素。本發(fā)明制備的培養(yǎng)基碳源質(zhì)量好，價(jià)格低，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C12R1/02GK101781667SQ201010142759
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月8日
發(fā)明者楊光, 楊雪霞, 洪楓 申請(qǐng)人:東華大學(xué)