技术领域
本发明涉及一种利用工业副产物生产细菌纤维素的方法，特别涉及一种 以糖蜜为原料生产细菌纤维素的方法。
背景技术
纤维素是地球上最丰富的天然聚合体，广泛存在树木、棉花等植物中， 每年由植物产生的纤维素达亿万吨。但是，合成纤维素并不是植物特有的功 能，某些细菌也以异养方式比植物更高效的产生胞外纤维素，我们把这种细 菌来源的纤维素称为“细菌纤维素”。细菌合成纤维素是在1886年由Brown首 次报道的，是木醋酸菌(Acetobacter xylinum)在静止培养时于培养基表面形 成的一层白色纤维状物质。后来在许多革兰氏阴性细菌，如土壤杆菌、致瘤 脓杆菌和革兰氏阳性细菌如八叠球菌中也发现了细菌纤维素的产生。细菌纤 维素与天然纤维素结构非常相似，都是D-葡萄糖以β-1，4糖苷键连接而成的 链状高分子，具有(C6H10O5)n的组成。但与之相比，细菌纤维素具有更优越 的特性，它是以纯纤维素的形式存在，而植物纤维素的存在形式是与半纤维 素和木质素等组成三维立体结构。同时细菌纤维素还具有高结晶度、高强度 及良好的亲水性能。
目前细菌纤维素已经在食品、医药、化工、面膜、造纸、高级音响设备、 滤膜渗透膜和精纺等方面取得成功应用。但由于它的低产量所造成的高成本， 限制了它的广泛应用。
木醋杆菌(Acetobacter xylinum)是产纤维素能力最强的菌株，是专性好 氧的革兰氏阴性细菌，它在正常的代谢条件下，可以分泌细菌纤维素。木醋 杆菌可以利用较广泛的含糖物质，诸如乙醇、甲醇、甘油、肌醇、甘露醇、 葡萄糖、果糖、蔗糖、半乳糖、琼脂和一些有机物质进行发酵产生细菌纤维 素。目前通用的木醋杆菌的培养基多数是利用商用的葡萄糖或蔗糖作为碳源， 价格是较为昂贵的。因此，有必要开发低成本的碳源以应用于工业生产。
糖蜜是工业上含糖量较丰富的副产物。主要有蔗糖糖蜜、甜菜糖蜜和大 豆糖蜜等。蔗糖糖蜜和甜菜糖蜜是制糖工业的副产物，含有糖量30-50％，还 含有蛋白质和各种微量元素。大豆糖蜜是制备大豆浓缩蛋白的副产物，是一 种重要的廉价碳源。大豆糖蜜含有50％的碳水化合物(其中蔗糖15-20％，大 豆低聚糖20-25％)，10％的蛋白质，磷脂和其它微量元素。这些糖蜜通过处理， 都可以很好的促进木醋杆菌的生长。目前糖蜜多被作为价格低廉的产品出售， 主要用于饲料。
现有工业糖蜜中含有色素，重金属和一些对细胞生长有抑制作用的杂质， 需要进行一定的处理，以利于木醋杆菌的生长。若将各类糖蜜用于细菌纤维 素的生产，一方面可减轻对环境的压力，另一方面也可大大提高其经济价值。
因此，提供一种制备简单、效果显著的以糖蜜为原料生产细菌纤维素的 方法，将是该技术领域科研人员急需开发的新课题之一。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足之处，提供一种成本较低， 工艺简单，效果显著的以糖蜜为原料生产细菌纤维素的方法。
为实现上述目的本发明所采用的实施步骤如下：
(1)糖蜜培养液的制备
采用热处理法制备糖蜜培养液
将含糖量30-55％(w/v)的糖蜜稀释5-10倍，然后以4000-6000转/分离 心10-30min，除去杂质，得上清液；将上清液在100-120℃加热10-20min；然 后冷却至室温，静置12-24h，再次以4000-6000转/分离心10-30min，得上清 液，调pH到4.0-5.5备用；
或采用酸热处理法制备糖蜜培养液
将含糖量30-55％(w/v)的糖蜜稀释5-10倍，然后以4000-6000转/分离 心10-30min，除杂得上清液；将上清液先用4mol/L的H2SO4调节pH值到 3.0-4.0，室温静置12-24h；以4000-6000转/分离心10-30min，除去沉淀；将 上清液在100-120℃下加热10-20min，然后冷却至室温，静置12-24h，再以 4000-6000转/分离心，得上清液，调pH到4.0-5.5备用；
或采用加入絮凝剂的方法制备糖蜜培养液
将含糖量30-55％(w/v)的糖蜜稀释5-10倍，加入0.05％-0.2％(w/v) 的CaCl2，用4mol/L的H2SO4调节pH值到3.0-6.0，稀释液在70-90℃下搅拌 加热10-20min，室温静置12-24h；以4000-6000转/分离心除去沉淀，得上清 液，调pH到4.0-5.5备用；
(2)细菌纤维素的制备
以上述糖蜜培养液为培养基，或向糖蜜培养液中加入0.5-2％(w/v)的氮 源及0.1％-1％(w/v)的无机盐，灭菌后作为培养基备用；
以6％-10％(v/v)的接种量接种木醋杆菌，在26-30℃条件下，150-200 转/分摇床培养，或者静止培养；
经7-10天内进行细菌纤维素的静止培养，即发酵生产；所得细菌纤维素 按常规经整形、漂白、杀菌制得成品。
所述步骤(2)向糖蜜培养液中加入的氮源种类是蛋白胨、酵母膏、大豆 蛋白胨、牛肉膏的一种以上。
所述步骤(2)向糖蜜培养液中加入的无机盐是硫酸镁、柠檬酸钠、磷酸 氢二钠的一种以上。
本发明的有益效果是：利用糖蜜这一廉价的原料，一方面可减轻对环境 的压力，另一方面也可大大提高其经济价值。通过热处理、酸热处理或者絮 凝处理，使其适应木醋杆菌的生长，制备出用于细菌纤维素生产的培养基， 为工业化大规模生产细菌纤维素提供新途径。实验数据表明，利用热处理、 酸热处理或者絮凝处理的糖蜜培养基，木醋杆菌细菌纤维素的产量比利用蔗 糖提高了54％，而在酸热处理的糖蜜培养基中加入1％(w/v)蛋白胨、0.2％ (w/v)硫酸镁、0.1％(w/v)柠檬酸钠后，细菌纤维素的产量比利用蔗糖提高了 77％，不仅有效降低细菌纤维素生产的原料成本，且大大提高了纤维素的产量。 该方法制备的糖蜜培养基具有很高的实际应用价值，优势非常明显。所得细 菌纤维素经整形、漂白、杀菌即得成品，此成品可直接用于椰果生产和纤维 素面膜的制备。本发明制备方法简单，效果显著，应用广泛。
具体实施方式
以下结合较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式详述如下：
实施例1
(1)热处理法糖蜜培养液的制备
将含糖量30％(w/v)左右的大豆糖蜜稀释5倍，然后6000转/分离心 20min，除去杂质，得上清液。将上清液在120℃加热20min。然后冷却至室 温，静置16h，6000转/分离心20min，得上清液，调pH到4.5备用。
(2)细菌纤维素的制备
以上述糖蜜培养液为培养基，以10％(v/v)的接种量接种木醋杆菌，在 30℃下静止培养10天，所得细菌纤维素按常规经整形、漂白、杀菌即得成品； 制得的细菌纤维素的产量为4g/L。
实施例2
(1)热处理法糖蜜培养液的制备
将含糖量45％(w/v)的蔗糖糖蜜稀释8倍，然后4000转/分离心30min， 除去杂质，得上清液。将上清液在100℃加热30min。然后冷却至室温，静置 16h，4000转/分离心30min，得上清液，调pH到4.8备用。
(2)细菌纤维素的制备
向上述糖蜜培养液中加入1％(w/v)蛋白胨、0.2％(w/v)硫酸镁、0.1 ％(w/v)柠檬酸钠再次灭菌作为培养基，以6％(v/v)的接种量接种木醋杆 菌，在28℃下，150转/分摇床培养7天，所得细菌纤维素按常规经整形、漂 白、杀菌即得成品；制得的细菌纤维素的产量为3.8g/L。
实施例3
(1)热处理法糖蜜培养液的制备
将含糖量40％(w/v)的蔗糖糖蜜稀释7倍，然后4000转/分离心30min， 除去杂质，得上清液。将上清液在100℃加热30min。然后冷却至室温，静置 20h，4000转/分离心30min，得上清液，调pH到5.0备用。
(2)细菌纤维素的制备
向上述糖蜜培养液中加入0.9％(w/v)大豆蛋白胨、0.8％(w/v)磷酸氢 二钠再次灭菌作为培养基，以10％(v/v)的接种量接种木醋杆菌，在30℃下， 200转/分摇床培养7天，所得细菌纤维素按常规经整形、漂白、杀菌即得成 品；制得的细菌纤维素的产量为3.9g/L。
实施例4
(1)酸热处理法糖蜜培养液的制备
将含糖量55％(w/v)的甜菜糖蜜稀释10倍，然后6000转/分离心20min， 除去杂质，得上清液。将上清液先用4mol/L的H2SO4调节pH值到3.0，室温 静置24h。然后6000转/分下离心20min，除去沉淀。在120℃下加热20min， 然后冷却至室温，静置24h，6000转/分离心10min，得上清液，调pH到5.0 备用。
(2)细菌纤维素的制备
以上述糖蜜培养液为培养基，以10％(v/v)的接种量接种木醋杆菌，在 30℃下，静止培养10天，所得细菌纤维素按常规经整形、漂白、杀菌即得成 品；制得的细菌纤维素的产量为4g/L。
(3)椰果的制备
将所得细菌纤维素切成不同规格的小块，加入0.4％(v/v)的双氧水漂白， 经脆化灭菌得到椰果产品。
实施例5
(1)酸热处理法糖蜜培养液的制备
将含糖量30％(w/v)左右的大豆糖蜜稀释5倍，然后6000转/分离心 20min，除去杂质，得上清液。将上清液先用4mol/L的H2SO4调节pH值到 4.0，室温静置12h。然后6000转/分下离心20min，除去沉淀。在120℃下加 热10min，然后冷却至室温，静置12h，6000转/分离心20min，得上清液，调 pH到4.8备用。
(2)细菌纤维素的制备
向上述糖蜜培养液中加入1％(w/v)蛋白胨、0.2％(w/v)硫酸镁、0.1 ％(w/v)柠檬酸钠再次灭菌作为培养基，以10％(v/v)的接种量接种木醋杆 菌，在30℃下静止培养7天，所得细菌纤维素按常规经整形、漂白、杀菌即 得成品；制得的细菌纤维素的产量为4.6g/L。
(3)椰果的制备
将所得细菌纤维素切成不同规格的小块，加入0.3％(v/v)的双氧水漂白， 经脆化灭菌得到椰果产品。
实施例6
(1)酸热处理法糖蜜培养液的制备
将含糖量35％(w/v)左右的大豆糖蜜稀释5倍，然后4000转/分离心 30min，除去杂质，得上清液。将上清液先用4mol/L的H2SO4调节pH值到 3.5，室温静置18h。然后4000转/分下离心30min，除去沉淀。在100℃下加 热20min，然后冷却至室温，静置18h，4000转/分离心30min，得上清液，调 pH到4.5备用。
(2)细菌纤维素的制备
向上述糖蜜培养液中加入0.5％(w/v)酵母膏或牛肉膏、0.5％(w/v)蛋 白胨、0.675％(w/v)磷酸氢二钠再次灭菌作为培养基，以8％(v/v)的接种 量接种木醋杆菌，在30℃下静止培养10天，所得细菌纤维素按常规经整形、 漂白、杀菌即得成品；制得的细菌纤维素的产量为4.4g/L。
(3)细菌纤维素面膜的制备
所得细菌纤维素膜加入1.5％的氢氧化钠煮沸30min，除去菌体，用2％的 冰醋酸调至中性，清水漂洗得到棕黄色薄片，加入0.4％(v/v)的双氧水漂白。 将白色的薄膜裁切成不同规格面膜贴装袋灌装精华液，既得面膜成品。
实施例7
(1)采用加入絮凝剂壳聚糖的方法制备糖蜜培养液
将含糖量30％(w/v)左右的大豆糖蜜稀释5倍，加入0.1％(w/v)的壳 聚糖，按1:1醋酸活化，室温静置12h；4000转/分离心除去沉淀，得上清液， 调pH到4.3备用。
(2)细菌纤维素的制备
以上述糖蜜培养液为培养基，以10％(v/v)的接种量接种木醋杆菌，在 30℃下静止培养10天，所得细菌纤维素按常规经整形、漂白、杀菌即得成品； 制得的细菌纤维素的产量为3.8g/L。
(3)细菌纤维素面膜的制备
所得细菌纤维素膜加入2％的氢氧化钠煮沸30min，除去菌体，用2％的 冰醋酸调至中性，清水漂洗得到棕黄色薄片，加入0.4％(v/v)的双氧水漂白。 将白色的薄膜裁切成不同规格面膜贴装袋灌装精华液，既得面膜成品。
实施例8
(1)采用加入絮凝剂CaCl2的方法制备糖蜜培养液
将含糖量40％(w/v)左右的蔗糖糖蜜稀释8倍，加入0.2％(w/v)的CaCl2， 用4mol/L的H2SO4调节pH值到3.5，稀释液在80℃下搅拌加热15min，室温 静置15h；4000转/分离心除去沉淀，得上清液，调pH到4.8备用。
(2)细菌纤维素的制备
向上述糖蜜培养液中加入1％(w/v)蛋白胨、0.2％(w/v)硫酸镁、0.1 ％(w/v)柠檬酸钠再次灭菌作为培养基，以10％(v/v)的接种量接种木醋杆 菌，在30℃下静止培养10天，所得细菌纤维素按常规经整形、漂白、杀菌即 得成品；制得的细菌纤维素的产量为4.0g/L。
(3)椰果的制备
将所得细菌纤维素切成不同规格的小块，加入0.4％(v/v)的双氧水漂白， 经脆化灭菌得到椰果产品。
实施例9
(1)采用加入絮凝剂CaCl2的方法制备糖蜜培养液
将含糖量35％(w/v)左右的大豆糖蜜稀释6倍，加入0.05％(w/v)的 CaCl2，用4mol/L的H2SO4调节pH值到3.5，稀释液在85℃下搅拌加热10min， 室温静置10h；4000转/分离心除去沉淀，得上清液，调pH到4.5备用。
(2)细菌纤维素的制备
向上述糖蜜培养液中加入1％(w/v)牛肉膏、0.5％(w/v)蛋白胨、0.675％ (w/v)磷酸氢二钠再次灭菌作为培养基，以10％(v/v)的接种量接种木醋杆 菌，在30℃下静止培养10天，所得细菌纤维素按常规经整形、漂白、杀菌即 得成品；制得的细菌纤维素的产量为4.5g/L。
(3)椰果的制备
将所得细菌纤维素切成不同规格的小块，加入0.5％(v/v)的双氧水漂白， 经脆化灭菌得到椰果产品。
本发明与现有技术对比效果分析：
将木醋杆菌接种于以蔗糖为碳源的培养基，其中7％(w/v)蔗糖、1％(w/v) 蛋白胨、0.2％(w/v)硫酸镁、0.1％(w/v)柠檬酸钠，作为对照，在30℃下 静止培养10天，制得的细菌纤维素的产量为2.6g/L。
实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9与之相比产量分别提高了54％、46％、 50％、54％、77％、69％、46％、54％和73％；实施效果非常显著。
用上述方法得到的细菌纤维素所制作的面膜和椰果均可达到相关产品的 质量要求。
上述参照实施例对以糖蜜为原料生产细菌纤维素的方法进行的详细描 述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例， 因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。