技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物纖維素和米醋的生產(chǎn)，具體涉及一種通過循環(huán)補料發(fā)酵同時生產(chǎn)生物纖維素和米醋的方法以及用于該方法的專用設(shè)備。

背景技術(shù)：

木醋桿菌（gluconacetobacterxylinus）是表面液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)米醋的主要產(chǎn)酸菌。生產(chǎn)實踐中木醋桿菌通過代謝會產(chǎn)生生物纖維素膜浮于液體培養(yǎng)基表面。傅亮等在“細菌纖維素膜對木醋桿菌發(fā)酵生產(chǎn)廣式米醋的影響”（《食品與發(fā)酵工業(yè)》，2012年第38卷第04期，第123-125頁）中發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)酸所需要的乙醇脫氫酶會集中于生物纖維素膜中，而發(fā)酵液中的乙醇脫氫酶則活性很低（參見文獻中的圖2）。但是，通過將生物纖維素膜破碎并不能提高發(fā)酵液中總酸的含量和產(chǎn)酸效率，相反，在相同條件下，保持生物纖維素菌膜完整時，發(fā)酵液中的總酸度卻能夠得到大大提高。由此，傅亮等對比了三種不同接種方式對發(fā)酵液中總酸含量的影響，發(fā)現(xiàn)直接接種含菌纖維素膜能夠提高發(fā)酵液中的總酸含量和產(chǎn)酸效率，但是與發(fā)酵6天后取出生物纖維素膜的c組相比，不取出生物纖維素膜的b組，在總酸含量和發(fā)酵效率上都有所降低（參見文獻中的圖3）。傅亮等指出這是由于過厚的生物纖維素組織降低了發(fā)酵液中的溶氧系數(shù)，從而也會導(dǎo)致總酸度和產(chǎn)酸效率降低。此外，直接接種含菌纖維素膜并不取出的b組具有最低的黏度和吸光度；直接接種含菌纖維素膜并隨后取出的c組的黏度和吸光度次之，接種液態(tài)菌種的a組的黏度和吸光度最高。由此可見，生物纖維素膜能夠提高米醋產(chǎn)品的品質(zhì)。

但是，在米醋的生產(chǎn)實踐中，如果直接接種含菌生物纖維素膜來制備米醋，無疑成本高昂，而且為了獲得良好的產(chǎn)酸效率和產(chǎn)酸量，發(fā)酵過程中還要人工取出生物纖維素，操作復(fù)雜，且降低成功率；同時，即使接種木醋桿菌液體種子液，在液態(tài)醋醪的表面也會產(chǎn)生生物纖維素膜，而在實際操作中，由于攪拌、補料或取料的操作常常難以保持生物纖維素膜的完整性，這就會導(dǎo)致產(chǎn)酸效率和產(chǎn)酸量的降低。

此外，木醋桿菌（gluconacetobacterxylinus）也能夠發(fā)酵生產(chǎn)生物纖維素（biocellulose），或又稱為細菌纖維素（bacterialcellulose），該產(chǎn)物中沒有木質(zhì)素、果膠和半纖維素等伴生產(chǎn)物，具有更高的結(jié)晶度和更高的聚合度。生物纖維素還具有超精細的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，通常由直徑3-4納米的微纖組成纖維素，并相互交織形成發(fā)達的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這些特性使得生物纖維素具有更好的機械強度和超高的持水能力，且具有良好的生物相容性、適應(yīng)性和生物可降解性。在食品、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)有技術(shù)中并沒有對生產(chǎn)米醋中產(chǎn)生的生物纖維素膜進行回收利用，造成浪費。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述缺陷，本發(fā)明首先提供一種通過循環(huán)補料發(fā)酵同時生產(chǎn)生物纖維素和米醋的方法，其包括：

設(shè)置其中填充有纖維載體的第二發(fā)酵罐，并通過至少一個循環(huán)泵將其與米醋發(fā)酵罐連接，先將包含木醋桿菌種子液的發(fā)酵液注入米醋發(fā)酵罐中，通過循環(huán)泵使含木醋桿菌種子液的發(fā)酵液在第二發(fā)酵罐和米醋發(fā)酵罐中循環(huán)流動，進行有氧發(fā)酵，在米醋發(fā)酵罐中發(fā)酵得到米醋。將第二發(fā)酵罐中的纖維載體取出，分離出其上附著的生物纖維素膜，再經(jīng)過清洗、純化獲得生物纖維素凝膠產(chǎn)品。

其中所述的纖維載體是棉纖維載體或滌綸纖維載體。更優(yōu)選是中空滌綸纖維載體。

其中所述至少一個循環(huán)泵使發(fā)酵液以8-15ml/min的流速循環(huán)流動。

其中所述含木醋桿菌的發(fā)酵液中，種子液的體積為含木醋桿菌的發(fā)酵液的總體積的3-5%。

其中所述含木醋桿菌的發(fā)酵液中的酒精濃度為3-8%（v/v）。

其中所述米醋發(fā)酵罐1下部設(shè)置有出料口，上部還設(shè)置有可補充含木醋桿菌種子液的發(fā)酵液的進料口。

當(dāng)米醋發(fā)酵罐中的發(fā)酵液的總酸度達到要求后，可先通過出料口放出米醋，并通過進料口補充含木醋桿菌種子液的發(fā)酵液，以實現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵。

其中所述的生物纖維素凝膠產(chǎn)品還可經(jīng)過進一步干燥和/或粉碎。

本發(fā)明還提供上述方法所使用的專用設(shè)備，其包括米醋發(fā)酵罐和其中填充有纖維載體的第二發(fā)酵罐，并通過至少一個循環(huán)泵將二者連接。

所述米醋發(fā)酵罐上部還設(shè)置有可補充含木醋桿菌種子液的發(fā)酵液的進料口，下部設(shè)置有出料口。

其中所述的纖維載體是棉纖維載體或滌綸纖維載體。更優(yōu)選是中空滌綸載體。

本發(fā)明的方法通過設(shè)置其中填充有纖維載體的第二發(fā)酵罐，并使含木醋桿菌的發(fā)酵液循環(huán)通過第二發(fā)酵罐再循環(huán)到米醋發(fā)酵罐中，能夠使生物纖維素膜產(chǎn)生于纖維載體上，使發(fā)酵液通過它將其中集中的乙醇脫氫酶帶入到米醋發(fā)酵罐中，提高米醋發(fā)酵的效率和總酸含量。同時，由于生物纖維素膜與米醋的發(fā)酵是分開的，則生物纖維素膜的產(chǎn)生對于米醋發(fā)酵液的溶氧量并沒有任何影響，而通過發(fā)酵液的循環(huán)還能夠使米醋流過生物纖維素膜，進一步降低其黏度和吸光度，提高米醋產(chǎn)品的品質(zhì)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法所使用專用設(shè)備的示意圖。

具體實施方式

為進一步說明本發(fā)明，結(jié)合以下實施例具體說明：

實施例1設(shè)置循環(huán)補料發(fā)酵設(shè)備

將中空滌綸纖維載體3填充到第二發(fā)酵罐2中，通過循環(huán)泵4和4’和管道將其與米醋發(fā)酵罐1連接，在米醋發(fā)酵罐上部設(shè)置進料口5，在米醋發(fā)酵罐下部設(shè)置出料口6。

實施例2循環(huán)補料發(fā)酵同時生產(chǎn)米醋和生物纖維素凝膠產(chǎn)品

設(shè)置其中填充有中空滌綸纖維載體的第二發(fā)酵罐，并通過循環(huán)泵4和4’將其與米醋發(fā)酵罐連接，使含木醋桿菌種子液的發(fā)酵液（其中種子液為5%（v/v），酒精濃度為5%（v/v））以8ml/min的流速循環(huán)流動在第二發(fā)酵罐和米醋發(fā)酵罐中循環(huán)流動，進行有氧發(fā)酵，7天后，在米醋發(fā)酵罐中得到米醋。通過出料口收集米醋，并將第二發(fā)酵罐2中的纖維載體3取出，分離出其上附著的生物纖維素膜，再經(jīng)過清洗、純化獲得生物纖維素凝膠產(chǎn)品。

實施例3循環(huán)補料發(fā)酵同時生產(chǎn)米醋和生物纖維素凝膠產(chǎn)品

設(shè)置其中填充有中空棉纖維載體的第二發(fā)酵罐，并通過循環(huán)泵4和4’將其與米醋發(fā)酵罐連接，使含木醋桿菌的發(fā)酵液（其中種子液為3%（v/v），酒精濃度為8%（v/v））以12ml/min的流速循環(huán)流動在第二發(fā)酵罐和米醋發(fā)酵罐中循環(huán)流動，進行有氧發(fā)酵，12天后，在米醋發(fā)酵罐中得到米醋；通過出料口收集米醋，并將第二發(fā)酵罐中的纖維載體取出，分離出其上附著的生物纖維素凝膠膜，再分別用弱堿水和去離子水反復(fù)清洗、純化后，獲得生物纖維素凝膠產(chǎn)品。

實施例4循環(huán)補料發(fā)酵同時生產(chǎn)米醋和生物纖維素干粉

設(shè)置其中填充有中空棉纖維載體的第二發(fā)酵罐，并通過循環(huán)泵4和4’將其與米醋發(fā)酵罐連接，使含木醋桿菌的發(fā)酵液（其中種子液為4%（v/v），酒精濃度為3%（v/v））以15ml/min的流速循環(huán)流動在第二發(fā)酵罐和米醋發(fā)酵罐中循環(huán)流動，進行有氧發(fā)酵，10天后，在米醋發(fā)酵罐中發(fā)酵得到米醋；并將第二發(fā)酵罐中的纖維載體取出，分離出其上附著的生物纖維素凝膠膜，分別用弱堿水和去離子水反復(fù)清洗、純化后，再經(jīng)過干燥和粉碎制得生物纖維素干粉產(chǎn)品。

以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。