本發(fā)明涉及一種利用工農(nóng)業(yè)廢棄物豆粕生產(chǎn)納米級(jí)細(xì)菌纖維素的方法。系通過將豆粕酸解預(yù)處理后的上清液，添加到液體發(fā)酵培養(yǎng)基中，發(fā)酵制得納米級(jí)細(xì)菌纖維素。
背景技術(shù)：
細(xì)菌纖維素(Bacterial Cellulose，簡(jiǎn)稱BC)，是具有三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的納米級(jí)生物高分子聚合物。其通常由木醋桿菌(Gluconacetobacter xylinum，簡(jiǎn)稱G.xylinum)為生產(chǎn)菌種。與植物纖維素相比，不含有半纖維素、木質(zhì)素等雜質(zhì)，且其純度、聚合度高，持水性好，拉伸強(qiáng)度和彈性模量高，具有良好的生物適應(yīng)性和可降解性，目前已廣泛應(yīng)用于食品、造紙、醫(yī)療等領(lǐng)域。但目前仍面臨著生產(chǎn)成本高、產(chǎn)量低的問題，這制約著BC的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。因此，人們大量進(jìn)行了利用工農(nóng)業(yè)廢棄物生產(chǎn)BC的研究，這不僅可減少?gòu)U棄物對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)還可以生產(chǎn)高附加值的BC，因此具有很好的開發(fā)空間。
據(jù)檢索，發(fā)現(xiàn)以下相關(guān)文獻(xiàn)和專利。
Casarica等公開的“Pears and glycerol-carbon source for economical production of bacterial cellulose”一文中，利用劣質(zhì)梨和甘油作為碳源來經(jīng)濟(jì)化生產(chǎn)BC，并最大達(dá)到7.1g/L的產(chǎn)量。
Castro等公開的“Structural characterization of bacterial cellulose produced by Gluconacetobacter swingsii sp.from Colombian agroindustrial wastes”一文中，利用工農(nóng)業(yè)廢棄物，菠蘿皮汁和甘蔗汁生產(chǎn)BC，其中來自于菠蘿皮汁的BC產(chǎn)量(2.8g/L)高于HS培養(yǎng)基(2.1g/L)。
Cakar等公開的“Improvement production of bacterial cellulose by semi-continuous process in molasses medium”一文中，利用甘蔗糖蜜，靜態(tài)半連續(xù)生產(chǎn)BC，并對(duì)發(fā)酵過程中的細(xì)胞干重、多糖、還原糖和纖維素濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。最高產(chǎn)量是在糖蜜濃度為1/2，靜態(tài)半連續(xù)生產(chǎn)7d下，得到1.637g/L的BC產(chǎn)量。
Li等公開的“Production of nano bacterial cellulose from waste water of candied jujube-processing industry using Acetobacter xylinum”一文中，通過酸前處理蜜棗加工廢液(WWCJ)并水解成葡萄糖來生產(chǎn)BC。其中，80℃水解3h，相對(duì)于原始的WWCJ，葡萄糖含量可提高58％。同時(shí)，培養(yǎng)6d后，BC產(chǎn)量達(dá)到0.375g/L/d。
豆油廠中大豆經(jīng)過提取豆油后得到的副產(chǎn)品豆粕，含有豐富的植物性蛋白資源，其蛋白質(zhì)絕大部分為球蛋白，氨基酸含量比較穩(wěn)定。其一般呈不規(guī)則的碎片狀，顏色為淺黃色至淺褐色，每1t大豆大約可制出0.2t的豆油和0.8t的豆粕，通常被用作低附加值的牲畜飼料。豆粕中的蛋白質(zhì)經(jīng)水解后，可得到氨基酸水解液，這可被用作培養(yǎng)微生物的發(fā)酵原料。常用的水解方法包括酸解法和酶解法，酸解法成本較低，操作簡(jiǎn)單，但反應(yīng)較為激烈，而酶解法反應(yīng)條件溫和，但成本較高，操作上難以控制，產(chǎn)品純化分離也較復(fù)雜。因此，酸解法更適用于工業(yè)化、大規(guī)模進(jìn)行水解處理。
本發(fā)明以工業(yè)化生產(chǎn)BC為目標(biāo)，以豆粕為原料，通過簡(jiǎn)單的硫酸預(yù)處理，添加到液體發(fā)酵培養(yǎng)基中生產(chǎn)BC，得到的BC產(chǎn)量高、純度高，可作為工業(yè)化生產(chǎn)BC的有效方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種利用工農(nóng)業(yè)廢棄物豆粕生產(chǎn)納米級(jí)細(xì)菌纖維素的方法。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種利用工農(nóng)業(yè)廢棄物豆粕生產(chǎn)納米級(jí)細(xì)菌纖維素的方法，包括以下步驟：
(1)使用中藥材粉碎機(jī)研磨豆粕為粉末狀，并秤取100g；
(2)按一定比例的料酸比加入一定濃度的H2SO4，攪拌均勻；
(3)混合液在一定的溫度下水解20h；
(4)離心酸解后的混合液，并將上清液添加到液體發(fā)酵培養(yǎng)基中，并補(bǔ)足水分至200ml；
(5)以6％的體積比接種G.xylinum種子液于(4)中的液體發(fā)酵培養(yǎng)基，30℃，靜態(tài)條件培養(yǎng)6d，制得納米級(jí)細(xì)菌纖維素。
所述的一定比例的料酸比為1∶3-1∶5；
所述的一定濃度的H2SO4為1％-3％；
所述的一定的溫度為70-90℃；
所述的發(fā)酵培養(yǎng)基主要成分為(g/L)：葡萄糖20，Na2HPO45，檸檬酸銨1，鹽酸調(diào)節(jié)初始pH至6.0。
有益效果：
本發(fā)明利用豆油廠廢棄物豆粕為原料，通過簡(jiǎn)單的硫酸水解預(yù)處理過程，將其富含的蛋白質(zhì)水解成G.xylinum發(fā)酵可利用的游離態(tài)氨基酸，并用于液體發(fā)酵培養(yǎng)基，發(fā)酵制得的BC產(chǎn)量達(dá)到5.2g/L。本發(fā)明中提到的BC生產(chǎn)方法，簡(jiǎn)便易行、成本低廉，可作為工業(yè)化生產(chǎn)BC的有效方法。
具體實(shí)施方式
為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地說明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于提到的實(shí)施例表示的范圍。
實(shí)施例1
(1)使用中藥材粉碎機(jī)研磨豆粕為粉末狀，并秤取100g；
(2)按1∶4的料酸比加入2％的H2SO4，攪拌均勻；
(3)混合液在70℃下水解20h；
(4)離心酸解后的混合液，并將上清液添加到液體發(fā)酵培養(yǎng)基中，并補(bǔ)足水分至200ml；
(5)以6％的體積比接種G.xylinum種子液于(4)中的液體發(fā)酵培養(yǎng)基，30℃，靜態(tài)條件培養(yǎng)6d，制得納米級(jí)細(xì)菌纖維素。
實(shí)施例2
(1)使用中藥材粉碎機(jī)研磨豆粕為粉末狀，并秤取100g；
(2)按1∶5的料酸比加入1.5％的H2SO4，攪拌均勻；
(3)混合液在90℃下水解20h；
(4)離心酸解后的混合液，并將上清液添加到液體發(fā)酵培養(yǎng)基中，并補(bǔ)足水分至200ml；
(5)以6％的體積比接種G.xylinum種子液于(4)中的液體發(fā)酵培養(yǎng)基，30℃，靜態(tài)條件培養(yǎng)6d，制得納米級(jí)細(xì)菌纖維素。
實(shí)施例3
(1)使用中藥材粉碎機(jī)研磨豆粕為粉末狀，并秤取100g；
(2)按1∶4的料酸比加入2％的H2SO4，攪拌均勻；
(3)混合液在90℃下水解20h；
(4)離心酸解后的混合液，并將上清液添加到液體發(fā)酵培養(yǎng)基中，并補(bǔ)足水分至200ml；
(5)以6％的體積比接種G.xylinum種子液于(4)中的液體發(fā)酵培養(yǎng)基，30℃，靜態(tài)條件培養(yǎng)6d，制得納米級(jí)細(xì)菌纖維素。
實(shí)施例4
(1)使用中藥材粉碎機(jī)研磨豆粕為粉末狀，并秤取100g；
(2)按1∶4的料酸比加入1.5％的H2SO4，攪拌均勻；
(3)混合液在80℃下水解20h；
(4)離心酸解后的混合液，并將上清液添加到液體發(fā)酵培養(yǎng)基中，并補(bǔ)足水分至200ml；
(5)以6％的體積比接種G.xylinum種子液于(4)中的液體發(fā)酵培養(yǎng)基，30℃，靜態(tài)條件培養(yǎng)6d，制得納米級(jí)細(xì)菌纖維素。
將實(shí)施例1-4制得的納米級(jí)細(xì)菌纖維素膜，冷凍干燥后，測(cè)量干重，具體情況請(qǐng)見表1。
表1
本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。