本發(fā)明涉及生物高分子材料領(lǐng)域，具體而言，涉及一種細(xì)菌纖維素干膜及其制備工藝。

背景技術(shù)：

1、細(xì)菌纖維素（bacterial?cellulose，簡稱bc）是一種由微生物發(fā)酵合成的納米級生物高分子聚合物，由葡萄糖單體經(jīng)?β-1，4?糖苷鍵連接形成纖維絲，眾多纖維絲再經(jīng)自組裝形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。細(xì)菌纖維素具有眾多優(yōu)良性能如高純度、強持水性、高機械強度和良好的生物相容性等獨特優(yōu)勢，在生物醫(yī)學(xué)、化工、食品、環(huán)保等多個領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，也展現(xiàn)出巨大的市場潛力。在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，申請人發(fā)現(xiàn)：通過發(fā)酵直接獲得的細(xì)菌纖維素水凝膠含水量極高，可以達(dá)到細(xì)菌纖維素自重的100-500倍，即使經(jīng)過機械壓水處理，膜內(nèi)也依舊保持95%以上的含水量。濕膜的高含水量一方面增加運輸成本，另一方面容易染菌也會增加防腐成本。如果將細(xì)菌纖維素膜用常規(guī)的熱干燥去除水分后，細(xì)菌纖維素分子中大量的羥基可以形成很強的分子內(nèi)和分子間氫鍵，使三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生塌縮，復(fù)水時水分子難以再次進(jìn)入纖維素網(wǎng)絡(luò)間，這種干燥膜的復(fù)水率只能達(dá)到細(xì)菌纖維素干重的3-5倍，無法復(fù)原成水凝膠的狀態(tài)。因此細(xì)菌纖維素干膜的制備技術(shù)是現(xiàn)在細(xì)菌纖維素規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化推廣的技術(shù)瓶頸。現(xiàn)有的纖維素干膜制備技術(shù)主要有三種干燥方法：熱干燥、真空冷凍干燥、微波真空干燥。熱干燥的方法是通過熱源升高溫度，促進(jìn)膜內(nèi)水分散失，從而達(dá)到干燥效果。但會導(dǎo)致膜里外受熱不均，受熱失水的同時會引發(fā)纖維絮聚，導(dǎo)致三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生塌縮，復(fù)水能力很差。此外，最終的干膜由于受熱不均會導(dǎo)致膜邊緣卷曲，表面褶皺。真空冷凍干燥的方法是利用真空的低壓環(huán)境降低水的沸點，在較低溫度下實現(xiàn)水分的蒸發(fā)。將膜凍結(jié)成固態(tài)，保留原有的三維結(jié)構(gòu)，干燥后得到泡沫狀細(xì)菌纖維素干膜。這種方法設(shè)備投入成本高、工藝復(fù)雜、能耗大、生產(chǎn)成本高、纖維素膜的失水效率慢，并且通常要加入助留助濾劑，使得生產(chǎn)成本偏高，不適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。微波真空干燥的方法結(jié)合了微波加熱的內(nèi)部加熱特性和真空干燥的低壓環(huán)境，使得干燥過程更加高效。在微波的作用下，纖維素內(nèi)部溫度迅速升高，同時在真空環(huán)境下，水分子的蒸發(fā)壓力降低，加速了水分子的蒸發(fā)速率。但是這種方法對細(xì)菌纖維素三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)破壞很大，可能與影響微波真空干燥效果的物料大小、微波功率、真空度和微波工作模式等因素有關(guān)。此外，還有對細(xì)菌纖維素羥基基團進(jìn)行化學(xué)修飾的方法。先將處理后的膜進(jìn)行醚化處理，將醚化膜進(jìn)行中和反應(yīng)處理，得到羥丙基化的細(xì)菌纖維素膜，干燥后的羥丙基化細(xì)菌纖維素膜具備很高的復(fù)水性和再溶脹能力。但是，這種方法需要采用醚化劑處理，增加環(huán)境污染風(fēng)險和處理成本，同樣不適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)細(xì)菌纖維素干膜。因此，迫切需要一種價廉簡單、質(zhì)優(yōu)高效的干膜生產(chǎn)技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決上述現(xiàn)有技術(shù)或相關(guān)技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提供了一種細(xì)菌纖維素干膜及其制備工藝，短時間內(nèi)即可制備得到高復(fù)水高溶脹性干膜，方法簡單、便宜、快速、無需昂貴的專用設(shè)備。干燥后的細(xì)菌纖維素膜含水量低、重量輕、方便運輸，不易染菌、保存時間長，可拓展到醫(yī)藥、包裝、美妝等領(lǐng)域，適用性廣。

2、本發(fā)明的第一方面公開了一種細(xì)菌纖維素干膜的制備方法，包括：培養(yǎng)能夠產(chǎn)生細(xì)菌纖維素的菌株，獲取細(xì)菌纖維素濕膜；清洗細(xì)菌纖維素濕膜，去除表面殘留以及內(nèi)部殘留的菌體和培養(yǎng)基；使用壓膜機將細(xì)菌纖維素濕膜壓至1.5mm~2mm厚度并裁剪至預(yù)定尺寸，得到濕膜片；將多元醇溶液或者含羥基的化合物通過涂抹、噴灑或浸潤的方式分布至濕膜片表面，作為干燥保護劑；通過風(fēng)干、熱風(fēng)干燥或微波干燥的方式處理添加了保護劑的濕膜片，得到細(xì)菌纖維素干膜。

3、在該技術(shù)方案中，利用多元醇等富含羥基（-oh）的物質(zhì)作為細(xì)菌纖維素的三維網(wǎng)絡(luò)保護劑，在干燥過程水分散失后，能夠與細(xì)菌纖維素間形成新的氫鍵，保護三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不被破壞，復(fù)水時水分子很容易再次進(jìn)入纖維素網(wǎng)絡(luò)間?；诖嗽?，另外一些非多元醇，但是富含羥基（-oh）的化合物，比如透明質(zhì)酸鈉、海藻糖、葡萄糖及其衍生物、??神經(jīng)酰胺?等，都能起到同樣的細(xì)菌纖維素干燥保護作用。另外，用不同的多元醇化合物進(jìn)行復(fù)配，或者利用多元醇和其他物質(zhì)進(jìn)行復(fù)配也能達(dá)到相同的干燥保護效果。凡是采用了多元醇保護細(xì)菌纖維素網(wǎng)絡(luò)這個基本原理的，即使變換了保護劑的添加方式和干燥方式的選擇，也仍屬于本發(fā)明的保護范圍。此外，多元醇具有防腐功效已經(jīng)是共識，因此本發(fā)明制備的細(xì)菌纖維素干膜具有良好的防腐效果。

4、根據(jù)本發(fā)明提供的細(xì)菌纖維素干膜的制備方法，優(yōu)選地，能夠產(chǎn)生細(xì)菌纖維素的菌株為腸桿菌。

5、根據(jù)本發(fā)明提供的細(xì)菌纖維素干膜的制備方法，優(yōu)選地，能夠產(chǎn)生細(xì)菌纖維素的菌株為腸桿菌為木醋桿菌。

6、根據(jù)本發(fā)明提供的細(xì)菌纖維素干膜的制備方法，優(yōu)選地，多元醇溶液包括但不限于丁二醇溶液、丙三醇溶液、木糖醇溶液和山梨醇溶液，含羥基的化合物包括但不限于透明質(zhì)酸鈉、海藻糖、葡萄糖、葡萄糖衍生物和??神經(jīng)酰胺。

7、根據(jù)本發(fā)明提供的細(xì)菌纖維素干膜的制備方法，優(yōu)選地，丁二醇溶液中1,3-丁二醇的質(zhì)量濃度為60%；丙三醇溶液中丙三醇的質(zhì)量濃度為40%；木糖醇溶液中木糖醇的質(zhì)量濃度為40%；山梨醇溶液中山梨醇的質(zhì)量濃度為40%。

8、根據(jù)本發(fā)明提供的細(xì)菌纖維素干膜的制備方法，優(yōu)選地，對于厚度為1.5mm~2mm，面積為100cm2的濕膜片，采用如下用量的多元醇溶液進(jìn)行均勻分布：1.2g~2.5g的60%濃度丁二醇溶液、1.2g~2.5g的40%濃度丙三醇溶液、1.2g~2.5g的40%濃度木糖醇溶液或1.2g~2.5g的40%濃度山梨醇溶液。

9、根據(jù)本發(fā)明提供的細(xì)菌纖維素干膜的制備方法，優(yōu)選地，清洗細(xì)菌纖維素濕膜的步驟，具體包括：用清水清洗細(xì)菌纖維素濕膜，去除表面殘留的菌體和培養(yǎng)基；用0.3m的naoh?在80℃溫度條件下，浸泡細(xì)菌纖維素濕膜?2小時，裂解內(nèi)部菌體和去除多余培養(yǎng)基；用稀鹽酸中和naoh，直到浸泡液的ph值為弱酸性；用常溫的去離子水浸泡bc濕膜，直至中性。

10、根據(jù)本發(fā)明提供的細(xì)菌纖維素干膜的制備方法，優(yōu)選地，風(fēng)干包括：在室溫條件下，自然風(fēng)干；熱風(fēng)干燥具體包括：在50℃的鼓風(fēng)烘箱中干燥20min~40min；微波干燥具體包括：使用微波真空隧道干燥機，3kw干燥8分鐘。

11、根據(jù)本發(fā)明提供的細(xì)菌纖維素干膜的制備方法，優(yōu)選地，細(xì)菌纖維素濕膜的制備方法包括：

12、s1，將腸桿菌菌液劃線于含有0.1%剛果紅的lb固體培養(yǎng)基平板，30℃培養(yǎng)24小時；

13、s2，挑取紅色的單菌落，密集劃線于lb斜面培養(yǎng)基，30℃培養(yǎng)24小時；

14、s3，從步驟s2得到的斜面培養(yǎng)基上挑取部分含有活性細(xì)菌的薄細(xì)菌纖維素膜密集劃線于lb斜面培養(yǎng)基，30℃培養(yǎng)24小時；

15、s4，用100?ml蒸餾水沖洗步驟s3得到的斜面培養(yǎng)基，反復(fù)沖洗直至斜面培養(yǎng)基上的包含大量細(xì)菌的細(xì)菌纖維素膜脫離，置于該蒸餾水中混勻作為種子液；

16、s5，制備hs-xgk發(fā)酵培養(yǎng)基：黃原膠?1.0?g/l，酵母粉7.5?g/l，蛋白胨10?g/l，na2hpo4?10?g/l，kno3?1.0?g/l，葡萄糖25?g/l，ph無需調(diào)節(jié)，經(jīng)高壓滅菌后制得hs-xgk發(fā)酵培養(yǎng)基；

17、s6，取步驟s4制得的種子液，以1%的比例接種至步驟s5制得的hs-xgk發(fā)酵培養(yǎng)基中，混合均勻后置于培養(yǎng)箱中，30℃培養(yǎng)發(fā)酵24h即獲得細(xì)菌纖維素濕膜。

18、本發(fā)明的第二方面還公開了一種細(xì)菌纖維素干膜，該細(xì)菌纖維素干膜根據(jù)上述任一技術(shù)方案公開的細(xì)菌纖維素干膜的制備方法制得。

19、本發(fā)明取得的有益效果至少包括：

20、本發(fā)明利用多元醇等富含羥基（-oh）的物質(zhì)作為細(xì)菌纖維素的三維網(wǎng)絡(luò)保護劑，在干燥過程水分散失后，能夠與細(xì)菌纖維素間形成新的氫鍵，保護三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不被破壞，復(fù)水時水分子很容易再次進(jìn)入纖維素網(wǎng)絡(luò)間，重新恢復(fù)細(xì)菌纖維素的水凝膠特性，實現(xiàn)細(xì)菌纖維素干膜的高復(fù)水高溶脹性。本發(fā)明以丁二醇作為二醇代表、以丙三醇作為三醇代表、以木糖醇作為五醇代表、以山梨醇作為六醇代表，以此推演出利用多元醇等富含羥基的物質(zhì)作為細(xì)菌纖維素的三維網(wǎng)絡(luò)保護劑的可拓展性和適用性。

21、本發(fā)明通過簡單的多元醇添加方式（噴灑、涂抹、浸潤）和簡易的干燥方式（烘箱烘干、風(fēng)干、微波干燥），短時間內(nèi)即可制備得到高復(fù)水高溶脹性干膜，方法簡單、便宜、快速、無需昂貴的專用設(shè)備。干燥后的細(xì)菌纖維素膜含水量低（10%左右）、重量輕、方便運輸，不易染菌、保存時間長，可拓展到醫(yī)藥、包裝、美妝等領(lǐng)域，適用性廣。

22、基于多元醇具有的防腐功效，本發(fā)明制備的細(xì)菌纖維素干膜具有良好的防腐效果。