一種以細(xì)菌納米纖維素為原料制備纖維素納米晶的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于纖維素納米晶領(lǐng)域，特別涉及一種以細(xì)菌納米纖維素為原料制備纖維素納米晶的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]纖維素納米晶是一新型的多功能納米材料，它具有機(jī)械強(qiáng)度極高、密度低、化學(xué)性質(zhì)可調(diào)、綠色環(huán)保等特性?，F(xiàn)今，它已被用于食品、傳感器、藥物傳遞、酶固定化、催化劑等領(lǐng)域。
[0003]細(xì)菌納米纖維素(bacterial nanocellulose, BNC)是由一種微生物合成的胞外多糖，是由葡萄糖單體通過β_1，4糖苷鍵聚合而成的直鏈高分子化合物。細(xì)菌納米纖維素具有以下獨(dú)特的性質(zhì)，用于制造纖維素納米晶具有很大優(yōu)越性:(1)高化學(xué)純度。細(xì)菌納米纖維素以100%纖維素的形式存在，不含半纖維素、木質(zhì)素和其它成分，提純過程簡(jiǎn)單；(2)高結(jié)晶度。細(xì)菌納米纖維素的結(jié)晶度高于70%，大大高于植物纖維素，因此在制造纖維素納米晶時(shí)得率也應(yīng)相對(duì)高于植物纖維；(3)納米級(jí)纖維。細(xì)菌納米纖維素的微纖維組成獨(dú)特的束狀纖維，寬度10nm左右，厚度為3?8nm，是目前最細(xì)的天然纖維，故其中的非結(jié)晶區(qū)非常容易被去除掉；(4)發(fā)酵合成。細(xì)菌納米纖維素是由微生物發(fā)酵時(shí)合成的，故其生產(chǎn)不受季節(jié)變換的影響，且合成速率比植物纖維快。因此，基于纖維素納米晶的廣闊應(yīng)用前景及細(xì)菌納米纖維素的各種特性，細(xì)菌納米纖維素用于制備纖維素納米晶將產(chǎn)生很好的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種以細(xì)菌納米纖維素為原料制備纖維素納米晶的方法，該方法以細(xì)菌納米纖維素為原料，具有原料化學(xué)純度高、結(jié)晶度高的特點(diǎn)，且納米纖維素易水解，纖維素納米晶得率高，制備方法簡(jiǎn)便易行，具有良好的應(yīng)用前景。
[0005]本發(fā)明的一種以細(xì)菌納米纖維素為原料制備纖維素納米晶的方法，包括:
[0006](I)將細(xì)菌纖維素生產(chǎn)菌株按2?3接種環(huán)的接種量接入液體種子培養(yǎng)基，于30?40°C條件下種子培養(yǎng)24?36小時(shí)后，再按3?15%的接種量轉(zhuǎn)接到發(fā)酵培養(yǎng)基中，20?30°C靜置培養(yǎng)1-14天或者攪拌罐中發(fā)酵I?6天，收獲細(xì)菌納米纖維素，然后浸泡于0.5?2?七％的NaOH溶液中，70?100°C水浴處理30?120min，得到純化過的細(xì)菌納米纖維素；
[0007](2)取純化過的細(xì)菌納米纖維素，先進(jìn)行勻漿，再加入過硫酸銨，而后加水，在40?60°C條件下振蕩I?12h，離心收集沉淀，用超純水洗滌，再離心，如此重復(fù)，直到導(dǎo)電率低于一定值，加入堿性溶液直至PH為7，得到納鹽形式的纖維素納米晶；
[0008]或者取純化過的細(xì)菌納米纖維素，先進(jìn)行勻漿，加入濃硫酸，在40?60°C條件下振蕩I?12h，加超純水使反應(yīng)停止，冷卻后離心，取沉淀用超純水洗滌并超聲，再離心，如此重復(fù)直至PH不變，再用超濾膜過濾，取濾液加入堿性溶液直至pH為7，得到納鹽形式的纖維素納米晶。
[0009]所述步驟(I)中的細(xì)菌纖維素生產(chǎn)菌株為醋酸菌屬(Acetobacter sp.)、葡萄糖酸桿菌屬(Gluconobacter sp.)、葡糖酸醋桿菌屬(Gluconacetobacter sp.)、葡萄糖氧化桿菌(Gluconobacter oxydans)、根瘤菌屬(Rhizobium sp.)、八疊球菌屬(Sarcinasp.)、假單胞菌屬(Pseudomounas sp.)、無色桿菌屬(Achromobacter sp.)、產(chǎn)堿菌屬(Alcaligenes sp.)、氣桿菌屬(Aerobacter sp.)、固氮菌屬(Azotobacter sp.)、土壤桿菌屬(Agrobacterium sp.)、洋蔥假單胞菌(Seudomonas cepacia)、空腸彎曲菌(Campylobacter jejuni)、木葡糖酸醋桿菌(Gluconacetobacter xy Iinus)或紅茶菌(kombucha)。
[0010]所述步驟(I)中的液體種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基的組分為:甘露醇、葡萄糖、蔗糖或果糖25g，蛋白胨或胰蛋白胨3g，酵母浸膏5g，水1L，pH3.5-7.5，121°C滅菌20min ;或者為:甘露醇、葡萄糖、鹿糖或果糖20g，酵母浸膏5g，蛋白胨或胰蛋白胨5g，梓檬酸1.15g，Na2HP042.7g，水 1L，pH3.5-7.5，121°C 滅菌 20min。
[0011]所述步驟⑵中的細(xì)菌納米纖維素、過硫酸銨和水的比例為1g: 10?150g:1L ;細(xì)菌納米纖維素和濃硫酸的比例為1g:80?lOOmL。
[0012]所述步驟(2)中的濃硫酸的體積百分比濃度為50?70 %。
[0013]所述步驟⑵中的堿性溶液為NaOH溶液，濃度為1M。
[0014]有益效果
[0015]本發(fā)明利用細(xì)菌納米纖維素制備纖維素納米晶，比常規(guī)利用植物纖維素的方法步驟少且水解速度快，得率高。常規(guī)法的原料一一植物纖維素的制備一般通過堿法或者有機(jī)溶劑提取法，環(huán)境污染大，消耗資源多，而本發(fā)明的原料細(xì)菌納米纖維素通過細(xì)菌發(fā)酵獲得，資源消耗少，污染小。本發(fā)明有利于細(xì)菌納米纖維素的開發(fā)利用，降低纖維素納米晶生產(chǎn)成本，及拓寬纖維素納米晶的應(yīng)用領(lǐng)域。故本發(fā)明非常適合于工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益。
【具體實(shí)施方式】
[0016]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)利要求書所限定的范圍。
[0017]實(shí)施例1
[0018](I)細(xì)菌納米纖維素的制備及處理
[0019]木葡醋桿菌23770按2接種環(huán)的接種量于液體種子培養(yǎng)基中30°C擴(kuò)培24小時(shí)后，再按6%的接種量轉(zhuǎn)接到發(fā)酵培養(yǎng)基中30°C靜置培養(yǎng)8天，收獲細(xì)菌納米纖維素濕膜；制備好的BC膜浸泡在1%的NaOH溶液中在80°C水浴直至細(xì)菌納米纖維素膜變白色半透明；
[0020]其中，種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基的組分為:甘露醇、葡萄糖、蔗糖或果糖25g、蛋白胨或胰蛋白胨3g、酵母浸膏5g，水1L，pH5.0，121°C滅菌20min ；
[0021](2)纖維素納米晶的制備
[0022]取純化過的細(xì)菌納米纖維素1g(干重)，先進(jìn)行勻漿，加入80mL 50%的濃硫酸，在40°C條件下振蕩lh，加超純水500mL使反應(yīng)停止，再高速離心，取沉淀用超純水洗滌并超聲，再高速離心，如此重復(fù)三次，再用超濾膜過濾，取濾液加入IM NaOH溶液直至pH為7，可得到納鹽形式纖維素納米晶，經(jīng)稱重計(jì)算，得率可達(dá)50-70%。
[0023]實(shí)施例2
[0024](I)細(xì)菌納米纖維素的制備及處理
[0025]取果糖25g、蛋白胨3g、酵母浸膏5g，水lL，pH為5.0，115°C滅菌30min，制作木葡糖醋桿菌23770種子，再以6%的量至攪拌罐中，而后在30°C下100轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速下培養(yǎng)6天；將細(xì)菌纖維素離心分離。再將其浸泡在80°C 0.5%的NaOH溶液中直至細(xì)菌納米纖維素變白色半透明；
[0026](2)纖維素納米晶的制備
[0027]取純化過的細(xì)菌納米纖維素1g (干重)，