摘 要：本发明涉及一种利用亚麻下脚料制备细菌纤维素的方法，包括步骤：将粉碎后的亚麻下脚料、纤维素酶和木聚糖酶按设定配比加入水中，制备亚麻水解液；采用培养基，加入亚麻水解液作为培养基的碳源，加入酵母膏、蛋白胨和牛肉膏中的至少一种作为培养基的氮源，培养得到细菌纤维素；对细菌纤维素进行纯化。本发明的有益效果是：本发明采用培养基及生物处理的手段，首次提出将亚麻下脚料用于制备细菌纤维素，相比现有工艺回收亚麻下脚料并用回纺织产品中，本发明的处理工艺更为简单，成本更低；且对制得的细菌纤维素进行后处理，能够消除细胞的残余吸附，能够获得更纯的细菌纤维素，制备的细菌纤维素纯度较高。
技术要点
1.一种利用亚麻下脚料制备细菌纤维素的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将亚麻下脚料粉碎至设定粒径范围内，将粉碎后的亚麻下脚料、纤维素酶和木聚糖酶按设定配比加入水中，采用超声波振荡水解后，对水解产物进行分离，分离出的液体为亚麻水解液；通过抽滤的方式收集亚麻水解液；
步骤2、取设定量的亚麻水解液作为培养基的碳源加入培养基内；向培养基内补加氮源；对培养基进行灭菌；在培养基中接种木醋杆菌后，在恒温培养箱中培养设定时长后，培养基中培养得到细菌纤维素。
2. 根据权利要求1所述利用亚麻下脚料制备细菌纤维素的方法，其特征在于：步骤1中将5～8g亚麻下脚料粉碎至500～1000目粒径范围内；亚麻下脚料、纤维素酶和木聚糖酶的加入配比为每克亚麻下脚料对应0.05～50U纤维素酶和0.05～50U木聚糖酶；亚麻下脚料、纤维素酶和木聚糖酶加入水中后，亚麻下脚料与水的固液比为1：3～1：10。
3. 根据权利要求2所述利用亚麻下脚料制备细菌纤维素的方法，其特征在于：步骤2中，以重量分数计，取亚麻水解液作为培养基的碳源加入培养基内，亚麻水解液的加入量占培养基重量的10?40%；向培养基内加入培养基重量0.1～1％的氮源；在115℃～125℃下对加入碳源和氮源的培养基灭菌15～25min后，取出培养基置于紫外灯下杀菌0.5～1.5h后，静置直至培养基冷却；以重量分数计，在培养基中接种培养基重量3％～7％的木醋杆菌后，将培养基在20～40℃的恒温培养箱中培养7～20天，培养基中培养得到细菌纤维素。
4. 根据权利要求1所述利用亚麻下脚料制备细菌纤维素的方法，其特征在于：步骤1中超声波振荡水解的条件是在30～55℃，20～40rpm，28～40KHz下水解6～72h。
5. 根据权利要求1所述利用亚麻下脚料制备细菌纤维素的方法，其特征在于：步骤1中对水解产物进行分离的方式包括离心分离或过滤分离；选用离心分离时，离心分离后的上清液为亚麻水解液；选用过滤分离时，过滤所得液体为亚麻水解液。
6. 根据权利要求1所述利用亚麻下脚料制备细菌纤维素的方法，其特征在于：步骤2中氮源为酵母膏、蛋白胨和牛肉膏中的至少一种。
7.根据权利要求6所述利用亚麻下脚料制备细菌纤维素的方法，其特征在于：蛋白胨选用胰蛋白胨。
8. 根据权利要求1所述利用亚麻下脚料制备细菌纤维素的方法，其特征在于：步骤2中培养基的碳源还为亚麻水解液和还原糖的组合；培养基中还原糖的质量占比为50～200g/L；对应氮源选用质量占比为培养基质量0.1～0.5％的酵母膏和质量占比为培养基质量0.1～0.5％的胰蛋白胨；培养基的pH为4～7。
9. 根据权利要求1所述利用亚麻下脚料制备细菌纤维素的方法，其特征在于，步骤2之后还包括细菌纤维素的纯化步骤：将步骤2培养得到的细菌纤维素，浸在NaOH溶液中，并在设定温度下，对浸有细菌纤维素的NaOH溶液水浴加热设定时长，然后用去离子水冲洗，最后再冷冻干燥设定时长，得到细菌纤维素干膜。
10.根据权利要求9所述利用亚麻下脚料制备细菌纤维素的方法，其特征在于：NaOH溶液的浓度为1%；在80℃下对浸有细菌纤维素的NaOH溶液水浴加热；对经过去离子水冲洗后的细菌纤维素在?65℃下采用冷冻干燥机进行冷冻干燥12h。
技术领域
本发明属于细菌纤维素制备技术领域，尤其涉及一种利用亚麻下脚料制备细菌纤维素的方法。
背景技术
亚麻作为一种农作物产品，多用于纺织业中制备亚麻纺织品；但是在纺织过程中并不能充分利用亚麻原料，会产生一些亚麻下脚料；在现有的工艺流程中，对于亚麻下脚料的利用手段较少。
CN104726969A公开了一种亚麻下脚料加工工艺，采用生物技术处理亚麻下脚料，处理后的亚麻纤维可以直接和各种高档纤维(彩棉、羊毛、羊绒、真丝、天丝等)混纺，可广泛用于服装面料、床上用品、扩大了亚麻制品应用领域。然而，将亚麻下脚料回收并重新用于制备亚麻制品，工艺复杂且成本较高，并且亚麻下脚料的品质相比亚麻原料，品质下降，仅能用来与高档纤维混纺，经济效益较低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种利用亚麻下脚料制备细菌纤维素的方法。
这种利用亚麻下脚料制备细菌纤维素的方法，包括以下步骤：
步骤1、将亚麻下脚料粉碎至设定粒径范围内，将粉碎后的亚麻下脚料、纤维素酶和木聚糖酶按设定配比加入水中，采用超声波振荡水解后，对水解产物进行分离，分离出的液体为亚麻水解液；通过抽滤的方式收集亚麻水解液；
步骤2、取设定量的亚麻水解液作为培养基的碳源加入培养基内；向培养基内补加氮源；对培养基进行灭菌；在培养基中接种木醋杆菌后，在恒温培养箱中培养设定时长后，培养基中培养得到细菌纤维素。
作为优选，步骤1中将5～8g亚麻下脚料粉碎至500～1000目粒径范围内；亚麻下脚料、纤维素酶和木聚糖酶的加入配比为每克亚麻下脚料对应0.05～50U纤维素酶和0.05～50U木聚糖酶；亚麻下脚料、纤维素酶和木聚糖酶加入水中后，亚麻下脚料与水的固液比为1：3～1：10。
作为优选，步骤2中，以重量分数计，取亚麻水解液作为培养基的碳源加入培养基内，亚麻水解液的加入量占培养基重量的10?40％；向培养基内加入培养基重量0.1～1％的氮源；在115℃～125℃下对加入碳源和氮源的培养基灭菌15～25min后，取出培养基置于紫外灯下杀菌0.5～1.5h后，静置直至培养基冷却；以重量分数计，在培养基中接种培养基重量3％～7％的木醋杆菌后，将培养基在20～40℃的恒温培养箱中培养7～20天，培养基中培养得到细菌纤维素。
作为优选，步骤1中超声波振荡水解的条件是在30～55℃，20～40rpm，28～40KHz下水解6～72h。
作为优选，步骤1中对水解产物进行分离的方式包括离心分离或过滤分离；选用离心分离时，离心分离后的上清液为亚麻水解液；选用过滤分离时，过滤所得液体为亚麻水解液。
作为优选，步骤2中氮源为酵母膏、蛋白胨和牛肉膏中的至少一种。
作为优选，蛋白胨选用胰蛋白胨。
作为优选，步骤2中培养基的碳源还为亚麻水解液和还原糖的组合，因为亚麻水解液中的碳转换成培养基所需的碳源需要一定周期，以防止亚麻水解液中的碳含量来不及满足培养基对于碳源的需求；培养基中还原糖的质量占比为50～200g/L；对应氮源选用质量占比为培养基质量0.1～0.5％的酵母膏和质量占比为培养基质量0.1～0.5％的胰蛋白胨；培养基的pH为4～7。
作为优选，因为初步制得的细菌纤维素中含有杂质，步骤2之后还包括细菌纤维素的纯化步骤：将步骤2培养得到的细菌纤维素，浸在NaOH溶液中，并在设定温度下，对浸有细菌纤维素的NaOH溶液水浴加热设定时长，然后用去离子水冲洗，最后再冷冻干燥设定时长，得到细菌纤维素干膜。
作为优选，NaOH溶液的浓度为1％；在80℃下对浸有细菌纤维素的NaOH溶液水浴加热；对经过去离子水冲洗后的细菌纤维素在?65℃下采用冷冻干燥机进行冷冻干燥12h。
本发明的有益效果是：本发明采用培养基及生物处理的手段，首次提出将亚麻下脚料用于制备细菌纤维素，相比现有工艺回收亚麻下脚料并用回纺织产品中，本发明的处理工艺更为简单，成本更低；且对制得的细菌纤维素进行后处理，能够消除细胞的残余吸附，能够获得更纯的细菌纤维素，制备的细菌纤维素纯度较高。
附图说明
图1为木醋杆菌细菌活性曲线图；
图2为细菌纤维素经过三种方式处理后所得干膜的FTIR图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例1
(1)将6g亚麻短纤等下脚料粉碎至粒径为800目，按每克亚麻短纤等下脚料对应20U纤维素酶和20U木聚糖酶，将粉碎后的亚麻下脚料、纤维素酶和木聚糖酶加入水中，亚麻下脚料、纤维素酶和木聚糖酶加入水中后，亚麻下脚料与水的固液比为1：5；采用34KHz超声波在50℃、20rpm的转速下振荡水解24h，对水解产物进行分离，对水解产物进行离心分离或过滤分离，通过抽滤的方式收集亚麻水解液；选用离心分离时，离心分离后的上清液为亚麻水解液；选用过滤分离时，过滤所得液体为亚麻水解液。
(2)取上述占培养基重量10％的亚麻水解液作为碳源加入培养基内，并向培养基中补加培养基重量占比0.5％酵母膏、胰蛋白胨和牛肉膏作为氮源；在120℃下对培养基灭菌20min后，取出培养基在紫外灯杀菌1h，然后冷却培养基；以重量分数计，在培养基中接种培养基重量3％的木醋杆菌，将接种后的培养基放置在恒温培养箱中在20～35℃条件下静态培养10天，于培养基中培养得到细菌纤维素。
(3)将步骤(2)培养出细菌纤维素的培养基制成液体状，用移液枪吸取10μL需测试木醋杆菌细菌活性的液体状的培养出细菌纤维素的培养基，接种到含100mL生理盐水(质量分数为9％的NaCl溶液)的锥形瓶中，并放置在震荡培养箱中在27℃下动态培养24h，形成溶液A；然后用移液枪吸取10μL溶液A，接种到固体培养基(含有葡萄糖100g、酵母膏10g、CaCO320g、琼脂15g)上，将接种后的固体培养基在20～40℃下静态培养24h；最后对接种后的固体培养基上的菌落数(CFU/mL)进行对数计算，计算结果如图1所示，由图1可知，步骤(2)培养出细菌纤维素的培养基中取出的样品中，木醋杆菌均具备活性，且在27℃摄氏度下静态培养样品时的木醋杆菌的菌落数最多。
实施例2
(1)将6g亚麻短纤等下脚料粉碎至粒径为800目，下脚料与水的固液比为1：5，按每克亚麻短纤等下脚料对应20U纤维素酶和20U木聚糖酶，将粉碎后的亚麻下脚料、纤维素酶和木聚糖酶加入水中，亚麻下脚料、纤维素酶和木聚糖酶加入水中后，亚麻下脚料与水的固液比为1：5；用28KHz超声波在50℃、20rpm的转速下振荡水解24h，对水解产物进行分离，对水解产物进行离心分离或过滤分离，通过抽滤的方式收集亚麻水解液；选用离心分离时，离心分离后的上清液为亚麻水解液；选用过滤分离时，过滤所得液体为亚麻水解液。
(2)取上述占培养基重量40％的亚麻水解液作为碳源加入培养基内，并向培养基中补加培养基重量占比0.5％酵母膏、胰蛋白胨和牛肉膏作为氮源；在120℃下对培养基灭菌20min后，取出培养基在紫外灯杀菌1h，然后冷却培养基；以重量分数计，在培养基中接种培养基重量3％的木醋杆菌，将接种后的培养基放置在恒温培养箱中在28℃下静态培养10天，于培养基中培养得到细菌纤维素。
(3)将步骤(2)培养得到的细菌纤维素，浸在浓度为1％的NaOH溶液中，并在80℃下，对浸有细菌纤维素的NaOH溶液水浴加热1h，然后用去离子水冲洗，最后在?65℃下采用冷冻干燥机进行冷冻干燥12h，得到细菌纤维素干膜；所得细菌纤维素干膜使用电子天平称重，细菌纤维素产量为9.1g/L。
实施例3
(1)将8g亚麻短纤等下脚料粉碎至粒径为600目，按每克亚麻短纤等下脚料对应30U纤维素酶和40U木聚糖酶，将粉碎后的亚麻下脚料、纤维素酶和木聚糖酶加入水中，亚麻下脚料、纤维素酶和木聚糖酶加入水中后，亚麻下脚料与水的固液比为1：8；采用34KHz超声波在45℃、40rpm的转速下振荡水解18h，对水解产物进行分离，对水解产物进行离心分离或过滤分离，通过抽滤的方式收集亚麻水解液；选用离心分离时，离心分离后的上清液为亚麻水解液；选用过滤分离时，过滤所得液体为亚麻水解液。
(2)取上述占培养基重量25％的亚麻水解液作为碳源加入培养基内，并向培养基中补加培养基重量占比0 .8％酵母膏、胰蛋白胨和牛肉膏作为氮源；在120℃下对培养基灭菌20min后，取出培养基在紫外灯杀菌1h，然后冷却培养基；以重量分数计，在培养基中接种培养基重量5％的木醋杆菌，将接种后的培养基放置在恒温培养箱中在32℃条件下静态培养10天，于培养基中培养得到细菌纤维素。
(3)将步骤(2)培养得到的细菌纤维素，浸在浓度为1％的NaOH溶液中，并在80℃下，对浸有细菌纤维素的NaOH溶液水浴加热1h，然后用去离子水冲洗，最后在?65℃下采用冷冻干燥机进行冷冻干燥12h，得到细菌纤维素干膜；测定细菌纤维素干膜的结晶度为65.32％；可知细菌纤维素干膜的结晶度较高。
实施例4
(1)将5g亚麻短纤等下脚料粉碎至粒径为500目，按每克亚麻短纤等下脚料对应10U纤维素酶和10U木聚糖酶，将粉碎后的亚麻下脚料、纤维素酶和木聚糖酶加入水中，亚麻下脚料、纤维素酶和木聚糖酶加入水中后，亚麻下脚料与水的固液比为1：5；采用34KHz超声波在50℃、20rpm的转速下振荡水解12h，对水解产物进行分离，对水解产物进行离心分离或过滤分离，通过抽滤的方式收集亚麻水解液；选用离心分离时，离心分离后的上清液为亚麻水解液；选用过滤分离时，过滤所得液体为亚麻水解液。
(2)取上述占培养基重量10％的亚麻水解液作为碳源加入培养基内，并向培养基中补加培养基重量占比1％酵母膏、胰蛋白胨和牛肉膏作为氮源；在120℃下对培养基灭菌20min后，取出培养基在紫外灯杀菌1h，然后冷却培养基；以重量分数计，在培养基中接种培养基重量5％的木醋杆菌，将接种后的培养基放置在恒温培养箱中在30℃条件下静态培养10天，于培养基中培养得到细菌纤维素。
(3)将步骤(2)培养得到的细菌纤维素，浸在浓度为1％的NaOH溶液中，并在80℃下，对浸有细菌纤维素的NaOH溶液水浴加热1h，然后用去离子水冲洗，最后在?65℃下采用冷冻干燥机进行冷冻干燥12h，得到细菌纤维素干膜；测定细菌纤维素干膜的水接触角为20.8°，可知该细菌纤维素干膜的水接触角符合要求。
实施例5
(1)将8g亚麻短纤等下脚料粉碎至粒径为600目，按每克亚麻短纤等下脚料对应30U纤维素酶和40U木聚糖酶，将粉碎后的亚麻下脚料、纤维素酶和木聚糖酶加入水中，亚麻下脚料、纤维素酶和木聚糖酶加入水中后，亚麻下脚料与水的固液比为1：8；采用34KHz超声波在45℃、40rpm的转速下振荡水解18h，对水解产物进行分离，对水解产物进行离心分离或过滤分离，通过抽滤的方式收集亚麻水解液；选用离心分离时，离心分离后的上清液为亚麻水解液；选用过滤分离时，过滤所得液体为亚麻水解液。
(2)取上述占培养基重量40％的亚麻水解液作为碳源加入培养基内，并向培养基中补加培养基重量占比0.8％酵母膏、胰蛋白胨和牛肉膏作为氮源；在120℃下对培养基灭菌20min后，取出培养基在紫外灯杀菌1h，然后冷却培养基；以重量分数计，在培养基中接种培养基重量5％的木醋杆菌，将接种后的培养基放置在恒温培养箱中在32℃条件下静态培养10天，于培养基中培养得到细菌纤维素。
(3)将步骤(2)培养得到的细菌纤维素，分别使用去离子水、无水乙醇(浓度为95％)和NaOH(浓度为1％)三种溶液对生成的细菌纤维素进行后处理(后处理是为了消除细胞的残余吸附，通过清洗能够获得更纯的细菌纤维素)，进一步对三种后处理方式的细菌纤维素膜进行FTIR测试，测试结果如图2所示；结果显示，经过NaOH溶液洗涤后细菌纤维素未从纤维素I结构(天然纤维素结构)转变为纤维素II结构(其他细菌纤维素结构)，表明本实施例经过NaOH溶液洗涤后细菌纤维素与天然纤维素结构的结构一致，符合要求，因此用NaOH溶液对步骤(2)培养得到的细菌纤维素进行提纯洗涤，能达到制备目的。
摘自国家发明专利，发明人：迎春，郑浩，郑来久，郑环达，申请号：202310646236.1申请日：2023.06.02
