[發(fā)明專利]一種細菌纖維素多片膜培養(yǎng)反應器及其應用

在審

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• 申請日: 2015-09-18
• 公開（公告）號: CN105132273A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發(fā)明（設計）人: 張衡;朱春林;楊加志;孫汴京;自強
• 申請（專利權）人: 南京榮之盛生物科技有限公司
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12P19/04
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發(fā)明屬于微生物發(fā)酵技術領域，具體涉及一種細菌纖維素多片膜培養(yǎng)反應器及其應用。

背景技術

細菌纖維素與天然纖維素相比，具有許多獨特的性質與優(yōu)點：(1)細菌纖維素是一種“純纖維素”，有高化學純度和高結晶度；(2)具有很強的持水能力；(3)具有較高的生物適應性，在自然界可直接降解，不污染環(huán)境；(4)纖維直徑在0.01～0.1微米之間，纖維模數(shù)為一般纖維的數(shù)倍至十倍以上，抗拉強度高；(5)生物合成時具有可調控性；(6)可利用廣泛的基質進行生產(chǎn)；(7)具有很強的親水性，粘稠性和穩(wěn)定性。上述特性使其在造紙、醫(yī)藥、化妝品行業(yè)、生物醫(yī)學工程和食品工業(yè)中具有廣泛的應用前景。

現(xiàn)有細菌纖維素的培養(yǎng)方式主要包括靜置培養(yǎng)和攪拌通氣培養(yǎng)。靜置培養(yǎng)時細菌纖維素在發(fā)酵液表面出產(chǎn)生一層凝膠膜，靜置培養(yǎng)合成細菌纖維素可通過一步法或二步法實現(xiàn)，一步法指培養(yǎng)基接種后直接靜置培養(yǎng)；而二步法指先通過通氣培養(yǎng)獲得大量生長良好、活力高的菌種，然后進行靜置培養(yǎng)。

靜置培養(yǎng)得到的纖維素膜可滅菌、多孔、有彈性、與皮膚相容性好、可提供液體到干燥的基質，現(xiàn)已用于制成人造皮膚、紗布、繃帶等傷口敷料。此外，鑒于其獨特的三維網(wǎng)絡結構，細菌纖維素已經(jīng)被開發(fā)研制成面貼膜基料。這些應用要求細菌纖維素具有一定的厚度。為獲得單片細菌纖維素薄膜，主要采用兩種方法，一種為將獲得的厚度超過2cm的細菌纖維素膜切片形成薄膜，然而通過切片獲得的細菌纖維素薄膜存在大量刀痕，且成品率低，影響使用效果；另一種則是在發(fā)酵一段時間以后，定期取出細菌纖維素薄膜片，這種方法制備的細菌纖維素膜產(chǎn)量低，且操作過程易染菌。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種細菌纖維素多片膜培養(yǎng)反應器，在反應器中靜置培養(yǎng)細菌纖維素，在細菌纖維素膜生長至理想厚度后，將下層發(fā)酵液泵至細菌纖維素膜上，繼續(xù)發(fā)酵，此外還可在反應器中碳源耗盡時，通過泵及時補料，發(fā)酵過程靈活可控。靜態(tài)培養(yǎng)的產(chǎn)量受S/V比(面積/體積比)影響，因盛放培養(yǎng)液的容器的表面積一定，隨凝膠膜厚度的增加，溶氧變小，抑制菌體產(chǎn)纖維素。本發(fā)明通過設計該反應器，能實現(xiàn)多片細菌纖維素膜的疊加生長，提高了細菌纖維素的產(chǎn)出率，已生長的細菌纖維素膜不需要取出，會沉降至液面以下，降低了過程的染菌風險，此項發(fā)明為細菌纖維素單片薄膜工業(yè)化生產(chǎn)提供了基礎。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案為：一種細菌纖維素多片膜培養(yǎng)反應器，包括主體容器和蓋體，主體容器的高度依據(jù)需要設定，主體容器的容器口段為半圓形突出，所述主體容器的容器口段為主體容器與蓋體的接觸部分，以提高反應器與外界的氣體交換。主體容器的側壁的上下部分各有一個開口，上開口用于發(fā)酵液泵入，下開口用于發(fā)酵液泵出，上下開口通過軟管連接蠕動泵，連接下開口的軟管上設有截止閥。主體容器的上下開口之間設有多孔隔層，隔層固定在隔層支架上，隔層均勻分布孔洞，隔層主要用于發(fā)酵液泵入后能均勻灑落至反應器中發(fā)酵液表面。

進一步地，所述蠕動泵還通過軟管連接補料瓶，軟管上設有截止閥，在容器中發(fā)酵液耗盡時，可通過蠕動泵向容器內補加發(fā)酵液，有效提高細菌纖維素的生產(chǎn)效率。

本發(fā)明還提供一種利用細菌纖維素多片膜培養(yǎng)反應器制備細菌纖維素多片膜的方法，首先將細菌纖維素產(chǎn)生菌進行種子擴增培養(yǎng)，然后接種至含有發(fā)酵液的細菌纖維素多片膜培養(yǎng)反應器中進行發(fā)酵，待液體表面形成細菌纖維素薄膜后，將下層發(fā)酵液或補料瓶中的發(fā)酵液泵至細菌纖維素薄膜上層，重復上述泵入或補料步驟，直至不再形成細菌纖維素膜，最后純化獲得的細菌纖維素膜。

一種細菌纖維素多片膜的制備方法，具體步驟如下：

步驟1，將細菌纖維素產(chǎn)生菌進行種子擴增培養(yǎng)；

步驟2，配制發(fā)酵液，然后接種種子溶液，在細菌纖維素多片膜培養(yǎng)反應器中進行靜態(tài)培養(yǎng)；

步驟3，待液體表面形成細菌纖維素薄膜后，將下層發(fā)酵液或補料瓶中的發(fā)酵液泵至細菌纖維素薄膜的上層；

步驟4，重復步驟3，直至不再形成細菌纖維素膜或液面高度達到多孔隔層；

步驟5，純化獲得的細菌纖維素膜。

進一步地，本發(fā)明提供的一種細菌纖維素多片膜的制備方法，具體步驟如下：

步驟1，將細菌纖維素產(chǎn)生菌進行種子擴增培養(yǎng)；

步驟2，配制發(fā)酵液，然后接種種子溶液，在細菌纖維素多片膜培養(yǎng)反應器中進行靜態(tài)培養(yǎng)；

步驟3，待液體表面形成細菌纖維素薄膜后，將下層發(fā)酵液泵至細菌纖維素薄膜的上層；

步驟4，重復步驟3，直至不再形成細菌纖維素膜；

步驟5，將補料瓶中的發(fā)酵液泵至細菌纖維素薄膜的上層，繼續(xù)靜態(tài)培養(yǎng)；