[發明專利]一種基質循環連續發酵生產細菌纖維素的方法

有效

• 申請號: 201910439056.X
• 申請日: 2019-05-24
• 公開（公告）號: CN110144370B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 王淼;康文術;曾偉主;顏少慰;李蕭
• 申請（專利權）人: 江南大學;湖南御家化妝品制造有限公司
• 主分類號: C12P19/04
• 分類號: C12P19/04;C12R1/01
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 林娟

本發明公開了一種基質循環連續發酵生產細菌纖維素的方法，屬于發酵工程技術領域。本發明提供了一種連續發酵生產細菌纖維素膜的方法，在K.rhaeticus發酵生產細菌纖維素過程中，通過移離BC膜—置換菌體及培養基—補料的操作模式，提高細菌纖維素的生產效率，同時培養基成本也能得到進一步降低，在細菌纖維素生產工業中具有較好的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種基質循環連續發酵生產細菌纖維素的方法，屬于發酵工程技術領域。

背景技術

細菌纖維素(Bacterial Cellulose，BC)是一類由微生物產生的純纖維素，是葡萄糖單體分子以由α-1,4-糖苷鍵聚合而成的高分子聚合物。與植物纖維相比，BC不含木質素和半纖維素，具有優良的生物相容性和生物可降解性，以及精細的網狀結構、高結晶度、高抗張強度等獨特性質，被公認為世界上安全的性能優異的新型生物材料。自然界中僅有少數幾種菌產BC，主要集中于醋酐菌屬和假胞桿菌屬等微生物，其中醋桿菌中的木醋桿菌(Acetobacter xylinus)發現最早、研究較為徹底的BC產生菌，該菌株的培養周期相對較長，限制了其在工業化生產中的應用。從傳統發酵食品中分離到的Komagataeibacterrhaeticus菌株具有很強的BC合成能力，與木醋桿菌產生的BC膜具有相似的理化、形態和力學性能，且未經處理的原膜的纖維素密度更高，可廣泛應用于相同的領域，可作為BC生物合成的替代菌。

BC在食品、醫用材料等領域有廣泛的應用前景，但是產量一直是限制其進一步應用的重要因素。一方面，由于Komagataeibacter rhaeticus是一個好氧菌，合成BC時對氧的需求量很大，發酵過程中纖維素膜總是在培養液的氣液界面形成，菌體則富集在BC膜內。隨著發酵時間的延長，膜厚度的增加，導致營養物質的傳遞受到影響，BC的合成速率下降，不利于產量的繼續提高。另一方面，發酵過程中生成的BC膜占據了發酵空間，且膜具有極強的持水性，吸附了大量的含有營養物質的培養液，不利于菌體充分利用營養物質，從而降低底物的轉化，增加生產成本。

發明內容

為了提高BC的實際利用價值，應用高產菌株進行高強度發酵提高BC的產量，為BC的應用掃除障礙，本發明提供了一種連續發酵生產細菌纖維素膜的方法，在提高細菌纖維素膜的生產效率，控制細菌纖維素膜的生產穩定性。

本發明的第一個目的是提供一種減少種子液的制備時間，提高菌體的重復利用效率，連續發酵生產細菌纖維素膜的方法，所述方法包括如下步驟：(1)將產細菌纖維素的菌株種子液接種至培養體系中培養至產生細菌纖維素膜；(2)定期將培養體系表面的細菌纖維素膜移離氣液界面或將膜下沉到液面以下；(3)將步驟(2)移出的BC膜在一定量的培養液中振蕩培養一定時間，以使菌體從膜中遷移至培養液中，然后將培養液回用到初始培養體系中以補充基質和回用菌體。

在本發明的一種實施方式中，所述步驟(3)具體為：將步驟(2)移出的纖維素膜在低濃度的培養液中振蕩處理一定時間，使纖維素膜攜帶的營養物質置換至培養液中、纖維素膜上的菌體遷移至溶液中，以利于菌體和營養物質的進一步利用，同時降低膜中蛋白質含量；所述低濃度的培養液是指培養液中的營養成分濃度低于初始培養基中的營養成分濃度。

在本發明的一種實施方式中，所述低濃度的培養液是將發酵培養基稀釋2～3倍后的溶液。

在本發明的一種實施方式中，所述方法重復步驟(2)和(3)。

在本發明的一種實施方式中，所述產細菌纖維素的菌株為Komagataeibacterrhaeticus WM407-1，已于2016年4月20日保藏于中國典型培養物保藏中心，保藏編號為CCTCC NO:M2016213，該菌株已在公開號為CN105802896A的專利申請中公開。

在本發明的一種實施方式中，所述種子液是將菌株接種至種子培養基中，在150～200r/min，28～30℃培養1～2天。