專利名稱：土豆廢渣培養基的制作方法
技術領域：
本發明涉及微生物領域，特別涉及廢物再利用制備的培養基。
背景技術：
土豆是一種分布廣泛，適應性強，產量高的易栽培作物，除了作為糧食之外，土豆主要用于淀粉加工。利用土豆每生產一噸淀粉將會產生7. 5噸土豆廢渣。土豆廢渣中主要含有蛋白質、氨基酸及少量糖類物質，是可回收利用的資源。目前，土豆廢渣可回收用于生產酒精、飼料、可降解塑料及提取果膠和制備膳食纖維等。但是，在回收利用中，土豆廢渣常常面臨如下問題1) 土豆廢渣粘性高，不易固液分離；2)回收前對土豆廢渣的滅菌費時費錢。細菌纖維素是除植物纖維素之外的另一類纖維素，為細菌合成的天然惰性材料， 細菌纖維素(bacterial cellulose，BC)具有優異的生物親和性、生物相容性、生物適應性和良好的生物可降解性，是世界上公認的性能優異的新型生物學材料。目前對BC應用主要集中在高附加值的生物醫用材料上，如組織工程支架、人造血管及人造皮膚等方面。 能夠產生以細菌纖維素的細菌主要有Acetobacter ,Rhizobium, Agrobacterium和SarcinB 等，其中產量最高的為木醋桿菌，A^to如cter屬革蘭氏陰性(少數可變)；嚴格好氧，呼吸代謝從不發酵；傳統觀點認為乙醇、甘油和乳酸是最好的碳源。雖然木醋桿菌產量較高，但仍不能解決細菌纖維素生產成本居高不下的問題。《巴氏醋桿菌合成細菌纖維素的研究》一文中公開了用甘油加入培養基培養細菌纖維素的方法，通過正交試驗篩選出 以7%的巴氏醋桿菌接種量在31 °C條件下培養，主要碳源為質量分數為3%的甘油，其細菌纖維素的最高產量為2. 326%。但是，該方法中采用了價格較高的牛肉膏和蛋白胨作為培養基的主要成分，且僅進行IOmL體系的小規模培養。眾所周知，在微生物工程領域中，從小規模的實驗篩選到中試規模以上的產業化生產，每個環節的條件都必須得到優化，其中，也包括培養基的優化，如未經優化，將小試實驗條件機械地擴大于規模化生產，將面臨PH值、溫度及培養所需氣體可控性問題導致的是無法實施的。另外，細菌纖維素的技術障礙主要在于發酵水平較低，產量低、成本高、價格不抵普通植物纖維素；二是進一步研究和利用細菌纖維素的成膜和成型的工藝技術還沒有解決。如何提高纖維素產量，降低成本，尋找更廉價更好的細菌纖維素生產原料從而進一步提高其產量，仍將是細菌纖維素研究的基礎。
發明內容
本發明的目的之一在于提供一種土豆培養液，該土豆培養液可充當木醋桿菌制備細菌纖維素的非主要碳源培養基成分，該培養基適用于細菌纖維素的大規模生產。為實現上述目的，本發明的技術方案為
土豆培養液，取土豆加水在80-100°C條件下加溫不低于1小時，使土豆和蒸餾水的質量比為2-11 50，調節pH值至4. 0-7. 5后得土豆培養液。進一步，所述土豆為制備土豆淀粉所剩下的部分，即土豆廢渣；
3進一步，所述土豆培養液的PH值為6. 8。本發明的目的之二在于提供一種細菌纖維素的培養基，該培養基成本低廉，適用于大規模的制備細菌纖維素。為實現上述目的，本發明的技術方案為
含有所述的土豆培養液的培養基，所述培養基中含有土豆培養液和甘油，所述甘油和土豆培養液中的土豆的質量比為2-13:20-110。進一步，所述培養基由土豆培養液、甘油、K2HPO4和酵母膏組成，所述土豆培養液中的土豆與甘油、K2HPO4和酵母膏的質量比為40-220 4-26 1_5 3_14，并將pH調至 5. 0-7. 5，得所述含有土豆培養液的培養基。進一步，所述培養基由土豆培養液、甘油、K2HPO4和酵母膏組成，所述土豆培養液中的土豆廢渣與甘油、K2HPO4和酵母膏的質量比為 40-220 8 :38，并將pH調至6. 8，得所述含有土豆培養液的培養基。本發明的有益效果在于本發明首次將生產淀粉之后的土豆廢渣作為培養基原料，用最為簡單的方法對土豆廢渣進行處理后得到用于培養細菌纖維素培養基，該培養基成本低廉，用于培養細菌纖維素收率高，本發明同時解決了土豆廢渣的再利用問題。將土豆廢渣培養液和甘油在一定的配比下聯合用于培養細菌纖維素，其產率高，成本低，且可縮短培養時間。另外，本發明為細菌纖維素穩定的大規模細菌纖維素培養提供了重要條件。
具體實施例方式下述實施例中的木醋桿菌(gluconacetcAacter xylium)，購自中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，菌種編號為1. 2378。下述細菌纖維素冷凍干燥過程是將細菌纖維素平鋪于冷凍干燥盤中，進行從-30°C —25°C逐級控溫冷凍真空干燥，直至細菌纖維素完全干燥。冷凍干燥法利用深低溫冷凍方法使細菌纖維素濕膜內的水變為固態，然后在真空冷凍干燥機內，利用控制其真空度的方法，使膜內固態的水升華。并用冷凝方法捕獲并冷凝升華的水汽，致使物質脫水干燥。真空冷凍干燥過程在極低的溫度和高真空的條件下進行，對材料的熱變性小，在最大限度上保持了材料的生物學活性。同時，在升華的過程中，不會破壞它的物理結構，化學結構的變化也很小，因此可以很好地保存細菌纖維素膜的三維網狀結構。實施例1 土豆廢渣的制備
本發明中所述土豆廢渣為土豆鮮品提取淀粉后的剩余物。具體制備方法為取土豆， 清洗土豆表面的泥土，去掉石塊和鐵屑等異物。用粉碎機將洗凈的土豆粉碎成糊漿至用手捻無顆粒感。適量的注入清水，加速土豆粕的流動，使淀粉和土豆粕更好的分離。將土豆粕用振動次數為130次/分，篩孔從前至后為30目、50目、60目、80目漸小的平篩過篩，淀粉流入篩下，土豆廢渣從篩上流出，其濕度為75%。也可以采用其他方法分離土豆中的淀粉，進而獲得土豆廢渣。去土豆廢渣在100°C (80°C也可)條件下加溫1小時，得土豆廢渣培養液。實施例2 土豆廢渣培養液制備細菌纖維素 1細菌纖維素的制備木醋桿菌菌種接種于培養基中進行復蘇培養，動態搖床培養，30°C，2-3天；將動態增菌后的BC發酵培養液，轉移至淺盤中，300C，靜態培養14天，得BC，為膜狀。將培養所獲得 BC放入90° C蒸餾水中恒溫2小時，取出后用蒸餾水清洗2次；用沸騰的0.5 mol/L的NaOH 溶液煮15分鐘；放入質量分數為1%的NaOH溶液中靜置2天；放置在去離子水中浸泡至中性，得BC，為BC濕膜；將所述濕膜冷凍干燥保存，得BC，為BC干膜。2 土豆培養液
取土豆廢渣加水在100°c條件下(80°C也可)加溫1小時，得土豆培養液，土豆廢渣和蒸餾水的質量比(土豆廢渣濃度)、酸堿度及產率詳見表1。表1 土豆廢渣原料制備細菌纖維素膜
土豆廢渣濃度(%)PH纖維素膜濕重均數(g/L)纖維素膜干重均數(g/L)45. 028. 53. 046. 829. 453. 1226. 831. 63. 3227. 528. 53. 0
土豆廢渣傳統的再利用方式為生產酒精、飼料、可降解塑料及提取果膠和制備膳食纖維。但是，在上述回收利用的過程中，要么涉及土豆廢渣粘性高，不易分離，要么涉及土豆廢渣回收前既費時又費錢的滅菌工作，使產業化利用土豆廢渣的項目并不多。本實施例為土豆廢渣的再利用提供了新思路，可將土豆廢渣在不添加其他原料的情況下直接用作培養基原料。雖然單獨使用土豆廢渣制備的土豆培養液，其細菌纖維素的產率并不高，但是，本實施例首次證實了土豆廢渣可以充當細菌纖維素培養基成分。本實施例為生產細菌纖維素居高不下的培養基成本提供了新的解決方案。土豆廢渣制備的土豆培養液和其他營養成分混合，可制備細菌纖維素專用培養基。另外，從邏輯上可以毫無疑義的得出土豆廢渣為原料的土豆培養液具備充當木醋桿菌培養液制備細菌纖維素的能力的前提下，土豆也具備充當木醋桿菌培養液制備細菌纖維素的能力。
實施例3 土豆廢渣甘油培養基
在實施例2中，采用單一的土豆廢渣作培養基原料，其細菌纖維素的產率為3. 0-3. 3% ； 土豆廢渣是將土豆中大部分淀粉提取后所剩的殘渣，而細菌纖維素的生長是需要適量的碳源和氮源的，所以，如果能夠在土豆廢渣中補充適量的碳源，則可以提高細菌纖維素的產量。在進行碳源的篩選時，必須滿足三個條件一是價格低廉，否則就喪失了廢物再利用的低成本的優勢；二是必須能夠適應產業化的大規模生產，通過實驗室規模的放大培養，依舊能保持菌群的穩定；三是產率高，如果土豆廢渣和其他碳源的聯合運用的產率(按生產成本計)小于或等于土豆淀粉本身的效果，則不能說明它產率高。
1細菌纖維素的制備
木醋桿菌菌種接種于培養基中進行復蘇培養，動態搖床培養，30°C，3天；將動態增菌后的BC發酵培養液，轉移至淺盤中，300C，靜態培養7天，得BC，為膜狀。將培養所獲得BC 放入90° C蒸餾水中恒溫2小時，取出后用蒸餾水清洗2次；用沸騰的0. 5 mol/L的NaOH 溶液煮15分鐘；放入質量分數為1%的NaOH溶液中靜置2天；放置在去離子水中浸泡至中性，得BC，為BC濕膜；將所述濕膜冷凍干燥處理并保存，得BC，為BC干膜。細菌纖維素的制備是在5L規模的培養罐中進行。
2 土豆培養液與甘油混合所得的培養基
本實施例中土豆培養液為實施例1所述的以土豆廢渣為原料制備的土豆培養液。所述土豆培養液與甘油混合所得的培養基中，土豆廢渣與甘油的質量比、培養基酸堿度及細菌纖維素產率詳見表2。表2添加甘油的土豆廢渣原料制備細菌纖維素膜
權利要求
1.土豆培養液，其特征在于取土豆加水在80-100°C條件下加溫不低于1小時，使土豆和蒸餾水的質量比為2-11:50，調節pH值至4. 0-7. 5后得土豆培養液。
2.根據權利要求1所述的土豆培養液，其特征在于所述土豆為制備土豆淀粉后的剩余部分，即土豆廢渣。
3.根據權利要求2所述的土豆培養液，其特征在于所述土豆培養液的pH值為6.8。
4.含有權利要求1-3任一項所述的土豆培養液的培養基，其特征在于所述培養基中含有土豆培養液和甘油，所述甘油和土豆培養液中的土豆的質量比為2-13:20-110。
5.根據權利要求4所述的培養基，其特征在于，所述培養基由土豆培養液、甘油、Κ2ΗΡ04 和酵母膏組成，所述土豆培養液中的土豆與甘油、K2HPO4和酵母膏的質量比為40-220 4-26 1-5 3-14，并將pH調至5. 0-7. 5，得所述含有土豆培養液的培養基。
6.根據權利要求5所述的培養基，其特征在于，所述培養基由土豆培養液、甘油、 K2HPO4和酵母膏組成，所述土豆培養液中的土豆廢渣與甘油、K2HPO4和酵母膏的質量比為 40-220 8 :3:8，并將pH調至6. 8，得所述含有土豆培養液的培養基。
全文摘要
本發明涉及細菌纖維素培養基，細菌纖維素培養基為土豆培養液，具體為取土豆廢渣加水在80-100℃條件下加溫不低于1小時，使土豆和蒸餾水的質量比為2-11:50，得土豆培養液，所述土豆培養液的pH為4.0-7.5；另外，將甘油和土豆培養液混合，得培養液，所述甘油和土豆培養液中的土豆的質量比為2-13:20-110；本發明首次將生產淀粉之后的土豆廢渣作為培養基原料，用最為簡單的方法對土豆廢渣進行處理后得到用于培養細菌纖維素培養基，該培養基成本低廉，收率高，同時解決了土豆廢渣的再利用問題，培養時間短；另外，本發明為細菌纖維素穩定的大規模細菌纖維素培養提供了重要條件。
文檔編號C12R1/02GK102337309SQ201110298679
公開日2012年2月1日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者吳力克 申請人:吳力克