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以柑橘果渣为主要原料生产细菌纤维素的关键技术研究

贾静静  
【摘要】:细菌纤维素(Bacterial Cellulose, BC)是由微生物产生的纤维素的统称,在培养液表面呈现凝胶样厚膜状,具有机械强度高、持水力高、纯度高、结晶度高等优良特性,既可以作为食品配料,又可作为一种新型的生物材料,广泛应用于食品、医药、造纸等工业领域。 目前,BC是以椰汁水或菠萝渣为主要原料,以木葡糖酸醋杆菌为发酵菌株制备而成,但其产量及生产规模受到地域和季节的限制。因此,寻求BC高产菌株,丰富原料来源,改进传统工艺,对扩大BC的生产规模具有重要意义。本文选择以柑橘果渣为主要基质进行BC发酵,筛选适宜的发酵菌株,复配发酵培养基,优化培养条件,研究加工工艺对BC品质的影响,结果分述如下: (1)从酸败的温州蜜橘果实中筛选到1株产纤维素菌株CIs51,经显微形态观察、生理生化试验及16S rDNA序列分析,鉴定该菌株为汉逊氏葡糖酸醋杆菌(Gluconacetobacter hansenii),将其命名为Gluconacetobacter hansenii CIs51。利用FT-IR红外光谱、X-射线衍射和电镜扫描,对CIs51所产凝胶膜进行化学组成分析和微结构观察,结果表明:该凝胶膜的主要成分为纤维素,具备β构型葡聚糖的特征,结晶类型为I型,结晶度为71%,纤维素间交织成不规则的网状结构。 (2)以汉逊氏葡糖酸醋杆菌CIs51为发酵菌株,柑橘果渣为主要基质进行BC发酵,研究了果渣预处理工艺、酵母前发酵、主要营养物质、生长因子等对CIs51菌株BC产量的影响,并对发酵过程中的接种量、温度和培养时间等条件做了优化。结果表明:柑橘果渣与水以1:8(w/v)的比例混合打浆,以150U/mL的果胶酶复配100U/mL纤维素酶,45℃水解2h为适宜的预处理条件;酵母前发酵能够显著促进菌株的BC产量,提出酵母前发酵和BC后发酵相偶联的两段式发酵工艺,前发酵的糖度为5%,酵母接种量为1.5%(v/v),25℃培养96h;选择BC后发酵的碳源为蔗糖,添加量为30g/L,氮源为(NH4)2SO4,添加量为3g/L,酵母粉、柠檬酸和Na2HP04的添加量分别为5g/L、1g/L和2g/L,CIs51接种量为10%(v/v),30℃静置培养7d即可。在此条件下BC的产量可达7.23g/L,与BC发酵常用的H-S培养基和柑橘渣水改良H-S培养基(产量分别为4.02g/L和6.57g/L)相比,其产量明显提高,所产BC膜呈半透明质地,纤维素较粗,网络较紧密,柔韧性较好。可见,柑橘果渣能有效地促进CIs51发酵合成BC,具有工业化应用的前景。 (3)初步研究了pH、盐度、加热和冷冻等加工方式对BC含水量、持水力、硬度和总黄酮含量的影响。结果表明:CIs51菌株生产的BC含水量较高(96-99%),持水力较高(2.38-3.79%);NaCl浓度对其含水量、持水力和硬度的影响较明显,pH值对持水力和硬度影响较明显;温度对持水力和硬度有一定的影响,高温处理时,持水力降低并且硬度变小,冷冻时,持水力降低而硬度变大,并且相比高温处理,总黄酮含量较高。


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