[发明专利]一种利用茶渣作为碳源制备细菌纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明属于细菌纤维素制备领域，具体涉及一种利用茶渣作为碳源制备细菌纤维素的方法。

背景技术

细菌纤维素（Bacterial Cellulose，BC），又称作微生物纤维素；化学式为(C₆H₁₀O)_n，是由β-D-葡萄糖单体以β-1,4糖苷键连接而形成的一种直链多糖生物质。由于拥有超细的三维网络结构、大量的纳米级孔径分布、很大的比表面积以及丰富的表面羟基基团，因此被广泛应用在食品、工业、造纸和医用等领域。

与植物纤维素相比， BC中吡喃葡萄糖的相邻6个碳原子呈稳定的椅式结构，而植物纤维素分子有螺旋结构。其三维结构中，同一条直链间，同一平面不同直链以及上下不同直链间都有氢键紧密交联，形成致密的交联网状结构，这使得BC虽然与自然界中植物或海藻产生的天然纤维素具有相同的分子结构单元，但具有许多独特的性质：（1）高纯度，与植物纤维素相比，BC经过分离提纯等简单工艺之后可获得纯度达 99%以上的纤维素，且不含有木质素、半纤维素和果胶等伴生产物；（2）具有高结晶度，最高可达95%，而植物纤维素的结晶度一般仅有65%，且BC还有很高的聚合度；（3）BC具有超精细网状结构，BC纤维是由直径3-4 nm的微纤维通过分子内和分子间的氧键作用而缠绕组合成40-60 nm粗的纤维束，并相互交织形成超精细的三维空间网状结构；（5）很强的持水能力，由于BC拥有致密的纳米网状结构，比表面积大，表面含有丰富的亲水性基团，这使得BC具有较高的持水性能，未经干燥的BC的WRV值高达1000% 以上，冷冻干燥后的持水能力仍超过600%；（6）生物合成具有可调控性，BC的经济价值主要体现在可以通过调控其生物合成的环境而改变其原有的结构性质，从而适应各种工业生产和学术研究的需求；（7）BC具有较好的适应性和较高的生物相容性，且具有良好的生物可降解性，能在相应的物理化学条件下降解，对环境友好，不会产生二次污染。

鉴于细菌纤维素的优良特性，细菌纤维素具有广泛而特殊的用途、在医用材料领域，细菌纤维素可以用于合成人造皮肤、人造血管、外科敷料、缓释药物的载体等；在食品工程领域，细菌纤维素本身就可以作为一种食品食用，如俗称椰果或者椰纤果；另外，BC还可以作为食品工业中的增稠剂、成型剂、添加剂等；在造纸工业方面，细菌纤维素的添加可以提高纸张抗张强度和耐破度，降低透气度，提高撕裂度等；在音响领域可作为生产超性能的声音振动膜；在材料领域，BC纳米纤维与其它高分子、有机或者无机分子的掺杂复合，可获得各种新的功能复合材料。

目前大规模利用细菌纤维素的障碍主要是其产量低，成本高，价格不敌普通纤维素，因此研究的重点集中在寻找新碳源上，寻找廉价合适的，既能降低生产成本又能提高纤维素的产量。

茶叶在生产与深加工过程中产生大量茶叶废弃物，即所谓的茶渣。我国茶渣的主要来源有两个：一是工业提取茶多酚等生化成分之后所形成的茶渣；二是茶饮料工业中形成的茶渣。因茶饮料工业所形成的茶渣中营养成分比较丰富，这里着重讨论茶饮料工业茶渣的开发。我国茶饮料工业虽然起步较晚，但发展势头十分强劲，茶饮料年产量成倍增长。从1997年起，茶饮料产量成倍增长，2000年一举超过果汁、果味饮料名列各类饮料的第三位。然而，目前内地人均年饮用茶饮料仅为0.4 L，日本人均年饮用茶饮料为20～30 L，也就是说，茶饮料在内地市场还应有30倍以上的成长空间。娃哈哈引进的4条茶饮料生产线，年消化干茶5000 吨，这表明将产生茶渣超过4000 吨；如此推算，目前生产茶饮料所产生的茶渣已超过4万吨，在接下的几年里生产量如增长30倍，茶渣将超过120万吨。如此多的茶渣目前基本都被当作工业废料抛弃，只有少量被作为肥料施用到田间，造成资源的巨大浪费。因此，将茶渣变废为宝，使难以处理的茶渣废料成为一种优质新型饲料，有利于生态环境的保护；也有利于降低企业成本，提高企业的市场竞争力。

茶饮料茶渣(速溶茶渣)指茶叶提取速溶成分后的残渣，经分析表明：粗纤维高达17%～19%，粗蛋白含量高达16%～18%，赖氨酸和蛋氨酸含量分别为1.5%～2%和0.5～0.7%，还含有一定量的维生素、茶多酚、咖啡碱及少量的茶皂素等，仍有较高的利用价值；大量茶渣常常被当作废料抛弃，造成了资源的极大浪费及生态环境破坏。因此如有一种技术能充分利用这些现有废弃资源，以其为碳源制备细菌纤维素，提升其附加价值，不仅为细菌纤维素的生产提供新途径，而且可以提高茶渣的经济利用价值。

发明内容