[发明专利]动态发酵制备核壳结构细菌纤维素复合材料的装置及方法

说明书

本发明提供一种动态发酵制备核壳结构细菌纤维素复合材料的装置及方法。该装置包括发酵培养容器和设置在发酵培养容器中两个滚筒和两块加热导流板；两个滚筒的转轴两端分别与发酵培养容器的内壁活动连接，在水平方向上平行排列，滚筒之间设有间隙，且滚筒的转轴之间距离可调；两块加热导流板与两个滚筒转轴平行，一加热导流板的一端与发酵培养容器活动连接，另一端向斜下方延伸至两个滚筒的间隙上方并与其中一滚筒抵接；另一加热导流板一端与发酵培养容器活动连接，另一端向斜下方延伸至两个滚筒的间隙上方并与另一滚筒抵接。该装置能够实现动态发酵和包覆，获得形状尺寸可控、生物相容性和安全性优良的细菌纤维素复合材料。

技术领域

本发明属于动态发酵技术领域，涉及一种动态发酵制备核壳结构细菌纤维素复合材料的装置及方法。

背景技术

纤维素是地球上最丰富、发展潜力巨大的生物聚合物，它不仅是纺织工业和造纸工业的传统原料，还可以用来制造高分子复合材料和高性能材料，在许多高新科技领域发挥着重要作用。细菌纤维素是经微生物发酵得到的天然纤维素，由葡萄糖以β-1,4-糖苷链连接而成的高分子化合物。细菌纤维素和植物或海藻产生的天然纤维素具有相同的分子结构单元，且其具有许多独特的性质：①高结晶度和聚合度。细菌纤维素与植物纤维素相比无木质素、果胶和半纤维素等伴生产物，具有高结晶度（可达95%，植物纤维素的为65%）和高的聚合度(DP值2000～8000)；②超精细纳米网状结构。细菌纤维素纤维是由直径3～4纳米的微纤组合成40～60 纳米粗的纤维束，并相互交织形成发达的超精细纳米网络结构；③高弹性模量和抗张强度。细菌纤维素的弹性模量为一般植物纤维的数倍至十倍以上，并且抗张强度高；④强持水能力(water retention values，WRV)。未经干燥的细菌纤维素的WRV值高达1000%以上，冷冻干燥后的持水能力仍超过600％。经100℃干燥后的细菌纤维素在水中的再溶胀能力与棉短绒相当；⑤优良的生物相容性、适应性和生物可降解性；⑥合成可控性。正是由于细菌纤维素这些优良性能，使其广泛应用于食品、生物医药、医疗器械、组织工程材料等诸多领域。

由于细菌纤维素具有很强的亲水性、黏稠性和稳定性，可作为食品成型剂、增稠剂、分散剂、抗溶化剂、改善口感作为肠衣和某些食品的骨架，已成为一种新型重要的食品基料和膳食纤维。如在果冻、奶茶、果酱、甜点等食品中已经得到广泛应用，是目前商业食品中颇受欢迎的原材料之一。由于细菌纤维素良好的生物相容性、湿态时高的机械强度、良好的液体和气体透过性，细菌纤维素可作为一种优良的生物材料应用于生物医用各领域。如Biofill和Gengiflex就是两个典型的细菌纤维素产品，已广泛用作外科和齿科材料。对于二级和三级烧伤、溃疡等，Biofill已被成功地用作人造皮肤的临时替代品。Gengiflex已用于齿根膜组织的修复。基于细菌纤维素的原位可塑性设计出的一种新型生物材料BASYC可望在显微外科中用作人造血管。同时，已有报道的应用还包括骨、角膜、软骨、肌腱等组织的修复。