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1. 研究目的与意义

1研究的目的和意义

细菌纤维素(Bacterial Cellulose,BC)与天然纤维素的结构非常接近 , 都是由葡萄糖以β- 1 , 4 -糖苷键连接而成的高分子化合物, 因其由细菌合成故命名为细菌纤维素^{[ 1 ]}。细菌纤维素是由木醋杆菌(Acetobacter xylinum)等微生物经过液态发酵制得的凝胶状膜。与植物纤维素和动物纤维素相比，细菌纤维素具有纳米级、高持水性、高结晶度、超细纳米纤维网络、高弹性模量和抗拉强度等独特的性质,而被广泛地应用在食品及医学中。木醋杆菌是目前最常用和产率最高的细菌纤维素生产菌，研究和优化木醋杆菌制备细菌纤维素的发酵条件对于提高细菌纤维素的发酵水平具有重要意义。微生物次生代谢产物的生成除取决于菌种本身的代谢特征外,还取决于发酵条件,前者是通过遗传因子决定代谢方式,决定了产物生成的可能性,后者是通过激活或调节各代谢途径中的物质、能量的分配而决定产物的生成与否、生成量的多少和生成速率的快慢等^{[ 2 ]}。因此本文主要研究温度、初始 p H 值、碳源、氮源等对细菌纤维素产量的影响，以确定木醋杆菌发酵生产细菌纤维素的最适条件。

2. 国内外研究现状分析

2文献综述

2.1 细菌纤维素的理化性质

细菌纤维素于 1886 年 brown 首次报道的, 他发现醋菌属菌株在培养基表面形成白色凝胶状的薄膜^{[ 3 ]}。直到1970 年, 随着电子显微镜在诸多领域使用的更加普及, 细菌纤维形成的过程才逐步被发现、了解。在适宜条件下, 用电子显微镜可观察到木醋杆菌从小孔分泌葡聚糖从而形成纤维素微纤丝。细菌纤维素是利用醋酸杆菌、假单孢杆菌、土壤杆菌、无色杆菌、八叠球菌等菌属合成出一种天然高分子。而在这些菌种中, 醋酸杆菌属合成细菌纤维素的效果最好, 而且不会对环境损害, 受天气自然等条件制约较小, 因此得到了科研工作者的广泛关注。细菌纤维素是由葡萄糖分子以 β-1, 4 糖苷键聚合而成的没有分支的高分子, 这些线性葡萄糖链通过分子内和分子间氢键形成网状结构。在形成纤维的过程中, 这些分子发生了特征性的聚合和结晶, 并形成了细菌纤维素超细的结构, 从而造就了细菌纤维素良好的机械性能(主要体现为较强的吸水性和亲水性等)。静态培养制得的细菌纤维素膜的弹性模量为一般纤维的数倍至十倍以上, 抗撕裂能力是同样厚度的聚乙烯和聚氯乙烯的六倍, 纯木葡糖酸醋杆菌制成干膜的弹性模量高达 15109 pa, 这是普通平面定向或非定向有机聚合物膜片的弹性模量 3 倍以上^{[ 4 ]}。

2.2 细菌纤维素的生产菌种和培养方式

细菌纤维素是一种多糖类高分子，由某些微生物合成得到。目前能够产细菌纤维素的细菌主要分布于九个细菌属的某些亚种内，常见的有醋酸杆菌属（acetobacter）、根瘤菌属（rhizobium）、八叠球菌属（sarcina）、假单胞菌属(pseudomonas)、土壤杆菌属(agrobacterium)、无色杆菌属(achromobacter)、气杆菌属(aerobacter)、固氮菌属(azotobacter)和产碱菌属(alcaligenes)。其中木醋杆菌是最早发现，也是研究最多和应用最广的纤维素产生菌。它是目前已知合成纤维素能力最强的微生物菌种。

产细菌纤维素的菌株多数是革兰氏阴性需氧菌，釆用不同的培养方法，如静态培养和动态培养，利用醋酸杆菌可以得到不同高级结构和形状的纤维素。通过调节培养基成分和培养条件，还可得到化学性质不同的细菌纤维素。木醋杆菌在液体培养基中静置培养，液面形成乳白色半透明胶状纤维素膜，质地柔初，湿膜含水量约为。木醋杆菌在液体培养基中通风搅拌培养动态培养，在发酵液中形成丝状、星状和微团状纤维素，发酵液粘稠。静态培养产生的细菌纤维素膜和动态培养产生的分散的细菌纤维素在化学性质上完全相同但微观结构有一些差异。表现为动态法制备的细菌纤维素在聚合度、结晶度和杨氏模量上较低；相对静态法而言它含有较高的持水能力，在分散的悬浮液中有更高的粘度。

3. 研究的基本内容与计划

3研究方案

通过探讨实验目的和方向，我们对实验做了初步设计：

1. 碳源对纤维素产量的影响

研究几种不同碳源对纤维素产量的影响，并最终选择最佳的碳源来进行下一步实验。

4. 研究创新点

4 创新与展望

细菌纤维素与天然纤维素的结构非常接近，都是葡萄糖以 β-1,4-糖苷键连接而成的高分子化合物。但因为它是以纤维束的形式相互聚合的，所以比起植物纤维素的三维立体结构，具有纯度高、结晶度高、重合度高、生物适应性强等优越性能，被广泛地应用于食品、造纸、医药等多个领域，作为一种新型的生物材料它具有广泛的应用前景。微生物次生代谢产物的生成，除取决于菌种本身的代谢特征外，还取决于发酵条件。因此本文主要研究温度、初始 p H 值、碳源、氮源等对细菌纤维素产量的影响，以确定试验菌株发酵生产细菌纤维素的最适条件。