细菌纤维素的制备、修饰及在面膜中的应用

发布时间：2020-06-07 17:37

【摘要】：细菌纤维素是一种高分子天然聚合物。与植物纤维素相比,具有超精细网状结构、较高的纯度、良好的持水性和生物相容性,使其在生物医学、食品、造纸、化妆品等领域得到广泛的应用和关注。本课题主要从细菌纤维素产生菌的诱变筛选、产物的鉴定表征、高产菌种的发酵条件优化、细菌纤维素复合膜的制备、表征及产品应用等方面进行研究,旨在得到一种具有良好性能的细菌纤维素面膜,拓宽其在化妆品领域的应用范畴。具体实验结果如下:(1)采用常压室温等离子诱变技术对购买的木糖驹形氏杆菌(Komagataeibacter xylinus)进行诱变筛选,最终得到产量高于原始菌株38.3%的突变株G31。通过蒽酮比色法和酶水解法初步鉴定其产物为纤维素。通过红外光谱、扫描电镜、X射线衍射、固体核磁共振对其产物进行表征,证明其产物是细菌纤维素且属于晶体纤维素Ⅰ型,结晶度为92.42%,具有超精细三维网状结构。通过差示热量扫描和热重分析证明细菌纤维素具有较好的热稳定性。对细菌纤维素的拉伸性能、持水性能、水蒸气透过率和氧气透过率进行测试,结果表明细菌纤维素可以作为面膜基质,为细菌纤维素在面膜领域的应用奠定了基础。(2)以细菌纤维素的产量为响应值,通过单因素试验和响应面试验,其中对响应面数据分析得到拟合回归方程为:Y=8.61+0.23*A+0.62*B+0.39*C+0.0025*AB+0.29*AC-0.040*BC-0.24*A~2-0.44*B~2-0.56*C~2,回归模型决定性系数R~2=0.9884,表明数据拟合效果较好,最终筛选出制备细菌纤维素的最优条件。综合各因素得出的最佳工艺参数为:葡萄糖20 g/L,甘露醇20 g/L,酵母膏10 g/L,蛋白胨10 g/L,冰乙酸2.5 mL/L,磷酸氢二钾2.5 g/L,MgSO_4·7H_2O 1.3 g/L,pH 5.5,温度30℃,装液量150 mL。在最优条件下制备的细菌纤维素的产量是8.49 g/L,是优化前的2.53倍。(3)制备两种细菌纤维素-丝胶蛋白/透明质酸复合膜,一种是原位修饰细菌纤维素-丝胶蛋白/透明质酸复合膜,一种是后修饰细菌纤维素-丝胶蛋白/透明质酸复合膜。采用红外光谱、扫描电镜、X射线衍射、原子力显微镜、X射线光电子能谱分析对两种复合膜进行表征,结果表明丝胶蛋白和透明质酸成功地修饰到细菌纤维素上,并且后修饰细菌纤维素-丝胶蛋白/透明质酸复合膜的表面粗糙度更低。采用差示热量扫描和热重分析对两种复合面膜进行热稳定分析,结果表明添加丝胶蛋白和透明质酸能够提高保水性和热稳定性及生物降解性。采用MTT法检测两种复合膜的浸提液对小鼠L929细胞的存活率进而评价两种复合膜的细胞毒性,实验结果表明用后修饰细菌纤维素-丝胶蛋白/透明质酸复合膜的提取液培养的细胞的存活率更高,并在一定程度上能够促进细胞的增殖。对两种复合膜的拉伸性能、持水性能、水蒸气透过率和氧气透过率进行测试,结果表明后修饰细菌纤维素-丝胶蛋白/透明质酸复合膜在各方面的性能都高于原始细菌纤维素。(4)对市售的无纺布面膜、蚕丝面膜、生物纤维面膜、自制的BC面膜和BC-SS/HA复合面膜在形貌特征、力学性能、耐干性、保湿性、透湿性、细胞毒性等方面进行分析比较,自制的BC面膜和BC-SS/HA复合面膜较市售的无纺布面膜、蚕丝面膜和生物纤维面膜具有更优异的网状结构,能够与皮肤完美地贴合在一起,使每一种营养成分能够渗透肌肤深处,达到更好地护肤目的。与市售的无纺布面膜、蚕丝面膜和生物纤维面膜相比,自制的BC面膜和BC-SS/HA复合面膜具有良好的拉伸强度,在一定的拉扯下不易变形,具有良好的持水性能和保湿性能,锁水能力较强,对细胞没有毒性且在一定程度上促进细胞增殖,且形态一直保持不变。表明BC面膜及BC-SS/HA复合面膜可以应用于化妆品的面膜领域。
【图文】：

分子结构图,分子结构

不掺杂其他多糖，化学纯度高[14]（3）结晶度较高，可达 95%，使其拉伸强度、弹性模量、硬度、密度随之增加[15]（4）具有较强的持水保湿能力，含水量高达 96%，亲肤性强[16]（5）具有较高的生物相容性和良好的生物可降解性[17]。这些特性使得 BC 在食品、生物医药、造纸、化妆品等诸多领域获得较高的关注，受到国内外学者青睐。

生物合成途径

不掺杂其他多糖，化学纯度高[14]（3）结晶度较高，可达 95%，，使其拉伸强度、弹性模量、硬度、密度随之增加[15]（4）具有较强的持水保湿能力，含水量高达 96%，亲肤性强[16]（5）具有较高的生物相容性和良好的生物可降解性[17]。这些特性使得 BC 在食品生物医药、造纸、化妆品等诸多领域获得较高的关注，受到国内外学者青睐。图 1-1 BC 分子结构Figure 1-1 Molecular structure of BC
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ658.29;TQ352.79

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