木醋杆菌发酵制备细菌纤维素的工艺研究

发布时间：2020-09-29 08:48

　　本论文重点研究了木醋杆菌AS1.1812和NLQ127对细菌纤维素产量及形态结构的差异;同时采用场发射扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)等手段表征不同碳源以及制备方法获得细菌纤维素结构性能的差异,最终建立木醋杆菌发酵制备细菌纤维素的方法。本研究结果可以为工业上提高细菌纤维素产量提供重要的理论依据,同时也为细菌纤维素材料的广泛应用提供理论基础。首先比较两株木醋杆菌AS1.1812与NLQ127在菌体生长、碳源利用、细菌纤维素产量和性能上的差异,确定发酵制备细菌纤维素的高产菌株。研究结果表明:菌株AS1.1812菌株较NLQ127具有明显的生长优势,但木醋杆菌NLQ127较AS1.1812具有更强的产膜能力。AS1.1812利用不同碳源产细菌纤维素的顺序是葡萄糖甘露醇木糖果糖蔗糖,菌株NLQ127利用不同碳源产细菌纤维素的顺序是葡萄糖果糖甘露醇木糖蔗糖。菌株AS1.1812所产细菌纤维素始终未获得较长成纤维丝状态的三维网状结构;NLQ127在以六碳糖为碳源时纤维较长且粗壮有序,可见清晰规则的三维立体轮廓;以木糖为碳源时整个纤维素网络绵密修长,但纤维直径明显小于六碳糖为碳源制备的细菌纤维素纤维直径。对菌株NLQ127进行培养基和发酵条件的优化,考察培养基主要组成、培养条件以及添加剂对细菌纤维素产量和形态的影响。研究发现葡萄糖和大豆蛋白胨是实际的碳源和氮源,无机盐MgSO_4、KH_2PO_4、Na_2HPO_4对纤维素产量均有促进作用,小分子添加剂乳酸和柠檬酸、大分子添加剂羧甲基纤维素钠和荧光增白剂以及植物激素脱落酸均对纤维素制备有显著的促进作用。木醋杆菌NLQ127在最适条件和培养基下静置培养14d,细菌纤维素产量达到6.95 g/L。改善器皿大小和形状可大幅缩短发酵周期,当选用1000mL三角瓶静置培养7d细菌纤维素产量高达7.13g/L;利用麦秆酶解液静置培养7d可以制备细菌纤维素,且产量达到5.22g/L。针对不同转速条件下菌株NLQ127制备的细菌纤维素采用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜、原子力显微镜、热重分析仪、拉力测试仪等手段对其结构和性能进行表征。SEM观察发现纤维丝带长宽比和密度差异不大,平均直径约为50-80 nm。动态培养随着转速增加纤维丝之间排列变得没有规律,弯曲纤维丝明显增多。AFM表明动态发酵制备的细菌纤维素纤维表面更粗糙,长度达到微米级,长径比较高。静态制备细菌纤维素结晶度达到88.02%,高于动态制备细菌纤维素结晶度,且灰分最少。动态培养得到的细菌纤维素的湿膜含水率高于静态培养所得到的细菌纤维素。热重分析发现,动态制备细菌纤维的热稳定有所提高。力学性能分析表明,转速对细菌纤维素膜的拉伸强度有一定影响。
【学位单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ352.79;TQ920.6
【部分图文】：

分子结构图,细菌纤维素,动物纤维素

2 文献综述维素概述自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，作为地球上最为丰富的自前就被人们发现，现已用于人们生活的各个方面满足衣食住行的需农业、医药、环保以及酶的固定化载体等方面具有广泛的用途[1]。以分为三类：植物纤维素、动物纤维素和细菌纤维素。其中，植物棉花等植物中；动物纤维素广泛存在于低等生物菌类、节肢动物、素（Bacterial cellulose，BC）又被称之为微生物纤维素（Microbial Ce环境条件下，由微生物合成的纤维素的总称[2]。细菌纤维素的化学同的，分子式都为（C6H10O5）n，均由D-吡喃葡萄糖苷通过β-1,4彼此平行、不呈螺旋构象、无分支结构的直链多糖[3]。图 2-1 为细。相邻吡喃葡萄糖的 6 个原子不处于同一个平面上，而是呈比较稳图 2-2 所示[4]。

结构图,细菌纤维素,椅式,结构图

棉花等植物中；动物纤维素广泛存在于低等生物菌类、节肢动物、素（Bacterial cellulose，BC）又被称之为微生物纤维素（Microbial Ce环境条件下，由微生物合成的纤维素的总称[2]。细菌纤维素的化学同的，分子式都为（C6H10O5）n，均由D-吡喃葡萄糖苷通过β-1,4-彼此平行、不呈螺旋构象、无分支结构的直链多糖[3]。图 2-1 为细。相邻吡喃葡萄糖的 6 个原子不处于同一个平面上，而是呈比较稳图 2-2 所示[4]。图 2-1 细菌纤维素的分子结构图Fig.2-1 The molecular structure of bacterial cellulose

细菌纤维素,生物合成途径,磷酸,葡萄糖

先是葡萄糖在葡萄糖激酶的作用下被转化为 6-磷酸-葡萄糖；然后 6-磷酸-葡萄糖在磷酸萄糖异构酶作用下被转化为 1-磷酸-葡萄糖；之后 1-磷酸-葡萄糖在焦磷酸化酶作用下转成尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）；最后尿苷二磷酸葡萄糖在纤维素合成酶作用下合成β-1葡萄糖苷链，最后再聚合成纤维素。其中，纤维素合成酶是纤维素生物合成途径的关键酶是膜结合蛋白。

【参考文献】