细菌纤维素的合成及其高值化应用研究
发布时间：2021-02-07 15:39
细菌纤维素（BC）是一种由细菌产生的生物可降解的天然纳米结构高分子聚合物。因其独特的结构和优越的性能,在食品、生物医疗、纳米功能材料等诸多领域得到了较好的应用。传统方法中常采用单糖作为碳源来制备培养基合成BC,但存在成本高的问题,不利于其大规模化发展。因此,开发经济的天然培养基,实现BC的低成本制备和高值化利用尤为关键。本论文开展了细菌纤维素低成本制备及高附加值应用的研究。首先,以农林废弃物-玉米秸秆预水解液中所获水解糖为碳源制备BC。研究了温度和时间对预水解过程的影响。获得了玉米秸秆的最佳处理工艺条件为:在温度160℃下处理70 min,玉米秸秆原料质量损失达到34.75%。针对糠醛类物质对木醋杆菌合成BC有较强抑制作用,研究了活性炭和离子交换树脂对玉米秸秆水解液的脱毒效果,结果表明双重脱毒过程对木醋杆菌生长有抑制作用的物质（如糠醛、木素和醋酸）的去除率比较大,当活性炭和离子交换树脂的添加量分别为5.0%（m/V）、1/10（w/w,离子交换树脂/水解液）时,糠醛、木素和醋酸的去除率分别达到88.58%,89.73%和82.97%,说明活性炭和离子树脂双重脱毒过程对玉米秸秆水解液具有...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电镜下的木醋杆菌及细菌纤维素[16]
细菌纤维素自 1886年被英国的 Brown 发现至今已有一百多年的历史[21]。细菌纤维素具有一系列优良特性（图1-2），如高纯度、高聚合度、高结晶度、高亲水性、高杨氏模量、纤维的纳米细度﹑良好的生物相容性和生物可降解性等[22-24]。图 1-2 细菌纤维素性能及应用Fig. 1-2 Property and application of bacterial cellulose如图 1-3 是纤维素的分层次机构图[25]，不同纤维素的制备方法导致最终的性能差别也较大，相比于植物纤维，细菌纤维素拥有很多优良的特性。此外，细菌纤维素更容易实现规模化的制备，且可对其制备过程进行有效地调控及优化，从而获得性能优异的生物合成高分子材料。细菌纤维素基功能材料能在生物医疗、纳米材料、电子器件、功能纺织品、营养食品、军工等多个领域广泛应用，有利于促进发展新一代生物质基多功能复合材料，实现传统产业的转型升级
图 1-3 不同纤维素的分层次结构[25]Fig. 1-3 Hierarchical structure of different kinds of cellulose[25]1.2.2 细菌纤维素的结构1.2.2.1 化学分子结构BC 和天然纤维素的化学分子结构一样，均是由 D-吡喃型葡萄糖单体利用 β-1,4-糖苷键连接形成的一种直链高分子聚合物，其分子通式表示为 （C6H10O5）n，这些直链间相互平行，既不呈螺旋结构，也无分支，充分水解后能获得高达百分之九十多的葡萄糖。其中葡萄糖的碳酰基都是一些半缩醛基，是由两种不同的基团构成，纤维素分子链形成重复性的六元糖环[26]。这些六元糖环在不同平面上，是以稳定的椅式构象存在，从而有利于分子结构的稳定。如图 1-4 所示，纤维素分子结构的重复单元是纤维素二糖。每个六元糖环上存在三个羟基，分别位于碳 2，3，6 的位置[27, 28]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]A general aerosol-assisted biosynthesis of functional bulk nanocomposites[J]. Qing-Fang Guan,Zi-Meng Han,Tong-Tong Luo,Huai-Bin Yang,Hai-Wei Liang,Si-Ming Chen,Guang-Sheng Wang,Shu-Hong Yu. National Science Review. 2019(01)
[2]加工条件对细菌纤维素凝胶理化性质的影响[J]. 杨颖,唐伟敏,陆胜民. 浙江农业学报. 2018(04)
[3]利用杨木水解液制备细菌纤维素[J]. 陈慧慧,刘玉,王慧梅. 生物技术通报. 2017(03)
[4]细菌纤维素性质及应用的研究进展[J]. 汪丽粉,李政,贾士儒,张健飞. 微生物学通报. 2014(08)
[5]不同干燥方式对细菌纤维素物理性能的影响[J]. 冯劲,施庆珊,冯静,李文茹,陈爱美,欧阳友生. 现代食品科技. 2013(09)
[6]细菌纤维素减肥功能测定及其酸奶的制作[J]. 张基亮,何欣,李元敬,田华,雷虹. 食品科学. 2013(12)
[7]Biorefinery of bacterial cellulose from rice straw:enhanced enzymatic saccharification by ionic liquid pretreatment[J]. Hong Feng 1,2,Han Shifen 1(1. Group of Microbiological Engineering and Industrial Biotechnology,College of Chemistry,Chemical Engineering and Biotechnology,Donghua University,Shanghai 201620,China;2. Key Laboratory of Science & Technology of Eco-Textile(Donghua University) ,Ministry of Education,Shanghai 201620,China). Engineering Sciences. 2011(04)
[8]我国非木材纤维制浆的发展概况[J]. 李忠正. 中国造纸. 2011(11)
[9]不同培养方式对细菌纤维素产量和结构性质的影响[J]. 周伶俐,孙东平,吴清杭,杨加志,杨树林. 微生物学报. 2007(05)
[10]细菌纤维素的研究进展[J]. 胡晓燕,曲音波. 纤维素科学与技术. 1998(04)
博士论文
[1]高性能纤维素材料的构建与性能研究[D]. 王莎.华南理工大学 2018
[2]材料表面微生物改性及细菌纤维素复合材料的制备与性能研究[D]. 陈袁曦.华东理工大学 2014
[3]细菌纤维素高产菌株高压诱变选育及其机理研究[D]. 葛含静.西北农林科技大学 2012
[4]细菌纤维素杂化纳米材料的制备及性能研究[D]. 杨加志.南京理工大学 2011
硕士论文
[1]细菌纤维素纳米纤维结构调控的初步研究[D]. 许威震.南京理工大学 2013
[2]细菌纤维素纳米纤维的可控生物制造[D]. 王刚.华中科技大学 2009
本文编号：3022442
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电镜下的木醋杆菌及细菌纤维素[16]
细菌纤维素自 1886年被英国的 Brown 发现至今已有一百多年的历史[21]。细菌纤维素具有一系列优良特性（图1-2），如高纯度、高聚合度、高结晶度、高亲水性、高杨氏模量、纤维的纳米细度﹑良好的生物相容性和生物可降解性等[22-24]。图 1-2 细菌纤维素性能及应用Fig. 1-2 Property and application of bacterial cellulose如图 1-3 是纤维素的分层次机构图[25]，不同纤维素的制备方法导致最终的性能差别也较大，相比于植物纤维，细菌纤维素拥有很多优良的特性。此外，细菌纤维素更容易实现规模化的制备，且可对其制备过程进行有效地调控及优化，从而获得性能优异的生物合成高分子材料。细菌纤维素基功能材料能在生物医疗、纳米材料、电子器件、功能纺织品、营养食品、军工等多个领域广泛应用，有利于促进发展新一代生物质基多功能复合材料，实现传统产业的转型升级
图 1-3 不同纤维素的分层次结构[25]Fig. 1-3 Hierarchical structure of different kinds of cellulose[25]1.2.2 细菌纤维素的结构1.2.2.1 化学分子结构BC 和天然纤维素的化学分子结构一样，均是由 D-吡喃型葡萄糖单体利用 β-1,4-糖苷键连接形成的一种直链高分子聚合物，其分子通式表示为 （C6H10O5）n，这些直链间相互平行，既不呈螺旋结构，也无分支，充分水解后能获得高达百分之九十多的葡萄糖。其中葡萄糖的碳酰基都是一些半缩醛基，是由两种不同的基团构成，纤维素分子链形成重复性的六元糖环[26]。这些六元糖环在不同平面上，是以稳定的椅式构象存在，从而有利于分子结构的稳定。如图 1-4 所示，纤维素分子结构的重复单元是纤维素二糖。每个六元糖环上存在三个羟基，分别位于碳 2，3，6 的位置[27, 28]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]A general aerosol-assisted biosynthesis of functional bulk nanocomposites[J]. Qing-Fang Guan,Zi-Meng Han,Tong-Tong Luo,Huai-Bin Yang,Hai-Wei Liang,Si-Ming Chen,Guang-Sheng Wang,Shu-Hong Yu. National Science Review. 2019(01)
[2]加工条件对细菌纤维素凝胶理化性质的影响[J]. 杨颖,唐伟敏,陆胜民. 浙江农业学报. 2018(04)
[3]利用杨木水解液制备细菌纤维素[J]. 陈慧慧,刘玉,王慧梅. 生物技术通报. 2017(03)
[4]细菌纤维素性质及应用的研究进展[J]. 汪丽粉,李政,贾士儒,张健飞. 微生物学通报. 2014(08)
[5]不同干燥方式对细菌纤维素物理性能的影响[J]. 冯劲,施庆珊,冯静,李文茹,陈爱美,欧阳友生. 现代食品科技. 2013(09)
[6]细菌纤维素减肥功能测定及其酸奶的制作[J]. 张基亮,何欣,李元敬,田华,雷虹. 食品科学. 2013(12)
[7]Biorefinery of bacterial cellulose from rice straw:enhanced enzymatic saccharification by ionic liquid pretreatment[J]. Hong Feng 1,2,Han Shifen 1(1. Group of Microbiological Engineering and Industrial Biotechnology,College of Chemistry,Chemical Engineering and Biotechnology,Donghua University,Shanghai 201620,China;2. Key Laboratory of Science & Technology of Eco-Textile(Donghua University) ,Ministry of Education,Shanghai 201620,China). Engineering Sciences. 2011(04)
[8]我国非木材纤维制浆的发展概况[J]. 李忠正. 中国造纸. 2011(11)
[9]不同培养方式对细菌纤维素产量和结构性质的影响[J]. 周伶俐,孙东平,吴清杭,杨加志,杨树林. 微生物学报. 2007(05)
[10]细菌纤维素的研究进展[J]. 胡晓燕,曲音波. 纤维素科学与技术. 1998(04)
博士论文
[1]高性能纤维素材料的构建与性能研究[D]. 王莎.华南理工大学 2018
[2]材料表面微生物改性及细菌纤维素复合材料的制备与性能研究[D]. 陈袁曦.华东理工大学 2014
[3]细菌纤维素高产菌株高压诱变选育及其机理研究[D]. 葛含静.西北农林科技大学 2012
[4]细菌纤维素杂化纳米材料的制备及性能研究[D]. 杨加志.南京理工大学 2011
硕士论文
[1]细菌纤维素纳米纤维结构调控的初步研究[D]. 许威震.南京理工大学 2013
[2]细菌纤维素纳米纤维的可控生物制造[D]. 王刚.华中科技大学 2009
本文编号：3022442
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/swxlw/3022442.html
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