木醋桿菌培養(yǎng)細(xì)菌纖維素的綜述【文獻(xiàn)綜述】

1、文獻(xiàn)綜述文獻(xiàn)綜述木醋桿菌培養(yǎng)細(xì)菌纖維素的綜述木醋桿菌培養(yǎng)細(xì)菌纖維素的綜述摘要摘要：細(xì)菌纖維素是在一定的條件下，某些種類微生物合成的纖維素的統(tǒng)稱。這些微生物包括醋酸菌屬、土壤桿菌屬、根瘤菌屬和八疊球菌屬等的細(xì)菌，其中最典型的是醋酸桿菌屬的木醋桿菌，它具有最高的纖維素生產(chǎn)能力，被確認(rèn)為研究纖維素合成、結(jié)晶過程和結(jié)構(gòu)性質(zhì)的模型菌株。本文就是概括木醋桿菌培養(yǎng)細(xì)菌纖維素的條件和方法、產(chǎn)物的性質(zhì)及改性、用途和發(fā)展前景等。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：細(xì)菌纖維素木醋

2、桿菌細(xì)菌培養(yǎng)纖維素是地球上最豐富的生物合成高分子材料，每年由植物產(chǎn)生的纖維素達(dá)億萬噸是植物生物量的主要組成部分，與人類的生活關(guān)系密切，不僅是紡織工業(yè)和造紙工業(yè)的主要原料，還可以用來制造新型高性能功能磁療和高分子復(fù)合材料，在許多技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。但是除植物外，某些低等動(dòng)物可產(chǎn)生動(dòng)物纖維素，某些細(xì)菌能以異養(yǎng)方式產(chǎn)生胞外細(xì)菌纖維素[1].1886年A.J.Brown就首次報(bào)告了由木醋桿菌能夠合成一種胞外凝膠狀的半透明物質(zhì)為纖維素[2]，但

3、由于無合適的實(shí)驗(yàn)手段以及纖維素的產(chǎn)量較低，因此一直未受到足夠重視。在20世紀(jì)后期，細(xì)菌纖維素才得到人們的重視，而深入研究細(xì)菌纖維素合成是從Hestrin等開始的，他證明了靜止和凍干的醋酸細(xì)菌細(xì)胞在有葡萄糖和氧時(shí)能夠合成纖維素；Colvin在含A.xylinum細(xì)胞抽提物、葡萄糖和ATP樣品中觀察到有纖維素的合成[3]。細(xì)菌纖維素（BC）屬于初級代謝的特殊產(chǎn)物，與植物纖維素（PC）一樣，主要也是起到一種保護(hù)層的作用。近十幾年來，隨著人們對

4、纖維素生物合成機(jī)理認(rèn)識的加深，以其優(yōu)良性能，在食品、生物醫(yī)藥、造紙、化工、精紡、石油開采以及環(huán)保等方面的成功應(yīng)用，關(guān)于細(xì)菌纖維素的研究已成為當(dāng)今新的微生物合成材料研究的熱點(diǎn)之一。一、細(xì)菌纖維素的合成一、細(xì)菌纖維素的合成自然界中能夠產(chǎn)生細(xì)菌纖維素的細(xì)菌主要有醋酸菌屬、土壤桿菌屬、根瘤菌屬和八疊球菌屬等的細(xì)菌[4]。其中研究最多、產(chǎn)量最高的細(xì)菌是木醋桿菌。木醋桿菌以單個(gè)、成對或鏈狀存在，菌落呈圓形，不透明，突起，淡棕色，表面粗糙，為好氧型，

5、它已被作為細(xì)菌纖維素基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的模式微生物[5]。細(xì)菌纖維素的合成是一個(gè)很復(fù)雜的過程，細(xì)菌纖維素合成的前體物為尿苷二磷酸葡萄糖，由葡萄糖合成纖維素的4個(gè)主要酶催化反應(yīng)步驟分別是：葡萄糖激酶對葡萄糖的磷酸化作用；葡萄糖磷酸異構(gòu)酶將6磷酸葡萄糖通過異構(gòu)作用轉(zhuǎn)化成1磷酸葡萄糖；焦磷酸化酶將1磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)化成尿苷二磷酸葡萄糖；以及纖維素合成酶的合成作用[6]。木醋桿菌細(xì)胞壁側(cè)有一列5080個(gè)軸向排列小孔，在適宜條件下每個(gè)細(xì)胞每秒鐘可將200

6、000個(gè)葡萄糖分子以β14糖苷鍵相連成聚葡糖，從小孔中分泌出來，最后形成直徑1.78nm的纖維素微纖絲，并隨著分泌量的持續(xù)增加平行向前延伸，相鄰的幾根微纖絲之間由氫鍵橫向相互聯(lián)接形成直徑為34nm的微纖絲束，微纖絲束進(jìn)一步伸長，相互之間仍由氫鍵相互聯(lián)接，最后多條微纖絲束聚合形成一種長度不定，寬度為30100nm，厚度38nm的纖維絲帶，其直徑和寬度僅為棉纖維直徑的110011000[7]。細(xì)菌纖維素的發(fā)酵生產(chǎn)細(xì)菌纖維素的發(fā)酵生產(chǎn)一般是在

7、含葡萄糖的復(fù)雜營養(yǎng)介質(zhì)中進(jìn)行的，SonHJ等采用Acetobactersp.V6、在如下培養(yǎng)基［1.5%葡萄糖0.2%(NH4)2SO40.3%KH2PO40.3%Na2HPO4H2O0.08%MgSO47H2O0.0005%FeSO47H2O0.0003%H3BO30.00005%煙酰胺和0.6%乙比如在培養(yǎng)基中加入抗生素抑制細(xì)胞分裂或蛋白質(zhì)合成，可使木醋桿菌形成的細(xì)菌纖維素彈性模量得到提高。2、細(xì)菌纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)細(xì)菌纖維素和植物纖

8、維素在基本結(jié)構(gòu)上，都可視為由吡喃葡萄糖單體以β14糖苷鍵連接而成的直鏈多糖，又稱為β14萄聚糖，相鄰的吡喃葡萄糖的6個(gè)碳原子并不在同一平面上，而是呈穩(wěn)定的椅狀立體結(jié)構(gòu)，數(shù)個(gè)鄰近的β14葡聚糖鏈由分子鏈內(nèi)與鏈間氫鍵穩(wěn)定結(jié)構(gòu)而形成不溶于水的聚合物[12]，聚合度一般在16000單體，細(xì)菌纖維素與植物纖維素的主要差別在于前者不摻雜有其它多糖，而后者則含有此類物質(zhì)。天然纖維素可分為Ⅰ型和Ⅱ型，Ⅰ型中又有Ⅰα和Ⅰβ兩種晶形排列方式木醋桿菌產(chǎn)生的細(xì)

9、菌纖維素混合物，其天然、水溶性狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)已經(jīng)研究得比較透徹，用小角度的X射線折射和電子顯微鏡掃描顯示，其產(chǎn)生的纖維素屬于Ⅰ型，其中Ⅰα型約60%，Ⅰβ型約40%。無論用黃原膠或者果膠進(jìn)行發(fā)酵，其粗纖維（纖維絲帶）或纖維素微纖絲的大小都沒有變化，同時(shí)包含著一種更小的、由纖維素微絲交聯(lián)構(gòu)成矩形半晶體結(jié)構(gòu)，脫水狀態(tài)下看見的結(jié)晶纖維素其晶體會變小、矩形晶體結(jié)構(gòu)的無序性也會增加[13]。細(xì)菌纖維素和植物纖維素在化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)上沒有明顯區(qū)別，都是

10、由很多βD吡喃葡萄糖通過β1，4糖苷鍵連接而形成的一種大分子直鏈聚合物，但與植物纖維素相比，細(xì)菌纖維素在純度、吸水性、物理和機(jī)械性能等方面具有眾多優(yōu)良性能，人們十分重視它在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究，尤其是在食品、新型傷口包扎材料、人造皮膚、聲音振動(dòng)膜、高強(qiáng)度紙等領(lǐng)域已進(jìn)入實(shí)用化階段，在其他領(lǐng)域也顯示出十分廣泛的商業(yè)化應(yīng)用潛力[14]。三、細(xì)菌纖維素的測定和后處理三、細(xì)菌纖維素的測定和后處理1、細(xì)菌纖維素提取和處理方法恒溫靜置培養(yǎng)6d后生成的細(xì)

11、菌纖維素膜浮于液面。膜取出后，用水多次沖洗，除去膜表面培養(yǎng)基及雜質(zhì)。再將膜浸泡于01molL的NaOH溶液中，100％煮沸20min或80℃下恒溫2h，去除液膜中的菌體和殘留培養(yǎng)基，膜呈乳白色半透明。然后用蒸餾水多次沖洗，用pH試紙輕壓膜測pH值，約為7.2，80％干燥至恒重，進(jìn)行稱重。纖維素的產(chǎn)量表示為g纖維素L培養(yǎng)基[15]。2、菌體量的測定[16]：用085％的生理鹽水配制pH46～48的01molL的醋酸鉀一醋酸緩沖溶液100m

12、L，取纖維素酶2g放人緩沖溶液中活化，置冰箱備用。測定時(shí)，每次取活化好的纖維素酶溶液2mL在50。C、pH50條件下充分水解2h，適當(dāng)稀釋后，于600nm波長下測吸光值OD600值。3、殘?zhí)菨舛鹊臏y定:利用DNS法測定發(fā)酵液的殘?zhí)菨舛萚17]。4、發(fā)酵液pH值的測定：酸度計(jì)[18]。5、細(xì)菌纖維素重量的測定：將干燥至恒重的纖維素在電子天平上稱量。6、纖維素含水量測定[19]：將處理過的纖維素凝膠膜以4000rmin離心速度在離心機(jī)上離心

13、40rain，所得膜定義為細(xì)菌纖維素濕膜；將膜于60一80℃干燥至恒重，所得膜定義為細(xì)菌纖維素干膜。精密電子天平稱量細(xì)菌纖維素質(zhì)量。細(xì)菌纖維素膜含水率(％)=（濕膜重干膜重）濕膜重四、細(xì)菌纖維素的應(yīng)用四、細(xì)菌纖維素的應(yīng)用1、在食品工業(yè)中的應(yīng)用由于細(xì)菌纖維素具有很強(qiáng)的親水性、黏稠性和穩(wěn)定性，可作為食品成型劑、增稠劑、分散劑、抗溶化劑、改善口感作為腸衣和某些食品的骨架，已成為一種新型重要的食品基料和膳食纖維。如傳統(tǒng)發(fā)酵工藝中，由醋酸菌純種培