細(xì)菌纖維素生物反應(yīng)器的研究與應(yīng)用.pdf

1、細(xì)菌纖維素(Bacterial cellulose，簡稱BC)是由微生物合成的一種生物材料，具有比天然纖維純度更高、性能更優(yōu)的特點，是目前材料研究的熱點之一。 目前國內(nèi)利用微生物合成細(xì)菌纖維素的研究多數(shù)采用靜態(tài)發(fā)酵，但靜態(tài)發(fā)酵時淺盤堆積占用空間大，且容易感染雜菌，在發(fā)酵過程中無法調(diào)節(jié)溶解氧和pH值，發(fā)酵周期長，難以形成規(guī)模化生產(chǎn)。因此，本課題根據(jù)細(xì)菌纖維素生產(chǎn)菌株的生長及產(chǎn)物合成特性，結(jié)合動態(tài)培養(yǎng)與靜態(tài)培養(yǎng)的優(yōu)點，設(shè)計出了一種適

2、合于該菌株生長特性和產(chǎn)物合成特性，供氧量可調(diào)節(jié)、剪切力較低的細(xì)菌纖維素生物反應(yīng)器并主要對該反應(yīng)器的一些設(shè)計參數(shù)及利用該反應(yīng)器發(fā)酵生產(chǎn)細(xì)菌纖維素的工藝進行了優(yōu)化，為使用細(xì)菌纖維素生物反應(yīng)器規(guī)?；a(chǎn)細(xì)菌纖維素提供了理論依據(jù)。 本研究對試驗菌株Acetobacterxylinum QAX993的形態(tài)、革蘭氏染色以及生長曲線進行了觀察與分析，結(jié)果表明：試驗菌株Acetobacter xylinumQAX993為短桿狀革蘭氏陰性菌，培養(yǎng)

3、15-20h左右為其對數(shù)生長期；對細(xì)菌纖維素生物反應(yīng)器材質(zhì)、轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)進行了設(shè)計研究，結(jié)果表明：反應(yīng)器及轉(zhuǎn)盤選用PVC塑料材質(zhì)，為增大轉(zhuǎn)盤對菌體及纖維素的吸附性，在轉(zhuǎn)盤兩側(cè)設(shè)置放射狀的木質(zhì)凸起物；對細(xì)菌纖維素生物反應(yīng)器和傳統(tǒng)靜態(tài)培養(yǎng)方式生產(chǎn)細(xì)菌纖維素進行了比較研究，結(jié)果表明：試驗菌株適合在本反應(yīng)器中生產(chǎn)細(xì)菌纖維素，經(jīng)8d的發(fā)酵，其產(chǎn)量比靜態(tài)培養(yǎng)方式提高了2.79g/L，約1.64倍。 本研究在上述研究基礎(chǔ)上，對試驗菌株

4、在細(xì)菌纖維素生物反應(yīng)器中的分批發(fā)酵工藝條件進行了優(yōu)化，結(jié)果表明：當(dāng)培養(yǎng)基中的初糖濃度為3％時，試驗菌株在反應(yīng)器中對糖的轉(zhuǎn)化率最高，為1：5.3即18.9％；當(dāng)反應(yīng)器轉(zhuǎn)速為20 r/min、發(fā)酵過程中發(fā)酵液pH值控制在4.5時，最利于細(xì)菌纖維素的產(chǎn)生。對試驗菌株在細(xì)菌纖維素生物反應(yīng)器中的分批補料發(fā)酵工藝條件進行了研究，結(jié)果表明：發(fā)酵中殘?zhí)菨舛葹?.5％，并維持該濃度時細(xì)菌纖維素的產(chǎn)量可達到7.63g/L。 本研究以靜態(tài)及細(xì)菌纖維素

5、生物反應(yīng)器培養(yǎng)得到的纖維素為實驗對象，通過對細(xì)菌纖維素持水性、純度、結(jié)晶度及纖維絲結(jié)構(gòu)的測試，研究分析了兩種不同培養(yǎng)方式下得到的細(xì)菌纖維素的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的差異。結(jié)果表明：用細(xì)菌纖維素生物反應(yīng)器動態(tài)培養(yǎng)所得到的細(xì)菌纖維素比靜態(tài)培養(yǎng)得到的細(xì)菌纖維素具有更高的持水性，純度為95.8-96.5％。通過X-射線衍射圖譜和掃描電子顯微鏡的測試，發(fā)現(xiàn)不同培養(yǎng)方式得到的細(xì)菌纖維素的晶體類型相同，都呈纖維素Ⅰ晶態(tài)，但靜置培養(yǎng)的纖維素的結(jié)晶度和L所占的比例都