木醋桿菌培養(yǎng)細菌纖維素的綜述【文獻綜述】

1、文獻綜述文獻綜述木醋桿菌培養(yǎng)細菌纖維素的綜述木醋桿菌培養(yǎng)細菌纖維素的綜述摘要摘要：細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能力，被確認為研究纖維素合成、結晶過程和結構性質的模型菌株。本文就是概括木醋桿菌培養(yǎng)細菌纖維素的條件和方法、產物的性質及改性、用途和發(fā)展前景等。關鍵詞關鍵詞：細菌纖維素木醋

2、桿菌細菌培養(yǎng)纖維素是地球上最豐富的生物合成高分子材料，每年由植物產生的纖維素達億萬噸是植物生物量的主要組成部分，與人類的生活關系密切，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合材料，在許多技術領域發(fā)揮重要作用。但是除植物外，某些低等動物可產生動物纖維素，某些細菌能以異養(yǎng)方式產生胞外細菌纖維素[1].1886年A.J.Brown就首次報告了由木醋桿菌能夠合成一種胞外凝膠狀的半透明物質為纖維素[2]，但

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

4、纖維素生物合成機理認識的加深，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)保等方面的成功應用，關于細菌纖維素的研究已成為當今新的微生物合成材料研究的熱點之一。一、細菌纖維素的合成一、細菌纖維素的合成自然界中能夠產生細菌纖維素的細菌主要有醋酸菌屬、土壤桿菌屬、根瘤菌屬和八疊球菌屬等的細菌[4]。其中研究最多、產量最高的細菌是木醋桿菌。木醋桿菌以單個、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、它已被作為細菌纖維素基礎和應用研究的模式微生物[5]。細菌纖維素的合成是一個很復雜的過程，細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個主要酶催化反應步驟分別是：葡萄糖激酶對葡萄糖的磷酸化作用；葡萄糖磷酸異構酶將6磷酸葡萄糖通過異構作用轉化成1磷酸葡萄糖；焦磷酸化酶將1磷酸葡萄糖轉化成尿苷二磷酸葡萄糖；以及纖維素合成酶的合成作用[6]。木醋桿菌細胞壁側有一列5080個軸向排列小孔，在適宜條件下每個細胞每秒鐘可將200

6、000個葡萄糖分子以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接形成直徑為34nm的微纖絲束，微纖絲束進一步伸長，相互之間仍由氫鍵相互聯接，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]。細菌纖維素的發(fā)酵生產細菌纖維素的發(fā)酵生產一般是在

7、含葡萄糖的復雜營養(yǎng)介質中進行的，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胞分裂或蛋白質合成，可使木醋桿菌形成的細菌纖維素彈性模量得到提高。2、細菌纖維素的化學結構細菌纖維素和植物纖

8、維素在基本結構上，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個碳原子并不在同一平面上，而是呈穩(wěn)定的椅狀立體結構，數個鄰近的β14葡聚糖鏈由分子鏈內與鏈間氫鍵穩(wěn)定結構而形成不溶于水的聚合物[12]，聚合度一般在16000單體，細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。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生的細

9、菌纖維素混合物，其天然、水溶性狀態(tài)下的結構已經研究得比較透徹，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，同時包含著一種更小的、由纖維素微絲交聯構成矩形半晶體結構，脫水狀態(tài)下看見的結晶纖維素其晶體會變小、矩形晶體結構的無序性也會增加[13]。細菌纖維素和植物纖維素在化學組成和結構上沒有明顯區(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，細菌纖維素在純度、吸水性、物理和機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領域的應用研究，尤其是在食品、新型傷口包扎材料、人造皮膚、聲音振動膜、高強度紙等領域已進入實用化階段，在其他領域也顯示出十分廣泛的商業(yè)化應用潛力[14]。三、細菌纖維素的測定和后處理三、細菌纖維素的測定和后處理1、細菌纖維素提取和處理方法恒溫靜置培養(yǎng)6d后生成的細

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。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，進行稱重。纖維素的產量表示為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，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[18]。5、細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離心速度在離心機上離心

13、40rain，所得膜定義為細菌纖維素濕膜；將膜于60一80℃干燥至恒重，所得膜定義為細菌纖維素干膜。精密電子天平稱量細菌纖維素質量。細菌纖維素膜含水率(％)=（濕膜重干膜重）濕膜重四、細菌纖維素的應用四、細菌纖維素的應用1、在食品工業(yè)中的應用由于細菌纖維素具有很強的親水性、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