Acetobacter xylinum NUST4.2产纤维素的研究

论文摘要

细菌纤维素（Bacterial cellulose,简称BC）是由微生物合成的一种生物材料,具有比天然纤维纯度更高、性能更优的特点,是目前材料研究的热点之一。 现国内研究仅限于实验室水平,与国外工业化生产相差甚远。本文对一株产纤维素的木醋杆菌（Acetobacter xylinum NUST4.2）进行培养基优化,通过小型发酵罐（12.8L）发酵,考察该菌种的抗变异性和生产性能,比较不同培养方式下培养的纤维素的结构和性质,为工业化生产奠定基础。其研究结果如下: 1.通过均匀设计法和单因素实验确定出Acetobacter xylinum NUST4.2发酵生产纤维素的优化培养基:葡萄糖25g·L-1,蔗糖25g·L-1,硫酸铵2g·L-1,玉米浆18g·L-1,磷酸二氢钾2g·L-1,硫酸镁0.3 g·L-1,硫酸亚铁16mg·L-1,硫酸锰16mg·L-1,烟酰胺4.8mg·L-1,生物素0.48mg·L-1,产量可达8.86g·L-1。 2.在12.8L的小型发酵罐中分别采用分批培养和反复补料分批培养两种方式试验Acetobacter xylinum NUST4.2的生产能力,结果表明采用反复补料分批培养方式菌种能保持较好的活性,产量也得到相应的提高。 3.通过X-射线衍射、傅立叶红外、透射电子显微镜测试,发现Acetobacter xylinum NUST4.2的产物纤维素是Ⅰ型纤维素,结晶度在70%-80%之间,Iα含量达80%左右,纤维直径在10nm-80nm之间。测定其杨氏模量、拉伸强度和热稳定性及吸水性,结果表明:Acetobacter xylinum NUST4.2产的纤维素具有纳米级的纤维丝束缠绕而成的网状结构、高结晶度、高杨氏模量及强吸水性,热稳定性好,是一种良好的生物纳米材料。

论文目录

• 1 引言
• 1.1 细菌纤维素的发现
• 1.2 细菌纤维素的生物合成和调控机制
• 1.2.1 细菌纤维素的生化合成途径
• 1.2.2 纳米纤维丝带的形成
• 1.2.3 细菌纤维素合成的调控体系
• 1.3 细菌纤维素的结构与性质
• 1.3.1 细菌纤维素的结构特点
• 1.3.2 细菌纤维素的性质
• 1.4 细菌纤维素的应用
• 1.4.1 食品工业
• 1.4.2 生物医学
• 1.4.3 造纸工业
• 1.4.4 声学器材
• 1.4.5 油田工业
• 1.4.6 其他
• 1.5 细菌纤维素在国内外研究进展
• 1.5.1 细菌纤维素的结构和理化特性方面
• 1.5.2 生物合成机制方面
• 1.5.3 提高产量途径方面
• 1.5.4 拓宽应用方面
• 1.6 课题的理论意义和研究内容
• 1.6.1 研究背景
• 1.6.2 本课题研究内容
• 2 材料与方法
• 2.1 材料
• 2.1.1 菌种
• 2.1.2 主要试剂
• 2.1.3 主要仪器设备
• 2.2 方法
• 2.2.1 常用试剂配制
• 2.2.2 培养方法
• 2.2.3 基础发酵液组成的确定
• 2.2.4 基础发酵液组成的优化
• 2.2.5 发酵罐试验
• 2.2.6 发酵参数的分析方法
• 2.2.7 产物结构与性质研究
• 3 结果与分析
• 3.1 培养基成分的确定与优化
• 3.1.1 培养基成分配比的确定
• 3.1.2 优化培养基
• 3.2 静置培养发酵参数测定
• 3.3 纤维素的形态观察
• 3.3.1 菌体吐丝现象
• 3.3.2 培养方式对纤维素表观形态的影响
• 3.4 ACETOBACTER XYLINUM NUST4.2扩大培养
• 3.4.1 12.8L发酵罐扩大培养
• 3.4.2 200L发酵罐扩大培养
• 3.5 产物结构与性质研究
• 3.5.1 FT-IR分析
• 3.5.2 X-射线衍射分析
• 3.5.3 TEM分析
• 3.5.4 吸水性分析
• 3.5.5 拉伸试验
• 3.5.6 热稳定性分析
• 4 讨论
• 4.1 培养基成分的影响
• 4.2 发酵罐试验的讨论
• 4.3 有关结构方面的研究
• 4.4 纤维素性质分析
• 小结
• 致谢
• 参考文献