细菌纤维素生产与应用研究进展

简要介绍了细菌纤维素菌种选育、发酵条件优化,以及细菌纤维素在食品、医药、高级音响设备振动膜、造纸与无纺织物等方面应用研究的近况。由于细菌纤维素可形成纳米级的极细纤维,具有极高的杨氏模量和机械强度,以及高纯度和高结晶度、高亲水性和生物可降解性等特点,预计不久将成为一种多用途的商品。     

利用杨木水解液制备细菌纤维素

选用杨木木屑水解液为发酵基质,利用木醋杆菌发酵制备细菌纤维素。研究还原糖浓度、初始p H值、接种量、发酵温度和发酵时间对细菌纤维素产量、持水性和复水率的影响。结果表明,生产细菌纤维素的适宜条件为:杨木木屑水解液还原糖浓度为2.5%,初始p H为6.0,接种量为6%,发酵时间6 d,发酵温度30℃,在此条件下,细菌纤维素产量为3.14 g/L,持水性为98.72%,复水率为86.69%。采用扫描电镜、红外光谱、热失重分析法等技术分析了所制备的细菌纤维素的结构与性能,结果表明合成产物为超微细网状结构,且产物中含有的基团与纤维素结构相符合。     

木醋杆菌M12静态发酵生产细菌纤维素的动力学模型的建立

对静态发酵生产细菌纤维素的动力学模型进行了研究。初步建立了细菌纤维素静态发酵生产的动力学模型。     

产纤维素酶黏细菌在生物转化的作用

目的:预处理对木质纤维素降解的影响.方法:从土壤中分离筛选到高纤维素酶活的黏细菌菌株So ce sh1008.该菌具有CMC酶活(CMCase)及微晶纤维素酶活性.研究NaOH联合黏细菌降解盐蒿、稻草、棉花秸秆和甘蔗渣四种木质纤维素的情况.结果:碱(2％ NaOH) -黏细菌处理的方法优于黏细菌-碱的方法,其中降解棉花秸秆降解效果最明显,以5.0g木质纤维素为原料,其最终干重损失达2.1g,溶液中总糖含量和还原糖含量均值分别为12.8 mg/mL和0.93 mg/mL.酵母菌发酵产乙醇的研究结果表明,最佳发酵时间为47h,碱-黏细菌甘蔗渣降解液发酵效果最好,乙醇产出达6.0％.结论:黏细菌联合2％ NaOH能有效降解甘蔗渣,提高乙醇产量.     

利用西瓜汁合成细菌纤维素的研究

利用木醋杆菌为实验菌种,通过选择不同的种龄、接种量、发酵培养基液面积/液体积、初始pH值、培养温度和时间,对西瓜汁合成细菌纤维素的发酵务件进行研究,得到了最佳培养条件,并利用扫描电镜、红外光谱、元素分析等手段对合成细菌纤维素的微结构进行了观察分析.     

细菌纤维素研究新进展

综述细菌纤维素的结构和性质、生物合成和分泌的过程与调控以及影响合成的因素。细菌纤维素的化学构成与天然纤维素相近 ,但又有其特殊性。参与纤维素合成的酶有 8种 ,其中纤维素合成酶是合成纤维素的关键酶和特征酶 ,环二鸟苷酸系统是研究得比较透彻的纤维素合成调节系统。培养基组成、发酵工艺和设备都会影响细菌纤维素的产量。深入研究细菌纤维素的合成和调节机制有助于揭示植物纤维素的生物合成机理和促进细菌纤维素的大规模商业化应用。     

细菌纤维素在医学方面的应用

细菌纤维素是由木葡糖酸醋杆菌等细菌合成的纤维素,在化学组成、分子结构上与植物纤维素相近,但具有传统的纤维素所无法比拟的优势,如高亲水性、持水性、生物适应性、可调控性以及高纯度、高透明度等,因而在医学上显示出了巨大的应用潜力。细菌纤维素可用作人造皮肤、外科敷料、人造血管、软骨组织、震动膜、缓释载体等,是最有前途的生物聚合材料之一。     

纤维素降解菌的分离筛选及对中药废弃物的固相发酵研究

中药在提取炮制后残留大量生物质被简单堆弃,而其中的木质纤维素等生物质能被微生物有效利用降解,筛选到16株对木质纤维素有降解效果的菌株,对其中8株降解效果明显功能菌株进行了深入研究,经16(18)S rDNA鉴定发现5株细菌主要为Bacillus属、Streptomyces属和Enterobacter属,3株真菌为Ascomycete属、Aspergillus属和Trichosporon属;利用8株菌固相发酵中药废弃物,通过监测堆体温度、pH等参数,发现细菌类在发酵初期能迅速提高堆体温度,而真菌类发酵腐熟过程较缓慢,提示利用细菌-真菌联合组成降解菌系是提高中药废弃物固相发酵的重要手段。     

纤维分解菌与伴生菌的分离鉴定及其协同作用

372—24D菌株是从土壤中分离获得的一株纤维分解细菌,它能与伴生菌372一Z4M协同生长,在以纤维素为唯一碳源的基础盐培养液中,发酵分解纤维素。31一33℃振荡培养五天,混合发酵可分解预处理稻草粉纤维素97—98％,同时得到菌体蛋白质5--7克／升。当硫胺素存在时,纤维分解细菌亦能单独发酵分解纤维素。我们研究了这两株纯培养的形态、培养特征、生理生化反应及分解纤维素能力。经鉴定,372—24D为产黄纤维单胞菌,372—24M为腐臭假单胞菌。     

纤维素乙醇高温发酵的研究进展与展望

利用高温细菌发酵,纤维素乙醇生产有望实现“生物质降解-乙醇发酵-乙醇蒸馏”过程的同步化,从而最大限度地降低纤维素乙醇的生产成本;这是一个目标更高、道路更远、科学性更强的可再生能源发展策略.纤维素乙醇高温发酵研究已经取得了重要进展,目前面临的主要挑战包括发酵乙醇的高温细菌的遗传转化系统不够稳定、缺少内源的高活性和耐热性纤维素酶,以及乙醇代谢调控机理有待进一步解析.这些科技难题将会在DNA生物合成和进化技术、细胞生物学技术,以及合成生物学技术的发展中得到解决.     

蔬菜-秸秆废物堆肥化中细菌群落变化研究

以蔬菜-秸秆废物为堆肥原料,在堆肥化过程中应用Biolog方法研究不同阶段细菌群落的动态变化。聚类分析与主成分分析表明,细菌群落结构在一次发酵期间发生着剧烈变化,二次发酵期间趋于稳定。能转化Biolog板上第一、二类碳源的细菌是蔬菜-秸秆废物堆肥化进程中的主要细菌种群,且与木质纤维素的转化有关;第四、六类碳源可表征堆肥中耐受高温的细菌,其中第四类碳源转化细菌与木质纤维素的降解有关,而第六类碳源转化细菌属于易降解有机物转化细菌。     

细菌纤维素发酵培养基的优化及超微观结构分析

为了提高细菌纤维素的产量, 本研究对一株氧化葡糖杆菌菌株J2液体发酵生产细菌纤维素的培养基进行了优化, 并对其代谢的细菌纤维的超微观结构进行了观察。运用Plackett-Burman试验设计法对8个相关影响因素的效应进行了评价, 筛选出了有显著效应的3个因素: 酵母膏、ZnSO4、无水乙醇, 其他5个因素的影响未达到显著水平(P>0.05)。然后采用Box-Behnken的中心组合试验设计和响应面分析方法(RSM)确定了上述三个因素的最佳浓度, 并且以棉纤维为对照, 运用扫描电镜观察了细菌纤维素的超微观结构, 结果表明: 菌株J2利用优化后的发酵培养基生产细菌纤维素的产量为11.52 g/100 mL, 是优化前的1.35倍, 电镜照片显示细菌纤维素微纤维丝直径<0.1 mm, 比棉纤维细很多, NaOH处理可以除去纤维网络结构中的菌体。     

细菌纤维素发酵培养基的优化及超微观结构分析

为了提高细菌纤维素的产量, 本研究对一株氧化葡糖杆菌菌株J2液体发酵生产细菌纤维素的培养基进行了优化, 并对其代谢的细菌纤维的超微观结构进行了观察。运用Plackett-Burman试验设计法对8个相关影响因素的效应进行了评价, 筛选出了有显著效应的3个因素: 酵母膏、ZnSO4、无水乙醇, 其他5个因素的影响未达到显著水平(P>0.05)。然后采用Box-Behnken的中心组合试验设计和响应面分析方法(RSM)确定了上述三个因素的最佳浓度, 并且以棉纤维为对照, 运用扫描电镜观察了细菌纤维素的超微观结构, 结果表明: 菌株J2利用优化后的发酵培养基生产细菌纤维素的产量为11.52 g/100 mL, 是优化前的1.35倍, 电镜照片显示细菌纤维素微纤维丝直径<0.1 mm, 比棉纤维细很多, NaOH处理可以除去纤维网络结构中的菌体。     

甲醇产纤维素菌株的静态发酵动力学研究

目的:为实现甲醇资源化产细菌纤维素发酵过程的优化,研究纤维素生产菌株一木醋杆菌(Gluconacetobacter χγlinus)的静态发酵动力学特性.方法:将木醋杆菌接入甲醇浓度分别为2.7%和4.5%的培养基中驯化,根据Logistic方程和LuedekingPiret方程,研究周期为13d的静态发酵动力学过程.结果:确定静态发酵过程的菌体生长、细菌纤维素合成、底物消耗的动力学参数,得到动力学方程,拟合试验值与模型值,得到甲醇模拟废水培养基平均拟合误差为16%,略高于基础培养基的14%.结论:利用甲醇产纤维索的模型方程可预测菌浓、产物浓度及底物消耗规律,实现静态发酵过程的优化.     

CRISPR/dCas9干扰bcsD基因表达调控细菌纤维素结构

木葡糖酸醋杆菌(Gluconacetobacter xylinus)是细菌纤维素的主要生产菌株。在该菌中,BcsD是纤维素合酶的亚基之一,参与细菌纤维素的组装过程。利用CRISPR/dCas9系统调控bcsD基因的表达量,获得了一系列bcsD基因表达量不同的木葡糖酸醋杆菌。通过分析细菌纤维素的结构特征发现,细菌纤维素的结晶度和孔隙率随着木葡糖酸醋杆菌中bcsD表达量的变化而发生改变。其中孔隙率的变化范围在59.95%–84.05%之间,结晶度的变化范围在74.26%–93.75%之间,而细菌纤维素的产量并未因bcsD的表达量变化而发生显著下降。结果表明,bcsD的表达量低于55.34%后,细菌纤维素的孔隙率显著上升,并且细菌纤维素的结晶度与bcsD的表达量呈正相关。最终,通过干扰bcsD基因的表达,实现了一步发酵木葡糖酸醋杆菌获得了产量稳定且结构不同的细菌纤维素。     

以玉米浆和木薯为原料机械搅拌发酵制备细菌纤维素的研究

本文以玉米浆和木薯为原料,用机械搅拌式发酵罐制备细菌纤维素（BC）,对发酵过程的纤维素产量、还原糖消耗、溶氧变化和茵浓变化进行了监测,并以葡萄糖一蛋白胨-酵母粉培养基为对照进行了比较。实验得出玉米浆作氮源时不溶BC的产量为9．2g／L,而氮源成本只是对照组的15％;木薯水解液作碳源时的不溶BC产量达到11．7g／L,比对照组（10．8g／L）高8％;而用玉米浆搭配木薯水解液发酵生产BC,产量也达到10．1g／L,验证了这两种天然原料的廉价高效性,用于工业生产细菌纤维素具有良好的前景。     

微生物发酵产木聚糖酶研究进展

木聚糖是植物半纤维素的主要成分,是自然界中仅次于纤维素的可再生资源。木聚糖酶是一类重要的木糖苷键水解酶酶系,可将木聚糖逐次降解为低聚木糖及木糖,在饲料、造纸、食品和生物转化等行业应用广泛。目前利用微生物发酵生产木聚糖酶的研究很多,菌种涉及到细菌、真菌等,其发酵生产木聚糖酶的工艺、产量及特性也各有不同,对此进行了综述,并展望了木聚糖酶发酵生产的研究方向。     

白蚁肠道微生物

对近年来白蚁肠道微生物方面的研究成果作一综述,主要强调白蚁肠道中存在的原生动物、发酵性细菌、固氮菌、螺旋体、同型产乙酸细菌、产甲烷细菌和硫酸盐还原菌对白蚁消化木质纤维素类食物有着重要的作用。     

产业新动力——纤维素酶的研究与应用

纤维素酶（Cellulase）是把纤维素降解成葡萄糖、由多个酶协同作用的多酶体系,广泛存在于细菌、真菌和动植物细胞中,部分微生物体内有复杂的纤维素水解系统,可以有效地水解纤维素。目前微生物纤维素酶的研究较为集中,并已广泛应用于生物乙醇生产、食品加工提纯、酿造工业发酵、纺织后整理和饲料加工等多个领域。     

细菌纤维素在生物医学材料中应用的研究进展

细菌纤维素是一种天然的生物高聚物,具有生物活性、生物可降解性、生物适应性,具有独特的物理、化学和机械性能,例如高的结晶度、高的持水性、超细纳米纤维网络、高抗张强度和弹性模量等,因而成为近来国际上新型生物医学材料的研究热点。本文概括了细菌纤维素的性质、研究历史以及在生物医学材料上的应用,重点阐述了细菌纤维素在组织工程支架、人工血管、人工皮肤和治疗皮肤损伤方面的应用以及当前研究现状。