【摘 要】
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细菌纤维素(bacterial cellulose,简称BC)是一种由微生物产生的胞外代谢多糖,为一种新型的纳米结构纤维素材料。与植物纤维素相比,BC具有纯度高、吸水性强、抗张强度好、生物适应性强等优点,在食品添加剂、生物医药、功能材料、造纸应用等领域具有广泛的应用前景。然而,由于低生产率和较贵的培养基导致其发酵成本偏高,限制了其大规模工业化和商业化的应用。因此寻找一种价格低廉、来源广泛的工农业副
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细菌纤维素(bacterial cellulose,简称BC)是一种由微生物产生的胞外代谢多糖,为一种新型的纳米结构纤维素材料。与植物纤维素相比,BC具有纯度高、吸水性强、抗张强度好、生物适应性强等优点,在食品添加剂、生物医药、功能材料、造纸应用等领域具有广泛的应用前景。然而,由于低生产率和较贵的培养基导致其发酵成本偏高,限制了其大规模工业化和商业化的应用。因此寻找一种价格低廉、来源广泛的工农业副产品作为BC生产原料具有重要意义。糖蜜是制糖工业过程中的副产品,其成分中含有大量的糖类,可用于细菌纤维素的发酵生产。本文以糖蜜为原料,分析糖蜜中糖成分并探究酸处理条件,通过优化以获得酸处理糖蜜的最佳条件,再用不同方式对糖蜜酸处理液脱毒,然后分别配制培养基发酵生产BC。以双脱毒糖蜜酸解液为碳源,研究比较菌种类型、氮源种类对BC膜生产的影响。对不同条件获得的BC膜的产量、微观结构、拉力性能等进行比较,为BC的进一步开发和利用提供理论依据。具体实验结果如下:糖蜜中总糖含量为49.48%,其中还原糖含量为21.20%,表明还原糖含量仅占总糖含量的一半,糖蜜中含有较多低聚寡糖。因木醋杆菌主要利用单糖等还原糖,所以需对糖蜜酸解。采用稀硫酸预处理工艺,在单因素实验的基础上,探究各个稀酸处理条件对还原糖得率的影响。在单因素的基础上进行正交优化实验,综合考虑还原糖得率和还原糖浓度,得出糖蜜的最佳酸水解工艺为:5倍水稀释、硫酸浓度1 mol/L、酸解温度90℃、酸解时间240 min,此条件下的还原糖浓度为114.81 g/L,还原糖得率为42.52%,接近糖蜜的总糖含量。对糖蜜酸解液进行不同方式的脱毒,并以脱毒酸解液为培养基碳源,以木醋杆菌DHU-ATCC-1为菌种发酵制备细菌纤维素。结果表明经双脱毒的酸解液制备的纯BC产量最高(4.96 g/L),是葡萄糖对照组(3.38 g/L)的1.47倍,活性炭脱毒的效果次之,其产量(3.79g/L)也高于葡萄糖对照组。实验结果表明,不管以何种方式脱毒,以糖蜜为碳源培养出的细菌纤维素膜的机械性能均小于葡萄糖对照组。X射线衍射图谱分析表明,以糖蜜为碳源制备的BC的结晶度均小于对照组,活性炭脱毒组为91.87%,仅次于葡萄糖组的92.60%,双脱毒组的BC膜的结晶度较差,仅为69.38%,分析原因可能是在脱毒过程中引入大量的Ca2+导致结晶度下降。通过红外光谱分析和电镜观察,发现脱毒方式对BC膜的成分和三维网状结构几乎无影响。以双脱毒糖蜜酸解液为碳源,探究不同菌种、不同氮源对BC膜的影响。结果表明,以双脱毒糖蜜酸解液为碳源时不同菌种的BC产量排序为:DHU-WX-1(7.68 g/L)>DHU-ATCC-1(4.18 g/L)>DHU-ATCC-23770(0.49 g/L);拉力表征结果显示DHU-WX-1菌种在糖蜜培养基中获得的BC膜机械性能最差;结晶度分析结果表明,三株菌在双脱毒糖蜜酸解液培养基和对照组葡萄糖培养基中获得BC膜的结晶度大小依次排序,均为DHU-ATCC-1>DHU-WX-1>DHU-ATCC-23770。以双脱毒糖蜜为碳源时,有机氮源玉米浆和无机氮源硫酸铵适合作为发酵细菌纤维素的氮源,以DHU-WX-1为菌种获得BC膜的产量分别为5.47 g/L和3.99 g/L;机械性能分析结果显示,氮源种类对其杨氏模量影响不大。红外图谱分析结果显示,菌种类型、氮源种类对BC膜的成分并无影响。
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