細(xì)菌纖維素的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

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1、第15卷第2期纖維素科學(xué)與技術(shù)Vol.15No.22007年6月JournalofCelluloseScienceandTechnologyJun.2007文章編號：1004-8405(2007)02-0064-05細(xì)菌纖維素的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展1,222李兆乾，裴重華*，彭碧輝（1.海南大學(xué)理工學(xué)院，海南?？?70228；2.西南科技大學(xué)材料學(xué)院，四川綿陽621010）摘要：從細(xì)菌纖維素的生產(chǎn)原料、改性與表面修飾以及細(xì)菌纖維素復(fù)合材料等方面對有關(guān)細(xì)菌纖維素的最新研究進(jìn)行了綜述，并展望了未來的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：細(xì)菌纖維素；改性；細(xì)菌纖維素復(fù)合物中圖分類號：Q93文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A纖維素是植物

2、細(xì)胞壁的主要組分，是地球上最豐富的生物聚合物，與人們的日常生活非常密切。以前幾乎所有纖維素產(chǎn)品——紙張、織物、建筑材料、紙板，以及纖維素衍生物如賽璐玢、人造絲、醋酸纖維素等——都是以棉花和木材為主要來源。其實(shí)除此以外，自然界中還有一些種類的細(xì)菌也能生產(chǎn)纖維素。細(xì)菌生產(chǎn)的纖維素稱為細(xì)菌纖維素，也稱微生物纖維素。其已成為國內(nèi)外生物材料的研究熱點(diǎn)之一。細(xì)菌纖維素與天然纖維素化學(xué)組成非常相似，都是由葡萄糖以β-1,4-糖苷鏈連接而成的高分子化合物，但細(xì)菌纖維素具有許多不同于[1]植物纖維素的物理、化學(xué)和機(jī)械性能。如：細(xì)菌纖維素具有獨(dú)特的超細(xì)網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)；質(zhì)地極純（100%），不含木質(zhì)素和其他

3、的細(xì)胞壁成分；吸水性強(qiáng)、結(jié)晶度高、聚合度高、高濕[1,2]強(qiáng)度；較高的生物適應(yīng)性和良好的生物可降解性；生物合成時(shí)性能的可調(diào)控性等。正是這些優(yōu)良的特性，預(yù)示了其廣闊的商業(yè)用途，如揚(yáng)聲器的震動(dòng)膜、傷口護(hù)理敷料、人造皮膚[3]等。目前國內(nèi)對細(xì)菌纖維素的介紹多見于其合成機(jī)制、理化特性和商業(yè)應(yīng)用等方面，本文則從細(xì)菌纖維素的生產(chǎn)原料、改性與表面修飾以及復(fù)合材料方面介紹其研究進(jìn)展。1生產(chǎn)培養(yǎng)基研究細(xì)菌纖維素自1886年Brown發(fā)現(xiàn)以來一直沒有得到很好的認(rèn)識與利用，當(dāng)時(shí)固然是由[4]于實(shí)驗(yàn)條件和對其特性的認(rèn)識不夠。但目前主要是其產(chǎn)量低、價(jià)格比較昂貴制約了它的廣[5]泛應(yīng)用，因此有很多研究集中在細(xì)菌

4、纖維素的大規(guī)模的生產(chǎn)上。國內(nèi)外研究人員在選育產(chǎn)纖維素優(yōu)良菌株、優(yōu)化培養(yǎng)條件、選擇合適的發(fā)酵工藝的同時(shí)也在不斷地尋找廉價(jià)合適的原料降低生產(chǎn)成本而又能提高纖維素產(chǎn)量的方法。發(fā)酵生產(chǎn)細(xì)菌纖維素需要適合發(fā)酵條件的培養(yǎng)基，而且培養(yǎng)基的組成對纖維素產(chǎn)量有很大的影響。生產(chǎn)細(xì)菌纖維素的培養(yǎng)基一般包括：碳源如葡萄糖、果糖、蔗糖等；氮源如酵母+2+粉、蛋白胨；無機(jī)鹽如含Mg、K的鹽，有時(shí)還加入一些有機(jī)酸如乳酸、醋酸、檸檬酸等。在菲律賓，人們傳統(tǒng)上是用椰子水發(fā)酵生產(chǎn)細(xì)菌纖維素，產(chǎn)品叫Natadecoco。中國的海南收稿日期：2006-02-17?通訊聯(lián)系人基金項(xiàng)目：華東理工大學(xué)化學(xué)工程聯(lián)合國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開

5、放課題作者簡介：李兆乾（1979~），男，山東梁山人，海南大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)2003級碩士研究生，主要研究方向：生物材料。第2期李兆乾等：細(xì)菌纖維素的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展65省也是用本地特有的椰子水作原料生產(chǎn)細(xì)菌纖維素。[6]Yang選用蓮霧的果汁做培養(yǎng)基質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)細(xì)菌纖維素的研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵結(jié)束時(shí)雖然培[7]養(yǎng)基中糖的利用率不高，但纖維素的轉(zhuǎn)化率并不低。Thompson等通過研究發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)處理的含有較少固體物質(zhì)的馬鈴薯廢液稀釋后，在AcetobacterxylinumATCC23770靜態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)細(xì)菌纖維素中可用作培養(yǎng)基。雖然在相同條件下用這種培養(yǎng)基與用Hestrin-Schram培養(yǎng)基所得

6、細(xì)菌纖維素產(chǎn)量相同，但從生產(chǎn)成本看，顯然用這種培養(yǎng)基更適合細(xì)菌纖維素的生產(chǎn)。[8]日本在這方面的研究較多，如：Shimizu等在木醋桿菌的發(fā)酵中用西瓜皮和其他瓜皮的汁與洋蔥和胡蘿卜的提取液做培養(yǎng)基，得到用瓜皮汁做培養(yǎng)基比用廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)的Hestrin-Schram培養(yǎng)基具有更高的細(xì)菌纖維素產(chǎn)量的結(jié)論。如再加入酵母浸出液和蛋白胨還能提高纖維素產(chǎn)量。[9]Uraki等研究用純化處理的一些植物紙漿廢液的水溶部分來做培養(yǎng)基質(zhì)。為了提高細(xì)菌纖維素產(chǎn)量，他們采用催化反應(yīng)將軟木紙漿廢液水溶部分中的甘露糖還原成甘露醇，而硬木的則用葡萄糖異構(gòu)酶把木糖轉(zhuǎn)化成木酮糖。在細(xì)菌纖維素產(chǎn)量方面，經(jīng)過還原處理的

7、培養(yǎng)[10,11]基優(yōu)于用葡萄糖作碳源的普通培養(yǎng)基。石原光朗等人研究了用木糖和木質(zhì)纖維素廢料發(fā)酵生產(chǎn)細(xì)菌纖維素，并用17種菌種分別在D-葡萄糖、D-木糖、D-木糖/D-木酮糖為碳源的培養(yǎng)基中做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了比較。盡管D-葡萄糖培養(yǎng)基纖維素產(chǎn)量高于另外兩種培養(yǎng)基，甚至D-木糖培養(yǎng)基不被這些細(xì)菌利用，但在其培養(yǎng)基中加入木糖異構(gòu)酶可以使木質(zhì)纖維素中的木糖轉(zhuǎn)變成發(fā)酵過程中可以被木醋桿菌利用的木酮糖，從而提高纖維素產(chǎn)量。由于木質(zhì)纖維素材料數(shù)量多并且成本低，其作為原料生產(chǎn)