论文部分内容阅读
细菌纤维素(Bacterial cellulose,BC)是优良的新型生物材料,尤其以球形BC为代表,在各领域应用广泛。目前,动态发酵产BC多以不规则团块状、星状、丝状为主,应用范围局限。故通过菌株筛选及控制生产条件,获得均匀度较高的球形BC有着迫切的需要。本实验以中球BC质量占比与中球BC数量占比为均匀度评价指标,结合外观形貌以及产量等因素,筛选动态发酵产球形BC的最适生产菌株,并以此为实验对象,研究发酵条件对球形BC合成及结构的影响,以期获得大小适中、规则均匀又数量多、产量高的球形BC。(1)对实验室已有的30株Komagataeibacter naticala进行筛选,结果发现同一菌种不同菌株在相同的发酵条件下,产纤维素的能力差异较大,Knataicola Y19为高产球形细菌纤维素生产菌株。(2)添加不同浓度葡萄糖、半乳糖、麦芽糖、蔗糖和果糖作为碳源,发现其对动态发酵合成球形BC有显著的影响(P<0.05)。果糖50g/L为最适碳源,可获得大小适中、规则均匀又数量多、产量高的球形BC。其球形BC产量为0.842 g/L,中球质量占比为40.39%,中球数量占比为42.99%。(3)研究发现转速、液深、发酵容器直径对动态发酵产球形BC有显著的影响(p<0.05)。在发酵容器直径为60mm,液深为2.40～2.75cm,转速为130r/min时,所产中球BC质量占比与中球BC数量占比均超过40%,均匀度较佳。(4)粘度对动态发酵产球形BC有极显著的影响(p<0.01)。当培养基粘度增加时,可提高纤维素产量,球形颗粒尺寸减小。并且在粘度为3.8mPa.s时(琼脂,黄原胶和马铃薯淀粉的添加量分别为0.64%,0.87%和1.65%),BC产量均达到最大,分别1.583g/L、1.517g/L和1.613g/L。此时,所产BC的均匀度较好,其中球BC质量占比最高,分别为47.32%、51.25%和52.03%,中球BC数量占比分别为63.34%,61.68%和 62.8%。(5)扫描电子显微镜(SEM)结果显示,不同碳源及其浓度的变化对纤维丝的宽度无明显影响。与对照相比,添加蔗糖、果糖时,其网络状结构比对照更为致密,纤维丝紧密相连,三维结构中的小洞与空隙减少。添加半乳糖、麦芽糖时空隙和小洞增多,孔径直径较大,纤维排列相对疏松。X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)结果显示,添加蔗糖与果糖时,纤维素结晶度比对照高,添加半乳糖与麦芽糖时,结晶度小于对照。添加高浓度的糖可使纤维素Iα含量呈不同程度的下降,结晶尺寸、结晶度均变小。(6)粘度对球形细菌纤维素微观结构的影响较大。SEM结果显示,随着粘度的增加纤维素的孔径变大,网洞增多,其中添加琼脂时孔径较其他两种大。随着胶体添加量的增加,纤维丝上的胶体未见增加。FT-IR和XRD结果显示,粘度增加时,结晶度变小,形成更小的晶粒尺寸,纤维素Iα含量逐渐变低,促使更多稳定时Iβ的形成。