细菌纤维素的研究现状及进展

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1、第15卷第2期纤维素科学与技术Vol.15No.22007年6月JournalofCelluloseScienceandTechnologyJun.2007文章编号：1004-8405(2007)02-0064-05细菌纤维素的研究现状及进展1,222李兆乾，裴重华*，彭碧辉（1.海南大学理工学院，海南海口570228；2.西南科技大学材料学院，四川绵阳621010）摘要：从细菌纤维素的生产原料、改性与表面修饰以及细菌纤维素复合材料等方面对有关细菌纤维素的最新研究进行了综述，并展望了未来的发展趋势。关键词：细菌纤维素；改性；细菌纤维素复合物中图分类号：Q93文献标识码：A纤维素是植物

2、细胞壁的主要组分，是地球上最丰富的生物聚合物，与人们的日常生活非常密切。以前几乎所有纤维素产品——纸张、织物、建筑材料、纸板，以及纤维素衍生物如赛璐玢、人造丝、醋酸纤维素等——都是以棉花和木材为主要来源。其实除此以外，自然界中还有一些种类的细菌也能生产纤维素。细菌生产的纤维素称为细菌纤维素，也称微生物纤维素。其已成为国内外生物材料的研究热点之一。细菌纤维素与天然纤维素化学组成非常相似，都是由葡萄糖以β-1,4-糖苷链连接而成的高分子化合物，但细菌纤维素具有许多不同于[1]植物纤维素的物理、化学和机械性能。如：细菌纤维素具有独特的超细网状纤维结构；质地极纯（100%），不含木质素和其他

3、的细胞壁成分；吸水性强、结晶度高、聚合度高、高湿[1,2]强度；较高的生物适应性和良好的生物可降解性；生物合成时性能的可调控性等。正是这些优良的特性，预示了其广阔的商业用途，如扬声器的震动膜、伤口护理敷料、人造皮肤[3]等。目前国内对细菌纤维素的介绍多见于其合成机制、理化特性和商业应用等方面，本文则从细菌纤维素的生产原料、改性与表面修饰以及复合材料方面介绍其研究进展。1生产培养基研究细菌纤维素自1886年Brown发现以来一直没有得到很好的认识与利用，当时固然是由[4]于实验条件和对其特性的认识不够。但目前主要是其产量低、价格比较昂贵制约了它的广[5]泛应用，因此有很多研究集中在细菌

4、纤维素的大规模的生产上。国内外研究人员在选育产纤维素优良菌株、优化培养条件、选择合适的发酵工艺的同时也在不断地寻找廉价合适的原料降低生产成本而又能提高纤维素产量的方法。发酵生产细菌纤维素需要适合发酵条件的培养基，而且培养基的组成对纤维素产量有很大的影响。生产细菌纤维素的培养基一般包括：碳源如葡萄糖、果糖、蔗糖等；氮源如酵母+2+粉、蛋白胨；无机盐如含Mg、K的盐，有时还加入一些有机酸如乳酸、醋酸、柠檬酸等。在菲律宾，人们传统上是用椰子水发酵生产细菌纤维素，产品叫Natadecoco。中国的海南收稿日期：2006-02-17∗通讯联系人基金项目：华东理工大学化学工程联合国家重点实验室开

5、放课题作者简介：李兆乾（1979~），男，山东梁山人，海南大学应用化学专业2003级硕士研究生，主要研究方向：生物材料。第2期李兆乾等：细菌纤维素的研究现状及进展65省也是用本地特有的椰子水作原料生产细菌纤维素。[6]Yang选用莲雾的果汁做培养基质发酵生产细菌纤维素的研究发现，发酵结束时虽然培[7]养基中糖的利用率不高，但纤维素的转化率并不低。Thompson等通过研究发现，未经处理的含有较少固体物质的马铃薯废液稀释后，在AcetobacterxylinumATCC23770静态发酵生产细菌纤维素中可用作培养基。虽然在相同条件下用这种培养基与用Hestrin-Schram培养基所得

6、细菌纤维素产量相同，但从生产成本看，显然用这种培养基更适合细菌纤维素的生产。[8]日本在这方面的研究较多，如：Shimizu等在木醋杆菌的发酵中用西瓜皮和其他瓜皮的汁与洋葱和胡萝卜的提取液做培养基，得到用瓜皮汁做培养基比用广泛应用的标准的Hestrin-Schram培养基具有更高的细菌纤维素产量的结论。如再加入酵母浸出液和蛋白胨还能提高纤维素产量。[9]Uraki等研究用纯化处理的一些植物纸浆废液的水溶部分来做培养基质。为了提高细菌纤维素产量，他们采用催化反应将软木纸浆废液水溶部分中的甘露糖还原成甘露醇，而硬木的则用葡萄糖异构酶把木糖转化成木酮糖。在细菌纤维素产量方面，经过还原处理的

7、培养[10,11]基优于用葡萄糖作碳源的普通培养基。石原光朗等人研究了用木糖和木质纤维素废料发酵生产细菌纤维素，并用17种菌种分别在D-葡萄糖、D-木糖、D-木糖/D-木酮糖为碳源的培养基中做实验进行了比较。尽管D-葡萄糖培养基纤维素产量高于另外两种培养基，甚至D-木糖培养基不被这些细菌利用，但在其培养基中加入木糖异构酶可以使木质纤维素中的木糖转变成发酵过程中可以被木醋杆菌利用的木酮糖，从而提高纤维素产量。由于木质纤维素材料数量多并且成本低，其作为原料生产