细菌纤维素是一类由微生物产生的胞外多聚糖,与植物纤维素相比较,具有许多优良特性,如:超细、超纯、机械强度高、吸水保水率好、生物适应性强,目前被认为性能最好的纤维素,具有许多特殊用途。细菌纤维素已经被成功地应用于食品工业、造纸工业、医学以及生物化工等特殊领域,并在植物细胞壁模拟物研究方面有诸多优势。植物细胞壁在植物的生长发育过程中起着重要作用,研究细胞壁的结构成分在植物学和食品品质方面都有非常重要的意义。植物细胞壁是一个高度复杂的动态系统,直接研究植物细胞壁是非常困难的。目前,利用提取分离的手段对细胞壁的结构和成分有一定的研究,但有很多的局限性。因此,体外模型的建立在研究植物细胞壁的结构方面具有重要意义。本研究利用产生细菌纤维素的模式菌株葡糖醋杆菌Gluconacetobacter xylinus(ATCC53524)在含有细胞壁多糖(阿拉伯聚糖、半乳聚糖、5种不同来源的果胶和2种不同来源的阿拉伯半乳聚糖)的培养基中发酵产生细菌纤维素复合物(胞壁模拟物),来建立细胞壁的体外模型。利用GC-MS定性和定量分析纤维素复合膜的单糖成分;利用SEM观察纤维素复合膜的超微观结构;利用NMR测试分析纤维素复合膜的超分子结构;利用单克隆抗体免疫试验和染色试验标记纤维素复合膜中的多聚糖;利用QCM-D分析纤维素与壁多糖的结合特性;最后利用流变仪测定纤维素复合膜的机械特性。得到了以下主要研究结果:(1)通过细菌纤维素与阿拉伯聚糖/半乳聚糖在发酵培养基中的体外模型建立与测试分析,认为它们在体外是可以发生结合作用的,且结合量很高。发酵培养96h,结合量分别达到228 mg/g cellulose和200 mg/g cellulose。结合量与细菌纤维素膜的表面积成正相关。与纯细菌纤维素超微观结构相比,纤维素复合膜的超微观结构和超分子结构没有发生明显变化,晶型结构相似,晶体含量约为80-85%,Iα约占60%左右,Iβ约占40%左右。细菌纤维素与阿拉伯聚糖、半乳聚糖的结合作用是可逆的,在洗涤条件下多聚糖会脱离纤维素。利用扩散模型拟合,得知阿拉伯聚糖/半乳聚糖脱离纤维素膜主要受膜表面渗透作用控制。(2)细菌纤维素与5种不同来源的果胶在体外是可以发生结合作用的,其结合能力与果胶中性糖(阿拉伯糖和半乳糖)含量有关。果胶中阿拉伯糖和半乳糖的含量越高,结合量越高,分别为:8.5%(C33/BC)、15.4%(A30/BC)、14.9%(A60/BC)、5.9%(HG69)和7.2%(HG33)。在扫描电镜下观察发现,微纤维丝的表面堆积有大量的果胶物质,纤维素/果胶复合膜的微观结构发生了明显变化,而纤维素复合膜的超分子结构未发生明显变化,与纯纤维素晶型结构相似,晶体含量约为78-85%,Iα约占60%左右,Iβ约占40%左右。细菌纤维素与果胶的结合作用是可逆的,在洗涤条件下果胶会脱离纤维素复合膜,脱离程度也受果胶中性糖含量的影响,中性糖含量越少,结合能力越弱,脱离的速度越快。利用扩散模型拟合法,得到5种果胶脱离纤维素膜的扩散系数D和渗透系数α随着温度升高而增大,比较5种果胶的毕奥数Bio,得知5种果胶脱离纤维素膜主要受膜表面渗透作用控制。(3)细菌纤维素与2种阿拉伯半乳聚糖在体外是可以发生结合作用。首先利用GC-MS对发酵合成的纤维素复合膜进行成分分析,得到复合膜gum arabic/BC中含有6.7%的Ara和10.0%的Gal;复合膜AG/BC中含有5.7%Ara和23.1%Gal。在扫描电镜下观察纤维素复合膜的超微观结构与纯纤维有明显的区别,而其超分子结构没有明显变化。细菌纤维素与这2种阿拉伯半乳聚糖的结合作用是可逆的,在洗涤条件下,阿拉伯半乳聚糖会脱离纤维素膜。利用扩散模型拟合得知2种阿拉伯半乳聚糖脱离纤维素膜主要受膜表面渗透作用所控制。(4)利用石英晶体微量天平(QCM-D)分析研究纤维素与壁多糖的结合作用得到以下结果:在吸附过程中频率迅速减小,能量损耗变大。这几种多聚糖的频率变化顺序为:pectin CU>pectin HG33>pectin HG69>galactan>arabinan>arainoxylan,能量损耗顺序为:pectin CU>pectin HG33>pectin HG69>arainoxylan>galactan>arabinan。用去离子水洗脱时,频率迅速增加,能量损耗减小,多聚糖脱离纤维素膜。测定多聚糖溶液粘度,得知溶液粘度与纤维素吸附多聚糖有关。粘度越大,膜表面的频率变化越大,能量的损耗也越大,膜表面吸附多聚糖越多。(5)所有纤维素膜受压后的泊松比值为0。所有纤维素膜受压过程中,膜厚度为1000-500μm时纤维素膜所受压力大于厚度为2500-2000μm时纤维素膜所受压力。随着挤压速度增大,纤维素膜所受压力增大。所有纤维素膜G′值大于G″值,纤维素膜呈现凝胶状态。受压过程中膜中多聚糖承受了一定压力,所受压力大小与膜中多聚糖溶液的粘度有关。纤维素复合膜所受压力与复合膜中多聚糖流失的量有关。