细菌纤维素(Bacterial cellulose,BC)是一种高纯度纤维素,由细菌通过一系列发酵反应生成,与植物纤维素相比它的性能更好,具有一些优良的特有性能,在医用敷料、食品、生物化工等领域有广泛的应用。但是,在实验室研究阶段以及现代工业化生产中都是利用提纯过的单糖或双糖等低聚糖作为合成或半合成培养基的碳源,因此细菌纤维素的生产成本会很高,并且产量也不高,对细菌纤维素的应用开发有限制作用。寻找到一种价格相对低的碳源用作微生物发酵产细菌纤维素的培养基,同时提高细菌纤维素的产量,是实现细菌纤维素工业化生产和应用的有效途径。玉米是我国主要的粮食经济作物。在我国每年的玉米产量都在稳步提高,玉米淀粉的产量也逐步在扩大。玉米主要含淀粉,玉米淀粉主要是碳水化合物,它是由单一结构糖单元组合而成。因此,可将玉米淀粉烘干,经柠檬酸预处理,用淀粉酶进行酶解产生还原糖——葡萄糖及相关寡糖。经过处理后的水解液可用于木醋杆菌发酵合成细菌纤维素。本论文对玉米淀粉的水解工艺进行了研究,探究了玉米淀粉水解获得还原糖的最佳工艺条件。本次实验以玉米淀粉水解液作为木醋杆菌发酵合成细菌纤维素的碳源,研究发酵工艺的优化以及细菌纤维素的微观特性。利用最佳发酵合成工艺条件,进一步探究了分批补料或连续发酵模式合成细菌纤维素的实用性。在玉米淀粉水解的工艺优化研究中,分别研究了酶用量、温度、pH、发酵时间对玉米淀粉水解产还原糖的影响。在选定这几个影响因子的不同水平下,开展正交实验探究了玉米淀粉的最佳水解条件。正交试验结果表明:玉米淀粉水解过程最佳水解条件为,反应温度50℃,糖化酶用量60 U/g,pH值为5,水解反应时长60 h。按照此条件进行水解,还原糖的产量最高。本次研究重点在于获得高产量的还原糖,为木糖葡糖酸醋杆菌发酵生产细菌纤维素提供足够的碳源。在细菌纤维素的生产工艺优化研究中,以来源广泛、价格低廉的玉米淀粉为原料,通过水解产生还原糖液,用作合成细菌纤维素的碳源。通过对几个单因子实验初步探索后,确定了细菌纤维素的最优生产工艺。在我的实验研究过程中对细菌纤维素的化学特性进行了研究,通过电镜扫描、元素分析、红外分析等分析手段,了解细菌纤维素的一些特性。本次实验的重点是考察玉米淀粉水解液浓度、初始pH、培养温度、装液量、微生物接种量等几个因素对产量提高的影响。研究发现:1、细菌纤维素合成量受温度的影响。随着温度的增加细菌纤维素的合成量呈现先增后降的趋势。发酵温度控制在30℃时,发酵产细菌纤维素产量最高。2、细菌纤维素合成量受初始pH值的影响。设定pH初始值由偏酸性到偏碱性5个研究点,细菌纤维素的合成量随着pH值先升高后降低。在初始pH值为6时产量最高。3、细菌纤维素合成量受装液量的影响。经过研究发现在250ml的容量瓶中装液量为75ml时细菌纤维素的合成量最大。超过75ml的装液量,细菌纤维素合成量慢慢降低。4、细菌纤维素合成量受玉米淀粉水解液的添加量的影响。经过研究发现,随着玉米淀粉水解液添加量增加,细菌纤维素合成量提高。当增加量为6%时合成量最高。再增加玉米淀粉水解液时,细菌纤维素合成量开始降低。5、细菌纤维素合成量受木醋杆菌接种量的影响。经研究,木醋杆菌接种量为8%时,细菌纤维素合成量最高,之后产量平稳。获得最优工艺条件后,依照此工艺条件对二次补料分批发酵开展了初步探索,细菌纤维素的总产量提高了54%。通过分析发酵废液中还原糖的含量以及pH的情况,提出了对发酵废液进行补料分批发酵的方案:可通过调整发酵废液的还原糖含量、接种量和pH值等,改善发酵环境,进行微生物的二次发酵。通过二次补料发酵及可能的连续补料发酵,可望实现细菌纤维素的连续化生产,降低生产成本、增加细菌纤维素产量。