细菌纤维素的发酵、培养改性及应用研究

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细菌纤维素(Bacterial cellulose BC)是由微生物合成的一种生物纳米材料。与植物纤维素相比,细菌纤维素具有独特的三维网络结构和超细、结晶度高、机械强度高、纯度高和持水性高的特点,生物合成时可调控性强,且生物相容性优良。BC已成功应用于很多领域,是当今国内外生物材料研究的热点之一。   本研究从腐烂的水果(柿子)中分离出一株能合成细菌纤维素的菌株,根据其生长特性、菌体形态以及16Sr RNA基因序列同源性分析等方法,命名为Gluconacetobacter sp.SC-01.   利用正交试验对该菌株的发酵条件进行优化,得到最佳培养基为:4%甘露醇,1%玉米浆干粉,0.27%磷酸氢二钠,0.115%柠檬酸,0.025%无水硫酸镁,1mL95%乙醇,pH4.0。优化后BC干膜产量达5.363g/L。   对发酵产物进行13C固体核磁图谱分析,与已报道的纤维素标准图谱[1]比对,证明发酵产物为纯度非常高的BC。扫描电镜观察BC干膜,可以清晰看到纤维丝及其相互缠绕形成的三维空间网状结构[2],纤维直径分布在10~100nm之间:热重分析表明,BC热失重速率最快时的温度为365℃。   将海藻酸钠(ALG)、羧甲基纤维素(CMC)、聚谷氨酸(PGA)、壳聚糖(CS)、聚乙烯醇(PVA)分别加入到发酵生产BC的培养基中,发现除CS外,添加物的加入可以提高BC的产量和含水率。FT-IR图谱表明,改性后的发酵产物主要特征峰基本没变,只是强度有少许变化。SEM观察发现添加0.5%ALG和1.5%CMC的BC干膜表面纤维更精细,材料质地更均匀、光滑。   选取未改性的BC、及添加了0.5%ALG、1%PGA、1.5%CMC的改性BC作为培养3T3细胞的基质材料,表明添加了0.5%ALG的改性BC最适于3T3细胞生长,具有最好的生物相容性。   本研究还探索了利用发酵废液制备环保型融雪剂的实验。通过元素分析确定其主要成分为醋酸钙镁盐。融雪实验表明其融雪效果与NaCl相似,但因其不含氯离子,因而不会对道路桥梁等造成腐蚀,是新型绿色环保型融雪剂。本研究变废为宝,具有很好的现实意义和应用前景。
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