低成本培养基碳源的开发及细菌纤维素的高效制备

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细菌纤维素(Bacterial Cellulose,简称BC)是一种有着广阔应用前景的生物材料,与自然界中其它高等植物纤维素相比,它具有许多独特的性质,包括高纯度、高结晶度、高聚合度、高持水性,高抗张强度,强生物适应性等。因此,该材料在人工皮肤和血管、粘合剂、音响设备振动膜、造纸、纺织、复合膜等领域具有巨大的应用前景。然而细菌纤维素培养成本高,纤维素产量和产率低等问题却是其工业化生产和推广应用的瓶颈。本研究针对细菌纤维素生产成本高,特别是培养基碳源成本较高和菌株产纤维素能力不高的问题,拟开发几种低成本的培养基碳源,并对菌株进行诱变筛选。利用稀硫酸对麦秆、稻秆进行高温水解,对其水解条件(稀酸浓度、固液比和反应时间)进行优化。麦秆在1%的硫酸,1:12的水解固液比,水解30 min的条件下,麦秆水解条件最佳;稻秆在5%的硫酸,1:12的水解固液比,水解30 min的条件下,稻秆水解条件最佳。由于水解液中含有抑制微生物生长的物质,需对水解液进行脱毒。分别采用氢氧化钙、氢氧化钠和氨水调节水解液的初始pH值以及结合活性炭和漆酶等多种方法对麦秆、稻秆和云杉水解液进行脱毒,最后得到几种水解液作为碳源制备BC。通过几种脱毒方法比较,发现用氢氧化钙结合活性炭对麦秆和稻秆水解液的脱毒方法好于氢氧化钠结合活性炭的脱毒方法。用氢氧化钙结合活性炭脱毒的麦秆水解液作为碳源制备BC,产量可达15.42mg/mL,与常规碳源甘露醇、蔗糖和葡萄糖比较,分别提高了50.28%、65.04%、69.88%;用氢氧化钙结合活性炭脱毒的稻秆水解液制备BC,其产量可达16.28 mg/mL,与常规碳源甘露醇、蔗糖和葡萄糖比较,分别提高了49.94%、79.22%、94.03%。而云杉水解液是氢氧化钠结合活性炭脱毒效果优于氢氧化钙结合活性炭,用其制备细菌纤维素,产量可达11.91 mg/mL,与常规碳源甘露醇、蔗糖和葡萄糖比较,分别提高了20.73%、53.88%和56.43%。此外,钙离子和钠离子对细菌纤维素合成产量有较大影响,在一定浓度范围内,Ca2+和Na+均对BC合成有促进作用。本研究同时针对木醋杆菌野生型菌株产细菌纤维素量较低的问题,对其进行诱变筛选得到一株高产细菌纤维素菌株,为了进一步提高细菌纤维素的产量,采用亚硝酸和氯化锂对该菌株进行诱变,筛选到一株新的高产纤维素的菌株,BC的产量提高了30%左右。此外,还考察了不同培养基及其初始pH对合成BC的影响。
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