细菌纤维素PPT课件
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纤维素及其衍生物PPT课件
第一节 纤维素的化学结构及生物合成
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第2页/共245页
从能源的观点看：
太阳能是无限的，而植物经过叶绿素与水和二氧 化碳进行光合作用，产生大量纤维素也是无限的。 所以可以说纤维素是自然界中取之不尽，可以再生 的有机资源。
第3页/共245页
一．纤维素的化学结构
研究方法：纤维素是天然高分子化合物，其化学 结构式的确定，就是将纤维素水解成纤维素叁糖、纤 维素贰糖，最后一个产物是葡萄糖。
Wi
=
--------∑wi
=
-----------∑ni Mi
∴
Mη=
(
-
-
-
-∑-n- -i
-M--i -
+1
--
)1/
∑ni Mi
第28页/共245页
当α= -1时
Mη=
- - - - ∑- -n-i -M- -i ∑ni
=
Mn
当α = 1时
Mη=
-
-
-
-
-
-∑-n--i
M --
i
2
=
∑ni Mi
2．质均分子量Mw
Mi2
wi
---M--w = ∑--------- Mi =
∑wi
∑ni ------∑ni Mi
Pi Pw
=
----M--w-----162
=
∑ - -w- -i - - - - - ∑wi
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3.黏均分子量Mη
Mη= ( ∑Wi Mi )1/
∵
wi
ni Mi
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2．溶解分级及沉淀分级的原理 C1 / C2 = e-Pε/ k t
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从能源的观点看：
太阳能是无限的，而植物经过叶绿素与水和二氧 化碳进行光合作用，产生大量纤维素也是无限的。 所以可以说纤维素是自然界中取之不尽，可以再生 的有机资源。
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一．纤维素的化学结构
研究方法：纤维素是天然高分子化合物，其化学 结构式的确定，就是将纤维素水解成纤维素叁糖、纤 维素贰糖，最后一个产物是葡萄糖。
Wi
=
--------∑wi
=
-----------∑ni Mi
∴
Mη=
(
-
-
-
-∑-n- -i
-M--i -
+1
--
)1/
∑ni Mi
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当α= -1时
Mη=
- - - - ∑- -n-i -M- -i ∑ni
=
Mn
当α = 1时
Mη=
-
-
-
-
-
-∑-n--i
M --
i
2
=
∑ni Mi
2．质均分子量Mw
Mi2
wi
---M--w = ∑--------- Mi =
∑wi
∑ni ------∑ni Mi
Pi Pw
=
----M--w-----162
=
∑ - -w- -i - - - - - ∑wi
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3.黏均分子量Mη
Mη= ( ∑Wi Mi )1/
∵
wi
ni Mi
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2．溶解分级及沉淀分级的原理 C1 / C2 = e-Pε/ k t
土壤中纤维素分解菌的分离剖析ppt课件
8
制备菌悬液： 按照本专题课题1的稀释操作方法，将 选择培养后的培养基进行等比稀释，稀释最大 倍数至106。 涂布平板： 将稀释度为104～106的菌悬液各取0.1 mL，滴加在平板培养基上，用涂布器将菌液 涂布均匀，在30 ℃倒置培养，至菌落长出。 每个稀释度下需涂布3个平板，并注意设置对 照。刚果红染色的具体操作步骤参照课本［资 料三］。
选择培养
梯度稀释
将菌悬液涂布到有特定选择作用的培养基上
挑选单菌落
发酵培养
15
本课题知识小结:
16
根据用途分 选择培养基——在培养基中加入某种化学
物质,以抑制不需要的微生物的生长,促进所 需要的微生物的生长
鉴别培养基——在培养基中加入某种指示
剂或化学药品,用以鉴别不同种类的微生物 。 例如：伊红和美蓝,和大肠杆菌的代谢产物结 合,使菌落呈黑色（老教材说法：深紫色,带 有金属光泽）, 鉴别大肠杆菌
10
1.本实验的流程与课题2中的实验流程 有哪些异同？
答：本实验流程与课题2的流程的区别如 下。课题2是将土样制成的菌悬液直接涂布在 以尿素为惟一氮源的选择性培养基上，直接 分离得到菌落。本课题通过选择培养，使纤 维素分解菌得到增殖后，再将菌液涂布在选 择培养基上。其他步骤基本一致。
11
2.为什么要在富含纤维素的环境中寻找纤维素 分解菌？
13
5.为什么选择培养能够“浓缩”所需的微 生物？
答：在选择培养的条件下，可以使那些能 够适应这种营养条件的微生物得到迅速繁 殖，而那些不适应这种营养条件的微生物 的繁殖被抑制，因此可以起到“浓缩”的 作用。
14
6.学完这个专题后,你能否总结出分离培养微生物 的一般方法?请用流程图表示.
制备菌悬液： 按照本专题课题1的稀释操作方法，将 选择培养后的培养基进行等比稀释，稀释最大 倍数至106。 涂布平板： 将稀释度为104～106的菌悬液各取0.1 mL，滴加在平板培养基上，用涂布器将菌液 涂布均匀，在30 ℃倒置培养，至菌落长出。 每个稀释度下需涂布3个平板，并注意设置对 照。刚果红染色的具体操作步骤参照课本［资 料三］。
选择培养
梯度稀释
将菌悬液涂布到有特定选择作用的培养基上
挑选单菌落
发酵培养
15
本课题知识小结:
16
根据用途分 选择培养基——在培养基中加入某种化学
物质,以抑制不需要的微生物的生长,促进所 需要的微生物的生长
鉴别培养基——在培养基中加入某种指示
剂或化学药品,用以鉴别不同种类的微生物 。 例如：伊红和美蓝,和大肠杆菌的代谢产物结 合,使菌落呈黑色（老教材说法：深紫色,带 有金属光泽）, 鉴别大肠杆菌
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1.本实验的流程与课题2中的实验流程 有哪些异同？
答：本实验流程与课题2的流程的区别如 下。课题2是将土样制成的菌悬液直接涂布在 以尿素为惟一氮源的选择性培养基上，直接 分离得到菌落。本课题通过选择培养，使纤 维素分解菌得到增殖后，再将菌液涂布在选 择培养基上。其他步骤基本一致。
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2.为什么要在富含纤维素的环境中寻找纤维素 分解菌？
13
5.为什么选择培养能够“浓缩”所需的微 生物？
答：在选择培养的条件下，可以使那些能 够适应这种营养条件的微生物得到迅速繁 殖，而那些不适应这种营养条件的微生物 的繁殖被抑制，因此可以起到“浓缩”的 作用。
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6.学完这个专题后,你能否总结出分离培养微生物 的一般方法?请用流程图表示.
《纤维素纤维》PPT课件
精选PPT
11
2.2.3 麻纤维
优点：纤维长，强度高，浸水后拉伸强度更高，耐腐蚀，吸收和散发水分 快，散热快，具有绝缘性。
缺点：弹性差，伸度小，太刚硬，染色性差，色牢度差。
一、麻纤维的成分
1 纤维素：70—75%，其结晶度为90%以上，取向度在90%以上，强度高伸度 小。麻纤维中纤维素在无机酸的作用下，β1-4-甙键会发生水解，由于麻纤 维外表有层胶质，起保护作用。碱处理可以使麻纤维变得富有弹性和光泽， 低聚合度部分发生溶解，改善了纤维的机械性质。
OH n
OH
木糖
OH
戊
糖
O
O
H2 OC
O H
+n H2O
n
HO H2C
O H
O H
O H n
阿拉伯糖 O H
精选PPT
13
多缩甘露糖
CH2OH O
OH OH
+ nH2O
O
n
多缩半乳糖
CH2OH O
O
OH
+ nH2O
多缩葡萄糖
OH
n
CH2OH
O
n OH OH
OH
OH
己
CH2OH
OH
OH
糖
O
n OH
OH
OH
+ nH2O
CH2OH OH
O
n OH
OH
OH n
精选PPT -D-葡萄糖
OH
3
2.2.1 纤维素的基础知识
4 纤维素的聚集态结构
纤维素纤维是由许多纤维素分子组成的，是半结晶的。纤维 素的结构是由许多纤维素大分子形成的连续结构在大分子分 布最紧密的地方它们平行排列，取向度良好，构成了纤维的 定向部分，大分子间的结合力随着分子间距离的缩小而增大， 在这些距离最小的地方大分子间的结合力最大。当大分子的 密度较小时，大分子之间的结合程度也减弱，有较多的空隙， 大分子的分布不平行，较为混乱，这就形成了纤维素的非结 晶部分或无定形部分。由于纤维素在长度方向具有连续的结 构，因此，一个单独大分子的一部分可能处于纤维素的结晶 区域，另一部分则可能处于纤维素的无定形区域，或者穿过 无定形区进入其他的结晶区域 。表示纤维素大分子结晶区 含量大小的指标—结晶度。
细菌纤维素
音响设备振动膜
细菌纤维素的高机械强度可满足当今项级音响设 备声音振动膜材料所需的对声音振动传递快和内耗高 分子间作用力较强，强度增加 的特性要求。
此优异特性主要源于其 高纯度及超微细结构，经热 压处理制成的具有层状结构 的膜形成了更多氢键，使其 杨氏模量和机械强度大幅度 提高
纺织工业
作吸附剂和离子交换膜，从工业废水中回收重金属离子
扩大生产
2
从碳源和培养基的组成上降低成本，提高产量
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Nata de coco，中国的海南省也是用本地特有的椰子水作原料生产细菌纤 维素。 在木醋杆菌的发酵中用西瓜皮汁做培养基具有更高的细菌纤维素 产量。再加入酵母浸出液和蛋白胨还能提高纤维素产量。
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细菌纤维素
定义：细菌纤维素（Bacterial Cellulose,简 称BC），又称为微生物纤维素，他是一种由 细菌产生的高聚物。 结构式：
细菌纤维素
发展历程
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物化特性
高结晶度、高聚合度和非常一致的分子取向，并以单 一纤维形式存在，纯度极高 纤维直径在0.01-0.1um之间，抗拉力强度高，杨氏模量高
在国内，采用大豆乳清作为培养基质制备细菌纤维素，既达到 降低细菌纤维素生产成本的目的，又为大豆乳清的无污染处理 与排放提供了新的途径。大豆乳清中含糖量较少，研究仅限于 大豆乳清代替培养基中的蒸馏水。
改性和表面修饰
一：是通过在其发酵过程中加入试剂实现
向培养基中加入萘啶酸和氯霉素可以延长细菌的生存时 间，可以发酵形成更宽的纤维素丝带。这样获得的纤维素 具有更高的杨氏模量，具有优良的机械性能
纤维素和半纤维素PPT幻灯片课件
与C5-O5成旁式 与 C5-C4成旁式是gg 构象
与C5-O5成旁式 与 C5-C4成反式是gt 构象
与C5-O5成反式 与 C5-C4成旁式是tg 构象
22
2. 纤维素分子量和聚合度
组成大分子的基环数目称之为聚合度（DP），纤维素的聚合 度为：DP=纤维素的分子量/基环分子量
纤维素的基环分子量为162，由于分子链两末端基环比链中的 基环共多了两个氢和一个氧原子，即原子量多了18，故纤维 素的分子量：
另一种是从木材和其他植物纤维原料中制备，需要 从中除掉相当多的伴生物如木质素、半纤维素及果 胶等，也就不可避免地会引起纤维素的分解，制得 的纤维素其纯度也就远不及棉纤维素。
9
从木材和其他植物纤维原料中制备:
处理方法 试 样
硝酸乙醇法 气干试样
综 亚氯酸纳法 苯醇抽提后
纤
维 氯化法
苯醇抽提后
素 过醋酸法 苯醇抽提后
3
§5-1. 糖 化 学 基 础
1. 结 构 式
单 糖 开 链 式
4
倒数第二个碳原子上的-OH在右为D型，在左为L型。 葡萄糖为Glucose，简写为 Glu。 甘露糖为Mannose，简写为 Man 阿拉伯糖为Arabinose，简写为 Ara 半乳糖为Galactose ，简写为 Gal 木糖为Xylose，简写为 Xyl。 上述这些结构是开链式， 也可写成哈瓦斯式如葡萄糖 大家知道吡喃是六元环，呋喃是五元环，因此我们一般把六 元环的糖基称为吡喃型，把五元环的糖基称为呋喃型
20
椅式构象
纤维素的吡喃葡萄糖基具有椅式构象。在两种椅式构象中， 羟基可能具有直立构象或平伏构象，后者能量较低。见上 图。经红外光谱研究证实，葡萄糖甲基化衍生物的吡喃环 以平伏构象占优势。
与C5-O5成旁式 与 C5-C4成反式是gt 构象
与C5-O5成反式 与 C5-C4成旁式是tg 构象
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2. 纤维素分子量和聚合度
组成大分子的基环数目称之为聚合度（DP），纤维素的聚合 度为：DP=纤维素的分子量/基环分子量
纤维素的基环分子量为162，由于分子链两末端基环比链中的 基环共多了两个氢和一个氧原子，即原子量多了18，故纤维 素的分子量：
另一种是从木材和其他植物纤维原料中制备，需要 从中除掉相当多的伴生物如木质素、半纤维素及果 胶等，也就不可避免地会引起纤维素的分解，制得 的纤维素其纯度也就远不及棉纤维素。
9
从木材和其他植物纤维原料中制备:
处理方法 试 样
硝酸乙醇法 气干试样
综 亚氯酸纳法 苯醇抽提后
纤
维 氯化法
苯醇抽提后
素 过醋酸法 苯醇抽提后
3
§5-1. 糖 化 学 基 础
1. 结 构 式
单 糖 开 链 式
4
倒数第二个碳原子上的-OH在右为D型，在左为L型。 葡萄糖为Glucose，简写为 Glu。 甘露糖为Mannose，简写为 Man 阿拉伯糖为Arabinose，简写为 Ara 半乳糖为Galactose ，简写为 Gal 木糖为Xylose，简写为 Xyl。 上述这些结构是开链式， 也可写成哈瓦斯式如葡萄糖 大家知道吡喃是六元环，呋喃是五元环，因此我们一般把六 元环的糖基称为吡喃型，把五元环的糖基称为呋喃型
20
椅式构象
纤维素的吡喃葡萄糖基具有椅式构象。在两种椅式构象中， 羟基可能具有直立构象或平伏构象，后者能量较低。见上 图。经红外光谱研究证实，葡萄糖甲基化衍生物的吡喃环 以平伏构象占优势。
纤维素材料PPT课件
成氢键结合的水，称为“结合水”。 游离水：当纤维素物料吸湿达到纤维饱和点后，水分子继
续进入纤维的细胞腔和孔隙中，形成多层吸附水或毛细管水， 这种水称为“游离水”。
纤维素的吸湿对纸张的影响
纸张的强度在某一水分含量而达最大值，低于此值则纸张
发脆强度下降，高于此值则由于润胀作用又破坏了纤维之间的
氢键结合，强度也会下降。
纤维素Ⅱ是一种反平行分子链结构,形成的氢键网络较纤维 素Ⅰ复杂
2021
26
7. 纤维素的液晶结构
胆甾
向列
近晶
2021
27
纤维素主链—半刚性，理论上可以形成液晶相。 纤维素结晶和凝胶更易形成，难以得到液晶相。
纤维素液晶的形成： （1）溶剂； （2）温度； （3）纤维素的改性及衍生化；
2021
28
2.2 纤维素的物理性质
(1) 固定相是多孔填料，小分子样品 可以进入孔径内部； (2) 样品与固定相之间无作用力； (3) 迁移时间不同；
体积大的分子先被淋洗出来； 体积小的分子后被淋洗出来；
2021
34
GPC曲线： GPC曲线就是聚合物的相对分子质量分布曲线
淋出体积代表了相对分子质量的大小—M 浓度响应代表了含量—W（M）
2021
32
溶解分级法测定纤维素多分散性的结果 ( 铜氨溶液)
直接分级与间接分级
间接分级: 将纤维素转变成纤维素的衍生物，再进行溶解分
级和沉淀分级的分级方法。
2021
33
凝胶渗透色谱法 （GPC）：利用高分子溶液通过填充有特种 多孔性填料（常用交联聚苯乙烯凝胶或硅胶）的柱子，依相 对分子质量的大小在柱上进行连续分级的方法。
纤维素甲基化→甲基纤维素→水解得2,3,6—三甲基葡萄糖。
续进入纤维的细胞腔和孔隙中，形成多层吸附水或毛细管水， 这种水称为“游离水”。
纤维素的吸湿对纸张的影响
纸张的强度在某一水分含量而达最大值，低于此值则纸张
发脆强度下降，高于此值则由于润胀作用又破坏了纤维之间的
氢键结合，强度也会下降。
纤维素Ⅱ是一种反平行分子链结构,形成的氢键网络较纤维 素Ⅰ复杂
2021
26
7. 纤维素的液晶结构
胆甾
向列
近晶
2021
27
纤维素主链—半刚性，理论上可以形成液晶相。 纤维素结晶和凝胶更易形成，难以得到液晶相。
纤维素液晶的形成： （1）溶剂； （2）温度； （3）纤维素的改性及衍生化；
2021
28
2.2 纤维素的物理性质
(1) 固定相是多孔填料，小分子样品 可以进入孔径内部； (2) 样品与固定相之间无作用力； (3) 迁移时间不同；
体积大的分子先被淋洗出来； 体积小的分子后被淋洗出来；
2021
34
GPC曲线： GPC曲线就是聚合物的相对分子质量分布曲线
淋出体积代表了相对分子质量的大小—M 浓度响应代表了含量—W（M）
2021
32
溶解分级法测定纤维素多分散性的结果 ( 铜氨溶液)
直接分级与间接分级
间接分级: 将纤维素转变成纤维素的衍生物，再进行溶解分
级和沉淀分级的分级方法。
2021
33
凝胶渗透色谱法 （GPC）：利用高分子溶液通过填充有特种 多孔性填料（常用交联聚苯乙烯凝胶或硅胶）的柱子，依相 对分子质量的大小在柱上进行连续分级的方法。
纤维素甲基化→甲基纤维素→水解得2,3,6—三甲基葡萄糖。
细菌纤维素
LOGO
图 1 细菌纤维素 膜表面吸附的菌 体
图 2 细菌纤 维素液膜
图 3 细菌纤维 素的电镜照片
LOGO
细菌纤维素的结构
• 经过长期的研究发现，细菌纤维素和植物纤维素 在化学组成和结构上没有明显的区别，都可视为 由D-吡喃葡萄糖单体以β -l，4-糖苷键连接而成 的直链多糖，直链间彼此平行，不呈螺旋结构， 无分支结构，又称为β -1，4-葡聚糖。但相邻的 吡喃葡萄糖细菌纤维素在工业中的研究现状与前 景的6个碳原子并不在同一平面上，而是呈稳定的 椅状立体结构，数个邻近的β -1，4-葡聚糖链通 过分子链内与链间的氢键作用形成稳定的不溶于 水的聚合物 。
LOGO
目前，海南省食用细 菌纤维素年产量就达 18万吨左右，年产值 近3亿元。特别是椰果 产业，目前国内从业 企业约80多家，椰果 生产已经进入工业化 阶段。椰果是甜品店 里的宠儿，但它却不 是椰子的直接产物， 而是椰子水经过细菌 发酵所产生的纤维素。
2.实验室放大能否实现
细菌纤维素凝胶面膜
LOGO
细菌纤维防螨布
LOGO
在食品工业方面
• 在食品工业方面，利用细菌纤维素的凝胶 和高持水特性及其产物醋酸、乳酸等的特 殊风味，可将其作为人造肉、人造鱼、火 腿肠中的食品成型剂、增稠剂、分散剂、 改善口感材料及肠衣和某些食品的骨架， 成为一种新型的重要食品基料。细菌纤维 素用作保健食品，具有防便秘、清肠胃、 排毒、降低胆固醇的功效。
细菌纤维素
Bacterial Cellulose
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综述
简 介 结 构 培 养 特 性 应 用
细菌纤维素
LOGO
细菌纤维素的简介
• 细菌纤维素(Bacterial Cellulose，简称BC)又称为微生 物纤维素(Microbial Cellulose)，是指在不同条件下， 由醋酸菌属（Acetobacter）、土壤杆菌属 （Agrobacterium）、根瘤菌属（Rhizobium）和八 叠球菌属（Sarcina）等中的某种微生物合成的纤维素 的统称。 • 其中比较典型的是醋酸菌属中的葡糖醋杆菌 （Glucoacetobacterxylinum，旧名木醋杆菌 (Acetobacter xylinum），它具有最高的纤维素生产 能力，被确认为研究纤维素合成、结晶过程和结构性 质的模型菌株。
分解纤维素的细菌的分离PPT课件
纤维素酶分解滤纸等纤维素所产生的________ 含量进行定量测定。
液体
固体
葡萄糖
第24页/共41页
课堂总结
分解 纤维 素的 微生 物的 分离
纤维素酶 种类、作用、催化活力
筛选原理 刚果红染色
前置染色法 后置染色法
实 土壤取样 验 选择培养 设 计 纯化培养
富含纤维素土壤 增大分解菌含量 染色鉴别
第30页/共41页
• 6．下图为分离并统计分解纤维素的微生物的实验流程，据此回答有关问题：
• (1)要从富含纤维素的环境中分离纤维素分解菌，从高温热泉中寻找耐热菌，这说 明___________________。
❖根据目的菌株对生存环境的要求，到相应 的环境中去寻找。
第31页/共41页
• (2)某同学根据需要，配制了纤维素分解菌的培养基如下，整个实验过程严格执行无菌操 作。
第21页/共41页
6、纯化培养
在产生明显的透明圈的菌落，挑取并接种到 纤维素分解菌的选择培养基上，在300C－ 370C培养，可获得纯化培养。
第22页/共41页
四、结果分析与评价
1.培养基的制作是否合格以及选择培养基是否筛选 出菌落
对照的培养基在培养过程中没有菌落生长则说明 培养基制作合格。如果观察到产生透明圈的菌落，则 说明可能获得了分解纤维素的微生物。
B．富集培养这一步可省略，但培养纤维素分 解菌少
C．经稀释培养后，用刚果红染色 涂D布．到解对鉴析照别：组纤经可维选素用择分培同解养样菌后量的，的培再培养经养基稀液上释涂；，布富才到集能不培将含养样纤可品 维素省略的；培经养稀基释上培养后，用刚果红染色；设置对照能 证明经富集培养的确得到了欲分离的微生物.
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液体
固体
葡萄糖
第24页/共41页
课堂总结
分解 纤维 素的 微生 物的 分离
纤维素酶 种类、作用、催化活力
筛选原理 刚果红染色
前置染色法 后置染色法
实 土壤取样 验 选择培养 设 计 纯化培养
富含纤维素土壤 增大分解菌含量 染色鉴别
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• 6．下图为分离并统计分解纤维素的微生物的实验流程，据此回答有关问题：
• (1)要从富含纤维素的环境中分离纤维素分解菌，从高温热泉中寻找耐热菌，这说 明___________________。
❖根据目的菌株对生存环境的要求，到相应 的环境中去寻找。
第31页/共41页
• (2)某同学根据需要，配制了纤维素分解菌的培养基如下，整个实验过程严格执行无菌操 作。
第21页/共41页
6、纯化培养
在产生明显的透明圈的菌落，挑取并接种到 纤维素分解菌的选择培养基上，在300C－ 370C培养，可获得纯化培养。
第22页/共41页
四、结果分析与评价
1.培养基的制作是否合格以及选择培养基是否筛选 出菌落
对照的培养基在培养过程中没有菌落生长则说明 培养基制作合格。如果观察到产生透明圈的菌落，则 说明可能获得了分解纤维素的微生物。
B．富集培养这一步可省略，但培养纤维素分 解菌少
C．经稀释培养后，用刚果红染色 涂D布．到解对鉴析照别：组纤经可维选素用择分培同解养样菌后量的，的培再培养经养基稀液上释涂；，布富才到集能不培将含养样纤可品 维素省略的；培经养稀基释上培养后，用刚果红染色；设置对照能 证明经富集培养的确得到了欲分离的微生物.
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细菌纤维素PPT课件
图 2 细菌纤 维素液膜
图 3 细菌纤维 素的电镜照片
第4页/共24页
细菌纤维素的结构
• 经过长期的研究发现，细菌纤维素和植物纤维素在化学组成和 结构上没有明显的区别，都可视为由D-吡喃葡萄糖单体以β-l， 4-糖苷键连接而成的直链多糖，直链间彼此平行，不呈螺旋结 构，无分支结构，又称为β-1，4-葡聚糖。但相邻的吡喃葡萄 糖细菌纤维素在工业中的研究现状与前景的6个碳原子并不在同 一平面上，而是呈稳定的椅状立体结构，数个邻近的β-1，4葡聚糖链通过分子链内与链间的氢键作用形成稳定的不溶于水 的聚合物 。
• 其中比较典型的是醋酸菌属中的葡糖醋杆菌（Glucoacetobacterxylinum， 旧名木醋杆菌(Acetobacter xylinum），它具有最高的纤维素生产能力， 被确认为研究纤维素合成、结晶过程和结构性质的模型菌株。
第2页/共24页
第3页/共24页
图 1 细菌纤维素 膜表面吸附的菌 体
第14页/共24页
造纸工业
• 日本在造纸工业中，将醋酸菌纤维素加入纸浆，可提高纸张强度和耐用性，同时 解决了废纸回收再利用后，纸纤维强度大为下降的问题。加细菌纤维于普通纸浆可 造出高品质特殊用纸。Ajinomoto公司与三菱公司合作开发用于流通货币制造的 特级纸，印制的美元质量好、抗水、强度高。用细菌纤维改性的高级书写纸吸墨均 匀性、附着性好。由于纳米级超细纤维对物体极强的缠绕结合能力和拉力强度，使 细菌纤维机械匀浆后与各种相互不亲和的有机、无机纤维材料混合制造不同形状用 途的膜片、无纺布和纸张产品十分牢固。在制造过滤吸附有毒气体的碳纤维板时， 加入醋酸菌纤维素，可提高碳纤维板的吸附容量，减少纸中填料的泄漏。
综述
简
结培
特
纤维素-微生物的分离(共27张PPT)
维二糖，第三种酶将纤维二糖分解成葡萄糖。
纤维素―C―1酶→纤维二糖―葡―萄―糖―苷―酶→葡萄糖
CX酶
例：下列作物中，纤维素含量最高的是（ ）
AA、、棉棉花花 B、亚麻 C、秸秆 D、朩材
例：微生物体内能使纤维素分解成纤维二糖的酶是
C1酶和CX酶
。
例：要将能分解纤维素的细菌从土壤中分离出
来，应将它们接种在（ ）
A、加入指示剂的鉴别培养基上 C、纤维素分解后形成的葡萄糖导致的
A、经选择培养后将样品涂布到鉴别纤维素分解菌
B、含有蛋白胨的固体培养基上 ③单细胞挑取法
④选择培养基分离
（二）分离的结果是否一致
C、只含纤维素粉而无其他碳源的选择培养基上
植物的根、茎、叶等器官都含有大量的纤维素。
C、只含纤维素粉而无其他碳源的选择培养基上 如果观察到产生透明圈的菌落，则说明可能获得了分解纤维素的微生物。
• 2．为确定得到的菌是否是纤维素分解菌，还需进行发酵产纤维 素酶的实验。纤维素酶的发酵方法有液体发酵和固体发酵两种。 纤维素酶的测定方法，一般是对纤维素酶分解滤纸等纤维素后 所产生的葡萄糖进行定量测定。
• 3．流程中的“选择培养”是否需要，应根据样品中目的菌株数量的多
少来确定。
(1)方案
土壤取样→选择培养→梯度稀释→将样品涂布到鉴别纤 维素分解菌的培养基上→挑选产生透明圈的菌落。
因此最容易分离得到的是细菌。但由于所取土样的环境不同， 学生也可能得到真菌和放线菌等不同的分离结果。
五、课题延伸
本课题对分解纤维素的微生物进行了初步的筛选，但是 这只是分离纯化的第一步。为确定得到的是纤维素分解菌， 还需要进行发酵产纤维素酶的实验，纤维素酶的测定方法一 般是对纤维素酶分解滤纸等纤维素后所产生的葡萄糖进行定 量的测定。
纤维素―C―1酶→纤维二糖―葡―萄―糖―苷―酶→葡萄糖
CX酶
例：下列作物中，纤维素含量最高的是（ ）
AA、、棉棉花花 B、亚麻 C、秸秆 D、朩材
例：微生物体内能使纤维素分解成纤维二糖的酶是
C1酶和CX酶
。
例：要将能分解纤维素的细菌从土壤中分离出
来，应将它们接种在（ ）
A、加入指示剂的鉴别培养基上 C、纤维素分解后形成的葡萄糖导致的
A、经选择培养后将样品涂布到鉴别纤维素分解菌
B、含有蛋白胨的固体培养基上 ③单细胞挑取法
④选择培养基分离
（二）分离的结果是否一致
C、只含纤维素粉而无其他碳源的选择培养基上
植物的根、茎、叶等器官都含有大量的纤维素。
C、只含纤维素粉而无其他碳源的选择培养基上 如果观察到产生透明圈的菌落，则说明可能获得了分解纤维素的微生物。
• 2．为确定得到的菌是否是纤维素分解菌，还需进行发酵产纤维 素酶的实验。纤维素酶的发酵方法有液体发酵和固体发酵两种。 纤维素酶的测定方法，一般是对纤维素酶分解滤纸等纤维素后 所产生的葡萄糖进行定量测定。
• 3．流程中的“选择培养”是否需要，应根据样品中目的菌株数量的多
少来确定。
(1)方案
土壤取样→选择培养→梯度稀释→将样品涂布到鉴别纤 维素分解菌的培养基上→挑选产生透明圈的菌落。
因此最容易分离得到的是细菌。但由于所取土样的环境不同， 学生也可能得到真菌和放线菌等不同的分离结果。
五、课题延伸
本课题对分解纤维素的微生物进行了初步的筛选，但是 这只是分离纯化的第一步。为确定得到的是纤维素分解菌， 还需要进行发酵产纤维素酶的实验，纤维素酶的测定方法一 般是对纤维素酶分解滤纸等纤维素后所产生的葡萄糖进行定 量的测定。
纤维素的分子结构PPT资料(正式版)
葡萄糖单元伯醇羟基的空间位置 O 6 gg
C6
tg O 6
根据C6-O6键在空间围
C4
O 6 gt O5
绕着C5-C6键旋转时， 它与C5-O5、C5-C4键 的立体关系可以形成三
O4
C5 O3 C3
O2 C1
O1
种构象： gt, gg,tg.
g代表旁式，t代表反式
3、纤维素大分子的模型
伸直链模型
强酸水解：得到近于理论得率的葡萄糖
——基本结构单元为葡萄糖
醋酸分解纤维素：得到理论量约40%的八乙酰 基纤维素二糖，皂化脱去乙酰基得到纤维素二 糖
缓和条件下水解：得到3~7个D-葡萄糖构成的 低聚糖， β-苷键相连
甲基化、彻底水解：
2，3，6 – 三 – O – 甲基 – D – 葡萄糖 2，3，4，6 – 四 – O – 甲基 – D – 葡萄糖
纤维素的分子结构
纤维素的定义：
学术上：常温下不溶于水、稀酸、稀碱的 D-葡萄糖基以β-1,4苷键联接起来的链状高 分子化合物
工业上：植物原料经过特定的纤维化工程 所得到的剩余物——纸浆
一、纤维素的化学结构
1、决定纤维素化学结构的过程
元素分析：精制棉花纤维素进行化学分析，测 得纤维素的元素组成为：C：44.0％，H；6.2 ％，O：49.4％，分子式（ C6H10O5）n
D－葡萄糖基的构象为椅式构象。在椅式构象中，联 接取代基的键分直立键和平伏键, ß–D吡喃型葡萄糖环 中主要的键均处于平伏位置。
2、纤维素大分子的构象
① 纤维素大分子的构象
纤维素大分子的构象如图所示，其葡萄糖单元成椅 式扭转，每个单元上C2位羟基、 C3位羟基和C6位取 代基均处于水平位置。
C6
tg O 6
根据C6-O6键在空间围
C4
O 6 gt O5
绕着C5-C6键旋转时， 它与C5-O5、C5-C4键 的立体关系可以形成三
O4
C5 O3 C3
O2 C1
O1
种构象： gt, gg,tg.
g代表旁式，t代表反式
3、纤维素大分子的模型
伸直链模型
强酸水解：得到近于理论得率的葡萄糖
——基本结构单元为葡萄糖
醋酸分解纤维素：得到理论量约40%的八乙酰 基纤维素二糖，皂化脱去乙酰基得到纤维素二 糖
缓和条件下水解：得到3~7个D-葡萄糖构成的 低聚糖， β-苷键相连
甲基化、彻底水解：
2，3，6 – 三 – O – 甲基 – D – 葡萄糖 2，3，4，6 – 四 – O – 甲基 – D – 葡萄糖
纤维素的分子结构
纤维素的定义：
学术上：常温下不溶于水、稀酸、稀碱的 D-葡萄糖基以β-1,4苷键联接起来的链状高 分子化合物
工业上：植物原料经过特定的纤维化工程 所得到的剩余物——纸浆
一、纤维素的化学结构
1、决定纤维素化学结构的过程
元素分析：精制棉花纤维素进行化学分析，测 得纤维素的元素组成为：C：44.0％，H；6.2 ％，O：49.4％，分子式（ C6H10O5）n
D－葡萄糖基的构象为椅式构象。在椅式构象中，联 接取代基的键分直立键和平伏键, ß–D吡喃型葡萄糖环 中主要的键均处于平伏位置。
2、纤维素大分子的构象
① 纤维素大分子的构象
纤维素大分子的构象如图所示，其葡萄糖单元成椅 式扭转，每个单元上C2位羟基、 C3位羟基和C6位取 代基均处于水平位置。
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LOGO 细菌纤维素的应用
医用材料 造纸工业 纺织工业 食品工业
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14
LOGO
医用材料方面
• 在医用材料方面，细菌纤维素具有良好的生物适 应性、韧性强度和水合度。有利于皮肤组织生长 和限制感染。其作为医用材料的主要特点是潮湿 情况下机械强度高，对液、气通透性好，与皮肤 相容性好、无刺激，并且结构极为细密，防菌性 和隔离性较好，现已制成人造皮肤、纱布、绷带 和“创可贴”等伤口敷料商品 。细菌纤维素膜还 可作为缓释药物的载体携带各种药物，用于皮肤 表面给药，促使创面的愈合和康复。
细菌纤维素
Bacterial Ce述 LOGO
细菌纤维素
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2
LOGO 细菌纤维素的简介
• 细菌纤维素(Bacterial Cellulose，简称BC)又称为微生 物纤维素(Microbial Cellulose)，是指在不同条件下， 由醋酸菌属（Acetobacter）、土壤杆菌属 （Agrobacterium）、根瘤菌属（Rhizobium）和八 叠球菌属（Sarcina）等中的某种微生物合成的纤维素 的统称。
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LOGO
目前，海南省食用细 菌纤维素年产量就达 18万吨左右，年产值 近3亿元。特别是椰果 产业，目前国内从业 企业约80多家，椰果 生产已经进入工业化 阶段。椰果是甜品店 里的宠儿，但它却不 是椰子的直接产物， 而是椰子水经过细菌 发酵所产生的纤维素。
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21
LOGO 需要解决的问题
1.如何选育得到高产纤维素菌 2.实验室放大能否实现 3.如何降低成本以提高纤维素产量 4.如何优化纤维素产品的结构性能
• 高结晶度。细菌纤维素提纯过程简便，提纯出来的纤维素 极纯，无果胶、木质素和半纤维素等伴生物的产生。
• 高持水性。“孔道”结构使细菌纤维素具有极强的吸水性， 可吸收60～700倍于其干重的水分，因而利用细菌纤维素 的空间三维结构制备出来的医用敷料不仅能保持伤口的干 燥，而且能吸收伤口渗出物，从而避免伤口感染。
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LOGO 细菌纤维防螨布
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LOGO 在食品工业方面
• 在食品工业方面，利用细菌纤维素的凝胶 和高持水特性及其产物醋酸、乳酸等的特 殊风味，可将其作为人造肉、人造鱼、火 腿肠中的食品成型剂、增稠剂、分散剂、 改善口感材料及肠衣和某些食品的骨架， 成为一种新型的重要食品基料。细菌纤维 素用作保健食品，具有防便秘、清肠胃、 排毒、降低胆固醇的功效。
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16
LOGO
纺织工业
• 在纺织工业中，细菌纤维素的结构特点和功能 特性，使之能代替或与各种常用的树脂用于无 纺布中作粘合剂，改善无纺布的强度、透气性、 亲水性及最终产品的手感等，所适用的纤维包 括当前广泛使用于无纺布的各类纤维，如尼龙、 聚酯、木材纤维、碳纤维及玻璃纤维等。
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LOGO
细菌纤维制成的衣服 细菌纤维素凝胶面膜
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图 3 细菌纤维 素的电镜照片
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LOGO 细菌纤维素的结构
• 经过长期的研究发现，细菌纤维素和植物纤维素 在化学组成和结构上没有明显的区别，都可视为 由D-吡喃葡萄糖单体以β-l，4-糖苷键连接而成 的直链多糖，直链间彼此平行，不呈螺旋结构， 无分支结构，又称为β-1，4-葡聚糖。但相邻的 吡喃葡萄糖细菌纤维素在工业中的研究现状与前 景的6个碳原子并不在同一平面上，而是呈稳定的 椅状立体结构，数个邻近的β-1，4-葡聚糖链通 过分子链内与链间的氢键作用形成稳定的不溶于
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22
LOGO
应用前景
• 作为缓释剂，应用于西药、中药、中成药 • 作为增强材料，提高ZnO、金磁微粒等在
细菌、传感器的作用 • 作为载体与生物芯片结合，拓展其在肿瘤、
癌症诸多方面的检测、诊断和治疗作用
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23
谢谢
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24
水的聚合物 。
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6
LOGO
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7
LOGO 细菌纤维素结构分析
图 4 细菌纤维素 的 X-射线衍射. 图
图 5 细菌纤维素的 CP/MAS 138C-NMR 谱
LOGO
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LOGO 细菌纤维素的常用培养方式
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细菌纤维. 素高产菌株的培育筛1选2
细菌纤维素的特性
• 可调控性。利用细菌纤维素生物合成时，可根据需要合成 各种功能材料。
• 其中比较典型的是醋酸菌属中的葡糖醋杆菌 （Glucoacetobacterxylinum，旧名木醋杆菌 (Acetobacter xylinum），它具有最高的纤维素生产 能力，被确认为研究纤维素合成、结晶过程和结构性 质的模型菌株。
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3
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图 1 细菌纤维素 膜表面吸附的菌 体
图 2 细菌纤 维素液膜
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造纸工业
• 日本在造纸工业中，将醋酸菌纤维素加入纸浆，可提高纸 张强度和耐用性，同时解决了废纸回收再利用后，纸纤维强 度大为下降的问题。加细菌纤维于普通纸浆可造出高品质特 殊用纸。Ajinomoto公司与三菱公司合作开发用于流通货币 制造的特级纸，印制的美元质量好、抗水、强度高。用细菌 纤维改性的高级书写纸吸墨均匀性、附着性好。由于纳米级 超细纤维对物体极强的缠绕结合能力和拉力强度，使细菌纤 维机械匀浆后与各种相互不亲和的有机、无机纤维材料混合 制造不同形状用途的膜片、无纺布和纸张产品十分牢固。在 制造过滤吸附有毒气体的碳纤维板时，加入醋酸菌纤维素， 可提高碳纤维板的吸附容量，减少纸中填料的泄漏。
• 高弹性模量和抗张强度。细菌纤维素由于纤维直径达到纳 米级别(10～lOOnm)，其杨氏模量可高达10MP，抗拉强度 高。
• 高抗撕性。细菌纤维素膜具有极佳的形状维持能力，其抗 撕性比聚氯乙烯膜和聚乙烯醇膜和要强5倍以上。
• 可降解性。细菌纤维素可在自然界中直接降解，环保无污 染。对环境起到很好的保护作用。