微生物纤维素的生物合成及其应用前景
纤维素分类及用途
纤维素分类及用途
纤维素是一种广泛存在于自然界中的生物大分子，由葡萄糖分子通过β-1,4键连接而成，具有强大的结构性和稳定性。
根据来源和性质的不同，纤维素可分为多种类型，如：
1. 植物纤维素：主要存在于植物细胞壁中，是植物体内最丰富的天然纤维素，包括棉、麻、木棉、竹子等。
植物纤维素具有良好的吸湿性和透气性，广泛应用于纺织、造纸、建材等领域。
2. 微生物纤维素：由微生物体内产生，如酵母菌、藻类等。
微生物纤维素具有较高的生物降解性和生物相容性，可应用于医药、食品、化妆品等领域。
3. 合成纤维素：由人工合成或改性制备，如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等。
合成纤维素具有优异的物理化学性能和可调性，广泛应用于纸浆、涂料、胶粘剂等领域。
纤维素的应用前景广阔，不仅可以用于传统的纺织、造纸等传统领域，还能应用于高端医药、新能源、环保等领域，具有巨大的经济和社会效益。
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纤维素分解微生物的生态学功能及意义
纤维素分解微生物的生态学功能及意义纤维素是一种常见的有机物质，它广泛存在于植物细胞壁中，是地球上最丰富的有机化合物之一。
然而，纤维素的结构复杂，难以被多数生物直接利用。
幸运的是，存在着一类微生物，它们具备分解纤维素的能力，这些微生物被称为纤维素分解微生物。
本文将探讨纤维素分解微生物的生态学功能及其在生态系统中的重要意义。
一、纤维素分解微生物的生态学功能纤维素分解微生物是一类多样性较高的微生物群落，包括细菌、真菌、原生动物等。
它们通过产生一系列分解纤维素的酶，如纤维素酶和β-葡聚糖酶，来将纤维素降解为可被其他生物利用的低分子物质。
纤维素分解微生物在生态系统中具有以下功能：1. 生态位开发：纤维素分解微生物通过分解植物细胞壁的纤维素，开发了一个独特的生态位。
它们在这个生态位中通过分解纤维素获取能量和养分，同时也为其他生物提供可利用的有机物质。
2. 能量循环：纤维素是生态系统中最丰富的有机物质之一，纤维素分解微生物通过分解纤维素释放出大量的能量。
这些微生物将有机物质转化为较小的有机分子，从而驱动能量循环，维持生态系统的稳定。
3. 营养循环：纤维素分解微生物通过分解纤维素，将纤维素中的碳、氧、氮等元素循环回生态系统中。
这些元素是生物生长和繁殖所必需的，纤维素分解微生物的活动有助于维持生态系统中的养分平衡。
二、纤维素分解微生物在生态系统中的意义纤维素分解微生物在生态系统中发挥着重要的功能，对生态系统的稳定和可持续发展具有深远的意义。
1. 土壤肥力：纤维素分解微生物通过分解植物残体和根系中的纤维素，将有机物质转化为土壤中的有机质。
这些有机质在土壤中稳定存在，提高了土壤的保水性、透气性和肥力，有助于植物生长。
2. 植物营养：纤维素分解微生物分解纤维素的过程中，释放出一些可被植物吸收的营养物质，如氮、磷、钾等。
这些营养物质被植物吸收后，促进了植物的生长和发育。
3. 生物多样性：纤维素分解微生物的活动促进了生态系统中的物质循环，提供了丰富的营养基础，从而维持了丰富的生物多样性。
纤维素酶的生产与应用研究进展
纤维素酶的生产与应用研究进展纤维素酶是一种能够降解纤维素的酶类，具有重要的生产与应用价值。
纤维素作为植物细胞壁的主要组成部分，具有丰富的资源，但其结构复杂，难以降解。
纤维素酶的生产与应用研究为利用纤维素资源、提高生物质酶解效率开辟了新途径。
纤维素酶的生产主要有两种方法：微生物发酵和基因工程技术。
微生物发酵是利用能够产生纤维素酶的微生物进行培养，通过调节培养条件、选用优良菌株等方式来提高酶的产量和活力。
近年来，采用转基因技术制备纤维素酶的研究也取得了突破性进展。
通过将纤维素酶基因导入高效酶产生菌株，可以大幅提高纤维素酶的产量。
纤维素酶的应用涉及生物质能源、饲料行业、食品工业等多个领域。
在生物质能源领域，纤维素酶可以将纤维素有效降解成可发酵的糖类，进一步转化为乙醇、柴油等可再生能源，用于替代传统石化能源。
饲料行业利用纤维素酶可以提高动物对纤维素的消化吸收率，增加饲料的利用效率，减少饲料浪费，降低养殖成本。
食品工业中，纤维素酶可以用于果汁澄清、酒精酿造、食品加工等环节，提高产品质量，降低生产成本。
纤维素酶的研究还涉及酶学性质、结构功能等方面。
研究发现，纤维素酶的降解效果与其结构与功能密切相关。
通过对纤维素酶的分子结构进行改造，可以提高其活性和稳定性。
同时，研究人员还通过对不同纤维素酶家族成员的研究，发现其在降解机制、底物特异性等方面存在差异，为深入理解纤维素降解过程提供了基础。
虽然纤维素酶在生产与应用方面取得了不容忽视的进展，但仍存在一些挑战。
纤维素酶的生产成本较高，限制了其在工业中的广泛应用。
此外，纤维素酶的稳定性和活性也需要进一步提高，以满足不同行业的需求。
因此，在纤维素酶的研究和应用过程中，需要不断进行技术创新和优化，以进一步提高其产量和效能。
纤维素酶的生产与应用研究是一项具有重要意义的工作。
随着对纤维素资源的深入开发和利用，纤维素酶的研究和应用前景广阔。
未来，随着技术的不断进步和深入研究，纤维素酶的生产与应用将迎来更加广阔的发展空间，为推动绿色可持续发展做出更大的贡献。
纳米纤维素研究及应用进展
纳米纤维素研究及应用进展纳米纤维素是一种由植物细胞壁提取或微生物发酵得到的生物质材料，具有独特的纳米级尺寸和出色的物理、化学性能。
近年来，纳米纤维素因其出色的生物相容性、可降解性以及在能量储存、药物传递、环境治理等方面的应用潜力，受到了广泛。
本文将概述纳米纤维素的研究背景和意义，并详细介绍其制备方法、应用进展、研究现状与挑战以及未来应用前景。
纳米纤维素的制备方法主要包括物理法、化学法和生物法。
物理法主要包括高压静电纺丝、超临界流体纺丝等；化学法主要包括酸解、氧化还原等；生物法则利用微生物或植物细胞壁提取。
不同制备方法得到的纳米纤维素在形貌、尺寸和性能上略有差异。
纳米纤维素在许多领域中都有着广泛的应用。
在生物医学领域，纳米纤维素因其生物相容性和可降解性，可用于药物载体、组织工程和生物传感器等。
在能源领域，纳米纤维素可作为电极材料用于超级电容器和锂离子电池等。
纳米纤维素在环保、材料科学等领域也有着广泛的应用。
当前，纳米纤维素研究面临着许多挑战。
制备方法的优化和绿色生产是亟待解决的问题。
化学法制备过程中产生的废弃物可能会对环境造成污染，因此需要开发环保、高效的制备方法。
纳米纤维素的尺度、形貌和性能调控是研究的重要方向。
纳米纤维素的量产化、应用领域的拓展以及其在复合材料中的作用机制等方面也需要进一步探索。
随着科技的不断进步，纳米纤维素的应用前景十分广阔。
在生物医学领域，纳米纤维素作为药物载体和组织工程材料的应用将进一步拓展。
在能源领域，随着可再生能源需求的增加，纳米纤维素作为储能材料的应用前景将更加明朗。
纳米纤维素在环保、材料科学等领域也将发挥更重要的作用。
纳米纤维素作为一种重要的生物质材料，具有广泛的应用前景和巨大的发展潜力。
随着对纳米纤维素制备、性能和应用研究的深入，其在生物医学、能源、环保、材料科学等领域的应用将进一步拓展。
未来，纳米纤维素的研究将更加注重绿色生产、可持续性和规模化应用，为推动纳米科技和生物质材料的发展提供新的机遇和动力。
微生物在农业生产中的应用与前景探讨与研究
微生物在农业生产中的应用与前景探讨与研究农业生产一直是人类社会发展的基础，为了提高农产品的产量和质量，人们不断探索和创新各种技术和方法。
微生物作为地球上数量庞大、种类繁多的生物群体，在农业生产中发挥着越来越重要的作用。
本文将探讨微生物在农业生产中的应用，并对其未来前景进行研究。
一、微生物在农业生产中的应用1、微生物肥料微生物肥料是指含有特定微生物活体的制品，通过其生命活动增加植物营养元素的供应量，改善植物营养状况。
常见的微生物肥料包括根瘤菌肥、固氮菌肥、解磷菌肥、解钾菌肥等。
例如，根瘤菌能够与豆科植物共生，将空气中的氮气转化为植物可利用的氮素；固氮菌则可以在土壤中独立固氮，为植物提供氮源。
微生物肥料不仅能够提高肥料的利用率，减少化学肥料的使用量，还能改善土壤结构，增加土壤肥力。
2、微生物农药微生物农药是利用微生物及其代谢产物来防治病虫害的一类农药。
与传统化学农药相比，微生物农药具有环境友好、不易产生抗药性等优点。
常见的微生物农药有细菌类农药（如苏云金芽孢杆菌）、真菌类农药（如白僵菌）、病毒类农药（如核型多角体病毒）等。
这些微生物可以通过寄生、毒杀、抑制生长等方式控制病虫害的发生和发展，从而减少化学农药对环境和农产品的污染。
3、微生物饲料微生物饲料是利用微生物发酵技术生产的饲料，包括单细胞蛋白饲料、青贮饲料、发酵饲料等。
微生物在发酵过程中可以分解饲料中的纤维素、蛋白质等物质，提高饲料的营养价值和消化率。
同时，微生物还能产生一些有益的代谢产物，如维生素、氨基酸、有机酸等，增强动物的免疫力和生长性能。
4、微生物土壤改良剂土壤是农业生产的基础，而土壤质量的好坏直接影响着农作物的生长和产量。
微生物土壤改良剂可以通过改善土壤的物理、化学和生物性质来提高土壤质量。
例如，一些有益微生物能够分解土壤中的有机物质，增加土壤中的腐殖质含量，改善土壤结构；还有一些微生物能够产生有机酸等物质，降低土壤的 pH 值，缓解土壤酸化问题。
生物降解纤维素材料的制备和应用研究
生物降解纤维素材料的制备和应用研究近年来，生物降解纤维素材料日益受到重视。
纤维素是一种天然材料，可以被微生物降解，因此，可以用来制作环保材料。
在这篇文章中，我们将探讨生物降解纤维素材料的制备和应用研究的现状。
一、生物降解纤维素材料的制备生物降解纤维素材料的制备需要两步骤，第一步是提取纤维素，第二步是制备材料。
1.提取纤维素纤维素主要存在于植物细胞壁中，因此提取纤维素的方法很多。
常见的方法包括化学、物理和生物方法。
化学方法主要是利用化学溶液或其他化学试剂将纤维素从植物细胞壁中提取出来。
常用的化学试剂包括NaOH、酶和有机溶剂等。
这种方法优点是提取效率高，但缺点是对环境有一定的影响。
物理方法主要是利用高压水流将植物细胞壁中的纤维素释放出来。
这种方法不需要使用任何化学试剂，对环境的影响小，但提取效率不高。
生物方法主要是利用微生物分解植物细胞壁中的纤维素。
这种方法可以实现纤维素的资源化利用，对环境更加友好。
但由于微生物的生长和分解受环境影响较大，因此稳定性较差。
2.制备材料制备纤维素材料的方法主要包括纤维素纤维材料、纤维素膜等。
其中，纤维素纤维材料的制备方法较多，包括纺丝、抄纸、压缩成型等。
纤维素膜的制备方法主要是利用常规的薄膜制备技术。
二、生物降解纤维素材料的应用研究生物降解纤维素材料的应用范围广泛，可用于包装、建筑、医疗等领域。
以下是几个常见的应用领域。
1.环保包装生物降解纤维素材料是一种环保包装材料。
传统的塑料包装材料需要几十年甚至上百年才能被微生物分解，而生物降解纤维素材料只需要几个月到几年就可以被微生物完全分解，从而减少了垃圾的污染。
2.纺织品生物降解纤维素材料可以用于纺织品的制作。
与传统棉花相比，生物降解纤维素的生长速度更快，更环保。
此外，通过对生物降解纤维素的改性可以制作出多种不同性质的纤维。
3.医疗材料生物降解纤维素材料可以用于医疗材料的制作。
例如，可以制作出降解性的缝合线，减少了对人体的刺激和损伤。
细菌纤维素的制备和应用研究进展
细菌纤维素的制备和应用研究进展陈竞;冯蕾;杨新平【摘要】细菌纤维素(Bacterial cellulose,简称BC)又称微生物纤维素,具有独特超细网状纤维结构、不含木质素和其他细胞壁成份,吸水性强、高生物兼容性、可降解性等优良特点,日益成为人们关注的焦点.综述了近年来国内外在细菌纤维素的菌种筛选、碳源优化、发酵工艺方面的研究成果,以及细菌纤维素在肾透析膜、血管支架、皮肤代用品、化妆品膜、减肥代餐食品等方面的应用.【期刊名称】《纤维素科学与技术》【年(卷),期】2014(022)002【总页数】6页(P58-63)【关键词】细菌纤维素;醋酸杆菌;BC膜【作者】陈竞;冯蕾;杨新平【作者单位】新疆农业科学院微生物应用研究所,新疆乌鲁木齐830091;新疆农业科学院微生物应用研究所,新疆乌鲁木齐830091;新疆农业科学院微生物应用研究所,新疆乌鲁木齐830091【正文语种】中文【中图分类】Q815;TQ352细菌纤维素（Bacterial cellulose，简称BC）主要是由细菌在细胞外合成的一类高分子碳水化合物，与天然植物纤维素化学组成非常相似，都是由葡萄糖以β-1,4-糖苷键连接而成。
由于其独特的合成方式，使得细菌纤维素具有超细网状纤维结构，质地纯，结晶度高，有很强的吸水性，是一种天然的纳米材料的“海绵”，并具有良好的生物安全性和可降解性，合成过程温和同时具有强大的成膜特性，BC膜被形象的比喻成“是以无数的细菌为梭子织就的一块无纺布”。
以上优势预示着细菌纤维素在许多需要使用精细纤维素的领域有着不可替代的应用前景，因此细菌纤维素已成为近年来的一个研究热点。
本文综述了近年来国内外在细菌纤维素的菌种筛选、碳源优化、发酵工艺方面的研究成果，以及细菌纤维素在肾透析膜、血管支架、皮肤代用品、化妆品膜、减肥代餐食品等方面的应用，为我国在这一领域研究和应用做铺垫。
1 细菌纤维素的制备1.1 BC生产菌的分离筛选目前，已知能够生产纤维素的细菌有许多种，常见的有醋杆菌属（Acetobacter）、根瘤菌属（Rhizobium）、芽孢杆菌属（Bacillus）、八叠球菌属（Sarcina）、假单胞菌属（Pseudomonas）、土壤杆菌属（Agrobacterium）、气杆菌属（Aerobacter）、无色杆菌属（Achromobacter）、固氮菌属（Azotobacter）和产碱菌属（Alcaligenes）等。
微生物在生物能源开发中的应用
微生物在生物能源开发中的应用在当今世界，能源危机和环境污染问题日益凸显，寻找可再生、清洁的能源成为了全球性的挑战。
微生物，这些微小的生物体，在生物能源开发中扮演着越来越重要的角色。
它们不仅能够将有机废物转化为有用的能源，还能在生物燃料的生产中发挥关键作用。
微生物在生物能源开发中的应用主要体现在以下几个方面：首先，微生物发酵技术是生物能源生产的重要手段。
通过微生物的代谢活动，可以将农业废弃物、工业废水和城市垃圾等有机物质转化为生物燃料，如生物乙醇、生物柴油等。
这一过程不仅减少了废物的处理成本，还减少了对化石燃料的依赖，降低了温室气体排放。
其次，微生物在生物质能源的转化效率上具有显著优势。
例如，通过基因工程改造的微生物能够更高效地分解纤维素，这是生物质能源转化中的关键步骤。
纤维素是植物细胞壁的主要成分，但其复杂的结构使得其难以被直接利用。
通过微生物的分解作用，纤维素可以转化为可发酵的糖，进而生产生物燃料。
再者，微生物在生物能源的储存和运输中也发挥着作用。
例如，通过微生物发酵产生的生物氢气是一种清洁的能源，具有高能量密度和可再生性。
微生物可以通过光合作用或发酵过程产生氢气，这种氢气可以储存在高压罐中，用于燃料电池或其他能源系统。
此外，微生物在生物能源的安全性和环境友好性方面也具有优势。
与传统的化石燃料相比，生物燃料的生产过程更加温和，对环境的破坏较小。
同时，微生物的生物降解性使得生物燃料在使用后能够被自然分解，减少了对环境的长期影响。
然而，微生物在生物能源开发中也面临着一些挑战。
例如，微生物的生长和代谢效率需要进一步提高，以满足大规模生产的需求。
此外，微生物的培养成本和生物燃料的生产成本也是需要考虑的因素。
总之，微生物在生物能源开发中的应用前景广阔。
随着生物技术的不断进步，微生物在能源领域的作用将越来越重要，有望为解决能源危机和环境问题提供新的解决方案。
纤维素的效用与前景
纤维素的效用与前景发布时间：2021-06-03T02:57:06.062Z 来源：《教育考试与评价》2021年第3期作者：黄玖洲刘彩霞[导读] 更多地是开拓纤维素更多地效用，因此纤维素的效用与前景已经是现阶段的研究重点了。
[1]山东协和学院山东济南 250109摘要：纤维素是葡萄糖组成的大分子多糖，不溶于水与一般溶剂。
纤维素是目前自然界中分布最广，含量最多的一种多糖。
其类型多种多样，其中常用的有膳食纤维、多聚合纤维素、木质纤维素、纤维素醚、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟甲基纤维等。
其效用在医疗食品以及建筑乃至精细化工业都用良好表现。
本文主要针对纤维素的应用与前景进行分析。
关键词:纤维素; 效用; 前景纤维素是地球上最古老、最丰富的天然高分子，是取之不尽用之不竭的，人类最宝贵的天然可再生资源。
纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖,不溶于水及一般有机溶剂。
是植物细胞壁的主要成分。
当下，纤维素的提取不再局限于单一的植物萃取，更多地是采用人工合成的方式生产。
随着科学技术的发展对于纤维素的要求也不再局限于单一的纤维素，更多地是开拓纤维素更多地效用，因此纤维素的效用与前景已经是现阶段的研究重点了。
[1]一、纤维素的医疗效用(一)生理效用人体内没有β-糖苷酶，不能对纤维素进行分解与利用，但纤维素却具有吸附大量水分，增加粪便量，促进肠蠕动，加快粪便的排泄，使致癌物质在肠道内的停留时间缩短，对肠道的不良刺激减少的作用，从而可以预防肠癌发生。
而且提到生理效用就不能不提及膳食纤维。
在日常饮食生活在，我们避免不掉摄取膳食纤维。
日常膳食中的纤维素主要含于蔬菜和粗加工的谷类中，虽然不能被消化吸收，但有促进肠道蠕动，利于粪便排出等功能。
草食动物则依赖其消化道中的共生微生物将纤维素分解，从而得以吸收利用。
食物纤维素包括粗纤维、半粗纤维和木质素。
食物纤维素是一种不被消化吸收的物质，过去认为是“废物”，2013年后通过大量学者研究认为膳食纤维素在保障人类健康，延长生命方面有着重要作用。
纤维素的微生物实验报告
一、实验目的1. 了解纤维素酶的来源及作用机理。
2. 探讨不同微生物对纤维素的降解效果。
3. 分析影响纤维素降解的因素。
二、实验材料1. 菌株：枯草芽孢杆菌、曲霉、黑曲霉、白腐真菌等。
2. 纤维素酶：纤维素酶原液、纤维素酶活力测定试剂盒。
3. 培养基：纤维素培养基、LB培养基、PDA培养基等。
4. 仪器：恒温培养箱、高压蒸汽灭菌器、离心机、显微镜等。
三、实验方法1. 菌株活化：将保存的菌株接种于LB培养基，37℃培养24小时，得到活化菌株。
2. 纤维素酶活力测定：采用酶活力测定试剂盒，按照说明书操作，测定不同菌株产生的纤维素酶活力。
3. 纤维素降解实验：将活化菌株接种于纤维素培养基，37℃培养24小时，观察菌株对纤维素的降解效果。
4. 影响因素分析：分别考察pH值、温度、接种量等因素对纤维素降解效果的影响。
四、实验结果与分析1. 纤维素酶活力测定结果表1 不同菌株纤维素酶活力测定结果菌株名称纤维素酶活力（U/g）枯草芽孢杆菌 0.20曲霉 0.30黑曲霉 0.35白腐真菌 0.40由表1可知，白腐真菌产生的纤维素酶活力最高，其次是黑曲霉、曲霉和枯草芽孢杆菌。
2. 纤维素降解实验结果表2 不同菌株纤维素降解效果菌株名称纤维素降解率（%）枯草芽孢杆菌 25.0曲霉 35.0黑曲霉 40.0白腐真菌 50.0由表2可知，白腐真菌对纤维素的降解效果最好，其次是黑曲霉、曲霉和枯草芽孢杆菌。
3. 影响因素分析（1）pH值：在pH值4.0-8.0范围内，纤维素降解率随pH值升高而增加，当pH 值超过8.0时，降解率逐渐降低。
（2）温度：在37℃时，纤维素降解效果最好，当温度超过50℃时，降解效果明显下降。
（3）接种量：接种量在1%时，纤维素降解率最高，超过1%时，降解率逐渐降低。
五、结论1. 白腐真菌对纤维素的降解效果最好，其次是黑曲霉、曲霉和枯草芽孢杆菌。
2. 纤维素降解效果受pH值、温度、接种量等因素的影响。
微生物在生物能源生产中的可持续发展
微生物在生物能源生产中的可持续发展微生物是一类微小而又神奇的生物体，在生物能源生产中发挥着重要的作用。
通过利用微生物的多样性和多功能性，我们能够生产出可再生和环保的生物能源，以实现能源的可持续发展。
本文将探讨微生物在生物能源生产中的应用及其可持续发展的前景。
一、微生物的多样性和多功能性微生物是一类非常丰富多样的生物体，包括了细菌、真菌、藻类等。
这些微生物在各自的领域中具有独特的功能和特性。
细菌是最常见的微生物之一，它们可以分解废弃物和有机物质，并产生甲烷和氢气等可再生能源。
通过合理利用细菌的生物合成能力，我们可以在废物中提取出有价值的能源，并减少对化石燃料的需求。
真菌是一类以有机物质为食的微生物，它们可以分解纤维素和木质素等天然聚合物，并产生乙醇和生物柴油等生物能源。
真菌的分解过程具有高效、可控和环境友好的特点，可以将废弃物转化为可再生的资源。
藻类是一种具有光合作用的微生物，它们可以通过吸收二氧化碳和光能，合成有机物质并释放氧气。
藻类可以用作生物能源的原料，通过培养大规模的藻类来产生生物柴油和生物气体，从而减少化石燃料的使用和碳排放。
以上只是微生物的一小部分示例，它们的多样性和多功能性使得微生物在生物能源生产中具有广阔的应用前景。
二、微生物在生物能源生产中的应用微生物在生物能源生产中的应用非常广泛。
以下将从生物气体、生物柴油和生物乙醇三个方面介绍微生物在生物能源生产中的应用。
1. 生物气体微生物可以发酵有机废物，产生甲烷等生物气体。
例如，采用沼气发酵技术，利用细菌将农业废弃物、城市生活垃圾等有机物质分解产生沼气，可用于发电和供暖。
这种方法既能有效利用废弃物资源，又能减少温室气体的排放。
2. 生物柴油微生物可以将纤维素和木质素等天然聚合物分解为葡萄糖并发酵产生乙醇，再通过微生物的酶催化作用将乙醇转化为生物柴油。
生物柴油是一种绿色可再生的燃料，与传统的石油柴油相比，具有更低的碳排放和更高的环境友好性。
生物基材料的制备及其应用前景
生物基材料的制备及其应用前景随着人类对环境和健康的关注日益增强，生物基材料成为了材料科学领域的一个热门研究方向。
生物基材料指的是使用生物可降解或可再生原料制造的材料，常见的有生物降解塑料、生物质纤维素等。
这种材料既具有优异的物理化学性质，又能够有效地减少环境污染，因此具有广泛的应用前景。
一、生物基材料的制备方法1. 生物降解塑料制备方法生物降解塑料是一种可降解的聚合物，其结构与石油塑料相似，但是其分子链中含有大量的生物活性基团。
因此，它能够被微生物或酶降解，将其分解成无害的生物物质和水。
目前，生物降解塑料的制备方法主要有以下几种：（1）微生物法：利用微生物发酵产生多聚物物质，通过改变反应条件，使其聚合而成生物降解塑料。
（2）化学法：利用生物基原料中含有的生物活性基团，采用化学合成方法制备生物降解塑料。
2. 生物质纤维素的制备方法生物质纤维素是指利用木质纤维素、苏木纤维素、棉秆纤维素等来制造的材料，其制备方法主要有以下几种：（1）酸碱处理法：采用酸碱处理使木材中的糖类、木质素、半纤维素等物质分离出来，再通过浆料制备，经过干燥、压制等工艺制造成纤维素材料。
（2）生物分解法：将木材或废纸制成纤维素浆料，添加一定的微生物或酶，使其分解为纤维素材料。
二、生物基材料的应用前景1. 包装材料生物降解塑料具有良好的延展性、耐热性和耐冲击性等特性，因此广泛应用于食品包装、日用品包装、医疗器械包装等各个领域。
相比传统塑料袋等一次性包装材料，生物降解塑料具有更低的环境污染风险。
2. 纺织品生物质纤维素由于其天然、环保、透气等优点，被广泛应用于纺织品行业。
如利用其制造餐巾纸、纸巾等日常用品，也可以制作环保袋等购物袋。
3. 医疗领域生物降解塑料具有一定的生物相容性和生物降解性，因此被广泛应用于医疗器械材料、医用包装材料等领域。
如糖衣片的制备、注射器用垫片等。
此外，生物质纤维素也可作为医用纤维素膜的基材。
4. 环保建材生物降解塑料和生物质纤维素也可应用于建筑领域，如制作环保节能隔热板、防水板等，也可作为修补和加固墙面的补漆、补灰材料等建材。
细菌纤维素的研究和应用新进展
细菌纤维素的研究和应用新进展纤维素是地球上最丰富的生物聚合物，主要分布于植物如树木、棉花等中，它是形成植物细胞壁的主要成分，也是形成许多真菌、藻类细胞壁的主要成分。
随着人们对纤维素类产品需求的增加，人们获取纤维素的方法正不断地改进和更新。
近年，发现一些细菌也能产生纤维素，其结构、理化特性和生化特性等皆与植物纤维素有较大的差异，与植物纤维相比，细菌纤维素(Bacterial Cellulose，BC)是由超微纤维组成的超微纤维网。
不仅是地球上除植物纤维素之外的另一类由细菌合成的天然惰性材料,而且是自1989 年Yamanaka 等[1]发现BC具有独特的功能后，以微生物作为载体，在分子水平上有高纯度、高结晶度、绿色环保的BC成为世界上公认的性能优异的新型生物学材料。
本文就BC的结构、性质、研究历史以及在生物医学材料上的应用综述如下。
1细菌纤维素的结构与特性1.1细菌纤维素的结构特点：BC是由葡萄糖分子以β-1,4糖苷键聚合而成的一种具有多孔性结构及一定纳米级孔径分布的高分子材料[2]。
早在1940 年，人们就用电镜观察到BC由独特的束状纤维组成，这种束状纤维的宽度大约为100 nm，厚度为3～8 nm，每一束由许多微纤维组成，而微纤维又与其晶状结构相关。
术醋杆菌（A.xylinum）是合成BC最强的细菌之一[3]，BC的生物合成可分为聚合、分泌、组装、结晶四大过程，这四大过程是高度耦合的，并和细胞膜上的特定位点密切相关。
1.2 細菌纤维素有许多独特的性质：①强的持水性和透气性：BC是一种水不溶性的惰性支持物，有很多“孔道”,有良好的透气、透水性能。
依据合成条件的不同，它能吸收60～700倍于其干重的水份[2]，未经干燥的BC的强持水性能(waterretentionvalues，wRv)值高达1000%以上，冷冻干燥后的持水能力仍超过600%。
经100℃干燥后的BC在水中的再溶胀能力与棉短绒相当，即有非凡的持水性,并具有高湿强度[4]；②高化学纯度和高结晶度：BC是一种“纯纤维素”，以100%纤维素的形式存在,不含半纤维素、木质素、果胶和其他细胞壁成分,结构单一，提纯过程简单；③较高的生物适应性和生物可降解性：Helenius等[5]开展了BC植入小鼠皮下组织的生物适应性研究及Klenm等[6]用BC微管材料取代老鼠颈动脉的研究都表明BC与老鼠身体没有任何排斥反应。
微生物纤维素的生物合成及其商业化应用
性质 、 物 合成及 其 商业化 应用． 生 关 键 词 ： 生 物 纤 维 素 ； 性 质 ； 生 物 合 成 ； 应 用 微 中 图 分 类 号 ： ９ Ｑ５ ９ 文献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ２９ ８ ２ ０ ） ５０ ７ —６ １ ７ —４ Ｘ（０ ８ ０ —０ ６０
第 ３ Ｏ卷
第 ５期
三 峡 大学 学报 （ 自然 科 学 版 ）
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微生物在食品中的纤维素降解和利用
微生物在食品中的纤维素降解和利用纤维素是植物细胞壁的主要成分之一，具有丰富的碳源和纤维结构。
然而，由于人类缺乏纤维素降解酶，无法直接利用纤维素。
幸运的是，微生物世界中存在着一大批能够降解和利用纤维素的细菌、真菌和原生动物。
本文将围绕微生物在食品中的纤维素降解和利用进行探讨。
一、微生物降解纤维素的机制微生物降解纤维素主要通过一系列酶的参与来完成。
在酶的作用下，纤维素被逐渐分解为较小的纤维素聚糖、低聚糖以及葡萄糖等单糖单元。
具体来说，纤维素降解酶可以分为三类：纤维素酶、低聚糖酶和葡萄糖酶。
纤维素酶负责降解结晶纤维素的结构，将其分解为纤维素链；低聚糖酶主要负责将纤维素链进一步分解，生成低聚糖；葡萄糖酶则能够将低聚糖和葡萄糖分子释放出来。
这些酶的协同作用使得微生物能够有效地降解纤维素，释放出可供其利用的碳源。
二、微生物降解纤维素的应用微生物降解纤维素在食品加工中具有重要的应用价值。
首先，微生物降解纤维素可以提高食品的口感和质地。
在面包、饼干等面点制作过程中，加入纤维素降解菌可以使食品更加松软和可口。
此外，微生物降解纤维素还可以被利用于食品储藏。
纤维素降解菌能够利用食品中的纤维素作为碳源，降低食品中的纤维素含量，从而延长食品的保质期。
此外，纤维素降解菌还可以分解食品中的纤维素结构，改善食品的水分吸附性能，增加食品的质感和风味。
三、微生物降解纤维素的发展前景随着对食品健康的不断重视，纤维素降解菌在食品加工中的应用前景越来越广阔。
一方面，通过引入纤维素降解菌，可以有效提高食品的营养含量。
与传统食品相比，经过纤维素降解菌处理的食品富含较多的纤维素和低聚糖，可以为人体提供更多的膳食纤维和益生元。
另一方面，纤维素降解菌在食品储藏和保鲜方面也具有广阔的应用前景。
纤维素降解菌不仅可以降解食品中的纤维素，延长食品的保质期，还可以改善食品的质感和水分吸附性能，提高食品的风味和品质。
总结起来，微生物在食品中的纤维素降解和利用具有重要的意义。
合成生物学技术在环境污染治理中的应用
合成生物学技术在环境污染治理中的应用在当今社会，环境污染问题日益严峻，给人类的生存和发展带来了巨大的挑战。
传统的污染治理方法虽然在一定程度上取得了成效，但往往存在效率低下、成本高昂、易产生二次污染等问题。
随着科技的不断进步，合成生物学技术作为一种新兴的前沿技术，为环境污染治理带来了新的思路和方法。
合成生物学是一门综合了生物学、物理学、化学、计算机科学等多个学科的交叉学科，它旨在通过设计和构建新的生物系统或改造现有的生物体系，以实现特定的功能和目标。
在环境污染治理领域，合成生物学技术具有广阔的应用前景。
一、生物修复生物修复是利用微生物、植物等生物有机体对污染物进行吸收、转化和降解，从而达到净化环境的目的。
合成生物学技术可以通过对微生物的基因进行改造和优化，提高其对污染物的降解能力和效率。
例如，研究人员可以通过基因工程手段，将编码降解特定污染物的基因导入到微生物中，使其获得降解该污染物的能力。
比如，对于石油污染的治理，可以将能够分解石油中各种烃类化合物的基因导入到常见的微生物中，如大肠杆菌或芽孢杆菌，使其能够更有效地分解石油，从而加速石油污染的修复过程。
此外，还可以利用合成生物学技术构建具有多种污染物降解能力的微生物“超级菌株”。
通过将不同的降解基因整合到一个微生物中，使其能够同时降解多种污染物，提高生物修复的效率和广谱性。
二、生物监测准确监测环境中的污染物对于及时采取治理措施至关重要。
合成生物学技术为环境监测提供了更加灵敏、快速和便捷的方法。
通过基因重组和改造，可以构建能够对特定污染物产生特异性响应的生物传感器。
这些生物传感器通常由报告基因和感应元件组成。
当环境中存在目标污染物时，感应元件能够识别并与之结合，从而激活报告基因的表达，产生可检测的信号，如荧光、颜色变化或电信号等。
例如，利用合成生物学技术构建的重金属生物传感器，可以快速检测环境中重金属离子的浓度。
将编码重金属结合蛋白的基因与荧光蛋白基因相连，当重金属离子与结合蛋白结合时，会触发荧光蛋白的表达，从而通过检测荧光强度来确定重金属离子的浓度。
基于微生物技术的纤维素降解分解和利用的方法
基于微生物技术的纤维素降解分解和利用的方法随着环保意识逐渐增强，人们对于纤维素降解分解和利用的方法越来越关注。
纤维素可以被微生物降解分解，得到各种有用的产物，例如生物能源、有机酸、食品添加剂等。
本文将探讨基于微生物技术的纤维素降解分解和利用的方法。
一、微生物降解纤维素的过程微生物是一类可以生存于各种环境中的小型生物，它们能够利用纤维素作为碳源进行生存和繁殖。
微生物降解纤维素的过程可以分为三个主要阶段：吸附、酶解和代谢。
吸附：微生物会通过一些特殊的蛋白质分子，将自身粘附在纤维素颗粒上。
这个阶段是微生物与纤维素颗粒发生互动的开始。
酶解：微生物会释放一些特殊的酶，可以将纤维素链断裂成较小的碎片，如纤维素酶、木聚糖酶和半纤维素酶等，每种酶具有特殊的作用。
代谢：碎片被微生物吸收和利用，被代谢成能量和新生物分子。
微生物产生的代谢产物可以被利用作为化学原料、肥料等，具有重要的经济意义。
二、微生物降解纤维素的应用微生物降解纤维素的应用非常广泛，以下是几个典型的应用场景。
1. 生物能源的开发利用微生物降解纤维素生产生物能源已成为一种较为广泛的技术路线。
其中最重要的是利用微生物降解木质纤维素等植物纤维素，利用微生物产生出高品质的生物酒精作为燃料，具有高效、节能、环保等优点。
2. 合成有机酸微生物降解纤维素还可以合成有机酸，如乙酸、丁酸、琥珀酸等。
这些有机酸用于合成塑料、溶剂、药品等领域，有着好的前景。
3. 食品添加剂微生物降解纤维素所产生的代谢产物可作为食品添加剂，如半乳糖醛酸等。
这类添加剂有较好的水溶性和热稳定性，被广泛用于食品加工中。
三、微生物降解纤维素的挑战虽然微生物降解纤维素具有广阔的应用前景，但是也面临许多挑战。
主要有以下三方面：1. 微生物选择性不同的微生物对于不同纤维素素材的降解能力不同，且不同纤维素素材本身具有复杂的结构。
因此，对不同应用场景，选择适合的微生物和条件非常重要。
2. 过程与产物的管理微生物降解纤维素过程中，释放的产物是多样性和复杂的，管理和处理需要高度的技术和设备支持。
微生物纤维素酶的研究概况及应用前景
微生物纤维素酶的研究概况及应用前景张凤梅【摘要】本文主要叙述了纤维素酶的研究进程与发展前景,包括纤维素酶的组成与协同作用、降解机制、降解影响因子以及在食品、畜牧、环保、能源开发等方面的应用进展.【期刊名称】《青海畜牧兽医杂志》【年(卷),期】2016(046)003【总页数】3页(P48-50)【关键词】纤维素;纤维素酶;降解机制;应用前景【作者】张凤梅【作者单位】青海大学生态环境工程学院,西宁,810016【正文语种】中文【中图分类】S811.6纤维素是高等植物细胞壁的主要成分，约占植物总干重的50%〔1〕，是地球上分布最广，含量最丰富，最廉价的可再生性资源。
据报道，我国每年光合作物秸杆，稻梗等含纤维素较丰富的物质就有5亿t之多〔2〕，利用纤维素酶的作用，将纤维素水解成葡萄糖等物质，进一步发酵成酒精、单细胞蛋白、有机酸等人们生活和生产所需的能源物质和化工原料〔3〕。
所以，纤维素的充分利用与有效的转化对于解决当前的能源危机、粮食短缺、环境污染等有重大现实意义。
自1906年Sellieres在蜗牛消化液中发现纤维素酶以来，纤维素酶的研究和应用受到了国内外学者的极大关注，取得了很大进展。
纤维素酶是一类能够将纤维素降解为葡萄糖的多组分酶系的总称，它们协同作用，分解纤维素产生寡糖和纤维二糖，最终水解为葡萄糖〔4〕。
习惯上根据其催化功能将纤维素酶分成三种主要成分：（1）外切型葡聚糖酶（EC3.2.1.91，也称C1酶，1.4-β-D-Glucan Cellobiohydrolase或Exo-1，4-β-D-Glucanase，来自真菌简称CBH，来自细菌简称Cex），这类酶主要作用于纤维素线状分子的末端，水解β-1，4-糖苷键，每次切下一个纤维二糖分子；（2）内切型葡聚糖酶（EC3.2.1.4，Endoglucanase，也称Cx酶，1，4-β-D-GlucanGiucanohydrolase或End-1，4-β-D–Glucanase，来自真菌简称EG，来自细菌简称Len），这类酶作用于纤维素分子内部的非结晶区，随机水解1，4-糖苷键，产生大量的有非还原端的小分子纤维素；（3）β-葡聚糖苷酶（EC3.2.1.21，也称纤维二糖酶，β-1，4–Glucosidase，简称BG），它的作用是水解纤维二糖及低分子量的纤维寡糖生成葡萄糖〔4～9〕。
纤维素酶的研究现状及应用前景
一、纤维素酶的应用现状
1、生物能源领域
纤维素酶在生物能源领域的应用主要表现在将纤维素转化为葡萄糖，进而转 化为乙醇或其他生物燃料。这种转化过程不仅可以提高能源的产量，而且可以降 低生产过程中的碳排放。目前，许多国家和公司都在积极研究利用纤维素酶生产 生物能源的工艺和技术。
2、生物材料领域
纤维素酶在生物材料领域的应用主要体现在将纤维素转化为生物可降解材料。 这些新材料可以替代传统的塑料制品，如包装材料、一次性餐具等。由于这些生 物材料具有良好的环保性能，因此在医疗、农业、餐饮等多个领域都具有广泛的 应用前景。
三、结语
纤维素酶作为自然界中一类重要的生物酶，具有广泛的应用前景。未来，随 着科学技术的发展和进步，纤维素酶将在各个领域发挥更大的作用，为人类的生 产和生活带来更多的便利和效益。我们应该纤维素酶的研究和应用进展，以便更 好地利用这一神奇的自然资源，为人类创造更多的价值。
谢谢观看
在研究过程中，研究者们也取得了一系列成果。例如，通过诱变育种和基因 工程等方法，提高了纤维素酶的产量和活性；同时，对纤维素酶的催化机制和晶 体结构等方面也有了更深入的了解。然而，尽管取得了一定的成果，纤维素酶研 究仍存在一些不足之处，如上文所述，包括酶的活性低、稳定性差、提取成本高 等。
应用领域、市场和发展趋势
而纤维二糖酶则将纤维二糖分解为葡萄糖。研究纤维素酶的意义在于它能够 为实现生物能源、生物材料等领域的可持续发展提供技术支持。
研究方法、成果和不足
目前，纤维素酶的研究方法主要包括微生物发酵法、化学合成法和基因工程 法等。这些方法各有优劣，微生物发酵法成本较低，但受菌种和生产条件的影响 较大；化学合成法可以在一定程度上满足工业化需求，但合成过程中成本较高且 产物稳定性较差；基因工程法则具有高效率和高产量的优势，但需要解决好基因 来源和克隆表达等问题。
细菌纤维素
细菌纤维素细菌纤维素是一种重要的生物聚合物，它是由细菌合成的一种多糖类物质，具有多种生物学功能。
细菌纤维素在自然界中广泛存在，是一种与植物纤维素相似的多糖，但结构和性质上略有不同。
细菌纤维素通常以线状或片状的形式存在，具有较高的生物降解性和生物相容性。
细菌纤维素的生物合成细菌纤维素的合成主要通过细菌体内的细胞壁合成机制完成。
这种多糖聚合物由细菌通过代谢途径合成并分泌到细胞外，形成类似纤维状的纤维素结构。
这种合成过程在细菌中起着重要的结构和功能支持作用，与细菌的生长与繁殖密切相关。
细菌纤维素的生物学功能细菌纤维素在自然界中具有多种生物学功能。
首先，它可以提供细菌细胞壁的结构支持，增强细胞的稳定性和形态。
其次，细菌纤维素在细菌之间的附着和固定过程中发挥着重要作用，帮助细菌形成群落和生物膜结构。
此外，细菌纤维素还可以作为一种重要的能量储备物质，为细菌的生长与繁殖提供能量支持。
细菌纤维素的应用由于细菌纤维素具有良好的生物相容性和生物降解性，在医学领域、食品工业和环境保护领域有着广泛的应用前景。
在医学方面，细菌纤维素可以用作生物材料，用于修复组织缺损和促进伤口愈合。
在食品工业中，细菌纤维素可以用作稳定剂和增稠剂，提高食品的口感和质感。
在环境保护领域，细菌纤维素可以用于生物降解材料的制备，减少环境污染和资源浪费。
综上所述，细菌纤维素作为一种重要的生物聚合物，在生物学功能和应用领域具有广泛的潜力和价值。
随着科学技术的发展和应用领域的不断拓展，细菌纤维素将发挥出更多的潜力，为人类社会的可持续发展和健康福祉做出更大的贡献。
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微生物纤维素的生物合成及其应用前景3周 媛三峡大学天然产物研究与利用湖北省重点实验室(宜昌443002)3基金项目:湖北省教育厅重点项目(2000B14014)作者简介:周 媛(1956～),女,教授。
一般认为合成纤维素是植物特有的功能,的确,自然界的纤维素绝大部分是由植物产生的。
纤维素是地球上产量最大的天然聚合体,其产量达到1011t/年,广泛存在于各种高级植物中,也存在于一些低等植物、细菌和个别低等动物中,如海洋中生长的一些绿藻和某些海洋低等动物体中也含有纤维素。
1 微生物纤维素的性质传统的食醋酿造过程中,常在醪液表面上生成类似凝胶膜状物,称为菌膜。
早在1886年,英国人B rown 等利用化学分析方法确定了这类物质为纤维素。
后来,确定了它的组成和结构与植物纤维素没有明显的不同。
但是醋酸菌所产生的纤维素是纯净的,即以纯纤维素组成的形式存在,而高等植物产生的纤维素都掺杂着木质素、半纤维素和其他杂质,其存在形式是纤维素、木质素和半纤维素组成的三级立体结构。
因此,醋酸菌产生的纤维素不同于自然界广泛存在的纤维素,醋酸菌纤维素具有独特的性质。
1.1 高纯度、高结晶度、高重合度醋酸菌纤维素纯度高、结晶度高、重合度高,并且以单一纤维存在,这样在制备微晶纤维素(m icrocrysta lline cellulo se )时非常便利,微晶纤维素是医药产品制剂的优良辅料。
目前微晶纤维素的生产是将天然细纤维,先用浓碱(17.5%)室温处理,收集不溶部分,再用浓盐酸煮沸,去除其中的无定形部分,余下结晶部分经干燥、粉碎得到的聚合度约200的微晶纤维素。
这一处理过程环境污染严重。
当然,醋酸菌纤维素无须用浓碱和浓酸如此处理。
1.2 极强的水结合性微生物纤维素的纤维直径在0.01μm ～0.1μm 之间,它的表面积是植物纤维素的300倍,因此它就具有比植物纤维更强的吸水性、粘稠性,它能结合比自身干重大60～700倍的水,而棉花或其他木植物纤维素要达到这一水平就需要经过一系列的工序加以改造后才能实现,因此成本也大幅度提高。
1.3 极佳的抗撕强度和形状维持能力微生物纤维素的弹性模数为一般纤维的数倍至10倍以上,并且抗撕强度高。
微生物纤维素膜的抗撕能力比聚乙烯膜和聚氯乙烯膜要强5倍。
日本北海道大学地球环境科研所的Nobuo Sakairi,H isash i A sano,M asto O gawa 等人在《木醋杆菌连续培养过程中微生物纤维素直接收获法》一文中报道,该培养法获得的纤维素再经处理,其杨氏模量最大为106g /den ie r,它们的平均值为90.4g /den ie r。
处理后的纤维其杨氏模量远大于棉花的(3.0～4.9g/den ier),因此具有很好的形状维持力。
1.4 具有很好的可通透性微生物纤维素具有网状结构,因此具有很好的可通透性。
1.5 具生物可降解性及生物合成时的可调控性微生物纤维素具有较高的生物适应性,并且在自然界中可直接降解,不污染环境。
微生物纤维素在培养过程中,可通过调节培养条件得到各种物理性能不同的纤维素。
如木醋杆菌(A cetobacter xylinum)能以葡萄糖及乙酰葡萄糖胺合成N2乙酰氨基葡萄糖,并以4%mo l质量的比例把N2乙酰氨基葡萄糖联接在醋酸菌纤维素中。
2 微生物纤维素的生物合成途径2.1 产生菌现已证明,在各种条件下能合成纤维素的微生物有:醋酸菌属(A ce tobact2 er)、根瘤菌属(R h izob ium)、土壤杆菌属(A grobac terium)、八叠球菌属(Sarc ina)、假单胞菌属(P seudomona s)、无色杆菌属(A ch romobac ter)、产碱菌属(A lcali2 gene s)、气杆菌属(A erobac ter)、固氮菌属(A zo toba ter)、这九个属的某些种,它们产生的纤维素统称为微生物纤维素,研究比较全面的是醋酸菌属的木醋杆菌(A ce tobacter xylinum)。
2.2 生物代谢途径在木醋杆菌生物代谢过程中戊糖循环(HM P)和柠檬酸循环(TCA)两条代谢途径参与了微生物纤维素的生物合成。
由于糖酵解(E M P)活力缺乏或微弱,即缺乏磷酸果糖激酶或酶活力微弱,因此木醋杆菌不能在厌氧条件下代谢葡萄糖。
细菌微生物合成的前体物为尿苷二磷酸葡萄糖,由葡萄糖合成纤维素的4个主要酶催化反应步骤分别是:①葡萄糖激酶的对葡萄糖的磷酸化作用;②葡萄糖磷酸异构酶将62磷酸葡萄糖通过异构作用转化成12磷酸葡萄糖;③焦磷酸化酶将12磷酸葡萄糖转化成尿苷二磷酸葡萄糖;④纤维素合成酶催化合成纤维素:UD P2Glc+(β21,42gluco se)n→UD P+(β21,42gluco se)n+1。
通过对木醋杆菌微生物纤维素生物合成的研究,发现微生物纤维素合成步骤的最后一步是在细胞膜上进行的。
c2di2G M P(环二鸟苷酸)是微生物纤维素合成调节机制的关键因子,c2d i2G M P是作为纤维素合成酶变构催化剂起作用。
在纤维素生物合成中如果没有c2di2G M P,纤维素合成酶将失去活性。
M g2+对二鸟苷酸环化酶有激活作用,纤维素的生物合成将由两种c2d i2G M P磷酸二酯酶A和B的作用而终止。
其生物代谢途径见图1。
图1 木醋杆菌纤维素生物代谢途径微生物纤维素的分泌过程是伴随微生物纤维素的生物合成同时进行的。
随着醋酸菌生长,大约12～70分子的微生物纤维素从细菌表面间隔大约10nm的微孔同时分泌到培养基中。
在细胞表面这些纤维素分子通过氢键互相连接,形成纯的纤维素纤丝。
这种纤丝在纯度上和超分子结构上优于植物纤维素纤丝。
许多纤维素缠绕成纤维素丝带。
一个醋酸杆菌可以在培养基中通过β21,4糖苷键聚合20000个葡糖分子形成单一、扭曲、带状的微细纤维。
丝带状的微细纤维随着细胞的生长分裂并不断裂。
微生物纤维素丝带的宽度比植物纤维素要细,长度不定,丝带之间相互交织,形成网状的多孔结构。
微生物纤维素的网眼结构有很大的表面积,前面在介绍微生物纤维素的性质时提到它的表面积是植物纤维素的300倍,使得微生物纤维素具有高持水能力和高抗撕强度。
事实上,纤维素的生成模型中,葡糖聚合以及微细纤维素的连接作用是紧密相连同时进行的两个步骤。
3 微生物纤维素微生物发酵研究3.1 菌株Ish ikawa等人的研究表明,微生物纤维素的生成与细胞的生长关系密切。
他们发现对氨基苯甲酸可以同时促进醋酸杆菌的生长和纤维素合成。
通过选育磺胺胍抗性菌,他们得到一株在含44g/L 果糖培养基中产纤维素9.7g/L的高产菌株。
一般的纤维素生产菌在静置培养的条件下产量高,而在搅拌培养下产量偏低。
Toyo sak i等人希望能获得有利于在通气搅拌条件下高产的菌株。
他们一共分离了2096个产纤维素的菌株,分离的菌株中有412株既能在静置有能在通气搅拌发酵条件下产微生物纤维素。
他们在倾斜档板摇瓶条件下用果糖2玉米浆作发酵培养基得到一株高产的木醋杆菌(命名为B PR2001),在发酵罐中的纤维素产量可达7.7g/L。
上海农科院植物保护研究所马承铸、顾真荣从天然的150分果、菜、土样品中分离得到了两株有高产潜力的原始菌株,静置培养的最高产量分别为14g/ L和16g/L,但摇瓶培养的最高产量仅有 1.9g/L和 2.2g/L。
经鉴定,一株为巴氏醋杆菌木醋亚种(A.pastecerinus Sub sp.Xylinum),另一株为汉森醋杆菌(A.han senii)。
马霞等人自长膜的醋醅中分离出一株发酵生产细菌纤维素产量较高且稳定的醋酸菌M12。
经过对该菌株的形态和生理生化特征的分析,通过测定G+ Cmo l%含量,根据伯杰氏细菌鉴定手册(第九版)提供的方法,初步鉴定该菌为醋化醋杆菌木质亚种(A ce tobac ter xyli2 num sub sp.xylinum,又称木醋杆菌)。
产生纤维素的菌株很多,但产量高的却为数很少。
优良的菌株的获得是微生物纤维素高产的一个前提条件,可以从自然界直接筛选得到,可以通过物理化学的诱变来选育,也可以用基因工程的方法获得,目前参与纤维素生物合成的一些蛋白中除了UD PG焦磷酸化酶和纤维素合成酶,其它的蛋白如鸟苷酸环化酶等都可以通过基因工程的方法获得高水平或低水平的表达,因此通过定向遗传操作,可以获得高产纤维素菌株,而且对菌株还有一个要求。
就是该菌株在环境压力下,能稳定遗传,在搅拌培养时不易突变为不产纤维素的菌株。
3.2 发酵过程控制Kouda等人研究了在通气搅拌条件下微生物纤维素生物合成过程中发酵液的流变学性质,以羧甲基纤维素(CMC)为对照,实验发现,微生物纤维素悬浮液的流变性比CMC的小。
微生物纤维素的非牛顿行为与CMC的相比CMC在所给定的搅拌速度范围内的浓度分布是一致的,而微生物纤维素浓度分布只有在高度搅拌下才是均匀的。
同时,他们还研究了O2和CO2的压力变化对纤维素生成的影响。
纤维素的生物合成在很大程度上依赖于氧的供给能力。
当微生物纤维素积累时,培养液粘度上升,氧传递速率下降,对于这种情况,一般采取提供富氧的空气或者提高工作压力的方法。
Koude等人的实验表明,在提高工作压力时,纤维素的产量并没有随着溶氧浓度的增加而增加,而是随着工作压力的增加纤维素的产量下降。
这一原因是因为随着工作压力的增加,CO2的分压也增加,富有CO2的空气将改变培养基的pH值,从而减低纤维素的产量。
另一种提高通气流量的方法,可使CO2的分压下降,纤维素的生物合成又恢复正常。
V andamm e等人采取了菌种筛选、诱变、培养基成分的优化以及发酵过程中因子的控制,通过静置培养将微生物纤维素的产量提高到28.2g/L,而深层发酵的产量为9g/L。
以果糖、葡萄糖作为碳源,醋酸作为细菌生长所需的能源。
由于醋酸菌在生长过程中本身会利用葡萄糖产酸,当发酵过程进行时,培养基的pH 值也会随之降低,从而不利于菌体生成纤维素。
当在发酵培养基中加入醋酸作为能源时,由于醋酸的不断被消耗而使培养基的pH值上升,这样醋酸的被利用与葡萄糖产酸的双重作用使培养基的pH值保持稳定,从而有利于纤维素的生成。
日本的O kiyam和shirae采用了二步发酵法来优化微生物纤维素产生过程。
首先细胞在气生式发酵罐中培养3d,以形成大量的菌体,然后转移到有格子的容器中进行静置培养,这样可以得到很好的胶状膜,其产量较搅拌培养为高,其发酵周期较静置培养为短,经济效益显著。
Yo sh ino等人研究发现巴氏醋杆菌在静置培养条件下纤维素的产量大约是振荡培养的5倍。
为进一步增加微生物纤维素在静置培养中纤维素的产量,设计了一种特殊的培养体系,即在圆桶状容器的底部铺有一层100μm厚具有渗透氧的硅胶层,让巴氏醋杆菌在可渗透氧的硅胶膜和液体表面上生成纤维素薄膜,这样使得微生物纤维素的产量增加一倍。