细菌纤维素的研究进展

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2024年细菌纳米纤维素市场发展现状

细菌纳米纤维素市场发展现状引言细菌纳米纤维素是一种具有广泛应用前景的新兴材料，由于其独特的结构和性质，正在逐渐在各个领域得到应用。

本文将对细菌纳米纤维素市场的发展现状进行分析和总结，探讨其市场前景和潜在的挑战。

细菌纳米纤维素的定义和特点细菌纳米纤维素是一种由细菌合成的纳米级纤维素材料。

与其他纤维素材料相比，细菌纳米纤维素具有以下独特特点：1.高纯度：细菌纳米纤维素具有较高的纯度，不含杂质，能够满足多种高端领域的需求。

2.高强度：细菌纳米纤维素的强度远高于传统纤维素材料，具有优异的机械性能和抗拉强度。

3.可调性：细菌纳米纤维素的结构和性能可以通过调整细菌培养条件进行控制，满足不同应用的需求。

细菌纳米纤维素市场概况目前，细菌纳米纤维素市场正呈现出快速增长的趋势。

主要原因包括：1.应用领域的扩大：细菌纳米纤维素在医疗、纺织、食品和包装等领域的应用需求不断增加，推动了市场的发展。

2.技术进步：近年来，细菌纳米纤维素的合成技术得到了很大的改进，提高了生产效率和纤维素的品质，降低了生产成本。

3.政策支持：政府对于可持续发展和环境友好型材料的政策支持，进一步促进了细菌纳米纤维素市场的发展。

细菌纳米纤维素市场应用前景细菌纳米纤维素在各领域的应用前景广阔，以下为几个主要领域的展示：医疗领域细菌纳米纤维素在医疗领域具有重要应用潜力，可用于制备生物可降解的医用材料，如医用纱布、人工血管等，具有较好的生物相容性和可降解性。

纺织领域由于细菌纳米纤维素具有优异的物理性能和可调性，可用于制作高强度、透气性好的纺织材料。

例如，可用于生产功能性衣物、运动装备等。

食品领域细菌纳米纤维素可用作食品包装材料，具有良好的防潮性和抗菌性，可以延长食品的保鲜期，减少食品浪费。

环境保护领域由于细菌纳米纤维素具有可降解性和可再生性，可用于制备环境友好型材料，如可降解塑料和纸张等，有助于减少对自然环境的污染。

细菌纳米纤维素市场挑战与展望尽管细菌纳米纤维素市场前景广阔，但仍然面临一些挑战：1.生产成本高：目前，细菌纳米纤维素的生产成本较高，限制了其大规模应用。

复合细菌纤维素材料的研究进展

复合细菌纤维素材料的研究进展摘要：细菌纤维素（BC）是一类由微生物合成的可降解环保型生物高分子材料。

近年来，国内外研究者致力于对BC进行生物和化学改性，研制出多种复合细菌纤维素材料。

复合细菌纤维素材料在一定程度上优化了BC的理化和生物学、材料学性能，拓宽了BC的应用范围和领域。

本文简要介绍细菌纤维素的性质和应用，并对发展前景进行展望。

关键词：细菌纤维素、复合、应用细菌纤维素（简称BC）是由微生物发酵合成的多孔性网状纳米级生物高分子聚合物，因其由细菌合成而命名为细菌纤维素。

目前已知的细菌纤维素生产菌属有醋杆菌属、无色杆菌属、假单胞菌属、根瘤菌属、八叠球菌属、气杆菌属、固氮菌属、土壤杆菌属和产碱杆菌属等，其中研究最多、合成能力最强、生产潜力最大的菌种是木醋杆菌。

BC的纤维直径在纳米范围内，其相互交错无序排列形成微纳米级的孔隙，为许多小分子进入提供了合适的空间。

以BC为模板，利用其纳米级的超细网络结构以及其表面大量的活泼羟基，通过化学修饰、材料复合等途径，可以赋予BC更多特殊性能。

一、细菌纤维素的特性1、1 纳米结构细菌纤维素具有独特的束状纤维，其宽度约100ｎｍ，厚度为3—8ｎｍ，单根细丝纤维直径为2—5nm，属于纳米级纤维，其大小为人工合成纤维的1/10，在纤维研究中是目前发现最细的天然纤维。

1、2 高持水性和高透气性细菌纤维素分子内有大量的亲水基团及很多孔道，因此具有良好的透气、透水和持水性能。

根据实验条件不同，细菌纤维素可吸收比自身干重大60—700倍的水分，细菌纤维素膜的持水性能为600%—1000%。

1、3 高抗张强度和弹性模量细菌纤维素因其分子内存在大量的氢键，而具有高杨氏模量，其经处理后，弹性模量可达1.5×109Pa，这一性能满足其作为医用敷料、医用组织器官及其他产品的要求。

细菌纤维素抗撕拉能力是同样厚度的聚乙烯和聚氯乙烯膜的6倍，证明了细菌纤维素膜比人类的动脉和静脉更有弹性。

细菌纤维素生产及其应用研究进展

• 光合作用合成的纤维素主要是植物纤维素，在工业上应用是最普遍的，但需经过分离纯化去除木质素和半纤维素后才能使用；人工合成的纤维素聚合度较低，很难达到自然界中高结晶度和高规则结构。光合作用合成法和人T合成法在获得纤维素过程中为能获得高纯度的纤维素，都需消耗大量的化学原料，同时产生出相应的环境污染问题。由此启迪人们探索具有巨大发展潜力的微生物合成法，微生物通过发酵途径获得的纤维素在结构和性质上有着独特的优越性。
三、细菌纤维素的重要应用
菲律宾、印度尼西亚、巴西、日本和美国等国在食品、造纸、声音器材、伤口敷料工业中均有相应的B C商品出售，尤其是在日、美等国，BC产业已形成年产值上亿美元的市场。目前国内能提供的主要是由海南南国食品公司等生产的椰果系列食品。
三、细菌纤维素的重要应用
国内在利用BC和其他材料结合生成纳米复合材料方面也略有涉及。在食品工业中由于BC 具有很强的持水性、黏稠性和稳定性，可以作为增稠剂、胶体填充剂和食品原料，现在已有将BC用于发酵香肠、酸奶及冰激凌的生产研究报道。在造纸工业方面充分利用BC的纳米级超细特点，在造纸纸浆中加入BC，增加了纸张强度、抗膨胀性能、弹性和耐用性。
薛璐等在发酵条件和发酵培养基的优化上进行了研究，确立了最佳发酵条件和最佳发酵培养基组分。齐香君等采用RBD反应器与传统静态培养方式生产BC，对2种培养方式的发酵动力学参数进行了分析和讨论。结果表明，实验菌株QAX993适合在 RBD反应器中生产BC，产干纤维素量比静态培养方式提高了2.79g/L。
细菌纤维素(bacterial cellulose，简称BC) 是由诸如醋酸杆菌属等细菌生产的一种新型高性能微生物合成材料。与其他形式形成的纤维素相比，尽管具有相同的化学成分，但其还具有特殊的物理、化学和生物学特性，特别是发酵过程的可调控、发酵底物的多样性、微生物的多样性等；这些特性使得 BC 在食品、生物医药学、组织工程支架材料、声学器材以及造纸、化妆品、采油、膜过滤器等诸多领域获得较高的关注，受到国内外学者青睐。国外对 BC 进行了广泛深入的研究，并将其应用于食品工业、造纸和生物医学工程中，取得了较好的研究成果。我国在微生物合成 BC 方面的研究刚起步，研究主要集中在菌种选育，廉价培养基的选择，发酵T艺改进上。

细菌纤维素模板合成研究进展

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国内细菌纤维素酶基因的克隆进展

摘
要：着能源问题日益突出，国逐渐把对纤维素的降解研究作为一项重要的研究课题。而纤维素的酶降解是利用纤维素的一个有随各
效途径目前主要对真菌纤维素酶的研究Ｅ趋成熟且真菌纤维素酶的活性比较高．里氏木霉、色木霉、氏木霉等。对细菌纤维素ｌ像绿康酶基因克隆方面的研究也有很多报道．普遍认为细菌纤维素酶活性比真菌纤维素酶的活性低。而细菌作为世界分布最广的生物具有但非常大的开发价值空间文章主要介绍目前对细菌纤维素酶基因的克隆领域的研究现状，作了一个简要的概括和分析。并
内蒙古农业科技２１（）３～５００１：３３ＩｎｒＭｏｇｌｇｉｕｔｒｌｃｅｃｎｅｈｏｏｙｎｅｎｏａＡｒｃｌａＳｉｅＡｄＴｃｎｌｇｉｕｎ
国内细菌纤维素酶基因的克隆进展
孙麟．宝力德
０００）１００（内蒙古农业大学，蒙古呼和浩特内
ＰｒｇｅｓｉｔｏｉｇｏｃｅｉｌＣｅｌａｅｉｉｏｒｓｎｈｅＣｌｎｎｆＢａｔｒａｌｕｌｓｎＣｈｎａ
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细菌纤维素发酵工艺与应用研究进展

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自然界中，维素是最丰富的天然聚合体，泛纤广存在于植物细胞中，但也有部分细菌在发酵培养液中能生产纤维素，细菌纤维素（ａｔｒｌＣｌｌｓ，称Ｂｃｅｉｅｕｏｅａｌ
Ｔｈｓｐａｒｓｉｐｅｕｍｍａｚｄｔｅｓｒｃｕｒ，ｔｃｏｏｙｏｅｍｅａｉｎａｈｅａｐｉａｉｎｏａｔｒａｅｌｌｓｎｏｄｉｄｕｔ．ｉｒｅｈｔｕｔｅｅｈｎｌｇｆｆｒｎｔｔｏｎｄｔｐｌｃｔｏｆｂｃｅｌｃｌｕｏｅｉｆｏｎｓｒｉｙＫｅｗｏｄｓｙｒ：ｂａｔｒａｅｌｏｅ；ｅｍｅａｉｎｔｃｏｏ；ａｉａｉｎｃｅｌｃｌｓｆｒｎｔｔｏｅｈｎｌｇｙｐｐｌｔｏｉｕｌｃ

细菌纤维素的研究进展(DOC)

细菌纤维素的研究进展摘要：细菌纤维素是一种天然的生物高聚物，具有生物活性、生物适应性，具有独特的物理、化学和机械性能，例如高的结晶度、高的持水性、超精细纳米纤维网络、高抗张强度和弹性模量等，因而成为近年来国际上新型生物医学材料的研究热点。

概括细菌纤维素的性质，发酵过程，改性方法以及在生物医学材料上的应用。

关键词：细菌纤维素；改性；生物医学材料；应用0 前言细菌合成纤维素是在1886年由Brown首次报道的，是胶膜醋酸菌A.xylium 在静置培养时于培养基表面形成的一层白色纤维状物质。

后来在许多革兰氏阴性细菌，如土壤杆菌、致瘤农杆菌和革兰氏阳性菌如八叠球菌中也发现了细菌纤维素的产生。

细菌纤维素与天然纤维素结构非常相似，都是由葡萄糖以β一1，4一糖苷键连接而成的高分子化合物，此外，细菌纤维素相对于传统的纤维素资源又有其优势，如加工时不用去木质素，可合成高质量的纸张或者加工成任何形状的无纺织物，还可通过发酵条件的改变控制合成不同结晶度的纤维素，从而可根据需要合成不同结晶度的纤维素。

从纤维素的发现至今已有一百多年的历史，但由于无合适的实验手段以及纤维素的产量较低，因此多年来一直未受到足够重视。

近十几年来随着分子生物学的发展和体外无细胞体系的应用，细菌纤维素的生物合成机制已有了很深人的研究，同时在细菌纤维素的应用方面也有了很大进展。

1.细菌纤维素的结构特点和理化特性1.1化学特性经过长期的研究发现，BC和植物纤维素在化学组成和结构上没有明显的区别，均可以视为是由很多D-吡喃葡萄糖苷彼此以(1-4)糖苷键连接而成的线型高分子，相邻的吡喃葡萄糖的6个碳原子不在一个平面上，而是呈稳定的椅式立体结构。

日本的Masuda等采用13C和1H旋转扩散核磁共振分析了BC的纤维素结构，试验结果表明:在CP/MAS13C NMR图谱上出现共振线很大地分裂为低场线和高场线，其原因可能是高场线处的C4与微纤维中CH2OH的混乱的氢键结合在一起的构象不规则所引起的结构缺陷。

细菌纤维素的制备及结构与性能研究

１．２．４高亲水性和透水透气性
细菌纤维素的微纤维直径较小，又可以无限制的生长合成，因而其表面积可以达到植物纤维素的３００倍；纤维素分子内存在大量的亲水性基团，因此具有很强的吸水和持水能力，能吸收６０＂－－７０倍于其干重的水分【１０】，经特殊处理会更高，并具有高的湿强度；同时由于细菌纤维素内部有很多“孔道＂，因而有良好的透水和透气性。
ｓｏｄｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅ／ｕｒｅａｓｏｄｉｕｍ、ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ／ｔｈｉｏｕｒｅａａｎｄｌｉｔｈｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅ／ｕｒｅａ．ＢａｃｔｅｒｉａｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅｄｉｓｓｏｌｖｅｄｉｎＮＭＭＯｉｓｔｒｅａｔｅｄｏｎＰＥＴｆａｂｒｉｃ，ｔｈｅｈｙｄｒｏｐｈｉｌｅ
本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。
弓、事目论文作者签名：
日期：ａ蝎年／月６Ｒ
学位论文知识产权权属声明
本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为青岛大学。
青岛大学硕士学位论文细菌纤维素的制备及结构与性能研究姓名：李静申请学位级别：硕士专业：纺织化学与染整工程指导教师：朱平
20080608
摘要
选择木醋杆菌为实验菌种，研究各种发酵培养条件和培养基成分对其合成细菌纤维素的影响规律，确定了最佳工艺条件。首次以西瓜汁为培养基合成细菌纤维素，取得了较为理想的效果。
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新型生物材料细菌纤维素的研究进展

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是一种胞外产物。为了与植物来源的纤维素区分。将其命名为“ 细菌纤维素 ” 。
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细菌纤维素（ａｔｉＵｅ简称Ｂ）由生Ｂｃｒｌｅ￣．ｅａｃＣ是长在液态含糖基质中的细菌产生的，分泌到基质并
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ＲｅｅｒｈＲｅｉｗｆＢａｔｒａｌｌｓ－ＡｗｏｔｒａｓａｃｖｅｏｃｅｌｌＣｅｌｏｅｕＮｅＢｌｍｅｌｌ

纤维素分解菌与生物质降解技术的研究

纤维素分解菌与生物质降解技术的研究随着全球能源需求的不断增加以及环保意识的不断提高，生物质能被认为是未来的发展方向之一。

然而，要实现生物质能的产业化运用，目前还存在一些技术难题需要解决，其中之一就是如何高效、低成本地将生物质转化为能源。

然而，纤维素分解菌作为一种重要的生物质降解单元，已经成为当前生物质降解技术研究的热点之一。

一、纤维素分解菌的研究进展纤维素是指由一定数量的葡萄糖单元通过β-1,4的糖苷键连接而成的可溶于一般有机溶剂的高分子多糖，是植物细胞壁的主要组成成分。

由于其不易消化降解，在一定程度上限制了生物质能的发展。

纤维素分解菌是指一类能够在生物体内或土壤中分解纤维素聚合物的菌类，是生物质降解技术中最重要的单元之一。

在纤维素分解菌的研究中，我国科学家的成果颇为显著，其中以中国科学院上海生命科学研究院和中国科技大学等单位为代表。

据相关报道显示，上海生命科学研究院的科学家已经发掘了大量具有高效分解纤维素能力的细菌和真菌菌种，为生物质能研究提供了重要参考。

此外，中国科技大学的生物质化学与生物能源技术教育部重点实验室也在纤维素分解菌的研究上取得了一定的成果。

该实验室在国内率先构建了具有产生高效纤维素酶能力的基因工程菌株，为纤维素分解菌的应用开辟了新的途径。

二、生物质降解技术的发展现状随着对环境保护的重视以及人们对可再生能源的追求，生物质降解技术的研究和应用逐渐受到了关注。

目前，生物质降解技术主要有生物化学处理和微生物处理两种方法。

其中，微生物处理技术是指运用微生物对生物质进行降解分解，从而获得能源或化学品的过程。

生物降解处理技术主要包括湿法水解和干法水解两种方式。

在湿法水解中，将热水或酸性溶液等添加到生物质中进行加热或压缩，促进其降解；在干法水解中，则是直接将生物质与高温蒸汽接触，促进其分解转化。

而微生物处理技术则包括传统发酵技术、微生物群体挖掘技术、纤维素分解菌降解技术等。

其中，纤维素分解菌的降解技术成为目前最为重要的一种微生物降解处理方式，其优点在于反应时间短、操作简单、耗能低等。

细菌纤维素的生产研究进展

有望代替植物纤维或作为新型生物可降解材料用于食品、化学工业和医学领域。ＢＣ在１８８６年被Ｂｒｏｗｎ发现，至今已有一百多年的历史，但因其生产成本高、产率低及对其物理化学特性认识了解不足，
应用受到一定的局限。目前，国外已经开始将研究工作发展到对ＢＣ的改性、修饰和制备其复合材料上Ｊ，通过对纤维素的修饰，制备了性能各异的纤维素衍生物，但这方
面的研究还处于起步阶段。国内在这方面的研究工
Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｂａｃｔｅｒｉｕｍｃｅｌｌｕｌｏｓｅ
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细菌纤维素的制备及在食品中的应用进展

细菌纤维素的制备
细菌纤维素的制备通常采用微生物发酵法，以天然糖类、有机酸或醇等为碳源，通过控制培养条件和工艺参数来提高纤维素产量和品质。常见的制备方法包括液体发酵和固体发酵。液体发酵具有生产效率高、易于工业化等优点，但需要严格控制发酵条件，防止杂菌污染。固体发酵则以天然固态基质为培养基质，可直接获得纤维素发酵产物。影响细菌纤维素品质的因素包括菌种、碳源、培养温度、pH值、培养时间等。
细菌纤维素在食品中的应用进展
1、食品添加剂
细菌纤维素具有高持水性、良好的口感和稳定性能，可作为一种优质的食品添加剂。在果蔬汁、酸奶、冰淇淋等食品中，细菌纤维素可作为增稠剂、稳定剂和口感改善剂，提高食品的品质和稳定性。此外，细菌纤维素还可以替代传统化学添加剂，为消费者提供更健康的选择。
2、营养补充剂
细菌纤维素的应用
1、工业领域
在工业领域，细菌纤维素被广泛应用于制造生物塑料、生物纤维和生物皮革等产品。这些产品具有环保、可持续等优势，可替代传统的石油基材料。
2、医疗领域
在医疗领域，细菌纤维素被用于生产医用敷料、药物载体和组织工程支架等。这些产品具有促进伤口愈合、减轻炎症反应等作用，为患者提供更好的治疗选择。
3、生物医用领域
细菌纤维素具有生物相容性和生物可降解性，在生物医用领域具有潜在的应用价值。例如，可以将其用于药物载体、组织工程和再生医学等领域。通过与药物分子或细胞相结合，细菌纤维素可以实现对疾病的有效治疗和组织修复。
结论
细菌纤维素作为一种重要的天然高分子纤维，在食品领域具有广泛的应用前景。未来，随着生产工艺的优化和新型材料的研发，细菌纤维素将在食品工业和其他领域发挥更大的作用。然而，要实现其广泛应用仍需克服生产成本高、生产效率低等挑战。未来研究应于优化生产工艺、降低生产成本和提高产品质量等方面，以推动细菌纤维素产业的可持续发展。

细菌纤维素发酵原料的研究进展

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，是由Ｂ１．萄糖苷键一，葡４连接而成的线型高分子化合物，相邻的吡喃葡萄糖的六个碳原子不在一个平面上，是呈稳而定的椅式立体结构。细菌纤维素纤维的直径远小于其它天然和人工纤维，约为２＂８ｎ，０－０ｎｌ－－属于天然纳米纤维材料。细菌纤维素有着植物纤维素所没有的许多特点：Ｉ）高结晶度和高化学纯度；２）高抗张强度和弹性模量；３）很强的水结合性；４）极佳的形状维持能力；５）较高的生物相容性和适应性；６）生物合成时形状和性能的可调控性，可制备成膜、管、絮
是一种主要由细菌产生的具有生物可降解的天然纳米结构高分子材料，年来成为国内外生近物材料研究的热点之～。细菌纤维素自１８８６年被Ｂｏｎ发现至今已有一百多年的历史，但ｒｗ
由于其生产成本高及对其物理化学特性认识了解不足，以至于其应用受到一定的局限。几近
基本情况，系统阐述了国内外发酵生产细菌纤维素原料的研究进展，展望了今后的发展趋势。
关键词：细菌纤维素；原料；碳源；发酵培养基中国分类号：Ｑ８５Ｑ３２１；Ｔ５文献标识码：Ａ
细菌纤维素（ａｔｉｅｕｏｅＢｃｅａＣｌｌｓ，简称ＢＣ）又称微生物纤维素（ｃｏｉｌｅｕｏｅ，ｒｌｌＭｉｂａｌｌｓ）ｒＣｌ

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。

微生物降解纤维素的研究概况

微生物降解纤维素的研究概况纤维素是地球上最为丰富的生物质之一，也是人类和其他生物体内重要的有机化合物。

由于纤维素具有高分子量、不溶于水、抗降解等特点，因此自然界的纤维素循环极其缓慢。

微生物降解纤维素的研究旨在利用微生物菌群将纤维素分解为可利用的有机物质，从而实现对纤维素的生物利用。

本文将介绍微生物降解纤维素的研究背景和意义，探讨相关机理、途径、酶系和技术，并综述近年来该领域的研究现状、方法及成果。

微生物降解纤维素的机理主要涉及细胞壁的裂解、纤维素的酶解和产物转化等过程。

在这个过程中，多种酶系参与了纤维素的降解，包括内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶等。

这些酶的作用是将纤维素大分子分解成小分子，最后转化为单糖或其他可利用的有机物。

近年来，微生物降解纤维素的研究已取得了很多进展。

在工业领域，研究者们致力于开发高效、稳定的微生物菌群，以实现纤维素的快速降解和工业化应用。

在环保领域，微生物降解纤维素技术被用于处理农业废弃物和城市固体垃圾等问题，有效减少了对环境的污染。

在医药领域，微生物降解纤维素技术为药物开发和疾病治疗提供了新的思路和方法。

先前的研究方法主要包括体外培养、基因组学和蛋白质组学分析、光谱学技术等。

这些方法为研究微生物降解纤维素的机理和过程提供了有力支持。

然而，这些方法也存在一定的局限性，如无法完全模拟自然环境中的真实情况。

因此，未来的研究需要开发更加先进的方法，以更准确、更全面地揭示微生物降解纤维素的规律。

众多研究发现，不同种属的微生物具有差异较大的纤维素降解能力。

例如，某些真菌和细菌能够有效降解纤维素，而某些原生动物和昆虫则不能。

环境因素如温度、湿度、pH值等也会对微生物降解纤维素产生影响。

同时，不同底物种类和浓度对纤维素降解过程也有所不同。

本文总结了微生物降解纤维素的研究背景、意义、机理、途径、酶系和技术等方面的内容，并综述了近年来该领域的研究现状、方法及成果。

尽管已经取得了一定的进展，但该领域仍存在许多问题和挑战需要进一步探讨。

纳米功能材料细菌纤维素研究进展

Ｌ／Ｘｉｏ —ｗｅ，ＺＨＵａ — ｂｎ，ＦａｉＹｈｉＡＮｉｙａＹ — ｕｎ，ＬｎＩＦａｇ
（ｃｏｌｆｎｉｎｎａＳｉｃｎｎｉｅｒｇｏｇｕｎｖｒｔ，ｈｎｈｉ０６０Ｃｉ）ＳｈｏｏｖｏｍｅｔｃｅｅａｄＥｇｎｅｉ，ＤｎｈａＵｉｓｙＳａｇａ２１２，ｈｎＥｒｌｎｎｅｉａ
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［］刘四新，２李从发．细菌纤维素［．京：中国农业大学出版社，Ｍ］北
２００７：１．０１
倍。
品应用领域和功能来选择合适的反应器，是细菌纤维素从实验室走向工业化生产的研究重点。
参考文献
［］ＳｎＤｈｎＹｍｐｏｅｅｔｉｅｒｄｃｉｆａｔｉｙｔｅ１ａｉＡ，ａｍａ．Ｉｒｖｍｎｓｎｔｏｕｔｎｏｃｅａｓｎｈ — ｈｐｏｂｒｌ
第４第１０卷６期
２１０２年８月
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纳米功能材料细菌纤维素研究进展冰
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细菌纤维素（ａｔｉｅｕｏｅ或Ｍｃｏｉｅｕｏｅ简称Ｂｃｅａｃｌｌｒｌｌｓｉｂａｃｌｌ，ｒｌｌｓＢ是细菌产生并分泌到基质中的纤维素成分Ｉ，Ｃ）２由单纯的葡萄糖缩聚而成的高分子聚合物，而具有一系列优于植物纤维因

细菌纤维素的结构与性质及其应用研究进展

１细菌纤维素的结构及性质
１．１细菌纤维素的结构特点
图１细菌纤维素的电镜照片卞玉荣等人通过培养与提取木醋杆菌细菌纤
维素产品，并对其进行实验分析，测定了木醋杆菌所ＢＣ结构与天然纤维素结构非常相似，都是由葡产生纤维素中纤维素、蛋白质、脂肪的含量，分别为萄糖分子以Ｂ一１，４糖苷键聚合而成的一种具有多孔９５．８％、１．７％、１．３％。通过电镜扫描照片观察到性结构及一定纳米级孔径分布的高分子材料］。与产品的微纤维直径在（０．０１ —０．１）Ｌｍ之问，比一般其他形式的纤维所不同的是细菌纤维素是一个错综的棉花纤维、木浆纤维和合成纤维直径（约１０Ｌｍ左复杂的链接网络结构，而不是可分开检测长度的单根右）要细，比胶原纤维（１Ｌｍ）及最薄的化学合成纤维纤维。早在１９４０年，人们就用电镜观察到ＢＣ由独特（１Ｌｍ）还要细。的束状纤维组成，这种束状纤维的宽度大约为１．２细菌纤维素的独特性质１００ｎｍ，厚度为３８ｎｍ，每一束由许多微纤维组成。图ＢＣ是一种水不溶性的惰性支持物，有很多孔道，１为细菌纤维素分散体的电镜照片。有良好的透气透水性能，具有强持水性和透气性；ＢＣ
倍以上，具有高抗张强度和弹性模量；ＢＣ生物合成时具有可调控性；有极好的形状维持能力和抗撕力，ＢＣ膜的抗撕能力比聚乙烯膜和聚氧乙烯膜要强５倍；有抗菌性和防腐性；可利用广泛的基质进行生产。展进行了综述，系统阐述了国内外发酵生产细菌纤维素原料的研究进展。毋锐琴等人对细菌纤维素发酵培养基的优化进行了研究，运用Ｐｌａｃｋｅｔｔ — Ｂｕｒｍａｎ试验设计法对８个相关影响因素的效应进行了评价，筛选出了有显著效应的３个因素：酵母膏、ＺｎＳＯ、无水乙醇，然后采用Ｂｏｘ—Ｂｅｈｎｋｅｎ的中心组合试验设计和响应面分析方法（ＲＳＭ）确定了上述三个因素的最佳浓度。培养细菌纤维素的方式主要有两种：静态培养和动态培养。静态培养是指醋酸菌静置培养，在发酵液表面产生纤维素膜。动态培养是指在机械搅拌罐或升气式生化反应器中通风培养醋酸菌，纤维素完全分散在发酵液中。虽然不同的培养方式产生的细菌纤维素在化学成分上完全相同，但是在形态和物理性能方面差异却很大。崔思颖等人通过实验比较了不同培养方式制备的细菌纤维素的性质，结果表明，静置培养所产纤维素成一薄膜，纤维结构较纤细、致密，振荡培养所产纤维素成球状，两者结构有明显差异；两者的红外光图谱基本一致；振荡培养得到的细菌纤维素的吸水性和复水性均比较好，而静置培养得到的细菌纤维素灰分含量较低。另外，周伶俐 ¨ 等人也对不同培养方式对细菌纤维素的结构与性质进行了研究，认为不同培养方式干扰了ＢＣ的微观结构，即：静置培养的纤维素丝带相互缠绕且层状重叠、更加致密，丝带更细，富含Ｉ仅，具有更高结晶指数、更大的晶粒尺寸；静置培养得到的纤维素具有良好的热稳定性，发酵罐培养得到的纤维素具有良好的阻燃性。

新型生物材料细菌纤维素的研究现状和发展趋势

新型生物材料细菌纤维素的研究现状和发展趋势邓甫090524105摘要：细菌纤维素是一种天然的生物高分子聚合物，具有独特的理化、机械性能，如高持水性，高杨氏模量，很好的机械强度，很好的生物相容性，因此成为一种很有前景的应用材料。

本文主要综述了细菌纤维素的结构特点和功能特性以及在各方面的用途及研究现状，并且重点介绍了细菌纤维素在造纸工业和医学方面的应用。

关键词：细菌纤维素，结构，应用，造纸工业，生物医学1.细菌纤维素的基本介绍1.1 细菌纤维素的由来细菌纤维素(Bacterial cellulose,简称BC)是由生长在液态含糖基质中的细菌产生的, 并分泌到基质中的纤维素成分, 它不是细菌细胞壁的结构成分,而是一种胞外产物。

为了与植物来源的纤维素区分，将其命名为“细菌纤维素”。

1866年英国科学家Brown 首次报导了木醋杆菌能合成纤维素。

在适当的条件下，能产生纤维素的细菌种类很多，主要集中在：醋酸杆菌属，产碱菌属，八叠球菌属，根瘤菌属，假单胞菌属，固氮杆菌属，土壤杆菌属，无色杆菌属，气杆菌属和葡糖醋杆菌属等。

近来报道的葡糖醋杆菌是醋酸杆菌科出现较晚的一个属，1997年，Y amada在进行辅酶Q 类型和16S rRNA序列比较的基础上，提出应将葡糖醋杆菌提升为属，目前，葡糖醋杆菌属共包含11个种，分别是：G.liquefaciens、G. azotocaptans、G.diazotrophicus、G.entanii、G.europaeus、G.hansenii、G.intermedius、G.johannae、G.oboediens、G.sacchari、G.xylinus。

1.2 细菌纤维素的结构细菌纤维素与自然界中的植物纤维素化学结构相似, 都是由毗喃型葡萄糖单体(β一D一葡萄糖) 通过β一1 , 4 一糖昔键连接而形成的一种无分支、大分子直链聚合物, 具有(C6H1005)n的组成, 直链间彼此平行, 不呈螺旋构象, 无分支结构, 又称为β一1 , 4 一葡聚糖。

细菌纤维素制备功能材料的研究进展

细菌纤维素（ｂａｃｔｅｒｉａｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅ，简称ＢＣ）是” 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，
定的微生物（主要为细菌）产生的细胞外纤维素，
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｃｔｅｒｉａｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅｉｓａｎｅｗｋｉｎｄｏｆｂｉｏｌｏｇｙｆｉｂｅｒｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｉｓｏｆｇｒｅａｔｐｏｔｅｎｔｉａ１．ｗｉｔｈｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｏｗｈｉｃｈｏｔｈｅｒｃｏｍｍｏｎｐｌａｎｔｆｉｂｅｒｓｃａｎ ’ ｔｂｅｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｐｒｅｐａｒｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｍｅｄｉｃａｌｄｒｅｓｓｉｎｇ，ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓ（ｐａｐｅｒａｎｄｄｅｇｒａｄａｂｌｅｐｌａｓｔｉｃｓ）ａｎｄｓｅｗａｇｅｆｉｌｔｅｒｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓｂｙｂａｃｔｅｒｉａｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅｂｏｔｈａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄ，ａｎｄｐｏｉｎｔｓｏｕｔｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈ

纤维素降解菌选育研究进展及未来趋势

纤维素降解菌选育研究进展及未来趋势邢鹏飞（生命科学学院 08级生物工程二班）摘要本文总结纤维素酶高产菌选育的国内外研究进展，概括了迄今为止筛选出的纤维素酶高产菌的徽生物种群及其产酶特点，以及诱变育种、原生质体融合技术育种、纤维素酶基因克隆的国内外研究现状，对今后纤维素降解菌的选育研究未来发展趋势做了分析和综述。

关键词：微生物；降解；纤维素；纤维素酶；选育；纤维素是地球上廉价且年产量巨大的可再生资源。

微生物作为处理纤维素的一种手段，把纤维素水解成有葡萄糖等物质，进一步发酵生产酒精、有机酸等人类急需的能源食物和化工原料等，不仅对环境危害小，而且可以避免由于化石嫌料燃烧所带来的环境污染，更重要的是可以缓解或解决世界性能源危机以及因石油短缺引起的国际问题等。

筛选出高性能纤维素降解菌是开发利用纤维素资源的前提和关键。

一、纤维素1.1纤维素的基本结构纤维素是D-葡萄糖苷以β-1，4-糖苷键连接而成的链状高分子化合物，含碳、氢、氧三种元素，其中碳含量为44.44%，氢含量为6.17％，氧含量为49.39％，其分子式用（C6H10O5）n表示（n为聚合度），纤维二糖是其基本组成单元，一般认为纤维素分子约由8000-12000个葡萄糖残基构成。

常温下不溶于水、不溶于稀酸和稀碱。

纤维素聚集体内的氢键分布不均匀，有的基本上全是氢键，排列定向有序，结构稳定，这样的区域称为结晶区，其他区域则称为无定型区。

所谓结晶度，即指结晶区占纤维素整体的百分率。

纤维素纤维的结晶度增高，则硬度、密度等随之增加，而柔软性和化学反应性等均降低，因此微生物对它的利用越困难。

无定形区结构比较疏松，易被微生物利用[2]。

1.2纤维素的降解机理纤维素的结构复杂，很难被降解。

一般的降解方式主要有机械降解、水解、热降解、氧化降解、光化学降解及酶（生物）降解等。

但前几种方法有成本高、降解条件繁琐及易造成环境污染等缺点，而生物降解方法主要是应用纤维素酶来催化降解纤维素，因其高度的专一性和低成本成为了目前主要关注的一种手段[3]。

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概括细菌纤维素的性质，发酵过程，改性方法以及在生物医学材料上的应用。

后来在许多革兰氏阴性细菌，如土壤杆菌、致瘤农杆菌和革兰氏阳性菌如八叠球菌中也发现了细菌纤维素的产生。

从纤维素的发现至今已有一百多年的历史，但由于无合适的实验手段以及纤维素的产量较低，因此多年来一直未受到足够重视。

1.2细菌纤维素的聚合度，结晶度及其性质BC的聚合度随着培养方式和条件不同而有很大差异，动态培养时较低，约为3000-5000，静态培养时可以高达16000，优质棉纤维为113000-14000，棉短绒为5000左右，木浆纤维素为7000-10000。

结晶度高于普通高等植物纤维，而低于藻类(Vatinia)和动物纤维(Tunicin)。

结晶度增加，纤维的抗张强度、杨氏模量、硬度、比重和体积的稳定性会随之增加，而伸长率、吸湿性、润胀度、柔软性和化学反应性均会随之降低。

但是BC纤维的吸湿性、润胀度、柔软性和化学反应活性却比高等植物纤维素好得多这个反常规的原因可能是由于细菌纤维超细(纳米级)特点所造成，有待于深入研究。

Strobin等通过凝胶渗透色谱法研究了BC在不同培养时间以及培养基组成时的聚合度和聚合度分布性，结果表明:随培养时间的延长，其聚合度随之增加，到28天时开始降低，但聚合度分布性却增加。

1.3细菌纤维素膜的结构与性质BC成膜性能好，BC膜的抗撕能力比聚乙烯膜和聚氯乙烯膜要强5倍；BC 膜持水量高，其内部有很多“孔道”，有良好的透气、透水性能，通常情况下持水率大于1:50，经特殊处理可达1:700，并且具有高的湿强度。

Wfochowicz等采用X-射线衍射研究了在不同培养时间发酵的细菌纤维素的纳米结构；采用重量分析法可知膜的持水率随培养时间延长而从193%降到120%。

广角衍射测试表明:不管培养时间的长短，膜均有半结晶形态；小角衍射测试表明纤维素结晶纤维随机地分布在无定相中。

Dubey研究了除去蛋白质后的BC膜在二元溶剂体系(水-醇)中的全蒸发，随乙醇的浓度增加，对纤维素膜的渗透通量、选择性、全蒸发分离指数(PSI)和吸气度进行了研究，发现纤维素膜对水有高的选择性，当乙醇浓度高于70%时纤维素膜仍能透过95%的水，当二元体系中含水量少于30%时，纤维素膜对水的选择度在125-287范围，渗透通量高于100g/m2，PSIy约为104g/m2h。

1.4细菌纤维素的介电性能Baranov等研究了由纳米晶体构成的BC在频率100Hz到1MHz之间，温度在100-400K之间的介电性能，高温状态下纤维素的介电常数的异常行为可以通过纤维素中水分子的吸附和解吸特征来解释，低于320K时，纤维素膜吸水，而高于此温度时将解吸水。

1.5细菌纤维素的溶解性能Tamai发现BC在8%的二甲基乙酞胺的溶液中溶解形成均质溶液，而在某个浓度时会形成非均质溶液。

szkiewicz从实验中发现，BC像云杉纤维一样，聚合度低于400，可以在-5℃下溶于8.5%的NaOH溶液中。

当NaOH溶液中加入1%的尿素时，BC的溶解度会增加，聚合度不超过560就可以溶解。

这个实验结果具有重要的实用意义，它指出了不用汽蒸或酶生物转移活化纤维素，而是通过纤维素纺丝液制备纤维的可能性。

这种方法不同于传统的粘胶法生产纤维素，溶剂是一种对环境无毒，价格便宜，不需要制备纤维素衍生物的直接溶剂。

1.6其他性质较高的生物适应性和良好的生物可降解性，可利用广泛的基质进行生产可以进行烷基化、轻烷基化、羧甲基化、硝基化、氰乙基化、氨基甲酸酯化以及多种接枝共聚反应和交联反应，其化学反应的可及度和反应性均强于普通植物纤维。

日本学者在用BC、棉短绒和木浆纤维制造三醋酸纤维素酯和二醋酸纤维素酯时发现，相同条件下，BC完成反应速度快、耗时少。

2.细菌纤维素的生物合成目前除醋酸菌属外，根瘤菌属(Rhizobium)、八叠球菌属(Sarcina)、假单胞菌属(Pseudomonas)、无色杆菌属(Achromobacter)、产碱菌属(Alcaligenes)、气杆菌属(Aerobacter)、固氮菌属(Azotobacter)等的某些种也能生成细菌纤维素。

研究比较全面的是木醋杆菌(Acetobacter xylinum)。

在木醋杆菌生物代谢过程中戊糖循环(HMP)和柠檬酸循环(TCA)2条代谢途径参与了细菌纤维素的生物合成。

由于糖酵解(EMP)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。

从草酰乙酸经丙酮酸盐，由于草酰乙酸脱羧酶和丙酮酸盐激酶奇特调节作用，木醋杆菌发生糖原异生作用。

在这种条件下，一条代谢途径是由己糖磷酸盐通过异构化和磷酸化，直接合成纤维素。

另一种为非直接途径，即经过戊糖循环和葡糖异生途径生成纤维素。

其中由己糖磷酸盐直接转化成纤维素时，不需要己糖碳骨架中碳链的改变。

由己糖磷酸盐或通过五碳糖循环生成纤维素都需能量代谢系统进行调节，其调节位点在对ATP敏感、连接葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)上。

在木醋杆菌中有两种不同的葡萄糖-6-磷酸脱氢酶，但只有一种葡萄糖-6-磷酸脱氢酶被ATP抑制。

木醋杆菌生物合成纤维素与氧化代谢过程同步进行，但与蛋白质合成体系无关。

细菌纤维素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个主要酶催反应步骤分别是:葡萄糖激酶的对葡萄糖的磷酸化作用；葡萄糖磷酸异构酶将6-磷酸葡萄糖通过异构作用转化成1-磷酸葡萄糖；焦磷酸化酶将1-磷酸葡萄糖转化成尿苷二磷酸葡萄糖；以及纤维素合成酶的合成作用。

纤维素合成酶催化合成纤维素的最后一步为:UDP-Glc+(β-1，4-glucose)n→UDP+(β-1，4-glucose)n+1通过对木醋杆菌细菌纤维素生物合成的研究，发现细菌纤维素合成步骤的最后一步是在细胞膜上进行的。

c-di-GMP(环状鸟苷酸)是细菌纤维素合成调节机制的关键因子，c-di-GMP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c-di-GMP，纤维素合成酶将失去活性。

c-di-GMP浓度的高或低(合成或降解)被认为是由两条具有相反作用途径并由与这两条途径有关的与膜相连的二鸟苷酸环化酶控制。

两个GTP(鸟苷三磷酸)分子在二鸟苷酸环化酶催化作用下，首先释放出一个分子PPi后转变为线性二核苷酸三磷酸pppGpG，在释放出一分子PPi，进而合成c-di-GMP，与此同时，PPi迅速的分解而生成Pi。

Mg2+对二鸟苷酸环化酶有激活作用。

纤维素的生物合成将由于两种c-di-GMP磷酸二酯酶A和B的作用而终止。

PDE-A从环形结构上切下单个的磷酸二酯，将具有活性的c-di-GMP变为不具活性的线性二聚物pGpG。

非活性的二聚物磷酸二酯酶B(PDE-B)的催化作用下被转变为2个5′-GMP。

Ca2+选择性抑制PDE-A的活性。

细菌纤维素的分泌过程是伴随细菌纤维素的生物合成同时进行的。

随着醋酸菌生长，大约12至70分子的细菌纤维素从细胞表面间隔大约为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的纤丝。

细菌纤维素的X-射线的分析显示了纤维素颗粒(分子)的具有高度规则的晶体结构。

细菌纤维素纤丝的网眼结构有很大的表面积，具有高持水能力和抗撕强度。

一个醋酸杆菌可以在培养基中通过β-1，4糖苷键聚合20000个葡糖分子形成单一、扭曲、带状的微细纤维。

带状的微细纤维随着细胞的生长分裂而并不断裂。

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细菌纤维素的发酵生产木醋杆菌的培养方法有静态法和动态法。

静态法是指将菌种静置培养，在发酵液表面产生纤维素膜。

动态法则是在机械搅拌罐或气升式生化反应器中通风培养细菌，纤维素完全分散在发酵液中，呈不规则的丝状、星状或微团状。

木醋杆菌发酵生产纤维素需要适合发酵条件的培养基，且培养基的组成对纤维素的产量有很大的影响。

另外，改进发酵工艺设计合理的发酵装置、优良菌株的获得，都是获得理想的纤维素产品的途径。

向基础培养基中添加适量的烟酸胺、乙醇、木素磺化盐、琼脂、聚多糖、醋酸和柠檬酸等可以提高BC的产量。

S.Keshk等研究了培养基中加入木素磺化盐对BC产量和结构性质的影响。

Tonouchi等人发现在木醋杆菌生产纤维素的过程中加入少量的纤维素酶可以提高纤维素的产量。

设计不同类型的反应器，如:硅橡胶膜生物反应器、板或圆盘生物反应器、旋转盘生物反应器、改进的气升式生物反应器等来提高纤维素产量。

4细菌纤维素的改性4.1生物改性BC是由醋酸菌属、土壤杆菌属、根瘤菌属和八叠球菌属中的某种微生物在不同的条件下发酵合成的。

不同的培养方式、不同的培养基组成以及不同的培养模型，都会对发酵产物的结构与性能产生很大的影响。

采用不同的培养方法，如静态培养和动态培养，利用醋酸菌可以得到不同高级结构的纤维素。

通过调节培养条件，也可得到化学性质有差异的BC。