细菌纤维素的生物合成
木醋杆菌细菌纤维素生物合成途径
木醋杆菌细菌纤维素生物合成途径
木醋杆菌是一种产醋酸的细菌，它具有生物合成纤维素的能力。
纤维素是一种多糖类化合物，通常由葡萄糖分子组成，是植物细胞
壁的重要组成部分。
木醋杆菌细菌合成纤维素的途径涉及多个步骤
和酶的参与。
首先，木醋杆菌细菌通过细胞膜上的酶将葡萄糖转化为葡萄糖-
1-磷酸，这是纤维素合成的起始物质。
接着，葡萄糖-1-磷酸被进一
步转化为UDP葡萄糖，这一步骤需要UDP葡糖化酶参与。
随后，UDP葡萄糖被纤维素合成酶作用下聚合成纤维素链，这
一过程涉及纤维素合成酶的催化作用，使得葡萄糖分子逐渐连接形
成纤维素链。
在纤维素合成过程中，木醋杆菌细菌细胞膜上的纤维素合成酶
起着关键作用，它能够将纤维素链逐渐延长并释放到细胞外。
需要注意的是，木醋杆菌细菌合成纤维素的具体途径可能还涉
及其他辅助酶和调控因子的参与，这些因素对于纤维素的合成和组
装都起着重要的作用。
总的来说，木醋杆菌细菌合成纤维素的生物合成途径是一个复杂的过程，涉及多个酶的协同作用和调控因子的参与。
这些步骤的顺利进行对于纤维素的合成至关重要，也为我们理解细菌细胞壁合成提供了重要的参考。
康普茶细菌纤维素的形成途径及其在高效利用茶叶废弃资源中的应用综述
康普茶细菌纤维素的形成途径及其在高效利用茶叶废弃资源中的应用综述目录1. 内容概括 (3)1.1 研究的背景和意义 (3)1.2 茶叶废弃资源的特点和经济价值 (4)1.3 细菌纤维素的性质和应用 (5)1.4 研究的现状和存在的问题 (7)2. 细菌纤维素的形成途径 (8)2.1 细菌纤维素合成的基因调控 (9)2.2 β-1, 3-葡聚糖合成途径 (10)2.3 分支杆菌纤维素合成途径 (11)2.4 其他微生物纤维素合成途径 (12)2.5 细菌纤维素合成的酶学机理 (14)3. 茶叶废弃资源的特点和组成 (15)3.1 茶叶修剪和栽培过程中的废弃物 (16)3.2 茶叶加工过程中的副产物 (17)3.3 茶叶废弃资源的主要成分和营养价值 (19)4. 细菌纤维素在茶叶废弃资源中的应用 (19)4.1 废水处理 (21)4.1.1 水资源保护的重要性 (22)4.1.2 细菌纤维素的应用实例 (23)4.2 土壤改良 (24)4.2.1 土壤健康的概念和需求 (25)4.2.2 细菌纤维素对土壤的影响 (26)4.3 生物降解塑料和材料 (27)4.3.1 塑料污染的全球问题 (28)4.3.2 细菌纤维素材料的应用价值 (29)4.4 农药和肥料替代品 (30)4.4.1 绿色农业的发展趋势 (32)4.4.2 细菌纤维素作为农业生产添加剂的可能性 (34)5. 实施与技术开发 (35)5.1 微生物菌株的选择和优化 (36)5.2 发酵条件的控制和管理 (38)5.3 产品分离、纯化和后处理 (39)5.4 质量控制和标准化 (40)6. 经济效益分析 (41)6.1 成本效益评估 (42)6.2 潜在市场和需求预测 (43)6.3 政策支持和可持续性发展 (44)7. 环境影响评估 (45)7.1 能源消耗和温室气体排放 (46)7.2 环境友好性评价 (47)7.3 生态平衡和可持续发展战略 (48)8. 示范项目和案例研究 (49)8.1 国内外典型案例分析 (51)8.2 可推广的经验和教训 (52)8.3 未来发展的方向和策略 (53)9. 结论与展望 (54)9.1 研究成果总结 (55)9.2 存在的问题和不足 (57)9.3 技术创新和产业化发展的建议 (58)1. 内容概括本综述聚焦于康普茶（Kombucha），一种发酵茶饮，其发酵过程中的主要副产物是一种由糖醋杆菌属（Gluconacetobacter spp.）等微生物合成的三维多糖，即细菌纤维素。
基于细菌纤维素的高强生物质长丝纤维的制备与表征
基于细菌纤维素的高强生物质长丝纤维的制备与表征作者：吴焕岭, 郭庆, 赵杰, 孙万超, 谢周良, 赵言收, 康正芳来源：《丝绸》2022年第10期摘要：为获得一种兼具高机械性能和优良生物相容性的长丝纤维材料，文章基于细菌纤维素（BC）的结构特征，探索细菌纤维素的溶解程度与再生细菌纤维素（RBC）纤维断裂强力性能之间的关系，成功制备了RBC高强长丝纤维。
通过对RBC形貌、机械性能、吸湿性、细胞相容性进行测试，并对BC再生前后的性质变化进行表征分析，结果表明：RBC长丝纤维直径约50 μm，形貌规整，表面具有均匀的沟槽结构，但失去了BC原有的3D纳米原纤结构;干态纤维的断裂强度可达6.50 cN/dtex，具有较高的机械性能;红外光谱分析表明，BC再生前后没有发生化学结构的变化;细胞黏附增殖实验表明，正常细胞能够在RBC纤维上黏附增殖，该纤维具有较好的细胞相容性。
关键词：细菌纤维素;材料再生;长丝纤维;高机械性能;流变性能;细胞相容性中图分类号： TS102.5; TB332文献标志码： A文章编号： 10017003（2022）10003407引用页码： 101105DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2022.10.005纤维材料几乎涉及生活中的各个领域，起到不可或缺的作用，比如在医用材料领域常将纤维制备成敷料、绷带[1]或编织成手术缝合线[2]等。
细菌纤维素（Bacterial cellulose，BC）由微生物生成，其分子鏈在合成过程中具有独特的自组装机制，能够形成天然3D纳米纤维交织结构[3]。
并且，它没有半纤维素、果胶和灰分等伴生物，具有高结晶度、高机械强度和良好的生物相容性等特性[4]，是一种可持续利用的生物质资源。
以细菌纤维素为基材的研究颇多，大多仅聚焦于对其原生膜材料的改性研究[5-6]。
鉴于细菌纤维素良好的环境和生物相容性，可结合材料加工和纺织技术进一步拓展细菌纤维素在生物医用材料领域的应用。
细菌纤维素
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 ZnO 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
发酵的调控
在纤维素的合成中，尿苷葡萄糖为合成细菌纤 维素的直接前体，而6-磷酸葡萄糖作为分支点，既 可进一步合成纤维素，又可进入磷酸戊碳循环或经 柠檬酸循环继续氧化分解，经过戊糖循环和葡萄糖 异生途径，也可通过生成6-磷酸葡萄糖，进一步转 化为纤维素，因此，在细菌纤维素的发酵生产中， 可采用适当方法来抑制或阻断戊糖的形成，使碳源 转向纤维素的合成，从而提高原料的利用率和转化 率，达到提高细菌纤维素产量的目的。
细菌纤维素的生产菌株
产纤维素细菌 杆菌属、根瘤菌属、八叠球菌属、假单胞菌 属、固氮菌属、气杆菌属和产碱菌属。其中 木醋杆菌是最早发现也是研究较为透彻的纤 维素产生菌株，可以利用多种底物生长，是 目前已知合成纤维素能力最强的微生物菌株。
培养基及培养条件
木醋杆菌C544的发酵条件和培养基成分 产纤维素适宜温度范围为25℃￣31℃,30℃时纤维素产量最 高; 适宜的初始pH值范围为5.5￣7.0,在pH6.0时纤维素产量最高。 优化出的培养基配方为:葡萄糖5.0%(w/v)、大豆蛋白胨 0.9%(w/v)、Na2HPO4·12H2O0.8%(w/v)及柠檬酸0.5%(w/v) 在最佳发酵条件下纤维素最大产量可达7.79g/L,是优化前产 量的3.52倍。 当基础培养基中加入10%(w/v)甘露醇作为碳源时,发酵终点 的pH值为4.50,对纤维素的合成有利,纤维素产量达到9.33g/L, 是优化前产量的4.22倍。
培养基及培养条件
醋杆菌C2的最适碳源为蔗糖,D-甘露糖醇, 最适氮源为蛋白胨,酵母粉,无机盐为MgSO4·7H2O 和柠檬酸三钠; 发酵最佳工艺为 :p H5.0 ,2 0℃ 发酵时间 5～ 7d 使用优化后的培养基配方,醋杆菌C2的纤维素产量 可达9.5g/L 产酶最佳培养基配方为:蔗糖7%,酵母膏0.7%,蛋白 胨1.1%,MgSO4·7H2O 0.2%,柠檬酸三钠0.1%。)
细菌纤维素的介绍
1. 细菌纤维素的简介细菌纤维素（Bacterial cellulose, 简称BC）是由微生物合成的一种新型生物材料。
是一种超微超纯的纤维素，与自然界中植物或海藻产生的天然纤维素具有相同的分子结构单元,但细菌纤维素纤维却有许多独特的性质。
细菌纤维素与植物纤维素相比无木质素、果胶和半纤维素等伴生产物，具有超高的纯度，而且具有高结晶度（一般80%以上，最高可达95％，植物纤维素的为65％）和高的聚合度(DP值2000～8000)。
衍射强度(cps)衍射角(°)细菌纤维素纤维是由直径3～4纳米的微纤组合成40～60纳米粗的纤维束，并相互交织形成发达的超精细网络结构，要远小于一般植物纤维的直径。
图：细菌纤维素放大图数张放大5000和50000倍的细菌纤维素细菌纤维素的弹性模量为一般植物纤维的数倍至十倍以上，抗张强度高。
细菌纤维素有很强的持水能力。
可以吸收上百倍于自身重量的水。
细菌纤维素有较高的生物相容性、适应性和良好的生物可降解性。
细菌纤维素生物合成时的可调控性。
通过采用不同的培养方法、调节培养条件，也可得到化学性质有所差异的细菌纤维素，以满足不同应用范围的要求。
因此，细菌纤维素被公认为是性能最好、实用价值也较好的纤维素，近年来关于细菌纤维素的研究和开发应用成为当今新的微生物合成材料的研究热点之一，在食品、医学、造纸、纺织、环保、能有等各方面具有广泛的应用价值，并已在国内外得到了一定的实际应用。
2. 细菌纤维素的一些应用目前，国内细菌纤维素的规模化生产主要在食品行业中得到应用。
在食品生产中应用的细菌纤维素俗称“椰纤果”、“椰果”、“纳塔（NATA）”。
是以椰子水或椰子汁等为主要原料，发酵培养形成的凝胶状物质，外观似嫩椰子肉，具有独特的凝胶状半透明质地，以其爽滑脆嫩细腻有弹性的独特口感倍受消费者的青睐，主要应用于果冻、饮料、珍珠奶茶、罐头等食品工业。
此外，细菌纤维素富含膳食纤维，不易为人体所消化吸收，食后可增加饱腹感，可作为减肥食品，同时它可促进肠道蠕动，降低食物的滞肠时间，促进排便，并可减少肠道对致癌物质的吸收，另外可促进粪便中胆酸的排放，因而它具有一定的美容防癌等保健功能，在国际市场上一直旺销不衰。
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。
细菌纤维素
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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，使之能代替或不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、碳纤维及玱璃纤维等。
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细菌纤维制成的衣服
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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公司不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 维机械匀浆后不各种相互丌亲和的有机、无机纤维材料混合 制造丌同形状用途的膜片、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。
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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 13C-NMR 谱
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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选
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。 • 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丌仅能保持伤口的干 燥，而且能吸收伤口渗出物，从而避免伤口感染。 • 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。
细菌纤维素的制备及结构与性能研究
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。
ｓｏｄｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ／ｕｒｅａ ｓｏｄｉｕｍ、ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ／ｔｈｉｏｕｒｅａ ａｎｄ ｌｉｔｈｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ／ｕｒｅａ． Ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｉｎ ＮＭＭＯ ｉｓ ｔｒｅａｔｅｄ ｏｎ ＰＥＴ ｆａｂｒｉｃ，ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｅ
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６ Ｒ
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。
ｍｅｎｔａｌ ｃａｔｉｏｎｓ ａｌｅ ｔｅｓｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｈａｓ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｗａｔｅｒ－ｈｏｌｄｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ａｎｄ ｓｔｒｏｎｇ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｔｏ Ｃｕ＋．Ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｃａｎ ｂｅ ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｉｎ ＬｉＣＩ／ＤＭＡＣ、ＮＭＭＯ·Ｈ２０ ａｎｄ ｆｏｒｍｉｃ ａｃｉｄ，ｂｕｔ ｎｏｔ ｉｎ ｓｏｌｖｅｎｔｓ ｏｆ
细胞壁材料的生物合成与利用
细胞壁材料的生物合成与利用细胞壁是细胞最外层，起到维持细胞形态、保护细胞、调节环境和形成胞间联系等多种生理功能。
在生物体中，细胞壁的组成和结构存在异质性，包括细菌、真菌、植物和海藻等各种生物体，不同的细胞壁材料和结构也会影响它们在环境中的生存和扩散方式，与疾病、农业和工业等多个领域密切相关。
本文主要探讨细胞壁材料的生物合成与利用。
一、细菌细胞壁的合成1.1 细胞壁的构成细菌细胞壁的结构由多个葡萄糖和其他糖类分子、蛋白质以及透明素（Murein）等复杂物质组成。
其中，透明素是细胞壁的主要构成物质，它是一种聚酰葡萄糖钙离子复合物，由两种多糖N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰半乳糖胺交替排列而成。
1.2 透明素合成的生化途径透明素的生物合成主要通过以下两条生化途径：乙酰半乳糖胺生物合成途径和N-乙酰葡萄糖胺生物合成途径。
在乙酰半乳糖胺生物合成途径中，首先通过糖酵解途径合成糖原，再通过乳酸的氧化生成乙酰辅酶A，并通过一系列酰转移反应合成UDP-半乳糖酰基物种，接着用在过渡状态中的乳糖醛酸脱水酶将半乳糖酰基转化为半乳糖，进而合成乙酰半乳糖胺。
在N-乙酰葡萄糖胺生物合成途径中，黄色链霉菌通过UDP-葡萄糖进行N-乙酰化，再通过UDP-葡萄糖-4-表皮酰吗啉杂环合成物的水解来合成N-乙酰葡萄糖胺。
1.3 透明素的连接方式透明素链的连接是通过多肽骨架进行的，每个透明素单位都有一对氨基酸，其中一种氨基酸是D-异构体丝氨酸，另一种则是L-丝氨酸。
多肽骨架是由四个氨基酸组成的重复单元，每个重复单元包括两个丝氨酸和两个异构体丝氨酸分子。
二、植物细胞壁的合成2.1 细胞壁的结构植物细胞壁主要由纤维素、半纤维素、木质素和蛋白质等多种生物聚合物组成。
其中，纤维素是细胞壁的主要构成物质之一，含有大量的β-葡萄糖苷键。
2.2 纤维素合成的生物途径植物细胞壁中，纤维素的生物合成通过CELLULOSE SYNTHASE（CESA）复合物进行。
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。
环氧细菌纤维素的合成工艺研究
加 ｍ ∞
、 蝴
踟 加 ∞
∞
２ 结 果 与讨 论
２１ Ｉ ． Ｒ图谱 由图 １可见 ， ４ １９ ｍＩ是一 Ｏ ３ ４ ．９ｃ １ Ｈ伸 缩振 动峰 ， ２ ．８ｅ １ 一 Ｃ 一 特 征峰 ， ３ １— ２９３９ ｍ＿是 Ｈ １７
１ １ ｍ ０ｅ 是细菌纤维素含氧六元环的特征峰 ；４ ．６ｃ ３ ８２ ５ ｍ～，２ ． ８ｅ 是环氧基 的弯 曲振动吸收峰， ９６ ７ ｍ
１１３９ ｍ １．９ｃ 处的峰增强说 明醚键增加 ， 这是 由于环氧基打开与纤维素上的羟基反应产生的醚键所显示
的特征峰． 说明有环氧基存在 ，Ｂ Ｅ Ｃ的 ３ ４ ．９ｃ 峰变宽 ， １１ ｍ ４ 说明一Ｏ Ｈ发生了缔和． 实验证明 ， 细菌纤维
的方法做 ２ 份空白试验 ， 以作对照．
环氧 基含量 ＝（ —Ｉ）ＸＣａ ／ × １０ ／ ＮＨｍ ２ Ｏ ０ ％
收稿 日期 ： ０ １ Ｏ ２ １ 一 ５—１ １ 基金项 目 ：中央级公 益性 科 研 院所 基本 科 研 业务 费 专项 资 金 资助 项 目（ Ｚ ０ ４ ； Ｐ Ｓ ５ ） 国家 自然 科学 基 金资 助 （０ ６０ ２ ５７ ３ ０ ）
条件 ： 如环 氧氯丙烷用量 、 ａ Ｈ用量 、 应温度及 反应时 间对环 氧基含 量的影 响． ＮＯ 反 结果 表 明： 合成 Ｅ Ｃ的最 Ｂ 佳条件为反应温度 ３ ５℃ ， 反应 时间 ３ｈ 细菌纤维 素 以干重计 算约 ０ ５ｇ 环氧 氯丙烷 的用量 为 ３ ， ， ． ， ０ｍＬ Ｗ＝ ３ ％Ｎ Ｏ ０ ａ Ｈ的用量为 ４ Ｌ 环 氧基 含量 可达 ２ ７ １ｍ ｏ ・ ～． ０ｍ ， ． ８ ｍ ｌ ｇ 并对 Ｅ Ｃ进行红外光谱表征． Ｂ
细菌纤维素在造纸工业中的应用和展望
3、废纸回收利用：
3、废纸回收利用：
废纸回收利用是造纸工业可持续发展的重要方向。然而，废纸再利用过程中 容易出现纸质变脆、强度下降等问题。添加细菌纤维素可以提高废纸浆的成纸强 度和耐破度，从而提高废纸回收利用率。
1、环保：
1、环保：
细菌纤维素的生产不需要木材或其他天然资源的消耗，可以大幅降低对环境 的破坏和资源的浪费。同时，由于细菌纤维素的生物降解性，使用后不会对环境 造成污染，符合当前环保和可持续发展的要求。
一、纤维素酶的应用
1、降低打浆能耗：纤维素酶可以软化植物纤维，降低打浆能耗，同时提高纸 浆的产率和质量。通过应用纤维素酶，可以实现低能耗、高产量的打浆目标。
一、纤维素酶的应用
2、提高纸浆纯度：纤维素酶可以分解植物纤维中的杂质，如木质素和半纤维 素等，从而提高纸浆的纯度。这种纯度提高可以改善纸张的品质和性能。
Байду номын сангаас
二、半纤维素酶的应用
二、半纤维素酶的应用
半纤维素酶是一种能够分解半纤维素生成木糖的酶。在制浆造纸过程中，半 纤维素酶主要用于改善纸浆的性能和质量。具体应用如下：
二、半纤维素酶的应用
1、提高纸浆产量：半纤维素酶可以分解植物纤维中的半纤维素，从而提高纸 浆的产量。这种产量的提高可以帮助制浆企业降低成本，提高经济效益。
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一、纳米纤维素的制备方法及性质
纳米纤维素具有一系列独特的性质，如高结晶度、高取向度、高强度、高透 明度等。此外，纳米纤维素还具有较好的生物相容性和降解性，可在生物医学、 包装、水处理等领域发挥重要作用。
二、纳米纤维素在制浆造纸工业 中的应用前景
1、提高纸张质量
1、提高纸张质量
纳米纤维素在制浆造纸工业中可以提高纸张质量。由于纳米纤维素具有高结 晶度、高取向度等特性，将其添加到纸浆中可以提高纸张的强度、防水性、抗张 强度等。此外，纳米纤维素还可以改善纸张的吸墨性能，提高印刷质量。
纳米细菌纤维素的生物合成
（１ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍ ａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｈａｉｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｉｋｏｕ ５７０２２８；２ Ｔｒｏｐｉｃａｌ Ｃｒｏｐｓ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｔｒｏｐｉｃａｌ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｄａｎｚｈｏｕ ５７１７３７）
Ｌ．Ｒｅｌａｔｉｖｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｍａｓｓ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｍａｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ＮＢＣ ａｒｅ ｔｅｓｔｅｄ ｂｙ ｇｅｌ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ （ＧＦＣ）． Ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｏｅｓ ｎｏｔ ｖａｒｙ ｎｏｔａｂｌｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｍａｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ（Ｍ ＭＤ ） ｋｅｅｐｓ ａｂｏｕｔ １．Ｏ． ＴＥＭ ｉｍａｇｅ ｏｆ ＮＢＣ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｏｌｅｃｕｌｅ ｓｉｍ ｉｌａｒ ｔｏ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｃｏｉｌ ｉｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎ．ａｎｄ ｉｔｓ ｓｉｚｅ ｉＳ ａｂｏｕｔ １００ｎｒｒＬ Ｓｔｒｕｃ— ｔｕｒｅ ｏｆ ｆｒｅｅｚｅ－ｄｒｉｅｄ ＮＢＣ ｐｏｗｄｅｒ ｉＳ ｃｏｎｆｉｒｍ ｅｄ ｂｖ Ｆ ｒＩＲ
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｎａｎｏ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ（ＮＢＣ）ｉＳ ｂｉｏｓｖｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｗｉｔｈ ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ ｘｙｌｉｎｕｍ ｓｔｒａｉｎ ＨＮ００１ ｉｎ ｓｐｅｃｉａｌ
细菌纤维素合成菌的筛选、鉴定及其产物结构和性质表征
细菌纤维素合成菌的筛选、鉴定及其产物结构和性质表征李婷婷，赵 鑫,任叶琳，任佳楠,韩雪容*收稿日期：2020-10-26修回日期：2020-12-30基金项目：国家自然科学基金(31971252);吉林省科技厅项目(20180414056GH );吉林省发展与改革委员会(2020C028-3) 作者简介:李婷婷(1992-),女，硕士研究生，研究方向为生物检测_*通讯作者:韩雪容(1972-),女,副教授,6士，向为生物高分子、微生物培养。
(长春理工大学生命科学技术学院，吉林长春130022)摘要:该研究从腐败葡萄中筛选、分离细菌纤维素(BC )合成菌株，对其进行分子生物学鉴定，并对其产物的结构与性质进行表征。
结果 明， 分离得细菌纤维素合成菌，该菌株的16SrRNA 基因测序结果 明其属于醋酸菌属(Acetobacter sp.),编号为ZX C6-15 _扫描电镜(SEM )和傅立叶变换红外光谱(FT-IR )分析结果表明,菌株ZX C6J5产膜具有典的3D 纳米纤维状结构且具有典型细菌纤维素吸收峰。
凝胶渗透色谱(GPC )、X-射线衍射(XRD )分析结果表明，菌株产膜重均分子质量(Mw )为14.1X 104kDa ,数均分子质量(Mn )为32.3X 104 kDa ，分散度为2.28,结晶度指数为96%，吸水率达298%_该菌株合成细菌纤维素具有优良的材料性质，为后 续培养条件优化及规模生产奠定础。
关键词:细菌纤维素;菌 ；分离鉴定;结构与性质;表征中图分类号：Q817文章编号：0254-5071 (2021)02-0035-05doi:10.11882/j.issn.0254-5071.2021.02.008引文格式:李婷婷，赵鑫，任叶琳，等.细菌纤维素合成菌的筛选、鉴定及其产物结构和性质表征［J ］.中国酿造，2021，40 (2): 35-39.Screening and identification of cellulose-synthesis bacterium and its product structure andproperty characterizationLI Tingting, ZHAO Xin, REN Yelin, REN Jianan, HAN Xuerong *(School of L it% Science an_ Technology, Changchun University of S cience and Technology, Changchun 130022, China)Abstract ： In this study, a bacterial cellulose synthetic strain was screened and isolated from spoilage grape. Molecular biological identification was conducted,and the structure and properties of the products were characterized. The results showed that a bacterial cellulose synthetic strain was screened and isolated, and the 16S rRNA gene sequencing results of the strain indicated that it belonged to Acetobacter sp., and the serial number was ZX C6-15. The results ofscanning electron microscopy (SEM) and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) analysis showed that the membrane produced by strain ZX C6-15had typical 3D nanofiber structure and typical bacterial cellulose absorption peak. Gel permeation chromatography (GPC) and X-ray diffraction (XRD) analysis results showed that the weight of average molecular mass (Mw) of membrane produced by the strain was 14.1 x 104 kDa, the number of averagemolecular mass (Mn) was 32.3x 104 kDa, the dispersion was 2.28, the crystallinity index was 96%, and the water absorption rate was 298%. The bacterial cellulose synthesized by the strain had excellent material properties, which laid a foundation for the optimization of subsequent culture conditions andlarge-scale production.Key words ： bacterial cellulose; strain screening; isolation and identification; structure and property; characterization细菌纤维素(bacterial cellulose ，BC )是微生物生产的 类似于纤维素的由D -9喃葡萄糖单体以0-1,4-糖A 键聚合 而成的胞外直链高分子多糖;该多糖由直径3〜4 nm 的微 纤维组成40〜60 nm 纤维束交织形成超精细3D 纳米网状结构叫细菌纤维素这种独特高分子结构和超细3D 纳米结构眄使其具有高持水能力［3］、高聚合度［4］、高机械强度［5］、高 结晶度［6＞等优异性能。
细菌纤维素敷料
具有高纯度、高结晶度、高生物相容性和低免疫原性等特点 ，还具有很好的吸湿性和透气性，有利于伤口愈合和组织再 生。
历史与发展
历史
细菌纤维素敷料的研究始于20世纪80年代，随着生物技术的不断发展和应用 ，其研究和应用领域不断扩大。
发展
目前，细菌纤维素敷料已经广泛应用于伤口敷料、组织工程、药物载体等领 域，成为生物医学工程领域的重要研究方向之一。
生物合成法
生物合成法是利用生物催化剂（酶）催化纤维素合成的方 法，一般采用植物或者微生物细胞作为催化剂，通过控制 反应条件来制备细菌纤维素。
生物合成法的优点是反应条件温和、环保、成本低，但是 存在着产品质量不稳定、产量较低等缺点。
05
细菌纤维素敷料的市场分析
市场需求与增长趋势
总结词：持续增长
详细描述：随着细菌纤维素敷料在医疗、美容等领域的应用不断扩展，市场需求 持续增长。特别是医疗领域，由于细菌纤维素敷料具有良好的生物相容性和止血 性能，其需求量不断增长。
06
相关技术问题及解决方案
技术瓶颈及解决方案
生产效率低
由于细菌纤维素的生产主要依赖微生物发酵过程，而这一过 程效率较低，导致生产周期长，产量低。解决方法是筛选和 优化微生物菌种，提高其发酵产细菌纤维素的能力，同时改 进生产工艺，实现大规模生产。
提取及纯化技术不足
目前，细菌纤维素的提取和纯化方法尚不成熟，导致产品质 量不稳定。解决方法是。
加强临床研究
为了更好地了解细菌纤维素敷料在各种适应症中的疗效和安全性，未来需要进一步加强临 床研究，为其在更多领域的应用提供科学依据。
04
细菌纤维素敷料的制备方法 与技术
微生物发酵法
1
微生物发酵法是一种常用的制备细菌纤维素的 方法，通过培养微生物，利用其分泌的纤维素 来制备细菌纤维素。
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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091060002 钟毅铭
主要内容
一、纤维素和细菌纤维素的摘要 二、纤维素结构 三、细菌纤维素和植物纤维素的区别 四、细菌纤维素特点
五、细菌纤维素生物合成技术 六、细菌纤维素发酵合成方法 七、总结
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纤维素摘要
（1）什么是纤维素： ①纤维素是由 D—葡萄糖基通过β-1,4-糖苷键连
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细菌纤维素生物合成技术
纤维素合成酶的第二个基因 (acsA Ⅱ+Tpye Ⅱ)也在 同一个菌株内被发现 。
④acsAⅡ编码一个与acsAB编码的多肽在长度和
序列上是相似的175KDa的多肽。
⑤当Acetobacter AYe01细胞内 acsAB基因突后，
acsA Ⅱ表达产生纤维素合成酶。acsAB基因与植物 的cel A基因具同源性 。
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总结
国内利用微生物合成纤维素这项 技术还不多见，且多以葡萄糖、蔗糖 等作为碳源基质，生产成本较高。我 们期待开发出廉价的原料基质 ( 如淀 粉)来合成细菌纤维素。
我们相信，通过对纤维素生物合 成技术不断的深入研究，人们将全面 揭示纤维素生物合成途径及方法，合 成出多种廉价的新型纤维素，满足人 们对不同性能纤维素的 大量需求。
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细菌纤维素特点
• 细菌纤维素有着植物纤维素所没有的许多特点： ①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 状、球形或颗粒等形状。
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细菌纤维素生物合成技术
一、细菌纤维素生物合成可分为:
⑥cel A编码纤维素合成酶催化亚基的β-1,4-葡糖基
转移酶，该酶催化一个亲核替代反应。
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细菌纤维素生物合成技术
(2)在 A.Xylinum(醋杆菌属)细胞中，葡聚糖链 的还原端指向细胞外。葡糖基转移酶催化 域中的酸性氨基酸残基吸引接受分子非还 原端羟基中的氢，所产生接受子的亲核物 质攻击UDP—Glc的异头碳 ，形成新的β1,4-糖苷键。
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细菌纤维素摘要
（2）什么是细菌纤维素： • 细菌纤维素 (Bacterial Cellulose，简称BC)
又称微生物纤维素 (Microbial Cellulose) 。 • 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， 近年来成为 国内外生物材料研究的热点之一。
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(2)结构:
接起来的线形高分子化合物，其葡萄糖残基约为 2000～2500个。具有白色纤色纤细状固体形态。
②植物中的纤维素主要以小微纤丝的形式存在 ，一般微纤丝由36根β-1,4-葡糖苷链结晶而成， 它是植物细胞壁的主要成分。自然界每年约 有 1800亿吨的纤维素生成 ，是地球上最丰富的生物 大分子和 重要的可再生资源。
纤维素结构
纤维素结构
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细菌纤维素和植物纤维素的区别
• 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β-1,4-糖苷键连 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， 而是呈稳定的椅式立体结构。细 菌纤维素纤维的直径远小于其它天然和人 工纤维，约为20 ~80nm ，属于天ห้องสมุดไป่ตู้纳米纤 维材料。
①聚 合 ②分泌 ③组装 ④结晶 这四个过程是高度耦合的，并和细胞膜上的 特定位点密切相关 。 （2）细菌纤维素合成的直接前体物为尿苷磷酸葡 萄(UDP—GIc) 。UDP—GIc在纤素合成酶的催 化下合成纤维素。 .
细菌纤维素生物合成技术
二、细菌中合成的基因： （1）在木醋杆菌Acetobacter AY201中发现一个纤维素
合成酶 ( Acet obacler cellulose syntheses，acs ) 操纵子，称为 TypeⅠ acs操纵子。TypeⅠ有三个基因 ，acsAB、acsC和acsD。
①acsAB基因编码168KDa的多肽是纤维素合酶。 ②acsAB和acsC基因是细胞内生物合成纤维素必需 的。 ③acsD基因涉及到纤维素的结晶化，并决定细胞膜 上微孔 ( 纤维素合成的位点)的线性排列。
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细菌纤维素发酵合成方法
（2）优缺点： • 利用合成或半合成培养基发酵细菌纤维素的国内
外研究结果比较一致， 单一碳源以甘露醇和甘油 发酵效果较好，复合碳源的效果比单一碳源要好。 但这类碳源往往纯度高、价格贵，不适于细菌纤 维素工业化大规模生产。 • 天然培养基目前常用的培养基包括水果类原料、 糖质原料、淀粉类原料和纤维素类原料等几种， 尤其以水果类原料为多。这类原料量大而价廉， 可能是降低细菌纤维素生产成本的有效途径。
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细菌纤维素发酵合成方法
（1）细菌纤维素的发酵生产主要采用两类培 养基，一类是合成或半合成培养基， 一类 是天然培养基。 ①合成或半合成培养基使用的碳源主要有甘露
醇、果糖、葡萄糖等单糖或者蔗糖和麦芽糖等二 糖以及它们的混合糖。
②天然培养基一般是以工农业生产的剩余 物、 食品加工废弃物以及含糖量较高的果 蔬等农副产品为原料。