纳米功能材料细菌纤维素研究进展
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Ｌ ／Ｘｉ ｏ —ｗｅ ，ＺＨＵ ａ — ｂｎ， Ｆ ａ ｉ Ｙｈ ｉ ＡＮ ｉ ｙ ａ Ｙ — ｕ ｎ，Ｌ ｎ ＩＦａ ｇ
（ ｃ ｏｌ ｆ ｎｉ ｎ ｎａ Ｓ ｉ ｃ ｎ ｎ ｉｅｒ ｇ ｏ ｇ ｕ ｎｖｒ ｔ， ｈ ｎ ｈｉ ０ ６ ０ Ｃ ｉ ） Ｓｈ ｏ ｏ ｖ ｏ ｍｅｔ ｃｅ ｅａ ｄＥ ｇｎｅｉ ，Ｄ ｎ ｈ ａＵ ｉ ｓ ｙ Ｓ ａｇ ａ ２ １２ ， ｈｎ Ｅ ｒ ｌ ｎ ｎ ｅｉ ａ
ｏ ｈ ｍｃｌ ｅｈｏｏｙａｄＢｏ ｃｎｌｇ ， ００， ５ ２ １１—１４ ｆＣ ｅ ｉ ｃ ｎｌ ｎ ｉｅｈ ｏ ｙ ２ １ ８ （ ）：５ ａＴ ｇ ｔ ｏ ６．
［ ］ 刘四新 ， ２ 李从发．细菌纤维 素 ［ ． 京 ：中 国农 业大学 出版社 ， Ｍ］ 北
２０ ０ ７：１ ． 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
［ ］ Ｓｎ Ｄ ｈ ｎＹ ｍｐｏｅ ｅｔｉ ｅ ｒｄ ｃｉ ｆ ａｔ ｉ ｙｔｅ １ ａｉ Ａ， ａｍａ ．Ｉ ｒｖｍ ｎｓ ｎｔ ｏ ｕｔ ｎｏ ｃｅ ａ ｓｎｈ — ｈｐ ｏ ｂ ｒｌ
第４ 第 １ ０卷 ６期
２１ ０ ２年 ８月
广
州
化Байду номын сангаас
工
Ｖｏ ． １４０ Ｎｏ． ６ １
Ａｕ ｕ ｔ２ ２ ｇ ｓ． ０１
Ｇｕ ｎ ｚ ｕ Ｃｈ ｍｉａ ｎ ｕｓｒ ａ ｇ ｈｏ ｅ ｃ ｌＩ ｄ ｔｙ
纳 米 功 能 材 料 细 菌 纤维 素 研 究进 展 冰
李小维 ，朱艳彬 ，范艺苑 ，李
细 菌 纤 维 素 （ ａｔ ｉ ｅ ｕｏｅ或 Ｍ ｃｏｉ ｅｕｏｅ 简 称 Ｂ ｃｅ ａ ｃｌ ｌ ｒｌ ｌ ｓ ｉ ｂａ ｃｌ ｌ ， ｒ ｌ ｌ ｓ Ｂ 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
ｂ ｃ ｅｉ ｅｌ ｌ ｓ ｌ ｍｅ ｔ ｕ ｎ ｏ ｔ ｕ ｕ ｕ ｔ ａ ｉ ｎ ｏ ｅ ｏ ａ ｔ ｒ ａ ｔｒａ ｃ ｌ ｏ ｅ ｆ ａ ｎｓ ｄ ｒ ｇ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓｃ ｌｉ ｔ ｆＡｃ ｔｂ ｃ ｅ ｌ ｕ ｉ ｉ ｎ ｖ ｏ
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３ 细 菌 纤 维素 的应 用
３ １ 纺织和 造纸 工 业 ．
２
２１ ０ ２年 ８月
２２ 升 产菌变降街 素量加 ． 气霎素生突率低 维产增。 ３ 式 ． 维
马霞等 采用 内循环式气升式反应器 ， 利用 Ａ ｅ ｂｃ ｒ ｙｉ ｃ ｏａｔ ｌ ｔ ｅｘ — ｎｍ发 酵 生 产 Ｂ ｕ Ｃ。确 定 最 佳 通 气 量 为 ２ ｖｍ， Ｃ 产 量 达 到 ｖ Ｂ
［ ］ 马 霞 ．发 酵 生 产 细 菌 纤 维 素 及 其 作 为 医 学 材 料 的应 用 研 究 ［ ． ３ Ｄ］ 天 津 ：天津 科 技 大 学 ， ０ ３ ２０． ［ ］ Ｓｔｅ Ａ ａｏＨ，Ｏ ａ ａＭ，ｅ ａ ｅｈｄｆｒｄｒｃ ｈ ｒｅｔｏ ４ ａｌｒ ｔ Ｎ， ｓｎ ｇｗ ｔ１ ．Ａ ｍ ｔｏ ｏ ｉ ｔ ａｖｓ ｆ ｅ
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２ ３ 完全混 合式 动态 反应器 ．
２３１ 搅拌式 ．． Ｊｎ ｕｇ等 利用具有六 片叶轮 的发酵罐发酵 中用 Ｇｕｏａｅ — ｌ ｎｃｔ ｃ ｏ ｂｃ ｒ ａｓｎｉ Ｊ ａｔ ｎｅｉＰ Ｋ生 产 Ｂ 发 现 在 一 定 的 转 速 范 围 内 ， 着 叶 轮 ｅｈ Ｃ， 随
基金项 目： 国家 自然科学基金青年项 目（ ｏ ５ ９ ８ ３ ）； 等学校博士学科点专项科研基金资助项 目（ ｏ ２０ ０ ５ ０９ ； Ｎ ： ０ ０ ０９ 高 Ｎ ： ０７ ２ ５ １ ） 中央高校基本科研业 务费 专项资金资助 。 作 者简 介 ： 小 维 （９ ８一） 男 ， 士 在读 ， 李 １８ ， 硕 主要 从 事 环 境 生 物 技 术 。
关键 词 ： 细菌纤维素 ； 纳米功能材料； 发酵体系； 应用
中图分 类号 ：７３ Ｘ ０
文献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：０１ ９７ （０２ １ ００ — ２ １０ — ６７ ２１）６— ０１ ０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｓｔ ｔ ｆＮ ａ ｓ ａ ｃ ａ ｕｓ ｏ ｎｏ— ｆ ｃ ｉ ｎａ ａ ｅ ｉ ｌＢａ ｔ ｒ ａ ｌ ｌ ｓ — ｕｎ ｔｏ ｌＭ ｔ ｒａ ｃ ｅ ｉ ｌＣｅｌ ｏ ｅ ｕ
２ 工 业 发 酵 体 系
２ １ 静 态反 应器 ．
Ｓ ｋｉ 等 设 计了发酵和提取一体化 的浅 盘静态发 酵反应 ａａ ｉ ｒ
器 ， 不 锈 钢 浅 盘 的一 端 ， 有 卷 辊 和 盛 放 ２ 十 二 烷 基 硫 酸 钠 在 配 ％ 溶 液 的 清 洗盘 用 于 Ｂ Ｃ膜 清洗 和提 取 。这 种 Ｂ Ｃ膜 光 滑 、 整 ， 平 机
２ ／ｍｉ ０ｒ ｎ。
量受反应器 内气／ 液界 面面积 、 装液体积 等 的影 响。动态发 酵产 生的细菌纤维素呈不规则的丝状 、 星状 、 絮状和 团块 状分散 于发 酵 液 中 ， 酵 后期 形成 大 的 絮块 乃 至 圆球 ， 会 导 致 其 内 部 裹 带 发 也 的菌体处于缺氧状态 ， 而导致 Ｂ 从 Ｃ产速降低 。
Ｙ ｐｎ ｈｏ ａｉｇＣ ａ 等 研 究了利用 Ａ ｅ ｂｃ ｒ ｙｉｕ ｃｔ ａｔ ｌ ｍ在 ５ ｏ ｅｘ ｎ ０ Ｌ气 升 式 内环 流 反 应 器 中分批 发 酵 ６ ， Ｃ的 产 量 为 ３８ｇ Ｌ 而 通 ７ｈＢ ． ／ ； 人 富 氧 空 气 ， Ｃ可 达 到 ８ｇＬ， 机 械 搅 拌 发 酵 罐 中 产 量 的 两 Ｂ ／ 是
细菌 纤维 索杨 氏模 量达 到 １８Ｇ ａ 因此 可 以作 为 增强 材 ３ Ｐ ， 料， 用于纺织 和造 纸行业 ， 也可加 入到 降解性 材料 中 ， 强复 合 增 材料 的力学性能 ， 包括高强度 纸 、 纺织纤 维 、 哺乳动 物细 胞培 养 载 体 ， 于生产高 强度纸杯 、 用 可循 环使用 的婴儿 尿布 、 真人 造 仿 皮革等。
１ 静 态 发 酵 和 动态 发 酵
静 态 发 酵 时 ， 菌 合 成 的纤 维 素 膜 漂 浮 在 发 酵 液 表 面 ， 大 细 由 量 连 续 重 叠 的 微 纤 维 组 成 ， 支 撑 菌 体 在 气／ 表 面 生 长 ， Ｃ产 以 液 Ｂ
中， 在膜片之 间留有一定的距离有效 的提 高 了体 系的气／ 液界 面 面积 ， 而提高 Ｂ 从 Ｃ产 量 。 ２ ２ ２ 喷 雾 式 ．． Ｈ ｒｕ ｇ６等 利 用 超 声 波 将 发 酵 液 雾 化 喷 洒 ， 酵 液 和 氧 气 ｏ ｎ＿ ｎ 发 与Ｂ Ｃ膜充分接触 ， 增强了传 质过 程和副产 物的富集 ， Ｃ膜 的生 Ｂ 长和增厚较滴流式均匀 。 ２ ２ ３ 转 盘 式 ．． Ｋｍ等 利用 Ｇｕｏａｅ ｂｃ ｒｓ． Ｋ ５在转 盘 反应 器 中 ｉ ｌｃｎ ｃｔ ａｔ ｐ Ｒ Ｙ ｏ ｅ 生产 Ｂ ， Ｃ 发现在盘片数为 ８ 曝气 量为 １２ ｖ 转速为 １ ｐ ， ．５ｖｍ， ５ｒｍ， ｐ 为 ６ ０时 Ｂ Ｈ ． Ｃ产 量 和 细 胞 浓 度 最 高 。齐 香 君 等 利 用 Ａｅ — ｃｔ ｏ ｂｃ ｒ ｙｉｕ Ａ ９ ３考 察 了 转 速 的 影 响 ， 现 最 佳 转 速 为 ａｔ ｌ ｍ Ｑ Ｘ ９ ｅｘ ｎ 发
（ 东华 大 学环境科 学与工程 学 院 ， 海 上
方
２ １２ ） ０６０
摘 要 ： 细菌纤维素是生物质纳米功能材料， 在食品、 医疗、 造纸、 纺织、 声学器材等方面有广泛的应用前景。采用静态和动态
发酵方式得到的细菌纤维素具有不同的结构特征和材料性能。改进发酵工艺 ， 开发 和优 化更为合理 的发酵条件和发酵反应 器 ， 已成 为细菌纤维素从实验室走 向工业化生产的研究重点。
素 的理化性 能 ： ①纯度高 ， 不含半纤 维素 、 质素 ； 良好 的生物 木 ② 可 降解性 和生物 相容性 ； ③高结 晶度 ， 高聚合度 和非常一 致 的分
子 取向 ； ④极强的持 水性 和透水 透气性 ； 机械性 能好 ， 拉 力 ⑤ 抗 强度高 ， 有很高的杨 氏模量 。⑥Ｂ Ｃ生物合成具有可调控性 。
械强度高 ， 弹性模 量 高达 ３ ６ ４ ＭＰ 。但该 反应 器 难 以适用 其 ８． ａ Ｂ Ｃ批 量 生 产 。
２ ２ 附着式 动态 反应器 ．
２２１ 滴流式 ．． Ｓ ｒ ｉ 等 设计 出了一种 暗盒式滴流膜 型反应器 ， ｅ ｆａ ａｃ 使用 静 态 发酵 的 Ｂ Ｃ膜 片作为 初始 载体膜 ， 直 悬挂在 通气 的培养 室 垂
２４ Ｌ ． 。缺 点 是 为 了 达 到 高 的 通 气 量 ， 须 提 高 风 压 ， 加 能 必 增 耗。
叶辰 量 ４展 望
新 型 纳 米 功 能 材 料 细 菌 纤 维 素 发 酵 过 程 中 ， 应 体 系 的 不 反 同能 够 引 起 Ｂ Ｃ结 构 特 征 和 材 料 性 能 上 的差 异 ， 就 要 求 根 据 产 这
（ ｃ ｏｌ ｆ ｎｉ ｎ ｎａ Ｓ ｉ ｃ ｎ ｎ ｉｅｒ ｇ ｏ ｇ ｕ ｎｖｒ ｔ， ｈ ｎ ｈｉ ０ ６ ０ Ｃ ｉ ） Ｓｈ ｏ ｏ ｖ ｏ ｍｅｔ ｃｅ ｅａ ｄＥ ｇｎｅｉ ，Ｄ ｎ ｈ ａＵ ｉ ｓ ｙ Ｓ ａｇ ａ ２ １２ ， ｈｎ Ｅ ｒ ｌ ｎ ｎ ｅｉ ａ
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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
２０ ０ ７：１ ． ０１
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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
［ ］ Ｓｎ Ｄ ｈ ｎＹ ｍｐｏｅ ｅｔｉ ｅ ｒｄ ｃｉ ｆ ａｔ ｉ ｙｔｅ １ ａｉ Ａ， ａｍａ ．Ｉ ｒｖｍ ｎｓ ｎｔ ｏ ｕｔ ｎｏ ｃｅ ａ ｓｎｈ — ｈｐ ｏ ｂ ｒｌ
第４ 第 １ ０卷 ６期
２１ ０ ２年 ８月
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Ｖｏ ． １４０ Ｎｏ． ６ １
Ａｕ ｕ ｔ２ ２ ｇ ｓ． ０１
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纳 米 功 能 材 料 细 菌 纤维 素 研 究进 展 冰
李小维 ，朱艳彬 ，范艺苑 ，李
细 菌 纤 维 素 （ ａｔ ｉ ｅ ｕｏｅ或 Ｍ ｃｏｉ ｅｕｏｅ 简 称 Ｂ ｃｅ ａ ｃｌ ｌ ｒｌ ｌ ｓ ｉ ｂａ ｃｌ ｌ ， ｒ ｌ ｌ ｓ Ｂ 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
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３ 细 菌 纤 维素 的应 用
３ １ 纺织和 造纸 工 业 ．
２
２１ ０ ２年 ８月
２２ 升 产菌变降街 素量加 ． 气霎素生突率低 维产增。 ３ 式 ． 维
马霞等 采用 内循环式气升式反应器 ， 利用 Ａ ｅ ｂｃ ｒ ｙｉ ｃ ｏａｔ ｌ ｔ ｅｘ — ｎｍ发 酵 生 产 Ｂ ｕ Ｃ。确 定 最 佳 通 气 量 为 ２ ｖｍ， Ｃ 产 量 达 到 ｖ Ｂ
［ ］ 马 霞 ．发 酵 生 产 细 菌 纤 维 素 及 其 作 为 医 学 材 料 的应 用 研 究 ［ ． ３ Ｄ］ 天 津 ：天津 科 技 大 学 ， ０ ３ ２０． ［ ］ Ｓｔｅ Ａ ａｏＨ，Ｏ ａ ａＭ，ｅ ａ ｅｈｄｆｒｄｒｃ ｈ ｒｅｔｏ ４ ａｌｒ ｔ Ｎ， ｓｎ ｇｗ ｔ１ ．Ａ ｍ ｔｏ ｏ ｉ ｔ ａｖｓ ｆ ｅ
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２ ３ 完全混 合式 动态 反应器 ．
２３１ 搅拌式 ．． Ｊｎ ｕｇ等 利用具有六 片叶轮 的发酵罐发酵 中用 Ｇｕｏａｅ — ｌ ｎｃｔ ｃ ｏ ｂｃ ｒ ａｓｎｉ Ｊ ａｔ ｎｅｉＰ Ｋ生 产 Ｂ 发 现 在 一 定 的 转 速 范 围 内 ， 着 叶 轮 ｅｈ Ｃ， 随
基金项 目： 国家 自然科学基金青年项 目（ ｏ ５ ９ ８ ３ ）； 等学校博士学科点专项科研基金资助项 目（ ｏ ２０ ０ ５ ０９ ； Ｎ ： ０ ０ ０９ 高 Ｎ ： ０７ ２ ５ １ ） 中央高校基本科研业 务费 专项资金资助 。 作 者简 介 ： 小 维 （９ ８一） 男 ， 士 在读 ， 李 １８ ， 硕 主要 从 事 环 境 生 物 技 术 。
关键 词 ： 细菌纤维素 ； 纳米功能材料； 发酵体系； 应用
中图分 类号 ：７３ Ｘ ０
文献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：０１ ９７ （０２ １ ００ — ２ １０ — ６７ ２１）６— ０１ ０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｓｔ ｔ ｆＮ ａ ｓ ａ ｃ ａ ｕｓ ｏ ｎｏ— ｆ ｃ ｉ ｎａ ａ ｅ ｉ ｌＢａ ｔ ｒ ａ ｌ ｌ ｓ — ｕｎ ｔｏ ｌＭ ｔ ｒａ ｃ ｅ ｉ ｌＣｅｌ ｏ ｅ ｕ
２ 工 业 发 酵 体 系
２ １ 静 态反 应器 ．
Ｓ ｋｉ 等 设 计了发酵和提取一体化 的浅 盘静态发 酵反应 ａａ ｉ ｒ
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２ ／ｍｉ ０ｒ ｎ。
量受反应器 内气／ 液界 面面积 、 装液体积 等 的影 响。动态发 酵产 生的细菌纤维素呈不规则的丝状 、 星状 、 絮状和 团块 状分散 于发 酵 液 中 ， 酵 后期 形成 大 的 絮块 乃 至 圆球 ， 会 导 致 其 内 部 裹 带 发 也 的菌体处于缺氧状态 ， 而导致 Ｂ 从 Ｃ产速降低 。
Ｙ ｐｎ ｈｏ ａｉｇＣ ａ 等 研 究了利用 Ａ ｅ ｂｃ ｒ ｙｉｕ ｃｔ ａｔ ｌ ｍ在 ５ ｏ ｅｘ ｎ ０ Ｌ气 升 式 内环 流 反 应 器 中分批 发 酵 ６ ， Ｃ的 产 量 为 ３８ｇ Ｌ 而 通 ７ｈＢ ． ／ ； 人 富 氧 空 气 ， Ｃ可 达 到 ８ｇＬ， 机 械 搅 拌 发 酵 罐 中 产 量 的 两 Ｂ ／ 是
细菌 纤维 索杨 氏模 量达 到 １８Ｇ ａ 因此 可 以作 为 增强 材 ３ Ｐ ， 料， 用于纺织 和造 纸行业 ， 也可加 入到 降解性 材料 中 ， 强复 合 增 材料 的力学性能 ， 包括高强度 纸 、 纺织纤 维 、 哺乳动 物细 胞培 养 载 体 ， 于生产高 强度纸杯 、 用 可循 环使用 的婴儿 尿布 、 真人 造 仿 皮革等。
１ 静 态 发 酵 和 动态 发 酵
静 态 发 酵 时 ， 菌 合 成 的纤 维 素 膜 漂 浮 在 发 酵 液 表 面 ， 大 细 由 量 连 续 重 叠 的 微 纤 维 组 成 ， 支 撑 菌 体 在 气／ 表 面 生 长 ， Ｃ产 以 液 Ｂ
中， 在膜片之 间留有一定的距离有效 的提 高 了体 系的气／ 液界 面 面积 ， 而提高 Ｂ 从 Ｃ产 量 。 ２ ２ ２ 喷 雾 式 ．． Ｈ ｒｕ ｇ６等 利 用 超 声 波 将 发 酵 液 雾 化 喷 洒 ， 酵 液 和 氧 气 ｏ ｎ＿ ｎ 发 与Ｂ Ｃ膜充分接触 ， 增强了传 质过 程和副产 物的富集 ， Ｃ膜 的生 Ｂ 长和增厚较滴流式均匀 。 ２ ２ ３ 转 盘 式 ．． Ｋｍ等 利用 Ｇｕｏａｅ ｂｃ ｒｓ． Ｋ ５在转 盘 反应 器 中 ｉ ｌｃｎ ｃｔ ａｔ ｐ Ｒ Ｙ ｏ ｅ 生产 Ｂ ， Ｃ 发现在盘片数为 ８ 曝气 量为 １２ ｖ 转速为 １ ｐ ， ．５ｖｍ， ５ｒｍ， ｐ 为 ６ ０时 Ｂ Ｈ ． Ｃ产 量 和 细 胞 浓 度 最 高 。齐 香 君 等 利 用 Ａｅ — ｃｔ ｏ ｂｃ ｒ ｙｉｕ Ａ ９ ３考 察 了 转 速 的 影 响 ， 现 最 佳 转 速 为 ａｔ ｌ ｍ Ｑ Ｘ ９ ｅｘ ｎ 发
（ 东华 大 学环境科 学与工程 学 院 ， 海 上
方
２ １２ ） ０６０
摘 要 ： 细菌纤维素是生物质纳米功能材料， 在食品、 医疗、 造纸、 纺织、 声学器材等方面有广泛的应用前景。采用静态和动态
发酵方式得到的细菌纤维素具有不同的结构特征和材料性能。改进发酵工艺 ， 开发 和优 化更为合理 的发酵条件和发酵反应 器 ， 已成 为细菌纤维素从实验室走 向工业化生产的研究重点。
素 的理化性 能 ： ①纯度高 ， 不含半纤 维素 、 质素 ； 良好 的生物 木 ② 可 降解性 和生物 相容性 ； ③高结 晶度 ， 高聚合度 和非常一 致 的分
子 取向 ； ④极强的持 水性 和透水 透气性 ； 机械性 能好 ， 拉 力 ⑤ 抗 强度高 ， 有很高的杨 氏模量 。⑥Ｂ Ｃ生物合成具有可调控性 。
械强度高 ， 弹性模 量 高达 ３ ６ ４ ＭＰ 。但该 反应 器 难 以适用 其 ８． ａ Ｂ Ｃ批 量 生 产 。
２ ２ 附着式 动态 反应器 ．
２２１ 滴流式 ．． Ｓ ｒ ｉ 等 设计 出了一种 暗盒式滴流膜 型反应器 ， ｅ ｆａ ａｃ 使用 静 态 发酵 的 Ｂ Ｃ膜 片作为 初始 载体膜 ， 直 悬挂在 通气 的培养 室 垂
２４ Ｌ ． 。缺 点 是 为 了 达 到 高 的 通 气 量 ， 须 提 高 风 压 ， 加 能 必 增 耗。
叶辰 量 ４展 望
新 型 纳 米 功 能 材 料 细 菌 纤 维 素 发 酵 过 程 中 ， 应 体 系 的 不 反 同能 够 引 起 Ｂ Ｃ结 构 特 征 和 材 料 性 能 上 的差 异 ， 就 要 求 根 据 产 这