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摘 要

：细菌纤维素（简称BC）是由微生物合成的多孔性网状纳米级生物高分子材料，本文主要综述了BC合成时的菌种，制备方法及其在吸附、纺织、医用、液晶、食品、微生物隔膜电池等方面的应用。并为细菌纤维素在将来的应用提供了参考。

关键词：细菌纤维素；BC膜；合成；应用

Absrtact: bacterial cellulose ( BC ) is a porous reticular nanoscale biopolymer material synthesized by microorganisms. this paper summarizes the bacteria, preparation methods and applications of BC in adsorption, textile, medical, liquid crystal, food, microbial separator batteries and so on. And provides reference for the future application of bacterial cellulose.

Key words: bacterial cellulose; BC membrane; Synthesis; Application

目录

1 前言 6

2 细菌纤维素的概述 7

2.1细菌纤维素的介绍 7

2.2细菌纤维素的研究历程 8

2.3细菌纤维素的研究意义 9

3 细菌纤维素的合成 9

3.1菌种 9

3.2国内外产细菌纤维素菌株的分离和改良 10

3.3细菌纤维素合成的方法及工艺的研究 10

3.4生物质碳源细菌纤维素的制备 11

4 细菌纤维素膜电化学应用 12

4.1电磁性材料 12

4.2有机发光二极管 12

4.3微生物燃料电池 12

5 细菌纤维素在其他方面的应用 13

5.1吸附剂 13

5.2增强材料 14

5.3可降解塑料 14

5.4膳食纤维 14

5.5纤维素纺丝 15

5.6纤维素液晶材料 15

5.7细菌纤维素在生物医学方面的应用 15

6 展望 17

参考文献 18

致谢 20

1 前言

生命科学和材料科学彼此交叉衍生出生物功能材料。其中，细菌纤维素功能材料成为当今材料科学和生物技术的发展热点之一。

研究细菌纤维素的热度一直没有减退过，作为地球上特别丰富的能源，并且合成方式方便简便快捷。细菌纤维素作为最新型的能源，现在已经有了诸多应用，实验室对于细菌纤维素的研究能为实验室增加更多的研究项目，能更多的调动研究者们对于这新型能源的兴趣，而且在节能方面有着很好的应用，细菌纤维素在各领域的应用都有着很好的前景。

从二十世纪九十年代开始，就有对提高BC产量的菌种筛选和诱变的研究，BC的发酵和在燃料电池、纳米杂化材料等领域有着很多的研究，伴随着全球化石能源越来越稀缺，人们对于清洁能源和可再生能源的研究越来越多，作为全世界最充裕的纯天然的纤维素，细菌纤维素的开发应用成为研究的热点。

由于细菌纤维素合成的方式独特，使得它具有很强的吸水性、有很纯的质地、很高的结晶度、极细的网状结构，被比喻成天然的纳米材料的“海绵”。细菌纤维素的生物安全性好，还有着很好的可降解性。以上优势预示着细菌纤维素在许多范畴有着其他物质不可替代的应用前景，所以细菌纤维索已成为近年来的一个研究热点^[1]。

二十一世纪后，科技发展迅速，从细菌纤维素制备的到高附加值功能材料日渐成为研究的热点。BC在质子交换膜、人造血管、负载型催化剂、支架材料和人造皮肤等方面，取得了许多突破性的研究。对于细菌纤维素，越来越多的关注点都在对于细菌纤维素功能性材料的研究上，而且在这方面的研究成果也越来越多，使得细菌纤维素的功能性材料从实验室逐步走上市场，将来可以做大大规模的生产和应用。

2 细菌纤维素的概述

2.1细菌纤维素的介绍

细菌纤维素(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。

根据其他文献的记载，目前被人类所知道的合成纤维素的方式有四种，两种天然的方式，还有两种是人工合成的。天然的合成方式是绿色植物的光合作用和微生物合成。人工合成的是在生物体外，用有纤维二糖的氟化物经过酶的催化合成或由新戊酰衍生物开环聚合生成葡萄糖后再化学合成纤维素，过程如图2-1所示。

图2-1 纤维素的合成途径

与植物纤维素不同，细菌纤维素并不是细菌细胞壁的结构成分，而是细菌分泌到细胞外的产物，它呈独立的丝状纤维形态，是由单纯的葡萄糖缩聚而成的纤维素，其纤维素含量极高，且不掺杂木质素、半纤维素等其他多糖杂质^[2]。除了这些，细菌纤维素还不同于植物纤维素，有文献记录，细菌纤维素的直径大约是超细合成纤维直径的1/10，大概是棉纤维和木纤维的1/1000~1/100，是目前所知道的纤维中最细的。如图2-2纤维模式图，还有的就是合成细菌纤维素的速率是极高的，绿色植物的光合作用根本不可替代的。除此之外，细菌纤维素在其他方面还有很多的优势，例如，对培养条件或者对微生物的代谢途径进行调控，还可以获取不同用途的基体材料^[3,4]。

图2-2 各种纤维直径对照

2.2细菌纤维素的研究历程

事实上，含有细菌纤维素的物质很久之前就被人们发现了，中国古代的《齐民要术》中就有相关的记载，在进行食醋酿制的时候，发酵液表面生成了凝胶状菌膜的物质。英国的Brown于1886 年在乙酸发酵过程中观察到类似凝胶的膜状物，并确定其化学本质为纤维素，并把产生此种漂浮的细菌纤维素膜的微生物命名为木醋杆菌^[5]。在那以后，对细菌纤维素的研究就开始多了起来，在知道菌膜的本质是细菌纤维素后，研究细菌纤维素的热度一直没有减退过，相继经历了几个研究阶段，下面就细菌纤维素的研究历程做一简短的介绍。

20世纪60年代前，科研工作者的研究主要集中于细菌纤维素在生物体系中的形成机制。研究者大多以木醋杆菌为出发菌株，研究培养条件、纤维素生产过程中的酶系和中间产物以及酶促底物对纤维索产量的影响，取得了一系列成果，如优化出木醋杆菌的较为适应的基础培养基(SH培养基)，利用椰子计和菠萝计等营养液直接获取细菌纤维素，开展了细菌纤维素膜在反渗透方面的应用研究等。

20世纪60~70年代，科研工作者对木醋杆菌生理生化的研究更为深入。这段时间被认为是研究细菌纤维素生物合成途径的黄金时代。加拿大的学者提出简单单糖类生物合成纤维素的机制，研究了单糖在木醋杆菌体内的生物代谢途径。挪威的学者对于该方面又利用化学物质对木醋杆菌诱变获得可用于纤维素合成的负突变菌株（cel^-）后，取得了较为圆满的结果，推动了木醋杆菌生物合成纤维素的生理生化研究。

20世纪80~90年代，全世界的许多公司都对细菌纤维素做了众多的研究，发表了很多水平很高的文章，申请了众多的专利。还彰显了其在商业上应用的价值，推动了很多学者对于细菌纤维素展开研究，从而推动细菌纤维素在液晶、食品、吸附、纺织、医用等方面的应用。

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