利用响应面法优化醋酸菌发酵产细菌纤维素的废液及其再利用文献综述
2020-06-02 19:42:04
文 献 综 述 1. 纤维素与健康 纤维素是自然界含量最高、分布最广的生物聚合物,其是由葡萄糖通过糖苷键连接起来的大分子多糖[1]。
作为地球上最古老、最丰富的天然高分子,纤维素在人们的日常生活中起着重要的作用,人们的吃穿住用中都有着纤维素的影子。
值得一提的是,人体中没有分解纤维素的关键酶#8212;#8212;β-糖苷酶,因此人体不能对纤维素进行分解与利用,但纤维素却在提高人体健康水平方面发挥着重要的作用,因为纤维素能够吸附大量的水分、促进肠道蠕动、利于粪便排出[2]。
这些特性赋予了纤维素治疗糖尿病、预防和治疗冠心病以及预防癌症的功效,因此被人们称为”第七种营养素” [3]。
2. 细菌纤维素的定义与特点 19世纪末,英国科学家布朗在实验时发现,用静态法培养木葡糖酸醋杆菌时,木葡糖酸醋杆菌会在培养基表面形成一层白色纤维状物质,后经化学与物理方法分析发现,此物质具有类似于纤维素的结构与化学性质,因其由细菌合成而命名为细菌纤维素[4]。
截至目前,已经证实的能够产生细菌纤维素的细菌主要有8类,即醋酸菌属、根瘤菌属、八叠球菌属、假单胞菌属、无色杆菌属、产碱菌属、气杆菌属、固氮菌属和土壤杆菌属,其中醋酸菌属中的木葡糖酸醋杆菌具有最高的纤维素生产能力,因此被认为是研究纤维素合成、结晶过程和结构性质的典型菌株[5]。
细菌纤维素和植物纤维素有着相同的分子结构单元,相较于植物纤维素,细菌纤维素有许多独特的性质。
首先,细菌纤维素的纯度很高,几乎不含有半纤维素、木质素和果胶等杂质[6];其次,细菌纤维素的弹性模量很高,一般是植物纤维素的的数倍乃至十数倍,高弹性模量赋予了细菌纤维素抗张强度高的特性[7];细菌纤维素具有极强的吸水性和透水透气性,能吸收60-700倍其干重的水分[8];细菌纤维素具有较高的生物相容性、适应性和良好的生物可降解性[9];最后,细菌纤维素在合成过程中具有可调控性,可根据要求,对细菌纤维素进行改性[10]。
3. 细菌纤维素的研究进展 美国、日本等国家对细菌纤维素的研究较早,也取得了很好的经济效益,现在细菌纤维素已广泛应用于食品、造纸、医学材料等领域,带来的经济效益十分可观。
国内对细菌纤维素的研究尚处在起步阶段,仅停留在实验室水平,主要面临着细菌纤维素产量低、成本高、发酵工艺不成熟等。
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