摘 要

细菌纤维素（bacterial cellulose, BC）是微生物合成的纤维素统称，有着许多植物纤维素无可比拟的优良性质。醋酸菌因具有较高的BC产量、分布广泛、能够利用多种碳源、无致病性等优点，被认为是研究BC合成、结晶过程和结构性质的典型微生物。醋酸菌发酵生产细BC的培养基往往含有大量的碳源，发酵结束后，发酵液中还含有较多未被利用的葡萄糖、蛋白质、无机营养元素等物质和菌体。本文以从红茶菌中筛选得到的葡糖酸醋杆菌A-4菌株为出发菌株，以其发酵6天的BSH培养基废液为研究对象，通过单因素试验结合响应面试验寻找最佳的废液处理方法，以提高BC的产量并降低生产成本。实验结果表明，最佳的处理方法为：调节发酵废液的pH至6.0后，添加26.880 g/L的酵母浸粉、0.936 g/L的磷酸氢二钠、14.960 g/L的鱼粉蛋白胨时，BC膜干重最高，产量可达2.509 g/L。比不进行处理的废液二次发酵得到的BC产量0.641 g/L提高了291.420%。

关键词：细菌纤维素 醋酸菌 发酵废液 响应面试验 二次发酵

Collection, optimization and reuse of waste-water fermented by acetic acid bacteria for producing bacterial cellulose

ABSTRACT

The cellulose synthesized by different bacteria was named bacterial cellulose (BC). Compared to plant cellulose, BC has a number of desirable physical and mechanical properties. Acetic acid bacteria was regarded as the model microbe for researching the synthesis, crystallization and properties because of the high yield of BC, widespread, the wide range of carbon absorption and no pathogenicity. The medium fermented BC usually contains abundant carbon source and there are affluent carbon, protein, inorganic nutrients when the process finished. In this research, the waste-water formed by culturing Gluconacetobacter. sp A-4 strain isolated from traditional Kombucha for 6 days was used to optimize for the secondary fermentation by single factors combined response surface experiments. The experimental results showed that added yeast extract powder, Na₂HPO₄·12H₂O and peptone form fish with the amount of 26.880 g/L, 0.936 g/L and 14.960 g/L after adjusting initial pH to 6.0, BC arrived the highest yield. Compared with control group, the growth rate was close to 300 %.

Key words: bacterial cellulose; acetic acid bacteria; waste-water; response surface test; secondary fermentation

目 录

摘 要 I

ABSTRACT i

第一章 文献综述 1

1.1 纤维素与细菌纤维素 1

1.2 BC产生菌的选择与选育 1

1.2.1 从自然界中筛选醋酸菌 2

1.2.2 诱变育种或基因工程改造醋酸菌 2

1.3 BC的应用 3

1.3.1 BC在食品领域中的应用 3

1.3.2 BC在其它领域中的应用 4

1.4 本实验的研究目的与主要方法 4

第二章 实验材料与方法 5

2.1 实验材料 5

2.1.1 实验菌株 5

2.1.2 培养基 5

2.1.3 实验试剂 5

2.1.4 实验仪器 5

2.2 实验方法 6

2.2.1 菌株的活化 6

2.2.2 种子液的制备与扩大培养 6

2.2.3 发酵培养基的接种 6

2.2.4 BC膜的处理 6

2.2.5 发酵废液的收集与处理 7

2.2.6 发酵废液中葡萄糖残存量的测定 7

2.2.7 二次发酵最适初始pH的确定 7

2.2.8 单因素实验 7

2.2.9 Box-Behnken响应面分析 7

第三章 结果与分析 8

3.1 二次发酵最适初始pH值的确定 8

3.2 单因素试验 8

3.2.1 最适葡萄糖添加量的确定 8

3.2.2 最佳酵母浸粉添加量的确定 9

3.2.3 最佳鱼粉蛋白胨添加量的确定 10

3.2.4 最佳磷酸氢二钠添加量的确定 10

3.2.5 最佳柠檬酸添加量的确定 11

3.3 Box-Behnken实验设计与结果分析 12

3.3.1 Box-Behnken实验设计 12

3.3.2 响应面试验结果分析 12

3.3.3 废液优化的响应面图 13

第四章 结论与展望 16

4.1 结论 16

4.2 展望 16

参考文献 18

致 谢 22

1. 文献综述

1.1 纤维素与细菌纤维素

纤维素是地球上含量最高的生物多聚物，其广泛分布于地球上的每一个角落，是牛、羊、骆驼等经济家畜的主要饲料^[1]。人类缺乏分解纤维素的关键酶——β-糖苷酶，不能对纤维素进行分解与利用，然而膳食纤维作为纤维素的一种，食用后在人体中可以吸附水分，促进吸收与消化。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” ^[2，3]，且纤维素还可用于食品添加剂，用于改善食品的外观与性质。此外，纤维素还可广泛应用于建材、食品等领域，给人们的日常生活带来了很多便捷，经济利益也飞速增长。

纤维素按照来源不同可以分为植物源、细菌源、海藻源和动物源等，其中，由微生物合成的纤维素的统称为细菌纤维素（bacterial cellulose, BC）。BC是由英国科学家布朗于19世纪末发现，其在用静态培养法培养木醋杆菌时发现，培养基表层形成一层淡黄色的膜状物质，经化学与物理方法分析发现，此物质和纤维素的结构与化学性质相似，因其由细菌合成而命名为BC^[4，5]。

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