论文总字数：18240字

摘 要

细菌纤维素是由细菌生产的纤维素，具有良好的持水性、乳化性和凝胶特性，在食品的增稠剂、分散剂和结合剂等领域都有很广泛的应用。

本文首先对筛选出的菌种进行了16S rDNA序列分析和菌种鉴定，该菌株被鉴定为Agrobacterium，命名为Agrobacterium sp. NX2016。

利用此菌株来生产细菌纤维素，并对培养基中的氮源种类和浓度、碳源种类和浓度、乙醇的浓度进行优化，得到培养基的最佳条件。之后对培养条件进行优化：摇瓶装液量和发酵温度，选取氮源浓度，碳源种类及浓度进行正交实验得到细菌纤维素的最佳生产条件。优化后的细菌纤维素培养基为：葡萄糖40 g/L，蛋白胨7 g/L，酵母膏7 g/L，NaHPO₄ 5 g/L，柠檬酸1 g/L，pH6.0，乙醇12.5 mL/L。优化后的培养条件为：摇瓶装液量150 mL/500mL摇瓶，发酵温度为35 °C，在该最优条件下，细菌纤维素产量为：14.431 g/L。

关键词：细菌纤维素；菌种鉴定；培养基优化

Optimization of the fermentation condition on bacterial cellulose production

ABSTRACT

Bacterial cellulose (BC) is a kind of cellulose that produced by bacterial, it has well water retention, good emulsibility and good gel properties. In food thickening agent, dispersant and binder etc. have broad application.

In this paper, a bacterial cellulose producing bacterium was identified by sequence analysis of 16S rDNA, and it was identified as Agrobacterium, named as Agrobacterium sp. NX2016.

The medium compositions and culture conditions for Agrobacterium sp. NX2016 were optimized by single factor experiment and orthogonal experiment. The optimized medium consisted of glucose 40 g/L, peptone 7 g/L, yeast extract 7 g/L, NaHPO₄ 5 g/L, citric acid 1 g/L, and alcohol 12.5 mL/L, pH6.0. The optimized culture conditions were 150mL loading volume in 500mL flasks and culture temperature at 35 ℃. At the optimal conditions, the yield of bacterial cellulose is 14.431 g/L.

Keyword: Bacterial cellulose; Strain identification; Optimize medium

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 细菌纤维素的结构与特性 1

1.2 细菌纤维素的形成过程 1

1.3 细菌纤维素在食品中的应用 1

1.4 BC发酵原料的研究进展 1

1.4.1 纯糖碳源发酵培养基 1

1.4.2 天然培养基 2

1.4.3 利用脂类发酵废水为原料生产BC 2

1.5 细菌纤维素的研究现状 4

1.5.1 细菌纤维素的界面培养 4

1.5.2 细菌纤维素的深层振荡培养 4

1.5.3 在电场下利用菌株合成细菌纤维素 5

1.6 土壤杆菌培养基 5

1.7 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段 5

1.7.1 本课题要研究或解决的问题 5

1.7.2 拟采用的研究途径 5

第二章 实验方法 6

2.1 菌种鉴定 6

2.1.1 培养基及培养条件 6

2.1.2 试剂和仪器 6

2.1.3 实验步骤 7

2.2 产BC培养基优化 8

2.2.1 碳源优化 8

2.2.2 氮源优化 8

2.2.3 乙醇浓度的优化 9

2.3 发酵条件的优化 9

2.3.1 装液量的优化 9

2.3.2 培养温度的优化 9

2.4 正交实验优化 9

2.5 菌体生长情况及细菌纤维素产量的测定方法 10

（1）菌体生长情况的测定 10

（2）细菌纤维素产量的测定 10

第三章 结果与讨论 11

3.1 菌种鉴定结果 11

3.2 产BC培养基的优化 11

3.2.1 碳源种类对发酵产量的影响 11

3.2.2蔗糖浓度对发酵产量的影响 12

3.2.3 不同氮源对发酵产量的影响 12

3.2.4 氮源浓度对BC产量的影响 13

3.2.5 乙醇浓度的优化 13

3.3 发酵条件的优化 14

3.3.1培养温度对BC产量的影响 14

3.3.2 摇瓶装液量对BC产量的影响 15

3.4 正交试验 15

3.5 本章小节 16

第四章 结论与展望 17

4.1 结论 17

4.2 展望 17

参考文献 18

附录 20

致谢 21

第一章 文献综述

细菌纤维素( Bacterial Cellulose，BC)，即由细菌产生的纤维素，又称微生物纤维素(Microbial Cellulose)。

1.1 细菌纤维素的结构与特性

细菌纤维素是以纯纤维素的形式存在，由β-D-葡萄糖通过β-1,4-葡萄糖苷键联络形成了直链，而且直链是无分支结构的，彼此之间是平行的，分子内和分子之间的氢键形成了一种不掺杂其他多糖的网状结构。BC的独特结构^[5,6]决定了它应该具有不同于植物纤维素的优良特性，而这些主要表现在：(1)植物纤维素主要是由纤维素构成，但其中掺杂了半纤维素或木质素，但是BC是单由β-D-葡萄糖分子通过糖苷键构成的直链；(2)BC的弹性很高，一般是植物纤维素的数倍至十倍以上，而且抗张强度高，机械性能强；(3)BC具有比较高的生物适应性，良好的可降解性；(4)细菌纤维素在生物合成时，其合成和结构均可被培养方法、培养条件的不同所影响，是可控的^[2,4]。

1.2 细菌纤维素的形成过程

要合成BC需经过很复杂的过程。在还没形成细菌纤维素时，其前身为尿苷二磷酸葡萄糖。纤维素是糖类，由葡萄糖合成，而在合成过程中则需要4种主要的酶进行催化反应。四个过程大致为：在葡萄糖激酶的磷酸化作用下葡萄糖被转化为6-磷酸-葡萄糖，接着由异构酶作用将6-磷酸-葡萄糖转化成1-磷酸-葡萄糖，1-磷酸-葡萄糖在UPDG焦磷酸化酶的转化下生成尿苷二磷酸葡萄糖，最后再由纤维素合成酶将UPDG合成β-1,4葡萄糖苷链并装配形成最终纤维素。

1.3 细菌纤维素在食品中的应用

在传统发酵工艺中，富含BC的发酵食品例如红茶菌，在中国、东南亚等地的消费者中非常畅销^[7]。这些产品富含纤维素，具有减肥、防止便秘的作用。而红茶菌则能够促进肠胃的消化和吸收，并且能降血脂。

BC同时可作为一种食品添加剂，若将其加入冰淇淋或酸奶中可以增加食品的保健作用，也可以大大改善口感。细菌纤维素也可以用作增稠剂，固体食品的成型剂、结合剂等。

1.4 BC发酵原料的研究进展

1.4.1 纯糖碳源发酵培养基

生产BC的培养基主要有两类，一种是合成类培养基。合成类培养基使用的碳源一般有葡萄糖、果糖、木糖、甘露醇、蔗糖等单一碳源或者混合碳源。查阅相关文献可知^[17]葡萄糖、甘露醇和蔗糖对细菌纤维素的发酵产量影响最大。而且当碳源以1:1混合时，产量要比上述碳源为唯一碳源是产量要高。混合碳源BC产量最高为2.5 g/L，单一碳源BC最高产量为2.1 g/L^[18]。国内外研究结果一致表明，当使用合成或半合成培养基时，甘露醇、甘油等碳源作为单一碳源产量较高；复合的碳源往往要比单一碳源产量高。然而这种复合碳源因为价格高等原因而不太适用于进行大规模的工业化生产。另一种是天然培养基。

1.4.2 天然培养基

天然培养基的成分往往是以含糖量高的果蔬产品或者工农业加工过程中的废弃物为原料。由于水果类原料的价格低廉而且产量大，所以目前研究常用的培养基以这种为主；其他的质料还有汤汁糖质质料、纤维素类、淀粉类等几种原料。上述几种原料都是未来降低BC生产成本的有效方法。

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