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摘 要

提高产量已经成为目前细菌纤维素生产研究的热点问题，主要通过选育高产菌株、优化发酵工艺等手段来实现。本实验以细菌纤维素生产菌G为目标菌株，采用单因素法考察了碳源、氮源、初始pH值、接种量、种龄、静态发酵周期和无水乙醇比例等因素对液体发酵生产细菌纤维素的影响，利用响应面法分析对培养基组成和发酵条件进行了优化，结果如下：最佳培养基组成为葡萄糖0.5%、酵母膏0.5%、牛肉膏0.5%、无水乙醇浓度1.2%，初始培养基pH为5.45，细菌纤维素生产菌G接种量2%，在37℃条件静置培养7d，细菌纤维素的产量达到19.00g/100ml，约是优化前的2.38倍。

关键词：细菌纤维素 发酵条件 优化 响应面法

Optimization of bacterial cellulose fermentation liquid

Abstract

To improve the production of bacterial cellulose, the liquid fermentation conditions of cellulose-producing strain G were optimized by single factor test, including nitrogen, carbon source, initial pH, seed age, inoculum and static fermentation period. The results showed that the optimal fermentation conditions were: Glucose 0.5%，Yeast extract 0.5%，Beef extract 0.5%，the initial pH of medium 5.45，inoculum 2.06%，Seed age 24h, Fermentation cycle 7d, Ethanol concentration 1.2%. The highest yield of bacterial cellulose was 19.0043 g, which was 2.375 times of the yield before optimization.

Key Words: bacterial cellulose; fermentation conditions; optimization;

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 细菌纤维素研究背景 1

1.2 细菌纤维素研究进展 1

1.2.1 细菌纤维素培养基的优化 1

1.2.2 细菌纤维素改性与表面修饰研究 2

1.2.3 细菌纤维素复合材料研究 2

1.2.4 细菌纤维素培养条件的优化 3

1.2.5 细菌纤维素发酵方式及设备的改进 3

1.2.6 细菌纤维素菌种代谢的探讨 4

1.3 本研究目的和意义 5

第二章 实验材料与方法 6

2.1 实验材料 6

2.1.1 菌种 6

2.1.2 实验试剂 6

2.1.3 实验仪器 6

2.1.4 实验培养基 7

2.2 实验方法 7

2.2.1 菌种活化 7

2.2.2 单因素法 7

2.3 实验结果与讨论 8

2.3.1 不同碳源对细菌纤维素产量的影响 8

2.3.2 不同氮源对细菌纤维素产量的影响 9

2.3.3 混合氮源对细菌纤维素产量的影响 10

2.3.4 初始pH值的确定 10

2.3.5 接种量的确定 11

2.3.6 种龄的确定 11

2.3.7 发酵周期的确定 12

2.3.8 乙醇浓度的确定 12

2.3.9 Box-Behnken响应面法实验设计及结果 13

第三章 结论与展望 18

3.1 结论 18

3.2 展望 18

参考文献 19

致谢 21

第一章 文献综述

1.1 细菌纤维素研究背景

纤维素是地球上最为丰富的生物聚合物，自然界中的纤维素按不同来源可分为植物纤维素、海藻纤维素和细菌纤维素等多种。细菌纤维素是某些微生物进行生物合成的纤维素的统称，也称微生物纤维素。细菌纤维素最重要特性之一是纯度极高^[1]，由于细菌纤维素这种独特的性质，使其具有超微纤维网结构，并已成功应用到造纸、纺织品、和食物工业中，作为生物材料还可用于化妆品、医药等行业^[2]。由于细菌纤维素成本较高，价格昂贵，使其应用仅局限在高附加值产品的制造过程中。近年来，各国都非常重视细菌纤维素的研究，以期不断降低成本、提高产量，使细菌纤维素能及早在众多领域得到广泛应用^[3]。

1.2 细菌纤维素研究进展

1.2.1 细菌纤维素培养基的优化

细菌纤维素自1886年Brown发现以来一直没有得到很好的认识与利用。国内外研究人员在选育产纤维素优良菌株、优化培养条件、选择合适的发酵工艺的同时也在不断地寻找廉价合适的原料降低生产成本而又能提高纤维素产量的方法^[4]。发酵生产细菌纤维素需要适合发酵条件的培养基，而且培养基的组成对纤维素产量有很大的影响。生产细菌纤维素的基础培养基是H-S培养基，但H-S培养基的产量低（约0.74g/L^[5]）、成本较高。近几年来，国内外研究人员对细菌纤维素的生产培养基进行了优化，并尝试利用一些废液进行生产，取得了较大的进展。

优化培养基的组成，培养基中添加的增效因子（如乙醇）、生长因子、表面活性剂（如Tween-80）等可有效提升细菌纤维素的产量。此外，利用一些工业废液（如啤酒废液等）可获得一定产量细菌纤维素，有利于减轻环境污染。发酵生产细菌纤维素需要适合发酵条件的培养基，而且培养基的组成对纤维素产量有很大的影响。生产细菌纤维素的培养基一般包括：碳源如葡萄糖、果糖、蔗糖等；氮源如酵母粉、蛋白胨；无机盐如含Mg² 、K 的盐，有时还加入一些有机酸如乳酸、醋酸、柠檬酸等。

杨树辉^[6]选用莲雾的果汁做培养基质发酵生产细菌纤维素时发现纤维素有较高转化率。Mitsuo等^[7]用木糖和木质纤维素废料发酵生产细菌纤维素，并用17种菌种分别在D-葡萄糖、D-木糖、D-木糖/D-木酮糖为碳源的培养基中做实验进行了比较。综合细菌纤维素产量和生产成本考虑，木质纤维素作为原料是非常有吸引力的。Bae等^[8]用糖浆作为碳源、在通气搅拌条件下发酵细菌纤维素。研究结果表明较低的糖浆浓度更有利于纤维素的生产，从而限制副产物的产生，用糖浆做原料远远低于用蔗糖和果糖作碳源时的生产成本。薛璐等^[9]采用大豆乳清作为培养基质制备细菌纤维素，既达到降低细菌纤维素生产成本的目的，又为大豆乳清的无污染处理与排放提供了新的途径使成本大为降低。

1.2.2 细菌纤维素改性与表面修饰研究

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