不同固液比条件下马来酸对细菌纤维素处理的影响文献综述

 2022-02-13 06:02

全文总字数：7435字

摘要：细菌纤维素（Bacterial cellulose，简称BC）是由微生物发酵合成的多孔性网状纳米级生物高分子聚合物，因其由细菌生产而命名为细菌纤维素。它由独特的丝状纤维组成，纤维直径在0.01-0.10mu;m 之间，比植物纤维素（10mu;m）小2-3个数量级，每一丝状纤维由一定数量的超微纤维组成网状结构，与植物纤维素的主要差别在于其不含有半纤维素、木质素等。作为一种新型纳米材料，细菌纤维素已应用于纺织、医用材料、食品等各个领域，现已成为国际的研究热点。生物合成细菌纤维素时具有可调控性，可以改变菌体的生长空间，改变微纤丝的分布进而得到理想的模型形状。同时，当采用不同培养条件时，可以制备出形状、大小、厚度和性质各不相同的细菌纤维素。但是纯的细菌纤维素结构致密，会造成应用的局限性，因此需要进行一定改性，本文主要综述不同固液比下马来酸对细菌纤维素处理的影响。

关键词：细菌纤维素；马来酸；木醋杆菌；应用；改性；

  1. 前言

纤维素是世界上最丰富、最廉价、最容易获得的碳水聚合物，传统上是从植物或者其废弃物中提取的。这种聚合物通常是与半纤维素和木质素的分支，必须经过不环保的化学过程，苛刻的碱和酸处理，以获得纯产品。对植物纤维素衍生物需求的增加加大了木材作为原材料的消费，导致森林砍伐和全球环境问题。

虽然植物是纤维素的主要来源，但各种细菌也可以作为替代来源生产纤维素，比如说：革兰氏阴性细菌培养的葡萄糖醋酸杆菌、醋酸杆菌、农杆菌、无色杆菌、好氧菌、丝状菌、固氮菌、根瘤菌、假单胞菌、沙门氏菌和产碱菌[9]。

细菌纤维素(BC)最初是被Brown(1988)记载，他鉴定了植物纤维素能生长为化学结构相当的不分枝薄膜。BC由葡萄糖单体构成,它具有大量有用的特性,比如独特的纳米结构,高持水量,高聚合度,机械强度高和高结晶度。先前的研究发现清楚地表明了BC及其衍生物具有巨大的潜力，并在生物医学、电子和食品工业等各个领域提供了有前景的未来。BC是通过醋酸菌在合成和非合成培养基中通过氧化发酵生产的。木醋杆菌是研究最多、效率最高的BC生产者，它能够吸收培养基中各种各样的糖，并在液体培养基中产生高水平的纤维素。这种好氧型革兰氏阴性菌以糖类为碳源，在pH值为3-7、温度为25-30˚C的条件下活跃发酵。Rivas等(2004)报道，细菌发酵近30%的成本来源于发酵培养基。高成本、低产量的生产限制了BC的工业化生产和商业应用。因此，寻找一种成本低、发酵过程短、产率高的新型碳源是非常重要的生产[2]。

BC是由一种不确定长度的纤维素微原纤维交织而成的半透明和凝胶状薄膜，由beta;-1，4-糖苷键连接的葡聚糖链组成，分子式为(C6H10O5)n。葡聚糖链通过链间氢键和链内氢键结合在一起。BC的微纤维最早由Muhlethaler1949年被描述，比植物纤维素小约100倍。

BC的纤维网络由排列整齐的三维纳米纤维构成，形成了比表面积大、孔隙率高的水凝胶片。木醋杆菌产生的纤维素I(带状聚合物)和纤维素II(热力学稳定聚合物)。在合成过程中，葡萄糖链原纤维通过细菌细胞壁分泌，聚集在一起形成纳米纤维纤维素带。这些缎带用高多孔基质构建了BC的蛛网状网络结构。形成的纤维素表面有丰富的羟基，这可以解释为亲水性、生物降解性和化学改性能力。Chawla等 (2009)明确解释了BC合成的进一步机理[2]。

2. 国内外研究概况

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