細(xì)菌纖維素生物反應(yīng)器的研究與應(yīng)用.pdf

1、細(xì)菌纖維素(Bacterial cellulose，簡(jiǎn)稱(chēng)BC)是由微生物合成的一種生物材料，具有比天然纖維純度更高、性能更優(yōu)的特點(diǎn)，是目前材料研究的熱點(diǎn)之一。 目前國(guó)內(nèi)利用微生物合成細(xì)菌纖維素的研究多數(shù)采用靜態(tài)發(fā)酵，但靜態(tài)發(fā)酵時(shí)淺盤(pán)堆積占用空間大，且容易感染雜菌，在發(fā)酵過(guò)程中無(wú)法調(diào)節(jié)溶解氧和pH值，發(fā)酵周期長(zhǎng)，難以形成規(guī)模化生產(chǎn)。因此，本課題根據(jù)細(xì)菌纖維素生產(chǎn)菌株的生長(zhǎng)及產(chǎn)物合成特性，結(jié)合動(dòng)態(tài)培養(yǎng)與靜態(tài)培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了一種適

2、合于該菌株生長(zhǎng)特性和產(chǎn)物合成特性，供氧量可調(diào)節(jié)、剪切力較低的細(xì)菌纖維素生物反應(yīng)器并主要對(duì)該反應(yīng)器的一些設(shè)計(jì)參數(shù)及利用該反應(yīng)器發(fā)酵生產(chǎn)細(xì)菌纖維素的工藝進(jìn)行了優(yōu)化，為使用細(xì)菌纖維素生物反應(yīng)器規(guī)?；a(chǎn)細(xì)菌纖維素提供了理論依據(jù)。 本研究對(duì)試驗(yàn)菌株Acetobacterxylinum QAX993的形態(tài)、革蘭氏染色以及生長(zhǎng)曲線進(jìn)行了觀察與分析，結(jié)果表明：試驗(yàn)菌株Acetobacter xylinumQAX993為短桿狀革蘭氏陰性菌，培養(yǎng)

3、15-20h左右為其對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期；對(duì)細(xì)菌纖維素生物反應(yīng)器材質(zhì)、轉(zhuǎn)盤(pán)的結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，結(jié)果表明：反應(yīng)器及轉(zhuǎn)盤(pán)選用PVC塑料材質(zhì)，為增大轉(zhuǎn)盤(pán)對(duì)菌體及纖維素的吸附性，在轉(zhuǎn)盤(pán)兩側(cè)設(shè)置放射狀的木質(zhì)凸起物；對(duì)細(xì)菌纖維素生物反應(yīng)器和傳統(tǒng)靜態(tài)培養(yǎng)方式生產(chǎn)細(xì)菌纖維素進(jìn)行了比較研究，結(jié)果表明：試驗(yàn)菌株適合在本反應(yīng)器中生產(chǎn)細(xì)菌纖維素，經(jīng)8d的發(fā)酵，其產(chǎn)量比靜態(tài)培養(yǎng)方式提高了2.79g/L，約1.64倍。 本研究在上述研究基礎(chǔ)上，對(duì)試驗(yàn)菌株

4、在細(xì)菌纖維素生物反應(yīng)器中的分批發(fā)酵工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果表明：當(dāng)培養(yǎng)基中的初糖濃度為3％時(shí)，試驗(yàn)菌株在反應(yīng)器中對(duì)糖的轉(zhuǎn)化率最高，為1：5.3即18.9％；當(dāng)反應(yīng)器轉(zhuǎn)速為20 r/min、發(fā)酵過(guò)程中發(fā)酵液pH值控制在4.5時(shí)，最利于細(xì)菌纖維素的產(chǎn)生。對(duì)試驗(yàn)菌株在細(xì)菌纖維素生物反應(yīng)器中的分批補(bǔ)料發(fā)酵工藝條件進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：發(fā)酵中殘?zhí)菨舛葹?.5％，并維持該濃度時(shí)細(xì)菌纖維素的產(chǎn)量可達(dá)到7.63g/L。 本研究以靜態(tài)及細(xì)菌纖維素

5、生物反應(yīng)器培養(yǎng)得到的纖維素為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)對(duì)細(xì)菌纖維素持水性、純度、結(jié)晶度及纖維絲結(jié)構(gòu)的測(cè)試，研究分析了兩種不同培養(yǎng)方式下得到的細(xì)菌纖維素的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的差異。結(jié)果表明：用細(xì)菌纖維素生物反應(yīng)器動(dòng)態(tài)培養(yǎng)所得到的細(xì)菌纖維素比靜態(tài)培養(yǎng)得到的細(xì)菌纖維素具有更高的持水性，純度為95.8-96.5％。通過(guò)X-射線衍射圖譜和掃描電子顯微鏡的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)不同培養(yǎng)方式得到的細(xì)菌纖維素的晶體類(lèi)型相同，都呈纖維素Ⅰ晶態(tài)，但靜置培養(yǎng)的纖維素的結(jié)晶度和L所占的比例都