纸浆废料生物炼制细菌纤维素的研究

细菌纤维素(bacterial cellulose,BC)是一种由微生物产生的具有纳米结构的纤维素材料。BC生产的培养基成本偏高,限制了其规模化工业生产和商业应用。为开发新的BC生产原料,通过Cellic CTec 2纤维素酶直接水解硫酸盐和亚硫酸盐两种纸浆废料获得可发酵糖,以其成功制备出BC并研究比较了两种酶解液对BC产量和结构的差异。结果表明,硫酸盐纸浆废料获得的BC产量最高,达9.0 g/L,比亚硫酸盐纸浆废料的7.7 g/L高了17%。两种原料制备的BC膜的结晶度分别为61%和66%,比葡萄糖制备的(78%)低。红外光谱分析表明,不同碳源制备的BC膜的成分没有明显差异。

细菌纳米纤维素与聚乙烯醇复合水凝胶管的生物相容性表征

背景:前期研究通过相分离技术制备了细菌纳米纤维素/聚乙烯醇复合管,显著改善了单纯细菌纳米纤维素管的机械力学性质,但对复合管生物相容性的研究并不充分。目的:分析细菌纳米纤维素/聚乙烯醇复合管的生物相容性。方法:通过单硅胶管和双硅胶管两种生物反应器,在线培育获得两种不同结构细菌纳米纤维素管,分别记为S-BNC和D-BNC;采用相分离方法将两种细菌纳米纤维素管分别与聚乙烯醇复合,制备细菌纳米纤维素/聚乙烯醇复合管;通过溶血率、血浆复钙、血小板黏附实验评价S-BNC、D-BNC、S-BNC/聚乙烯醇复合管及D-BNC/聚乙烯醇复合管材料的血液相容性。将4种管材料分别与猪髋骨内皮细胞(或人血管平滑肌细胞)共培养,3,7 d后,采用活死细胞染色观察细胞在材料表面生长情况。结果与结论:①血液相容性:4组管的溶血率均小于0.5%。D-BNC管的血浆复钙时间显著快于S-BNC管(P<0.05);两复合管的血浆复钙过程较相应的单细菌纳米纤维素管均有减缓(P<0.05),两复合管血浆复钙时间无差异。血小板在两种纯细菌纳米纤维素管的内表面均发生了较大的形变,并且相互聚集,形成很多血小板栓子;两复合管的血小板黏附数量明显减少,且D-BNC/聚乙烯醇复合管血小板黏附量显著多于S-BNC/聚乙烯醇复合管;②细胞相容性:4组管材料均支持猪髋骨内皮细胞的生长,两复合管较对应的单细菌纳米纤维素管效果更好;4组管材料均支持人血管平滑肌细胞的生长,相对于单纯细菌纳米纤维素管,复合管可显著促进细胞的生长,其中以D-BNC/聚乙烯醇复合管的效果最好;③结果表明:细菌纳米纤维素/聚乙烯醇复合管具有良好的血液相容性与细胞相容性。

小径纳米纤维素管的生物制备及其表征

以透氧硅胶双套管为模具,设计组装了一套新型生物反应装置,利用红茶菌和套管法生产细菌纤维素(BC)小径人工血管材料。研究发现,细菌纤维素可以分别在内外两根硅胶管的外表面和内表面同时生成,并最终长到一起形成整体BC管。获得的BC管不仅具有较好的强度和光滑平整的内外表面,而且纳米纤维交织紧密,无纤维分层现象,具有突出优点和应用潜力。该制备方法简便易行,成本低廉,生产效率高,可工业化生产。

红茶菌制备细菌纤维素的研究

寻找高效的生产菌和发酵工艺以及廉价高效的培养基是解决当前细菌纤维素产业化面临的高生产成本和低产率等瓶颈问题的重要手段。以红茶菌和木葡糖酸醋杆菌作为生产菌株,比较研究了不同碳源、氮源以及茶叶浓度对两种菌合成细菌纤维素的影响。结果表明,以红茶菌制备的细菌纤维素与木葡糖酸醋杆菌无本质区别;红茶菌生产细菌纤维素的效率显著高于木葡糖酸醋杆菌,产量可提高3倍以上。

细菌纤维素发酵原料的研究进展

细菌纤维素是一种新型微生物合成材料,在食品、造纸、纺织、生物医药、声学器材振动膜和功能复合材料等方面均有很好的应用前景。细菌纤维素发酵培养基(尤其碳源)的成本是现今制约细菌纤维素推广应用的主要因素之一。甘露醇、果糖和葡萄糖等合成培养基所用碳源因其价格较高仅适用于实验室研究和小型发酵生产,规模化生产细菌纤维素的潜在原料应是一些量大价低的天然原料,包括水果类原料、糖质原料、低值淀粉类原料和废弃纤维素类原料等。木质纤维素原料是最具发展潜力的细菌纤维素碳源,也是细菌纤维素产业的根本出路,但目前存在一些技术瓶颈,制约了其开发利用,是一远期战略目标。文章简要介绍了细菌纤维素的基本情况,系统阐述了国内外发酵生产细菌纤维素原料的研究进展,展望了今后的发展趋势。

添加琼脂改善木薯和糖蜜机械搅拌发酵制备细菌纤维素的研究

分别以木薯酶解液和糖蜜处理液作为发酵碳源，在机械搅拌式发酵罐中生产细菌纤维素（BC）。通过考察纤维素产量、活菌增殖、耗糖量以及溶氧率等参数研究添加0～O．8％（w／V）琼脂对BC产量的影响。结果表明，未添加琼脂时，木薯酶解液的BC产量为6．8班，发酵效果优于糖蜜的4．8g／L。添加琼脂可以显著提高BC产量。木薯发酵中，添加0．2％琼脂得到的最大BC产量为8．1g／L，比未添加的增加了19％；糖蜜发酵中，添加0．6％琼脂的最大产量为7．4g／L，比未添加的增加了54％。

木棉纤维抗菌性能测试研究

分析了纺织品抗菌性能的国内外测试方法,根据木棉纤维的特性选择与之相适合的抗菌性能检测方法——吸收法。选取了木棉纤维常见代表性品种海南木棉纤维和印尼木棉纤维,以吸收法分别测试了其对黄色葡萄球菌(ATTC6538)和大肠杆菌(ATCC 11229)的抗菌性能。结果显示,木棉纤维具有一定的抗菌性能,对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗菌率都在50%以上,但是按GB/T 20944.2—2007还达不到抗菌产品90%的要求。采用同样的方法测试了木棉毛巾对大肠杆菌的抗菌性,结果显示木棉毛巾没有抗菌性。可见,毛巾的生产过程中的整理工艺使其抗菌性产生了损失。

利用糖蜜制备细菌纤维素的研究

细菌纤维素(BC)是一类由微生物产生的纤维素。细菌纤维素以其独特的物理和化学性质被广泛应用于医药、食品、造纸、纺织等领域。然而,BC应用的最大挑战是其生产成本,尤其是发酵生产碳源的成本相对较高。以相对廉价的糖蜜为原料,研究比较了不同预处理方法(硫酸―热处理、热处理和未处理)以及生产菌种(木葡糖醋杆菌和红茶菌)对细菌纤维素产量的影响。结果表明,硫酸―热处理之后的糖蜜获得的细菌纤维素产量最高,可达6.0 g/L,比用葡萄糖制备细菌纤维素的产量提高了78%。当以红茶菌为菌种,细菌纤维素的产量可达12.0 g/L,是木葡糖醋杆菌作为菌种的两倍。与葡萄糖和果糖相比,糖蜜制备的细菌纤维素同样具有三维网状结构,但是含水率较低,杨氏模量较小。

细菌纤维素复合材料的发酵制备研究

通过在发酵培养基中添加琼脂、可溶性淀粉、明胶、壳聚糖等水溶性高分子物质制备改性细菌纤维素,并采用扫描电镜(SEM)、热重分析(TGA)、万能材料测试机等检测手段对改性细菌纤维素的结构、形态特征及物理性能进行研究。结果发现:琼脂、可溶性淀粉、明胶均在一定程度上对合成的细菌纤维素的强力和结构有一定的影响,而壳聚糖由于本身具有抑菌作用,它的添加抑制了细菌的生长,基本上不能合成纤维素。通过TGA分析证实改性细菌纤维素中添加物的存在。

以玉米浆和木薯为原料机械搅拌发酵制备细菌纤维素的研究

本文以玉米浆和木薯为原料,用机械搅拌式发酵罐制备细菌纤维素(BC),对发酵过程的纤维素产量、还原糖消耗、溶氧变化和茵浓变化进行了监测,并以葡萄糖-蛋白胨一酵母粉培养基为对照进行了比较。实验得出玉米浆作氮源时不溶BC的产量为9.2 g/L,而氮源成本只是对照组的15%;木薯水解液作碳源时的不溶BC产量达到11.7 g/L,比对照组(10.8 g/L)高8%;而用玉米浆搭配木薯水解液发酵生产BC,产量也达到10.1 g/L,验证了这两种天然原料的廉价高效性,用于工业生产细菌纤维素具有良好的前景。

剪切力对木葡糖醋杆菌及细菌纤维素合成的影响

以摇瓶和发酵罐两种培养体系为对象,考察了剪切力对木葡糖醋杆菌生长和细菌纤维素合成的影响。结果表明,剪切力的存在对细菌纤维素的合成不利,在添加玻璃珠的三角瓶中经9轮震荡培养后,细菌纤维素的产量降至原始菌株的23.6%;在机械搅拌罐中培养时,用剪切力大的六叶平桨进行发酵,细菌纤维素的产量最低,而用转速降低的框式桨进行发酵,细菌纤维素的产量较高。剪切力也影响木葡糖醋杆菌的形态和生长周期,剪切力的存在使细菌菌体变小,单位体积发酵液菌浓降低,菌落形态改变,菌株进入对数生长期的时间延后。实验结果为今后改进提高细菌纤维素动态培养产量提供了理论依据。

七种糖类对木醋杆菌和红茶菌的影响

分别以D-葡萄糖、D-果糖、D-木糖、D-甘露糖、D-半乳糖、D-阿拉伯糖和L-阿拉伯糖为碳源,研究对木醋杆菌和红茶菌生产细菌纤维素的影响。碳源初始浓度分别为25 g/L和100 g/L,经过10天培养。结果表明,D-果糖是这两类微生物的最佳碳源,D-葡萄糖次之,D-阿拉伯糖的消耗则未测到。木醋杆菌和红茶菌均能利用D-木糖和D-半乳糖生产细菌纤维素,但是产量不能与D-果糖和D-葡萄糖的相比。在高浓度碳源培养基中,红茶菌比木醋杆菌有更高的消耗率,其可大量利用D-甘露糖,但主要用于菌体生长而非纤维素合成。结果发现糖源种类对于细菌纤维素的微结构影响很小。

BC/PVA/PEG增强型复合水凝胶的制备及其表征

通过反复冷冻—溶融法制备了细菌纤维素/聚乙烯醇/聚乙二醇(BC/PVA/PEG)复合水凝胶,并采用扫描电镜、红外光谱、X-射线衍射和拉力测试等手段对水凝胶的结构和性能进行表征。拉伸力学性能测试结果表明,随着PEG的加入,水凝胶的力学性能得到显著增强。

新型细菌纤维素基阻醇质子交换膜的制备及表征

以凝胶贴附法,在Nafion膜两侧贴附细菌纤维素(BC)膜,制备出BC/Nafion/BC夹心复合膜,以期结合Nafion膜的良好导电性和BC膜的优秀阻醇性,制备新型阻醇质子交换膜。利用扫描电镜、热重分析对其形态结构和热稳定性进行研究,并对夹心膜的尺寸稳定性、质子传导率和甲醇渗透率进行表征。结果发现,复合膜的夹心结构紧密,热稳定性良好,尺寸稳定性比市售的Nafion膜有很大改善,提高了43%。夹心膜的质子传导率随温度的升高明显上升,虽略低于Nafion膜,但是甲醇渗透率明显降低一个数量级,阻醇性能得到了很大改善。组装成电池后,单电池开路电压达到922 mV,最大发电功率密度为7.2 mW/cm2。该结果表明夹心复合膜作为新型质子交换膜应用于直接甲醇燃料电池中具有很大潜力。

原位细菌合成纤维素/壳聚糖纳米纤维凝胶膜

为了改善天然纳米细菌纤维素（BNC）的生物医用特性,同时保留BNC与生俱来的纳米纤维网络结构,研究采用了原位静置培养细菌合成法,在培养基添加溶解壳聚糖（CS）,拟在BNC纳米纤维合成时复合CS,从而获得CS/BNC纳米纤维复合凝胶膜。研究了对影响培养基中CS的溶解以及影响木葡糖酸醋杆菌原位合成的主要因素（包括CS浓度、溶解CS的酸种类、p H值以及含CS培养基的灭菌工艺等）。结果表明,共灭菌的乙酸CS培养基的原位合成能够较好地实现CS/BNC的原位复合构想,并且该培养基所获得的CS/BNC复合凝胶中,CS成功掺杂入纳米纤维的内部,并能在碱煮纯化条件下仍能稳定存在,CS含量可达干重的35%~48%。

搅拌桨类型对彩绒革盖菌产草酸脱羧酶的影响

研究了在相同发酵工艺的条件下,发酵罐中5种搅拌桨对彩绒革盖菌发酵生产草酸脱羧酶的影响。实验结果表明,桨的类型对产酶有显著影响,四斜叶搅拌桨剪切力最小,发酵生产草酸脱羧酶的体积酶活、蛋白比酶活和干重比酶活分别为77.9 U/L、9.5 U/mg和22.6 U/g,比普遍使用的六平叶圆盘涡轮搅拌桨获得的酶活分别提高了406%、533%和70%。

细菌纳米纤维素水凝胶用于退热降温贴的潜力

评估了细菌纳米纤维素水凝胶膜作为发热辅助治疗及应急物理降温用的退热醒脑贴的可行性。结果发现该纳米纤维素水凝胶含水率高,其所含水基本上是以自由水的形式存在。该材料的水分散失率远高于市售退热贴,水分蒸发能有效带走热量,特别适合用于退热醒脑贴。今后可通过负载退热药物等功能因子开发绿色环保的功能性医药材料用于医疗领域。该退热贴的制备方法简便,易操作,对环境友好,具有良好的应用前景。