細菌纖維素生物反應器的研究與應用.pdf

1、細菌纖維素(Bacterial cellulose，簡稱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，是目前材料研究的熱點之一。 目前國內(nèi)利用微生物合成細菌纖維素的研究多數(shù)采用靜態(tài)發(fā)酵，但靜態(tài)發(fā)酵時淺盤堆積占用空間大，且容易感染雜菌，在發(fā)酵過程中無法調(diào)節(jié)溶解氧和pH值，發(fā)酵周期長，難以形成規(guī)模化生產(chǎn)。因此，本課題根據(jù)細菌纖維素生產(chǎn)菌株的生長及產(chǎn)物合成特性，結合動態(tài)培養(yǎng)與靜態(tài)培養(yǎng)的優(yōu)點，設計出了一種適

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

3、15-20h左右為其對數(shù)生長期；對細菌纖維素生物反應器材質、轉盤的結構及相關參數(shù)進行了設計研究，結果表明：反應器及轉盤選用PVC塑料材質，為增大轉盤對菌體及纖維素的吸附性，在轉盤兩側設置放射狀的木質凸起物；對細菌纖維素生物反應器和傳統(tǒng)靜態(tài)培養(yǎng)方式生產(chǎn)細菌纖維素進行了比較研究，結果表明：試驗菌株適合在本反應器中生產(chǎn)細菌纖維素，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上，對試驗菌株

4、在細菌纖維素生物反應器中的分批發(fā)酵工藝條件進行了優(yōu)化，結果表明：當培養(yǎng)基中的初糖濃度為3％時，試驗菌株在反應器中對糖的轉化率最高，為1：5.3即18.9％；當反應器轉速為20 r/min、發(fā)酵過程中發(fā)酵液pH值控制在4.5時，最利于細菌纖維素的產(chǎn)生。對試驗菌株在細菌纖維素生物反應器中的分批補料發(fā)酵工藝條件進行了研究，結果表明：發(fā)酵中殘?zhí)菨舛葹?.5％，并維持該濃度時細菌纖維素的產(chǎn)量可達到7.63g/L。 本研究以靜態(tài)及細菌纖維素

5、生物反應器培養(yǎng)得到的纖維素為實驗對象，通過對細菌纖維素持水性、純度、結晶度及纖維絲結構的測試，研究分析了兩種不同培養(yǎng)方式下得到的細菌纖維素的性質與結構的差異。結果表明：用細菌纖維素生物反應器動態(tài)培養(yǎng)所得到的細菌纖維素比靜態(tài)培養(yǎng)得到的細菌纖維素具有更高的持水性，純度為95.8-96.5％。通過X-射線衍射圖譜和掃描電子顯微鏡的測試，發(fā)現(xiàn)不同培養(yǎng)方式得到的細菌纖維素的晶體類型相同，都呈纖維素Ⅰ晶態(tài)，但靜置培養(yǎng)的纖維素的結晶度和L所占的比例都