细菌纤维素的研究进展

细菌纤维素的研究进展

孙歆原 ,沈凡熙 ,王小龙

山东协和学院   山东 济南 250109

摘要：细菌纤维素是一种天然的生物高聚物，具有生物活性、生物适应性，具有独特的物理、化学和机械性能，例如高的结晶度、高的持水性、超精细纳米纤维网络、高抗强度和弹性模量等，因而成为近年来国际上新型生物医学材料的研究热点。概括细菌纤维素的性质，发酵过程，改性方法以及在生物医学材料上的应用。

关键词：细菌纤维素；改性；生物医学材料

前言

    细菌合成纤维素是在1886年由Brown首次报道的，是胶膜醋酸菌A.xyliumpppp在静置培养时于培养基表面形成的一层白色纤维状物质。后来在许多革兰氏阴性细菌，如土壤木干菌、致瘤农杆菌和革兰氏阳性菌和八叠球菌中也发现了细菌纤维素的产生。细菌纤维素与天然纤维素结物非常相似，都是由葡萄糖以B一1，4一糖苷键连接而成的高分子化合物，此外，细菌纤维素相对于传统的纤维素资源又有其优势，如加工时不用去木质素，可合成高质量的纸或者加工成任何形状的无织物，还可通过发酵件的改变控制合成不同结晶度的纤维素，从而可根据需要成不同结晶度的纤维素。

从纤维素的发现至今已有一百多年的历史，但由于无合适的实验手段以及纤维素的产量较低，因此多年来一直未受到足多重视。近十几年来随着分子生物学的发展和体无细胞体系的应用，细菌纤维素的生物合成机制已有了很深入的研究，同时在细菌纤维素的应用方面也有了很大进展。

一、细菌纤维素的结构特点和理化特性

经过长期的研究发现，BC和植物纤维素在化学组成和结物上没有明显的区剥，均可以视为是由很多D－此喃葡萄糖苷彼此C以（1-4）糖苷键连接而成的线型高分子，相邻的比南葡萄糖的6个碳原子不在一个平面上，而是呈稳定的椅式立体结物。日本的Masuda等采用13c和1H旋转扩散核兹共振公斤了BC的纤维素结物，试验结果表明：在CP/MAS13CNMR图谱上出现共拆线很分裂为低场线和高场线，其原因可能是高线处的C4与微纤维中CH20H的混乱的氢键结合在一起的物象不规则所引起的结物缺陷。

    BC的聚合度随着培养方式和条件不同而有很大差异，动态培养时较低，约为3000-5000，静态培养时可以高达16000，优质棉纤维为113000-14000，棉短绒为5000左右，木浆纤维素为7000-10000。结晶度高于普通高等植物纤维，而低于藻类（vatiniashias）和动物纤维(Tunicin)。结晶度增加，纤维的抗强度、氏模量、硬度、比重和体积的稳定性会随乙增加，而伸长率、吸湿性、润胀度、柔软性和化学反应性均会随乙降低。但是BC纤维的吸湿性、润胀度、柔软性和化学反应活性扣北高等植物纤维素子的多这个反常规的原因可能是由于细菌纤维超细（纳米级）、点所造成，有待于深入研究。

     BC成膜性能好，BC膜的抗撕能力比聚乙膜和聚氯乙烯膜要强5倍；BC膜特）小量高，其部有很多“子L道”，有良好的透气、透小生能，通常情况下持小率大于1：50。baranovoshia等研究了由纳米晶体物成的BC在频率100Hz到1MHz2间，温度在100-400K乙间的个电生能，高温状态下纤维素的个电常数的异常行为可以通过纤维素中小分子的吸附和解析特征来解释，低于320K时，纤维素膜吸小，而高于此温度时将解析小。

二、细菌纤维素的生物合成

     目前除醋酸菌属外，根瘤菌属(Rhizobium)、八叠球菌属(Sarcina)、胞菌属(Pseudomonas)、无色杆菌属(Achromobacter)、产碱菌属(Alcaligenes)、气杆菌属(Aerobacter))、固氮菌属（Azotobacter）等的某些种也能生成细菌纤维素。研究比较全面的是木醋杆菌(Acetobacter xylinumpppp).在木醋杆菌生物代过程中戊糖循不（HMP）和细菌纤维素合成的前体物为尿苷二磷酸葡萄糖，由葡萄糖成纤维素的4个主要酶催化反应光骤分别是：葡萄糖激酶的又是葡萄糖的游酸化作用；葡萄糖磷酸异物酶将6－磷酸葡萄糖通过异构作用转化成1－磷酸葡萄糖；焦磷酸化酶将1－磷骏葡萄糖转化成尿苷二磷酸葡萄糖；C以及纤维素合成晦的合成作用。

三、细菌纤维素的发酵生产

木醋杆菌的培养方法有静态法和动态法。静态法是指将菌种静置培养，在发酵液表面产生纤维素膜。动态法则是在机械搅拌罐或气升式生化反应器风培养细菌，纤维素完全分散在发酵液中，呈不规则的红状、星状或激团状。木醋干菌发酵生产纤维素需要适合发酵条1的培养基，且培养基的组成对纤维素的产量有很大的影响的。另外，改进发酵工艺设十合理的发酵装置、优良菌株的获得，都是获得理想的纤维素产品的途径。向基础培养基中添加适量的烟酸胺、乙醇、木素磺化盐、琼脂、聚多糖、醋酸和柠檬酸

四、细菌纤维素的改性

生物医学材料由于直接关系到人类的生命与健康，且面临着全球人的巨大市场需求因而得到世界各国的广泛重视。目前对细菌纤维素的研究主要集中在附加值较高的医学生物材料上，例0组织工程支、骨支2、软骨支架、人工血管、人工皮肤以及药物载体等方面。但是真正能应用到临床上的产只还不多，除了巴西的商品biofillylyly外，大部的研究还停留在细胞小平和动物实验等初级阶段，离临床应用仍有一定距离。在我国，人们对细菌纤维素的了解和认识还不足，对其研究尚处于初级阶段，大部分集中在食品、食品添加剂和造纸应用等方面，在生物医用材料上的开发应用上相关报道较少。

五、结束语

    生物医学材料由于直接关系到人类的生命与健康，且面临着全球人的巨大市场需求因而得到世界各国的广泛重视。目前对细菌纤维素的研究主要集中在附加值较高的医学生物材料上，例0组织工程支、骨支2、软骨支架、人工血管、人工皮肤以及药物载体等方面。但是真正能应用到临床上的产只还不多，除了巴西的商品biofillylyl外，大部的研究还停留在细胞小平和动物实验等初级阶段，离临床应用仍有一定距离。在我国，人们对细菌纤维素的了解和认识还不足，对其研究尚处于初级阶段，大部分集中在食品、食品添加剂和造纸应用等方面，在生物医用材料上的开发应用上相关报道较少。

参考文献

[1]胡晓燕，曲音波等.细菌纤维素的研究进展.纤维素科学与技术，2017，12(6)：57-64.

[2]赖等.细菌纤维素的制备及改性研究[]现代化工，2019，(7)：15.

[3]日升，朱勇军.细菌纤维素的改性研究进展[].中国生物医学工程东质，2014，08(18)：335-338.

[4]谭玉静，洪枫.细菌纤维素在生物医学材料中的应用.中国生物工程东志，2018，27(4):126-131.

[5]贾士儒，马霞等.细菌纤维素结物与生殖的初步研究[].纤维素科学与技术，2018，925-30.

[6]礼富.细菌纤维素研究新进展.微生物学通报，2020，30(4)：95-98.

[7]要士儒，欧宏宇等.新型生物材料一细菌纤维素.食品与发酵工业，2019，27(1)：54-58