细菌纤维素生物理化特性和商业用途（综述）

简要介绍了木醋杆菌（Acetobacter xylinum）纤维素的生物合成、理化特性、发酵和应用研究的进展近况。醋菌纤维素形成纳米级极细的纤维，具有极高的杨氏模量和机械强度、高纯度和高结晶度、高亲水性和生物可降解性，预计不久将成为一种多用途的重要商品生物材料。     

细菌纤维素及其在食品中的应用

利用微生物进行纤维素发酵的研究有很长的历史,但真正认识其实用价值的时间较短。目前,对细菌纤维素较为成功的应用是在造纸、医药、化妆品等行业。对于食品行业,细菌纤维素可作为一种重要的成型剂、增稠剂、分散剂等,改善食品的口感,作为膳食纤维的来源。笔者主要介绍了细菌纤维素的起源,产生细菌纤维素的菌种,细菌纤维素的理化性质、优点,以及细菌纤维素在食品中的应用。     

以橘渣为原料间歇振荡法生产细菌纤维素

以筛选于腐败柑橘表面的细菌纤维素(bacterial cellulose,BC)高产菌——中间葡糖酸醋杆菌CIs26为发酵菌株,以间歇振荡法为培养方式,研究橘渣预处理工艺、碳源、氮源和增效因子等营养条件对BC产量的影响。优化后的工艺条件为:橘渣与水混合比例1:6,添加0.3 g·L^-1果胶酶和0.1 g·L^-1纤维素酶,45 ℃酶解2 h。以滤液代替去离子水复配培养基,以蔗糖(70 g·L^-1)为碳源、硫酸铵(3 g·L^-1)为氮源、酵母粉(7 g·L^-1)为生长因子、乳酸(1 g·L^-1)与磷酸氢二钠(2 g·L^-1)为增效因子,在此条件下,BC产量达10.26 g·L^-1。说明橘渣经适当预处理与复配后,能够作为CIs26菌株间歇振荡法生产BC的优良培养基。     

纤维素分解细菌的分离和鉴定

[目的]研究低温环境下纤维素降解细菌的分离与鉴定。[方法]采用低温培养的方法从秸秆堆肥中筛选出3株分解纤维素的细菌,通过PCR克隆这3株菌的16SrDNA并与相似菌株做比对,进一步构建分子进化树,来研究其分类情况。[结果]综合其个体形态、菌落形态、生理生化特征、16SrDNA发育树构建结果等分类依据,鉴定3株菌均为假单胞菌属（Pseudomonas）。[结论]WH3为Pseudomonasputida,WH1和WH12还需进一步鉴定。     

利用大豆生产细菌纤维素的研究

[目的]探讨利用大豆酶解液生产细菌纤维素的方法。[方法]利用大豆为原料,以大豆酶水解后的酶解液为基本培养基,添加味精厂生产的糖化液、无机盐等生产细菌纤维素,通过试验研究接种量、大豆酶解液的添加量、糖化液的添加量、温度、pH值、培养基的厚度、发酵周期等对生产细菌纤维素的影响。[结果]大豆酶水解液生产细菌纤维素的最适工艺条件为：大豆酶解液7％～10％,糖化液15％～25％,接种量3％-4％,温度28～32℃,发酵起始pH值3．5～4．0,培养基深度0．8—1．6em,发酵周期6—7d。[结论]利用大豆酶解液和味精厂生产的糖化液生产细菌纤维素,成本低,具有很好的社会效益和经济效益。     

一株细菌纤维素产生菌的鉴定

细菌纤维素由于具有高结晶度、生物可降解性和合成可调控性等优良特性,被广泛应用于食品、医学、造纸等许多领域。实验室自制荞麦醋自然放置一段时间,液面上长出厚厚的凝胶状膜,经成分分析,确定其为纤维素,其结晶度为78%,Iα型纤维含量为60%。取该荞麦醋醪液,经自然筛选,最终筛选出1株性能稳定的纤维素高产菌株J2,纤维素产量可达87.62 g·L~(-1)(湿重)。通过形态学、生理生化指标及基于16S rRNA序列的分子生物学鉴定,确定菌株J2为汉森氏葡糖醋杆菌(Gluconacetobacter hansenii,Gen Bank登录号为GU213109)。     

植物纤维素生物合成研究进展

综述了植物纤维素生物合成研究进展及最新研究情况,并展望了该研究的方向及趋势。     

细菌纤维素发酵技术初步研究

以木醋杆菌101812为出发菌株.通过单因素和正交试验.优化了木醋杆菌产细菌纤维素的发酵培养基及发酵条件.优化后的发酵培养基组成为葡萄糖8%,酵母提取物2%,柠檬酸0.3%,Na2HPO4·12H2O0.2%,KH2PO4 0.1%,MgSO4·7H2O 0.02%,乙醇1%;发酵条件为培养基初始pH值5.4,装液量为500mL摇瓶中装100mL发酵液,发酵方式为静置培养.经验证,使用优化后的培养基配方,在上述发酵条件下,30℃培养6d,细菌纤维素的产量可达0.633 g·100mL-1.     

低温降解纤维素的细菌的筛选及鉴定

通过对环境中低温微生物的提取、初筛、复筛和纤维素酶活力的测定,分离并确定对纤维素有明显降解作用的两株细菌菌株B9和B21,并对其进行鉴定,B9菌株为噬胞菌属(又名纤维粘菌属,Cytophage)细菌,B21菌株为纤维单胞菌属(Cellulomonas)细菌。     

细菌纤维素高产菌株的诱变育种

以木醋杆菌1.1812为出发菌株,采用不同剂量的紫外线和亚硝酸进行了诱变,从紫外线诱变后的突变菌株中,获得了几株细菌纤维素高产菌株,其中UV-45菌株最高产量较出发菌株提高了38.8%。     

利用菠萝酒合成细菌纤维素的发酵培养基优化

为了提高菠萝酒醪生产细菌纤维素的产量,运用Plackett Burman试验设计法对7个相关影响因素的效应进行评价,筛选出有显著效应的3个因素: MgSO₄、FeSO₄和无水乙醇,然后采用Box Behnken的中心组合试验设计和响应面分析方法(RSM)确定上述3个因素的最佳含量。经优化后的发酵培养基为：酵母膏7 g/L,K₂HPO₄ 0.5 g/L,MgSO₄ 20 g/L,FeSO₄ 0.6 g/L,ZnSO₄ 3 g/L,柠檬酸0.3 g/L,无水乙醇9.4 mL/L。在此优化培养基条件下,菌株M₄₃₈发酵生产细菌纤维素湿膜平均产量为376.8 g/L,是优化前的3倍。可见,Plackett Burman试验和响应面分析相结合的试验方法用于优化发酵培养基科学且有效。     

响应面法优化解淀粉芽孢杆菌产细菌纤维素发酵条件

[目的]实现高效生产细菌纤维素(Bacterial cellulose,BC).[方法]以解淀粉芽孢杆菌ZF-7(Bacillus amyloliquefaciens ZF-7)为菌源,通过单因素试验和中心组合试验原理设计响应面法(CCRD)对其发酵生产BC的发酵条件进行优化.[结果]利用单因素试验确定了最适碳源与氮源分别为D-葡萄糖和酵母膏,并确定了D-葡萄糖、酵母膏及无水乙醇添加量对BC产量(干重)的影响.响应面法优化得到的最佳发酵条件为:葡萄糖56.1 g/L、酵母提取物9.9 g/L、乙醇17.2 ml/L.在此条件下,测得BC产量7.88 g/L,比初始产量提高了35.4％.[结论]研究可为解淀粉芽孢杆菌工业化应用提供参考.     

长链寡核苷酸生物合成方法的研究

化学合成长链寡核苷酸面临许多困难,本研究通过对长链寡核苷酸生物合成方法的研究,成功合成并纯化了长链寡核苷酸,其长度达到146 nt,并且其序列没有错误。生物合成的基本方法是:首先用一对PCR引物扩增DNA模板,该引物分别带有双链DNA限制性内切酶的识别序列、双链DNA单链切刻酶的识别序列;然后,PCR产物被克隆到质粒中;质粒经过酶切、聚丙烯酰胺凝胶电泳、回收、纯化、冻干脱水等步骤,最后得到高质量的长链寡核苷酸。     

新会柑果汁发酵制备细菌纤维素技术研究

【目的】提高废弃新会柑肉的利用率并探讨其制备细菌纤维素（Bacterial cellulose,BC）的技术可行性。【方法】以新会柑果汁为原料,红茶菌为发酵菌种,探究原料酶解预处理、柠檬酸添加量、发酵时间及pH等因素对BC产率的影响,同时探究BC膜的含水率和复水率、红外吸收光谱、X射线衍射及扫描电镜等性质特征。【结果】鲜榨柑汁糖度和p H平均值分别为10.9%和3.9。单因素试验结果显示,添加柠檬酸和酶解预处理不能提升BC产率,以纯柑汁为原料并调节pH为6.0发酵15 d获得BC产率相对最高。BC膜的纤维直径在80～400 nm之间,结晶度均在80%以上,为力学性能良好的生物纤维材料。酶解预处理对BC膜微观结构有较大影响,纯柑汁生产的BC膜以纤细纤维为主,酶解预处理后其微观结构为球形、方形或棱柱状纤维与纤细纤维的复合形态。【结论】以新会柑果汁为原料生产的BC具有良好的复水性能和高结晶度,单因素试验最高产率达到2.25 g/L,新会柑果汁可作为细菌纤维素的生产原料。     

微波一超声波辅助水解稻草制备微晶纤维素

以稻草为原料采用微波-超声辅助水解氧化法制备稻草微晶纤维素,运用傅立叶红外光谱和X射线衍射等对微晶纤维素产物进行了初步表征和分析;扫描电镜观察了稻草纤维素和微晶纤维素。结果表明：微波-超声辅助法制备的微晶纤维素保持纤维素的化学结构特征,形态上由松散状变为较规则的排列,纤维素的无定形区被大部分除去。微波-超声辅助水解氧化法制备微晶纤维素工艺条件在反应时间与消耗能量方面明显低于传统方法。     

紫花苜蓿MsNST的克隆及对木质素与纤维素合成的功能分析

【目的】木质素和纤维素是植物次生细胞壁的主要组成成分,是影响牧草消化率和品质的主要因素之一。紫花苜蓿作为高蛋白饲草,是奶牛等草食家畜优质饲草的主要来源。因此,苜蓿木质素和纤维素合成机制一直是受到关注的研究热点。模式植物拟南芥NAC家族的NST转录因子（NAC secondary wall thicking promoting factor）调控次生细胞壁的合成,但紫花苜蓿NST的功能与调控机制尚不明确。本研究通过分析紫花苜蓿NST的表达模式,及在拟南芥与苜蓿中过表达揭示其对木质素和纤维素合成的影响。【方法】通过同源克隆获得MsNST CDs序列,并对该基因进行生物信息学分析。利用qRT-PCR检测该基因受赤霉素（GA3）,水杨酸（SA）和多效唑（PCB）诱导后的表达模式。通过转基因植株中过表达MsNST,研究其对木质素和纤维素含量及其合成相关基因的影响。【结果】克隆MsNST 的CDs序列,最大开放阅读框为945bp,编码314个氨基酸。生物信息学分析表明,MsNST主要由无规则卷曲组成（60.83 %）;三级结构预测显示,MsNST以同源二聚体的形式有效的促进蛋白质间的相互作用。进化树分析表明,单子叶和双子叶分为两个分枝,暗示存在一定程度的进化,而MsNST与蒺藜苜蓿和大豆的NST属于双子叶植物分枝中的亚分枝,表明豆科植物间亲缘关系较近。MsNST与拟南芥NST1-3的氨基酸序列相似性较高（49%—55.9%）,并含有NAC转录因子的5个保守结构域。qRT-PCR分析表明,MsNST受GA3、SA和PCB的诱导表达,相对表达水平（12h）分别是对照的2.19、3.67和3.65倍。过表达MsNST导致拟南芥下胚轴缩短,转基因拟南芥半矮化,花序茎束间细胞壁纤维增厚,细胞壁结晶纤维素（13%）、总糖（7%）和木质素（11.7%）含量增加。通过分析木质素和纤维素合成相关基因表达水平发现,拟南芥和苜蓿中过表达MsNST均能激活木质素合成关键基因（PAL,4CL等）及纤维素合酶复合体亚基CesA家族基因的表达。【结论】MsNST受外源激素GA3、SA和PCB诱导表达。转基因植物中过表达MsNST可激活次生壁木质素和纤维素合成相关基因的表达,同时茎束间纤维细胞壁增厚,细胞壁结晶纤维素、总糖和木质素含量增加,暗示MsNST对次生细胞壁木质素和纤维素的合成有重要的调节作用。     

MUG单管定量检测法对大肠埃希氏菌的检测

采用MUG单管定量检测法对实验室制备的菌悬液、天然海水、水产品进行定量检测,并与大肠埃希氏菌多管发酵法的检测结果进行比对分析.结果表明：MUG单管定量检测法与大肠埃希氏菌多管发酵法对菌悬液、天然海水、水产品的检测结果没有统计学差异;MUG单管定量检测法检测数据的精确性高于大肠埃希氏菌多管发酵法,而且更为快速、经济.因此,该法适用于海水和水产品中大肠埃希氏菌的定量检测.