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细菌纤维素(bacterial cellulose,BC)是由一定的微生物(主要为细菌)产生的细胞外纤维素,目前在工业生产中细菌纤维素的培养方法大致分为液态静置培养和动态培养法。然而,静态培养过程中由于纤维素的形成会限制氧的有效传递,从而进一步限制了纤维素的合成。动态发酵过程中,受剪切力的影响,菌体易向不产细菌纤维素的方向突变,从而降低产量。
针对上述问题,以聚氨酯塑料泡沫为吸附载体,对木醋杆菌(Acetobacter xylinum)吸附载体固态发酵过程中影响纤维素产量的因素及其发酵过程进行了初步研究。结果表明在固液比为1:16,载体颗粒大小小于1.25 cm,载体堆料高度为3 cm,初始葡萄糖浓度为20g/L时,72 h发酵,细菌纤维素产量达到4.86g/L,整个发酵周期的容积生产率达到1.62g/L·d。与常规液态静置发酵相比,发酵产量同期提高了5.65倍,一个发酵周期的容积生产率提高了3.16倍。通过与液态静置发酵和摇瓶发酵的对比试验,发现由于溶氧限制,当初始碳源浓度提高时两种液态发酵方式均不能促进细菌纤维素产量的提高,而吸附载体固态发酵的引入在一定程度上改善了碳源利用率低的问题,且产物具有更细的显微结构和低的聚合度,组成和结构上没有变化。此外还进一步利用压力脉动固态发酵装置进一步促进了传质,使产物产量提高了7.8%。
细菌纤维素作为一种工业生产中具有巨大商业前景的多糖聚合物,若能以低成本、来源广泛的生物质资源为出发原料,进行大规模生产,则可作为一种高附加值的生物基材料得到应用。论文对汽爆秸秆酶解液发酵木醋杆菌产细菌纤维素的可发酵性能进行了初步考察。由于汽爆秸秆酶解液中有机酸含量高,考察了发酵培养基的初始pH值对产物生成量的影响,发现当pH为6.3~6.5时获得最大的细菌纤维素产量。汽爆秸秆酶解液对于木醋杆菌的菌体生长和产物积累并没有抑制作用,通过对照试验发现其产物产量提高了91%且发酵过程的pH值降低幅度小于以葡萄糖为碳源的合成培养基,说明汽爆秸秆酶解液对于发酵生产细菌纤维素是一种有价值的替代碳源。