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细菌纤维素（Bacterial cellulose,BC）是由微生物发酵所得的纳米级纤维素,在食品领域常被称为纳塔或椰果。BC由于其独特的性能而被应用于多个领域,然而高生产成本制约着其进一步发展,因此,急需开发低成本的生产方式。柑橘是世界第三大国际贸易农产品,柑橘皮渣约占果实总重的40 wt%-60 wt%。目前,柑橘皮渣的再利用会耗费大量的能源且产值较低,而以柑橘皮渣作为培养基发酵细菌纤维素的研究鲜有报道。近年来,我国空气质量急剧恶化,严重危害人类的生产生活。空气净化材料凭借其过滤效率高、见效快、成本低等优势成为解决空气污染问题的有效途径。目前,空气净化膜的研究热点主要是通过静电纺丝等技术制备纳米纤维膜,虽然其过滤效率高,但难以同时满足低空气阻力、高有效物质载量、易于降解、成本低等要求。本文的研究思路为:1)从柿子醋中分离鉴定产细菌纤维素的菌株,以柑橘皮渣酶解液为碳源,发酵得到纳米级BC,利用不同浓度的硫酸水解BC,得到粒度均匀的细菌纤维素颗粒（Bacterial cellulose particles,BCPs）;2)BC和BCPs分别与两种蛋白（水溶性蛋白-乳清浓缩蛋白和非水溶性蛋白-玉米醇溶蛋白）自组装形成具有功能特性的粒子,将其分散于微米级的木浆纤维（Wood pulp,WP）水溶液中,干燥后得到具有高过滤效率、低空气阻力、高有效物质载量的生物基空气净化膜;3)为了进一步提高空气净化膜的过滤效率,利用复合溶剂溶解玉米醇溶蛋白（Zein）,得到亚稳态zein溶液,通过静电纺丝技术制备出自卷曲的带状纤维膜,该方法也为解决静电纺丝技术所遇到的纳米纤维堆积过于密集这一问题提供了新的思路。综上,本研究为解决BC的生产成本、柑橘皮渣的再利用和空气污染这三个现实问题提供了新的研究方向。本文的主要研究结果如下:1.从柿子醋中分离产酸产凝胶膜的菌株,以《常见细菌系统鉴定手册》和《伯杰氏细菌鉴定手册》为鉴定依据,对分离菌株的形态学特征、生理生化特征和遗传学特征进行鉴定,鉴定结果为:分离所得菌株为Komagataeibacter属,是产细菌纤维素的特征菌。以柑橘皮渣酶解液为培养基发酵生产BC的实验结果显示:当柑橘皮渣复合酶的添加量为0.3 wt%、酶解温度为50℃、酶解时间为5 h、料水比为7:3、接种量为8%（v/v）、酵母浸提粉的添加量为0.4 wt%、蛋白胨的添加量为0.4 wt%、乙醇的添加量为0.8%（v/v）、培养温度为30℃、静置培养8 d后,BC的得率最高,干膜产量为5.7±0.7 g/L,与发酵BC常用的Hestrin-Schramm（HS）培养基相比,得率提高了43.6%。并通过红外光谱分析仪、X射线衍射仪、色度仪、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪等分析手段对柑橘皮渣酶解液培养基发酵所得BC的性质进行表征。此外,BC通过30 wt%硫酸水解之后得到粒径均匀的BCPs,并以BC和BCPs为原料进行接下来的研究。2.针对目前空气净化膜的制备方法复杂,且难以同时满足高过滤效率、低空气阻力、高有效物质载量等问题,本研究利用纳米级细菌纤维素、乳清浓缩蛋白和微米级木浆纤维为原材料,通过BC与乳清浓缩蛋白（Whey protein concentrate,WPC）的静电吸附作用构建具有功能特性的蛋白粒子,该粒子与微米尺寸的木浆纤维共混干燥后,得到具有多级结构的乳清浓缩蛋白@细菌纤维素/木浆纤维（D-WPC@BC/WP）复合物。其中,WPC可通过蛋白官能团的化学吸附作用拦截空气中的小颗粒污染物,从而提高了样品的过滤效率;BC一方面可通过纳米纤维丝的高比表面能吸附小颗粒污染物,另一方面又可作为稳定剂均匀分散D-WPC,防止D-WPC聚集成膜,从而提高样品的稳定性并降低空气阻力;木浆纤维中的微米级纤维丝相互缠绕,形成大量的孔结构,赋予材料良好的力学性能和空气流通性。利用圆二色谱仪、扫描电子显微镜、纳米粒度仪、万能测试仪等分析手段对D-WPC@BC/WP的微观结构和力学性能进行表征,并研究其形成机理和过滤机理。过滤性能实验表明:D-WPC@BC/WP对空气中的小颗粒污染物PM0.3的过滤效率为85.70±3.46%;其空气阻力极低,单位压力降仅为0.194 kPa/g,为目前的研究热点——静电纺丝技术所制备空气净化膜的几十到几百分之一。此外,D-WPC@BC/WP具有良好的抗拉性和柔韧性,有利于实际应用。3.基于第二部分的研究内容,为进一步提高空气净化膜的过滤效率,特别是对尺寸较小的空气污染物,这部分以BCPs和玉米醇溶蛋白（Zein）为原料构建稳定的BCPs/zein纳米粒子,与微米级木浆纤维共混后,得到了高过滤效率低空气阻力的空气净化膜（F-Z15）。通过接触角实验证明,BCPs/zein纳米粒子的外层为富含官能团的zein,从而BCPs/zein纳米粒子可利用官能团和纳米结构的协同作用,提高样品的过滤效率;微米级的木浆纤维为过滤膜提供了大量孔结构,有利于空气流通,降低空气阻力。过滤性能实验结果显示:F-Z15对空气中的小颗粒污染物PM0.3的过滤效率为93.71±1.03%;对化学气体甲醛和一氧化碳的过滤效率分别为88.30±5.68%和60.71±4.23%;单位压力降进一步降低,仅为0.101 kPa/g。本研究方法利用天然食品高分子的自身特性,通过简单的溶液共混法制备出了具有高过滤性能的生物基空气净化膜,为空气净化材料领域提供了新的思路。4.基于第二和三部分的研究结果可知,增加空气净化膜中的纳米结构有助于提高其对小颗粒污染物的过滤效率,但是空气阻力也随之增大,为了解决这一矛盾,本章通过复合溶剂（丙酮-正丁醇-蒸馏水-2:1:1）溶解zein,得到亚稳态zein溶液,通过静电纺丝技术首次获得独特的自卷曲带状纤维丝,大量的纤维丝堆积后得到了疏松的带状纤维膜。稳态zein溶液所得的纤维膜为致密的棒状纤维膜,棒状纤维膜在本研究中作为对照样品。带状纤维膜可通过多重过滤机制拦截空气中的污染物颗粒,其独特的自卷曲形貌赋予了空气净化膜疏松的结构,有利于空气流通。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、流变仪等技术手段证明了带状纤维独特的结构形貌,并研究了其形成机理和过滤机理。过滤性能实验结果表明:带状纤维膜对PM0.3的过滤效率达到99.99%以上;带状纤维膜的稳定性高于棒状纤维膜;带状纤维膜使用寿命优于棒状纤维膜和某商用口罩。此外,带状纤维膜独特的自卷曲结构赋予了样品疏松多孔的形貌,在相同的面密度条件下其空气阻力远低于致密的棒状纤维膜。本研究方法的意义不仅仅是制备出极高过滤性能的空气净化膜,同时也为静电纺丝技术提供了新思路。