红茶菌中细菌纤维素产生的筛选、鉴定及发酵条件优化

摘要

细菌纤维素（Bacterial Cellulose，BC），是一种由微生物分泌的次级代谢产物，它是由β-1,4糖苷键相互连接而形成的胞外多糖。它跟木质纤维素相比，具有复杂的网状三维立体结构、与材料结合能力强，生物相容性良好、纯度非常高、持水能力出色，是当前社会研究的重点方向，在许多领域都能发挥出重要的作用。本文主要研究了从红茶菌中分离出的产细菌纤维素菌株，并鉴定其为醋酸杆菌，并对醋酸杆菌生产细菌纤维素的发酵工艺进行了初步优化。
　　首先从实验室提供的红茶菌混合菌群中分离出产细菌纤维素的菌株，并对这些能产生细菌纤维素的菌株进行遗传稳定性实验，筛选出产量较高，遗传性状稳定的菌株，经过生理生化和16S rDNA分子鉴定为葡糖杆菌科醋酸杆菌属菌种，并对其产生的菌膜进行电镜和红外光谱扫描，确定其产物为细菌纤维素，并对实验室生产的细菌纤维素进行了纯度检测，经计算得到BC的纯度为98.02％。
　　对醋酸杆菌的发酵培养基进行了优化，绘制醋酸杆菌在种子培养基中的生长曲线，发酵培养基选择对数期30 h时的菌种进行接种，本次实验主要验证了当发酵培养基选择不同的碳源、氮源、有机酸、磷盐时，细菌纤维素产量的变化情况，并将本次实验找出的发酵培养基组分进行了不同浓度梯度的对照试验，每组实验进行三组平行实验。通过本次实验，找出了对细菌纤维素产量变化影响较为明显的三个因素，分别是：醋酸、酵母浸粉、磷酸二氢钾。设计三因素三水平的响应面实验（RSM），将细菌纤维素的产量作为响应面实验的响应值，对照实验结果得到的数据进行统计分析，建立醋酸、酵母浸粉、磷酸二氢钾这三个因素与BC产量之间的二次元模型，通过SAS数据分析软件对二次元回归方程进行极值分析及预测，当酵母浸粉为3.08%、醋酸0.2%(v/v)、磷酸二氢钾0.12%、葡萄糖0.8%、蔗糖1.5%时，细菌纤维素产量达到最大，约为5.64 g/L，与响应面预测值基相符合。
　　对部分发酵条件进行了优化，对温度、初始pH、初始接种量进行了单因素分析，选择影响显著的三个水平，设计三因素三水平正交实验，考察不同温度、初始 pH、初始接种量在相互作用时，细菌纤维素产量的变化情况，根据实验结果进行极差分析，根据分析结果得出，对细菌纤维素产量的影响，接种量大于初始pH大于温度，得到的最佳培养条件为：培养温度30℃、初始接种量2.0%、初始 pH6.0，综上所述，当醋酸杆菌在30℃、初始接种量2.0%、初始pH6.0时，静置培养7 d后细菌纤维素的产量达到5.7 g/L，相比优化之前，产量提高10倍。

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1 引言

1.1 细菌纤维素的概述

1.2 细菌纤维素的应用

1.2.1 在食品领域的应用

1.2.2 在医学领域的应用

1.2.3 在声学领域的应用

1.2.4 在复合材料领域的应用

1.2.5 在其他领域的应用

1.3 细菌纤维素的工业合成

1.3.1 纤维素的分类

1.3.2 细菌纤维素的合成途径

1.4 细菌纤维素的发酵生产

1.4.1 菌种的选育

1.4.2 菌种的鉴定

1.4.3 发酵工艺的研究现状

1.4.4 不同的发酵条件对细菌纤维素产量的影响

1.5 红茶菌中筛选产细菌纤维素菌株的研究内容和研究意义

1.5.1 实验方案

1.5.2 研究意义

2 一株产细菌纤维素菌株的分离与鉴定

2.1 引言

2.2 实验材料

2.2.1 主要仪器与试剂

2.2.2 培养基

2.3 实验方法

2.3.1 菌种筛选与遗传稳定性实验

2.3.2 菌膜产量的测定及电镜扫描

2.3.3 细菌纤维素检测与纯度测定

2.3.4 形态特征

2.3.5 生理生化鉴定

2.3.6 16S rDNA基因序列分析

2.4 结果与分析

2.4.1 菌种筛选结果

2.4.2 遗传稳定性实验

2.4.3 扫描电镜

2.4.4 形态特征

2.4.5 部分生理生化鉴定

2.4.6 16S rDNA序列分析

2.4.7 菌膜的确定

2.4.8 细菌纤维素纯度的测定

2.5 结论

3 细菌纤维素发酵工艺的优化

3.1 引言

3.2 材料和方法

3.2.1 实验仪器与试剂

3.2.2 初始菌种

3.2.3 培养基

3.2.4 培养方法与条件

3.3 实验方法

3.3.1 细菌纤维素产量的测定

3.3.2 发酵条件的优化

3.4 结果与分析

3.4.1 优秀种龄的选择

3.4.2 发酵培养基中组分的选择

3.4.3 摇瓶发酵培养基组分的优化

3.4.4 部分发酵条件的优化

4.1 结论

4 结论

5 展望

参考文献

致谢