鑽石舞台

在細菌纖維素領域有着多年研究經驗的南京理工大學孫東平教授將出席《生物基與降解材料2022年度大會暨頒獎典禮》並發表以「納米纖維素的微生物催化合成及應用研究」主題演講，歡迎報名參展參會。

細菌纖維素與植物纖維素結構相似，但物理性質與化學性質有較大區別，細菌纖維素是一種由木醋桿菌等微生物新陳代謝產生的胞外不可溶性多糖，其因自身獨特性能成為一種獨特的功能生物材料。

早期由英國科學家 Brown 發現，他在研究木醋桿菌時無意發現培養液表面形成的一層固體凝膠物質，這在經相應表徵後被確定為一種高純度纖維素，即「細菌纖維素」。從它的結構上看，它是由 β-D 葡萄糖集合而成，由 β-1,4-吡喃葡萄糖單元組成的多孔型三維網絡狀結構的大分子。

細菌纖維素既包含植物源納米纖維素的特徵，又具有許多自身獨特的優良性質。它具有高純度，主要體現在不含半纖維素、果膠、木質素等；因其具有網狀結構，所以其可保持相對數量的水分，同時它還具有高彈性模量、生物相容性和可降解性，因而在多領域、多方面具有良好的應用價值，可製成柔性顯示複合材料、醫療敷料，同時在紡織工業、電池等領域也值得廣泛應用。

因此可以認為細菌纖維素是一種高價值的納米級高分子材料。目前對於細菌纖維素的綜述報道也有很多。汪麗粉等主要對細菌纖維素的高持水性、高透氣性、良好的生物相容性、高機械強度等獨特性質及其在紡織、醫用敷料、組織工程、食品、導電材料等領域的應用展開綜述，朱曉東等主要通過靜態培養和攪拌培養兩種方法對細菌纖維素的製備進行闡述，重點講述了細菌纖維素的三種改性方法即原為改性法、浸漬法、均化法，以及細菌纖維素在生物醫藥、食品包裝、電子元件方面的應用。

但對其充分的研究與利用需要大量原料的產出，因而針對細菌纖維素低成本、高產量、簡操作的合成技術成為細菌纖維素一個值得思考的問題，現有許多在生產製作過程中產生的廢棄物，將它們充分利用可以解決一定低成本的問題且產生環保效益。

同時，據社會現象可看出，現今食品安全問題深入人心，直接關係人們的身體健康，而細菌纖維素在食品方面大有作用，因此本文以廢棄物回收利用為要點，充分考慮經濟與環保相協調，着眼關注社會問題進行切入主要針對細菌纖維素的製備及其在食品方面的應用研究展開綜述。

細菌纖維素的製備

細菌纖維素作為天然生物基類高分子，可以持續滿足人們對於可降解、環保產品的需求，細菌纖維素的製備主要是通過菌種在特定條件下產生，現已有許多細菌纖維素製備的研究，其中環保且成本低的生產技術更俱價值]。圖3列舉了可用於細菌纖維素製備的不同來源。

一、細菌纖維素以生物基為原料的製備

1.1 以煙草廢棄物為原料

中國在煙草種植原料篩選中不適用於制捲菸及加工過程中產生的廢棄物約占煙葉總產量的25%，同時對於此類廢棄物的處理大多作焚燒處理，造成了很大的資源浪費及環境污染問題。以廢煙末為原料合成細菌纖維素不僅降低成本，同時有很大的綠色環保意義。

郭霖軒等考慮酸鹼環境及糖類對細菌纖維素合成的影響，用煙草廢棄物的乙醇水解液培養基對細菌纖維素進行培養，以不同水解條件對浸提液水解全因素試驗，得到2%乙酸、120℃、90min 是煙草廢棄物浸提液水解的較佳條件。張婷婷等以煙草中富含糖、氨基酸、無機鹽等研究了煙草廢棄物發酵製備細菌纖維素的可行性，通過煙末廢料水提液作為培養基，利用木醋桿菌進行發酵，得出最優條件為接種量6%、初始pH5、溫度30℃，發酵時間7d。

1.2 以農作物為原料

中國甘薯年產量超5300萬噸，是全球最大的甘薯生產國，甘薯被充分用於澱粉類食品的生產。大豆同樣也是糧食中需求量極高的原料，它們在生產過程中產生的渣質存在着很大的利用空缺問題。

Shuai Xu 等以利豐製品有限公司的甘薯渣為原料，經過單因素優化選擇以濃度為30 g/L 的葡萄糖作為碳源，採用補料分批法實現了甘薯渣的高固相酶解，該酶解方式可以提高設備利用率，能耗得到大大降低，以甘薯渣水解液作為培養基，由於沒有抑制劑的產生，有利後續葡萄糖的轉化及細菌纖維素的合成。

高媛等以南通來寶穀物蛋白公司的大豆渣為原料，大豆渣的稀酸預處理及酶水解過程簡單，在與葡萄糖、酸預處理液、酶解液作為碳源的比較中，確定以Ca(OH)2 脫毒後的酶解液作為碳源獲得的細菌纖維素產量最高。工藝流程如圖4所示。

二、以人工合成聚合物為原料細菌纖維素的製備

2.1 以紡織物為原料

高分子材料的不斷研究為紡織業提供了重要原料，同時，對紡織物的回收利用的問題備受關注，在追求紡織行業的經濟效益的同時也要考慮廢棄物對環境的影響。Jiangang Zhou 等採用尼龍66解聚法製備硫酸水解產物，研究表示通過酸水解和好氧發酵將尼龍66廢渣轉化為細菌纖維素在技術上的可行性。在100℃下用10%的尼龍進行4小時的硫酸水解，使尼龍66肥料幾乎完全解聚後作靜態發酵轉化為細菌纖維素。

周建剛等申請了利用廢舊滌綸織物製備細菌纖維素的專利，把廢棄滌綸織物烘乾剪碎，在氫氧化鋇溶液中以120～126℃使其水解90～100min，後加如稀硫酸使溶液呈中性，經離心分離後取上清液即滌綸水解液加入酵母粉和蛋白腖製備成培養基，將細菌纖維素的菌接種到滅菌且常溫的該培養基中進行培養從而得到細菌纖維素。

總結和展望

細菌纖維素的優良特性給各領域都提供了材料，對於細菌纖維素的製備以簡操作、低成本、高產量的趨勢在不斷進行研究，大多趨向利用廢舊資源進行改良合成，但是對於細菌纖維素大規模的合成進行一個體系化生產的技術還有待推進。

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Established in 1996 as one of Shanghai’s first international schools, Shanghai Community International School (SCIS) has served as an essential cornerstone in the lives of many within the international community. As an International Baccalaureate (IB) Continuum World School, SCIS offers a premier educational experience aimed at rigorous critical thinking and global citizenship and, for our Upper School Students, the opportunity to earn the highly coveted IB Diploma and entrance to top universities worldwide.

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