微生物合成細(xì)菌纖維素并運(yùn)用于制備復(fù)合材料的初步研究_周浩

1、分類號(hào) 密級(jí)udc 學(xué) 位 論 文微生物合成細(xì)菌纖維素并運(yùn)用于制備復(fù)合材料的初步研究（題名和副題名）周浩（作者姓名）指導(dǎo)教師姓名孫東平 副教授申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別 碩士專業(yè)名稱有機(jī)化學(xué)論文提交日期論文答辯日期學(xué)位授予單位和日期南京理 工大學(xué)答辯委員會(huì)主席評(píng)閱人2010年 月 日注注明國際十進(jìn)分類法udc的類號(hào)。本學(xué)位論文是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下取得的研究成果，盡我所知，在本學(xué) 位論文中，除了加以標(biāo)注和致謝的部分外，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或公布=1過的研究成果，也不包含我為獲得任何教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的 材料。與我一同工作的同事對(duì)本學(xué)位論文做出的貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明。研究生簽名:才久。年6月a

2、日學(xué)位論文使用授權(quán)聲明南京理工大學(xué)有權(quán)保存本學(xué)位論文的電子和紙質(zhì)文檔，可以借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部內(nèi)容，可以向有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交并授權(quán) 其保存、借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部內(nèi)容。對(duì)于保密論文, 按保密的有關(guān)規(guī)定和程序處理。研究生簽名：/寸菇由木醋桿菌acetobacter xylinum發(fā)酵產(chǎn)生的細(xì)菌纖維素，具有極其細(xì)小的纖維素網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)。與植物纖維素相比具有更高純度、結(jié)晶度、楊氏模量、拉伸強(qiáng)度等特點(diǎn)，因此 纖維素已經(jīng)被視為一種最具有應(yīng)用前途的資源。本文通過小試實(shí)驗(yàn)、中試發(fā)酵罐實(shí)驗(yàn)對(duì) 發(fā)酵培養(yǎng)基進(jìn)行優(yōu)化，提高纖維素產(chǎn)量。同時(shí)制備細(xì)菌纖維素/聚乳酸復(fù)合材料。第一部分發(fā)酵培養(yǎng)基

3、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中，詳細(xì)討論了發(fā)酵液中的碳源和ph對(duì)纖維素產(chǎn)量 的影響。經(jīng)過小試實(shí)驗(yàn)獲得發(fā)酵液的最佳培養(yǎng)條件，葡萄糖含量為2.5%,蔗糖含量為 2.5%,發(fā)酵液的ph在5.5-6.0之間。同時(shí)向這種最佳培養(yǎng)基中添加1%的乙醇能夠有效 的提高細(xì)菌纖維素的產(chǎn)童。利用最佳培養(yǎng)基進(jìn)行中試機(jī)械攪拌發(fā)酵罐培養(yǎng)獲得纖維素產(chǎn) 量為3.3g/lo為了維持發(fā)酵液最佳條件，實(shí)驗(yàn)過程中不斷向發(fā)酵罐中補(bǔ)加葡萄糖，氨水。 最終發(fā)酵產(chǎn)率得到提高，達(dá)到3.68g/l為了利用纖維素優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度開發(fā)其在醫(yī)學(xué)材料中的用途，本論文的第二部分， 通過熱壓成型制備聚乳酸/細(xì)菌纖維素復(fù)合材料。在膜壓過程中，細(xì)菌纖維素膜夾在聚乳 酸粉末中，預(yù)熱一

4、定時(shí)間后加壓。實(shí)驗(yàn)過程中主要使用了兩種纖維素膜，一種是熱干燥， 另一種是冷凍干燥膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示加入熱干燥的纖維素膜能夠明顯提高復(fù)合材料的機(jī) 械強(qiáng)度。例如，當(dāng)纖維素含量增大到20%,復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度增大到70.7mpa,相對(duì) 于純聚乳酸而言增加了 30%。而添加冷凍干燥的細(xì)菌纖維素膜后，復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度 反而比純聚乳酸差。同時(shí)為了進(jìn)一步提高細(xì)菌纖維素與聚乳酸之間的交聯(lián)程度。將熱干燥細(xì)菌纖維素膜 浸泡在聚乳酸氯仿溶液中，隨后熱壓成膜。與上述結(jié)果相似，當(dāng)細(xì)菌纖維素增大到20%, 復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度增大到70mpa。最后為了改善復(fù)合材料的斷裂伸長率。甘油、聚乙二醇、乙酰檸檬酸三正丁酯作為 增塑劑

5、添加到纖維素/聚乳酸復(fù)合材料中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示乙酰檸檬酸三正丁酯的增塑效果 最好，當(dāng)乙酰檸檬酸三正丁酯含量達(dá)到15%,聚乳酸的斷裂伸長率達(dá)到200%o但乙酰 檸檬酸三正丁酯加入后復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度明顯下降。然而向其中添加熱干燥細(xì)菌纖維 素膜之后復(fù)合材料較高的機(jī)械強(qiáng)度得以維持。本論文主要進(jìn)行了細(xì)菌纖維素發(fā)酵液成份的優(yōu)化，并進(jìn)行小試、中試實(shí)驗(yàn)大量生產(chǎn) 細(xì)菌纖維素。并細(xì)菌纖維素與聚乳酸制備醫(yī)用復(fù)合材料的初步研究。關(guān)鍵詞：細(xì)菌纖維素；聚乳酸；乙酰檸檬酸三正丁酯；聚乙二醇；甘油abstractobtained from fermentation by the acetobacter xylinum, ba

6、cterial cellulose (bc) presents a uniform ultrafine-fibre network structure. compared with the plant cellulose, bc displays higher purity, crystallinity, young's modulus and tensile strength. bc, therefore, has been considered as one of the most promising renewable sources for various applicatio

7、ns. in this thesis, we have first optimized the fermentation process of bc in both lab-scale and medium-scale experiments to increase the yield of bc. in the second part of my research, the application of bc as biomaterial has been explored by blending with poly lactic acid (pla).in the first part o

8、f fermentation research, we have studied in detail the effects of various carbon sources and ph in the fermentation medium on the yield of bc. in the lab-scale experiments, the optimal fermentation conditions were found as following: sucrose 1.5%, glucose 2.5%, ph 5.5-6.0- when adopting these optima

9、l conditions in staticffermentation, we have found addition of 1% ethanol can further increase the resulted bc yield. in the medium-scale experiments with the above-mentioned optimal fermentation conditions, bc yield was found to be 3.3 g/l under stirring medium in a 100 l fermentation tank. in orde

10、r to maintain the optimal fermentation conditions, glucose as carbon source and ammonia as ph adjuster were added into the culture. the bc yield in medium-scale fermenter can be further improved to 3.68 g/l.to explore the bio-applications of our bc by taking full advantage of its tensile strength, i

11、n the second part of my thesis, we have prepared pla/bc composites by heat pressed molding. in the molding process, the dried bc membrane was sandwiched between two layers of powered pla before heat-pressing. two kinds of dried bc membranes, namely, heat-dried bc membrane and freeze-thaw dried bc me

12、mbrane were used. the results show that the addition of heat-dried bc membranes to pla matrix can improve its tensile strength obviously. for example, the tensile strength of pla/bc (80/20) composite was increased to 70.7mpa, which is 30% improvement of pristine pla (52mpa) however, pla/bc composite

13、s with freeze-thaw dried bc membranes harvested with reduced tensile strength.we have also explored the preparation of pla/bc composites by solution-dissolved pla heat-pressed molding. the pla was first dissolved in chloroform and the heat-dried bc membranes were soaked in pla chloroform solution. t

14、he resulted compounds were further processed with heat-pressed molding. similar results were found, i.e. pla/bc composites achieved higher tensile strength than pure pla. for instance, the tensile strength of pla/bc composite was nearly 70mpa with addition of 20% bc.to increase the elongation at bre

15、ak, the glycerol, poly ethylene glycol (peg) and acetyl tributyl citrate were used as plasticizer. the results show that the acetyl tributyl citrate was the best plasticizer. with the content of acetyl tributyl citrate increased to 15%，the elongation at break was 200%. with the acetyl tri butyl citr

16、ate increased, the tensile strength decreased dramatically. when the cellulose was added, the tensile strength can keep in the high tensile strength.in summary, we have optimized the fermentation process of bc in both lab-scale and medium-scale. the bio-applications of bc were further studied by com

17、pounding with pla.key words: bacterial cellulose; pla; acetyl tributyl citrate; poly ethylene glycol; glycerol摘 要abstractii1引言11.1課題研究意義11.2細(xì)菌纖維素發(fā)酵生產(chǎn)現(xiàn)狀1.3纖維素的應(yīng)用概述1.3.1細(xì)菌纖維素的制備及其性質(zhì)41.3.2細(xì)菌纖維素在造紙中的應(yīng)用41.3.3細(xì)菌纖維素在醫(yī)學(xué)輔料中的應(yīng)用134吸附重金屬離子4135細(xì)菌纖維素制備膳食纖維13.6細(xì)菌纖維素/淀粉可將降解塑料51.4纖維素對(duì)可降解材料的改性61.4.1聚乳酸/纖維復(fù)合材料61.4.2聚己

18、內(nèi)酯/纖維素復(fù)合材料71.5課題意義82搖瓶動(dòng)態(tài)與靜態(tài)發(fā)酵小試研究92實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備92.1.1實(shí)驗(yàn)原料2.2實(shí)驗(yàn)方法92.2.1搖瓶動(dòng)態(tài)與靜態(tài)發(fā)酵方法92.2.2確定最佳接種量102.2.3 確定最佳ph值112.3結(jié)果與討論112.3.1搖瓶動(dòng)態(tài)及靜態(tài)發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果及分析112.3.2接種量的影響試驗(yàn)結(jié)果及分析132.3.3ph的影響試驗(yàn)結(jié)果及分析142.4結(jié)論143發(fā)酵罐中試生產(chǎn)163.1實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備163.1.1實(shí)驗(yàn)原料163.1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備163.2實(shí)驗(yàn)方法173.2.1 ph對(duì)發(fā)酵的彩響實(shí)驗(yàn)方法173.2.2動(dòng)態(tài)流加碳源，調(diào)節(jié)ph試驗(yàn)方法173.2.3動(dòng)靜結(jié)合鋪瓶及動(dòng)態(tài)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)方法

19、173.2.4靜態(tài)鋪瓶實(shí)驗(yàn)方法183.3結(jié)果與討論193.3.1 ph對(duì)發(fā)酵的影響結(jié)果與分析193.3.3動(dòng)靜結(jié)合鋪瓶及動(dòng)態(tài)發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果與分析223.3.2動(dòng)態(tài)流加碳源試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果與分析21233.3.4靜態(tài)鋪瓶試驗(yàn)結(jié)果與分析3.4結(jié)論254壓延法制備細(xì)菌纖維素/聚乳酸復(fù)合材料264.1實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備264.1.1實(shí)驗(yàn)原料26264.1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備4.2實(shí)驗(yàn)方法及測(cè)試264.2.1實(shí)驗(yàn)方法264.2.2測(cè)試方法274.3結(jié)果與討論284.3.1機(jī)械性能測(cè)試284.3.2掃描電鏡304.4本章小結(jié)315溶解浸泡法制備纖維素/聚乳酸復(fù)合材料及其改性研究335.1實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備335.1.1實(shí)驗(yàn)原料

20、335.1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備335.2實(shí)驗(yàn)方法及測(cè)試335.2.1實(shí)驗(yàn)方法335.2.2測(cè)試方法365.3結(jié)果與討論365.3.1細(xì)菌纖維素持水率、膨脹率機(jī)械強(qiáng)度365.3.2電鏡表征375.3.3機(jī)械強(qiáng)度405.4本章小結(jié)416結(jié)論與展望426.1本課題的主要結(jié)論426.2本文創(chuàng)新點(diǎn)426.3進(jìn)一步研究的問題43致謝44參考文獻(xiàn)45附錄50vi1引言1.1課題研究意義纖維素作為地球上最豐富的資源，同時(shí)也是一種可降解資源，在人類資源h益枯竭 的時(shí)代顯得尤為重要。首先纖維素不但具有較強(qiáng)的生產(chǎn)能力，而且在自然界中可自行降解。但目前纖維素主要通過光合作用獲得，纖維素的純度與機(jī)械強(qiáng)度較低，因此用處較 低。通

21、過細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)生的纖維素純度更純，強(qiáng)度更好，用途更廣，關(guān)于細(xì)菌纖維素的用 途在下節(jié)重點(diǎn)論述。目前木醋桿菌發(fā)酵主要集中在靜態(tài)培養(yǎng)和動(dòng)態(tài)培養(yǎng)兩種方式上。從 研究報(bào)道的結(jié)果看靜態(tài)發(fā)酵纖維素產(chǎn)量好于動(dòng)態(tài)發(fā)酵產(chǎn)量。但由于靜態(tài)發(fā)酵時(shí)間較長,占地面積較大，因而不適宜大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。而動(dòng)態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)可以進(jìn)行大規(guī)模的機(jī)械化 生產(chǎn)。但是動(dòng)態(tài)發(fā)酵過程會(huì)受到很多因素的影響。因此為了提高纖維素產(chǎn)量，需要不斷 研究發(fā)酵條件，以獲得最佳發(fā)酵條件。同時(shí)通過中試試驗(yàn)，調(diào)試發(fā)酵過程，進(jìn)一步完善 發(fā)酵條件提高纖維產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本。由于細(xì)菌纖維素良好的生物相容性及降解性，使得人們將其與生物材料、可降解材 料聯(lián)系起來。人類社會(huì)的迅猛發(fā)展

22、，帶來了現(xiàn)代社會(huì)文明的同時(shí)，也造成了極大的環(huán)境壓力。如我們h常生活中的“白色污染”問題，嚴(yán)重影響我們的生活質(zhì)量，因此可降解材料受到 極大的關(guān)注，并逐漸成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。雖然人們對(duì)可降解材料研究的時(shí)間很長,但目前可降解材料并無統(tǒng)一的定義，美國材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)(astm)對(duì)可降解材料的定義 為自然界受各種條件的影響而在短期時(shí)間內(nèi)能自行降解的塑料。目前可降解材料可分為 生物降解材料和光降解材料兩種。其中生物降解材料使用后在微生物作用下可分解成二氧化碳和水等。生物降解類材料包括兩大類，一類是天然多糖類如：纖維素、淀粉等; 另一類是可完全降解的高分子材料，如細(xì)菌發(fā)酵生成的聚疑基丁酸酯(phb),人工合

23、成的聚乳酸(pla)、聚£己內(nèi)酯(pcl)，相比較而言，聚乳酸價(jià)格較低研究較多。 但是聚乳酸有其自身的弱點(diǎn)如：耐熱性低、韌性/柔軟性差、耐水解差等。正是基于聚乳 酸的這些弱點(diǎn)，為了擴(kuò)大聚乳酸的使用范圍，很多研究者做了大量關(guān)于聚乳酸改性的工 作。其中包括纖維素共混改性和化學(xué)改性，有關(guān)共混改性將在下面重點(diǎn)論述。而細(xì)菌纖 維素因其完整的三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而具有極佳的機(jī)械強(qiáng)度。并對(duì)聚乳酸材料起到很好的 補(bǔ)強(qiáng)作用。1-2細(xì)菌纖維素發(fā)酵生產(chǎn)現(xiàn)狀目前，已發(fā)現(xiàn)的能產(chǎn)生細(xì)菌纖維素的細(xì)菌有很多種，如下表1.1:表1.1細(xì)菌纖維素產(chǎn)生菌特點(diǎn)的對(duì)比菌種名稱產(chǎn)生纖維素特點(diǎn)纖維素晶體形式作用agrobacteri

24、um胞外微纖維i型吸附于植物組織（土壤桿菌屬）rhizobium胞外微纖維i型吸附于寄主植物（根瘤菌屬）acetobacter胞外膜，纖維束i型或ii型保持于有氧環(huán)境，可利（醋桿菌屬）用天然底物pseudomonas無明顯微纖維i型或ii型用作廢水中絮凝劑（假單胞菌屬）sarcina無定性纖維素i型或ii型不明確（八疊球菌屬）此外還有氣桿菌屬（aerobacter）；無色桿菌m（achromobacter）；動(dòng)膠菌屬（zoogloea）: 產(chǎn)堿菌屬（alcaligenes）等。其中合成纖維素的能力最強(qiáng)，最具有大規(guī)模生產(chǎn)能力的要數(shù) 醋桿菌中的木醋桿菌。目前人們對(duì)木醋桿菌發(fā)酵的研究也最多。除了菌株

25、本身的性質(zhì) 對(duì)發(fā)酵產(chǎn)量產(chǎn)生影響之外，發(fā)酵的條件如：發(fā)酵時(shí)間，發(fā)酵培養(yǎng)基所用碳源、最佳碳源 比、培養(yǎng)溫度、ph等因素也會(huì)對(duì)發(fā)酵產(chǎn)量產(chǎn)生極大的影響。目前國外有報(bào)道，通過計(jì) 算機(jī)模擬分析岀最佳發(fā)酵培養(yǎng)液組成，最終所得細(xì)菌纖維素產(chǎn)量達(dá)到25g/l左右】。同 時(shí)也報(bào)道了發(fā)酵的最佳ph值在4.0-7.0之間，最適宜溫度在28°c到30°c之間。細(xì)菌纖維素發(fā)酵生產(chǎn)主要有靜態(tài)培養(yǎng)和動(dòng)態(tài)培養(yǎng)。靜態(tài)法是指醋酸桿菌靜置培養(yǎng)， 在發(fā)酵液表面產(chǎn)生纖維素膜。而動(dòng)態(tài)法是在氣升式反應(yīng)器或機(jī)械攪拌發(fā)酵罐中通風(fēng)培養(yǎng) 醋酸菌，纖維素多以不規(guī)則的絲狀、或團(tuán)狀形式分散在發(fā)酵罐內(nèi)。靜態(tài)培養(yǎng)和動(dòng)態(tài)培養(yǎng) 所獲得的纖維素在

26、性質(zhì)上完全相同，只是聚合度有所不同。一般經(jīng)過發(fā)酵罐發(fā)酵獲得的 細(xì)菌纖維素聚合度較低，而且其楊氏模量較低，持水能力較高。兩種發(fā)酵獲得纖維素性能比較見表1.2：表1.2兩種發(fā)酵獲得纖維素性能對(duì)比表培養(yǎng)方式宏觀外形微觀構(gòu)型微纖維素直徑屮n靜態(tài)法片色膜狀，薄而大層狀重疊0.01-0.05動(dòng)態(tài)法包色片狀，厚而小網(wǎng)格形，向空間發(fā)展0.05-0.1在發(fā)酵液成份選擇上：纖維素發(fā)酵生產(chǎn)需要合適的發(fā)酵培養(yǎng)基。碳源如葡萄糖、果糖、蔗糖。不同碳源對(duì)細(xì)菌纖維素產(chǎn)量的影響見下表13。同時(shí)本課題組國研究了乙醇作 為醋酸桿菌的發(fā)酵碳源，結(jié)果顯示，靜態(tài)培養(yǎng)下纖維素的產(chǎn)量得到一定的提髙。雖然碳 源對(duì)發(fā)酵產(chǎn)率的影響很大，但實(shí)際生產(chǎn)

27、過程中仍然需要選擇合適的碳源并需要優(yōu)化合適 的碳源，尋找最佳碳源比例。同時(shí)還需要合適的氮源如酵母粉、蛋白月東，無機(jī)鹽如鎂離 子、鉀離子、鈉離子等。除此之外有時(shí)還加入一些有機(jī)酸如檸檬酸、醋酸、乳酸等。在 東南亞一些國家，人們老早就用椰汁作為發(fā)酵液生產(chǎn)細(xì)菌纖維素，制備出膳食纖維，近 年來我國海南等省份也相繼使用椰汁作為發(fā)酵液生產(chǎn)膳食纖維。表1.3不同碳源對(duì)細(xì)菌纖維素產(chǎn)垃的影響碳源 /(20g/l)纖維素產(chǎn)量(g/l)碳源 /(20g/l)纖維素產(chǎn)量(辺)葡萄糖2.59d甘露糖0.69d 果糖0.83乳酸0.60蔗糖20d 半乳糖0.03麥芽糖04可溶性淀粉0發(fā)酵過程中發(fā)酵液的溫度、ph對(duì)纖維素的產(chǎn)

28、量也有一定的影響，黃丹刃等設(shè)計(jì)單因 素變量分別考察了 ph值、溫度對(duì)發(fā)酵產(chǎn)率的影響。結(jié)果顯示ph在6.0-6.5之間，溫度 為30°c時(shí)，纖維素產(chǎn)量最大。為了實(shí)現(xiàn)細(xì)菌纖維素機(jī)械化生產(chǎn)，機(jī)械攪拌發(fā)酵罐及氣升式發(fā)酵罐被用來進(jìn)行中試 實(shí)驗(yàn)，均取得了一定的成效。但仍然存在一些問題，如發(fā)酵罐中溶解氧問題、機(jī)械攪拌 速度對(duì)發(fā)酵影響問題等?？傮w而言機(jī)械攪拌、氣升式發(fā)酵罐發(fā)酵生產(chǎn)纖維素的產(chǎn)量不如 靜態(tài)培養(yǎng)高。1.3纖維素的應(yīng)用概述纖維素是由卩1,4糖昔鍵相連的線型高聚物，結(jié)構(gòu)式如下圖l-lo雖然纖維素分解溫 度低于熔融溫度導(dǎo)致了纖維素難以加工，但由于纖維素本身很好的降解性，以及纖維素 衍生物本身的性

29、質(zhì)，使得纖維素在塑料工業(yè)中得到極大的應(yīng)用。parkesine是最早的以纖 維素為原料制備的塑料，其主要成分是硝化纖維。另外一種利用纖維素衍生物制備而成 的塑料是醋酸纖維素。圖1.1纖維索鏈結(jié)構(gòu)纖維素是地球上最豐富的天然生物聚合物。目前，人類可以通過四種途徑獲得纖維 素，兩種是天然合成的(植物光合作用和微生物發(fā)酵)，另外兩種途徑是人工合成。人 工合成纖維素要想達(dá)到天然合成纖維素的純度需要消耗大量的化學(xué)原料。本文使用的纖 維素是通過木醋桿菌發(fā)酵獲得的纖維素，相比于其它種類纖維素，細(xì)菌纖維素使用范圍 更廣。1.3.1細(xì)菌纖維素的制備及其性質(zhì)本文中使用的細(xì)菌纖維素是以acetobacter xylin

30、um nust4.2為菌種，發(fā)酵培養(yǎng)而得。與植物纖維素相比，細(xì)菌纖維素具有以下幾個(gè)特點(diǎn):(1) 較高的純度(99%)山】，不含半纖維素、木質(zhì)素，并且提取工藝簡(jiǎn)單【仏門】。(2) 納米級(jí)材料，細(xì)菌纖維素的直徑和寬度是植物纖維素的1/1001/1000左右,一 般形成一個(gè)寬度為30nm-100nm,厚度為3nm-8nm的細(xì)菌纖維絲帶。(3) 高持水性，通常情況下持水率大于1:50,經(jīng)過特殊處理后可達(dá)到1:700(,5,o(4) 改變發(fā)酵、培養(yǎng)條件可以獲得不同結(jié)構(gòu)與性能的細(xì)菌纖維素(,6-,71o(5) 高楊氏模量、高抗張強(qiáng)度和極佳的形狀維持能力同。1.3.2細(xì)菌纖維素在造紙中的應(yīng)用細(xì)菌纖維素的純度

31、、吸水性、以及良好的機(jī)械性能。將其作為造紙?jiān)希苊馊ヒ?般植物纖維脫木質(zhì)素的制漿過程，降低生產(chǎn)成本，提高紙張強(qiáng)度和耐用性，同時(shí)解決廢 紙回收再利用后紙張纖維強(qiáng)度下降等問題。周伶俐等3】研究了細(xì)菌纖維素對(duì)紙張的增強(qiáng) 效果。細(xì)菌纖維素勻漿處理后添加到韋漿和廢紙漿中配合抄紙，結(jié)果顯示所制備的紙張 的抗張強(qiáng)度、耐折度、撕裂指數(shù)和防水性均得到顯著提高。1.3.3細(xì)菌纖維素在醫(yī)學(xué)輔料中的應(yīng)用細(xì)菌纖維素較高的持水能力有利于吸收傷口滲出物，同時(shí)材料本身空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也 能夠很好的阻止病毒的侵入。因此細(xì)菌纖維素在醫(yī)學(xué)輔料上具有很大的應(yīng)用前景。南京 理工大學(xué)劉長生向纖維素發(fā)酵液中添加竣甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、殼聚

32、糖等發(fā)酵獲得 改性細(xì)菌纖維素膜，并評(píng)價(jià)了改性細(xì)菌纖維素膜在醫(yī)學(xué)輔料中的應(yīng)用前景絢。134吸附重金屬離子馬波0】通過化學(xué)改性的方法，接枝乙二胺、多乙稀多胺，并系統(tǒng)地研究了改性細(xì)菌 纖維素對(duì)重金屬離子銅、鉛的吸附能力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示改性后的細(xì)菌纖維素對(duì)銅、鉛離 子均具有很強(qiáng)的吸附能力。135細(xì)菌纖維素制備膳食纖維膳食纖維作為一種極其重要的食品成份已經(jīng)成為功能性食品領(lǐng)域的熱門課題。膳食 纖維由于具有很重要的生理功能，是繼糖、蛋白質(zhì)、脂肪.水、礦物質(zhì)和纖維素后的“第 七類營養(yǎng)物質(zhì)川22】。在東南亞的菲律賓，人們很早便將其加工成各種餐后點(diǎn)心或水果色 拉，這種產(chǎn)品在當(dāng)?shù)乇唤凶鰊atadecoco,而中國大陸

33、和臺(tái)灣叫做椰果、椰纖果。由于細(xì)菌纖維素具有很強(qiáng)的持水能力，靜置培養(yǎng)后形成結(jié)實(shí)而有彈性的凝膠膜，同時(shí)纖維素含 量極高。將靜態(tài)發(fā)酵的纖維素膜清洗干凈，然后在水中浸泡，以去除殘留的醋酸。然后 水煮殺菌，再加入蔗糖、食品添加劑和色素。最后，所得的細(xì)菌纖維素和糖液共同包裝 【23】。制備的椰果產(chǎn)品色澤潔白、口感獨(dú)特，同時(shí)具有減肥、改善腸胃功能、延緩衰老等 作用，流行于東南亞、日本、美國多年，廣泛應(yīng)用于八寶粥、果凍、飲料、罐頭等食品。13.6細(xì)菌纖維素/淀粉可將降解塑料以上提到的細(xì)菌纖維素優(yōu)異的性質(zhì)，特別是較髙的楊氏模量以及形狀維持能力，使 得纖維素可以作為添加劑增強(qiáng)基體強(qiáng)度。天津科技大學(xué)列將靜態(tài)發(fā)酵的細(xì)

34、菌纖維素膜干燥后，浸泡在淀粉甘油的水溶液中， 將浸泡后的細(xì)菌纖維素膜減壓干燥，制得纖維素淀粉可降解塑料。其機(jī)械強(qiáng)度隨著纖維 素含量的增加而增加。同時(shí)作者還對(duì)這種復(fù)合材料的降解性給予了研究，結(jié)果顯示隨著 降解時(shí)間延長添加細(xì)菌纖維素的塑料力學(xué)性能下降較慢，降解7天后含有細(xì)菌纖維素與 不含有細(xì)菌纖維素的可降解塑料的力學(xué)性能分別下降了 16.1%、1&9%,降解14天后分別 下降36.3%、55.2%, 21天后分別下降68.9%、78.9%,降解一個(gè)月后可降解材料的力學(xué) 強(qiáng)度均表現(xiàn)的很差。和植物纖維素一樣細(xì)菌纖維素有兩個(gè)區(qū)域：一是結(jié)晶纖維素、二是多孔纖維。結(jié)晶區(qū)細(xì)菌纖維素是由高取向度的纖維大

35、分子組成，多孔纖維素的分子取向度較低?？煞纸饫w維素的細(xì)菌對(duì)纖維素的結(jié)晶區(qū)的降級(jí)能力較弱。而細(xì)菌纖維素的結(jié)晶區(qū)比植物纖維素 的結(jié)晶區(qū)多，所以較難降解。細(xì)菌首先降解了淀粉，導(dǎo)致淀粉膜的機(jī)械強(qiáng)度下降很快，而纖維素對(duì)塑料膜機(jī)械強(qiáng)度能起到很好的維持作用。因此細(xì)菌纖維素作為增強(qiáng)材料對(duì)可降解塑料能起到很好的增強(qiáng)作用，同時(shí)又能夠很好的維持可降解塑料的機(jī)械強(qiáng)度。這樣 制備的纖維素淀粉復(fù)合材料的使用時(shí)間更長。與此同時(shí)carmen等【約同樣利用浸泡法制備 了淀粉纖維素可降解塑料，并得到同樣的測(cè)試結(jié)果。但浸泡法制備可降解材料的方法較 復(fù)雜，同時(shí)淀粉含量較難確定，因此需要找到一種更加便捷的制備方法。haiger等人絢報(bào)

36、道了木醋桿菌發(fā)酵液中添加淀粉而不影響細(xì)菌纖維素膜的形成，同時(shí)在發(fā)酵過程中細(xì)菌也不會(huì)將淀粉當(dāng)做碳源加以利用。因此將淀粉溶解在木醋桿菌發(fā)酵 液中2527,28,通過發(fā)酵制備淀粉纖維素復(fù)合膜。最后經(jīng)過堿煮，去離子水浸泡，熱壓成 型后得到干態(tài)的淀粉纖維素膜。cristian等29】也利用此方法制備樣品。測(cè)試結(jié)果顯示淀 粉很好的分布在細(xì)菌纖維素三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，拉伸測(cè)試結(jié)果顯示淀粉纖維素可降解材料 的拉伸強(qiáng)度達(dá)到200mpa以上。由于天然淀粉分子之間存在氫鍵，溶解性差，加熱易糊化，同時(shí)緩慢冷卻過程中會(huì) 發(fā)生凝膠化現(xiàn)象等缺點(diǎn)，上述制備過程，往往很難實(shí)現(xiàn)。因此有學(xué)者通過雙螺桿擠出機(jī) 制備出熱塑性淀粉與纖維素共

37、混物卩°刖。結(jié)果顯示纖維素含量的增加不但能夠增強(qiáng)可降解塑料的機(jī)械強(qiáng)度還可以降低它的吸水性。然而到目前為止利用細(xì)菌纖維素增強(qiáng)淀粉的 報(bào)道還很少。細(xì)菌纖維素除了具有上述用途外，還可以用來制備電子紙張、燃料電池、滲透氣化 膜、血管支架等。而植物纖維素顯然無法取代細(xì)菌纖維素的作用，所以進(jìn)行微生物發(fā)酵 過程放大實(shí)驗(yàn)的研究是極其重要的。1.4纖維素對(duì)可降解材料的改性1.4.1聚乳酸/纖維復(fù)合材料聚乳酸是一種新型、對(duì)環(huán)境友好且性能優(yōu)良的高分子材料。聚乳酸具有生物可降解 性、無毒、無刺激性，良好的生物相容性，但是聚乳酸樹脂硬且脆，韌性較差，缺乏柔 性，極易彎曲變形，結(jié)晶度較高，降解速度不易控制。這些

38、特點(diǎn)限制了聚乳酸的用途和 使用效果。因此各國學(xué)者作了大量的改性工作，其中包括添加纖維素共混改性，研究復(fù) 合材料的熱變形溫度，彎曲模量等。所報(bào)道的纖維素主要以植物纖維素為主。而至于添 加細(xì)菌纖維素改性的報(bào)道甚少。目前已報(bào)道被用來制備聚乳酸復(fù)合材料的植物纖維素有劍麻卩叭甘蔗渣卩叭洋麻 卩罠回收?qǐng)?bào)紙纖維【均等。聚乳酸與纖維素共混成型后復(fù)合材料的性能得到很大的提高, 瑞典的oksman等卩®采用雙螺桿擠出機(jī)制備了聚乳酸/亞麻纖維復(fù)合材料，其中亞麻纖維 的含量最高可達(dá)40%。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)聚乳酸/亞麻纖維復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度比所用的聚丙 烯/亞麻纖維復(fù)合材料汽車面板還高50%,而且同樣易于擠出和膜

39、壓加工。日本神戶大學(xué) 西野孝教授、沖繩大學(xué)的柴田信一博士等分別研究了亞麻纖維制備聚乳酸復(fù)合材料，研 究發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的機(jī)械性能和可降解性能得到一定的提高。另外，2003年5月豐田株式 會(huì)社和東麗株式會(huì)社等共同研發(fā)了聚乳酸/紅麻復(fù)合硬紙板,并成功應(yīng)用于汽車備用胎蓋 板等。植物纖維素中含有大量雜質(zhì)，如木質(zhì)素，這些物質(zhì)的存在對(duì)復(fù)合材料的影響同樣也 受到關(guān)注。ninagraupner】研究了木質(zhì)素加入對(duì)復(fù)合材料的彩響，作者將木質(zhì)素添加到 棉花纖維素/聚乳酸復(fù)合材料中通過熱壓成膜,并將此種復(fù)合材料與未加木質(zhì)素的復(fù)合材 料相比，結(jié)果顯示，添加木質(zhì)素后棉花纖維素與聚乳酸之間的交聯(lián)效果較好，同時(shí)各種 6力學(xué)性能

40、均有所提高。而含有木質(zhì)素的纖維素直接作為增強(qiáng)材料對(duì)復(fù)合材料的增強(qiáng)作用 更加明顯?？梢娞岣呃w維素與聚乳酸之間的交聯(lián)是提高復(fù)合材料性能的關(guān)鍵點(diǎn)。為了增加纖維 素與聚乳酸的交聯(lián)，人們做了大量的研究。有學(xué)者用馬來酸酹改性聚乳酸卩叫 聚乳酸在180°c下經(jīng)過馬來酸酊改性后與洋麻纖 維混合，纖維素鏈上的疑基與馬來酸軒反應(yīng)后與聚乳酸能很好的混合。增加了纖維素與 聚乳酸的相容性。利用此方法混合后制備的纖維素/聚乳酸復(fù)合材料經(jīng)熱壓成膜處理，結(jié) 果顯示纖維素加入后復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度、吸水性均有明顯提高。植物纖維素與聚乳酸之間交聯(lián)的程度受很多方面的影響。植物纖維素絲的直徑是細(xì)纖維素絲直徑的100-1000

41、倍，同時(shí)植物纖維絲的幾何形狀不規(guī)則，存在孔洞等，這些 先天存在的缺陷使得植物纖維絲與聚乳酸之間的交聯(lián)不夠充分。同時(shí)纖維素生長壞境等 方面因素對(duì)纖維素本身性質(zhì)也存在一定的影響，而這些因素最終對(duì)整個(gè)復(fù)合材料產(chǎn)生很 大的彩響【別，最終導(dǎo)致聚乳酸纖維素復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度有好有壞。從上述的文獻(xiàn)報(bào)道可見，要想提高材料的性能，最重要的是提髙兩者的交聯(lián)程度。 所有的文獻(xiàn)中均提供了復(fù)合材料的電鏡照片，從照片來看，纖維素與聚乳酸之間均存在 一定程度的交聯(lián)，只是交聯(lián)程度不同而己。細(xì)菌纖維絲的直徑在0.01-0.1 gm之間，相比較植物纖維素更小，纖維素含量更純， 比表面積更大，因此細(xì)菌纖維素與聚乳酸之間的交聯(lián)效果要

42、比植物纖維好，同時(shí)細(xì)菌纖 維素的物理化學(xué)性質(zhì)較植物纖維素更優(yōu)，因此，作為增強(qiáng)材料應(yīng)該更合適。但添加細(xì)菌纖維素需要考慮很多方面的因素。第一：細(xì)菌纖維素含水量高，如何解 決細(xì)菌纖維素添加后將水分蒸發(fā)，而細(xì)菌纖維素不會(huì)結(jié)成膜；第二：細(xì)菌纖維素分子間 氫鍵較多，這關(guān)系到如何將細(xì)菌纖維素分散更好。為此，天津科技大學(xué)的趙梓年】將細(xì) 菌纖維素粉末添加到聚乳酸的二氯甲烷溶液中，干燥成膜，結(jié)果顯示隨著細(xì)菌纖維素用 量增加，復(fù)合膜的斷裂伸長率、拉伸強(qiáng)度和彈性模量都明顯增加。同時(shí)纖維素含量的增 加也有助于復(fù)合膜的生物降解。1.4.2聚己內(nèi)酯/纖維素復(fù)合材料聚己內(nèi)酯由己內(nèi)酯開環(huán)共聚而得的熱塑性半結(jié)晶聚酯。其熔點(diǎn)為60

43、°c左右，玻璃化 溫度為60°c【i2】，其結(jié)構(gòu)如下圖1.2：聚己內(nèi)酯改性的目的主要包括：提高聚己內(nèi)酯的生物降解速率或控制生物降解性能 (4，10為了降低聚己內(nèi)酯的價(jià)格，更多的關(guān)注放在淀粉、植物纖維素上，但是淀粉加入后 聚己內(nèi)酯的性質(zhì)下降的很厲害【翎，主要原因在于淀粉與聚己內(nèi)酯之間的相容性較差，因 此提高兩相的相容性很有必要。wootthikaokkhan1431對(duì)淀粉進(jìn)行丙?；男?，并研究了丙 ?；L對(duì)兩相的相容性影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：丙?；蟮矸叟c聚己內(nèi)酯之間的相容性 增加，并且隨著丙?；康脑黾舆@種相容性變的更強(qiáng)，降解性更好。植物纖維素與聚己內(nèi)酯共混改性的研究也很多

44、。目前，用于共混改性聚己內(nèi)酯的植 物纖維素有劍麻、黃麻、大麻圖叫zhao的等向聚己內(nèi)酯中添加稻殼，研究結(jié)果顯示隨 著稻殼的含量的增加復(fù)合材料的熔融溫度、結(jié)晶率均下降，同時(shí)纖維素的存在加速材料 的降解。為了更好的提高纖維素與聚己內(nèi)酯的相容性，olivier等鳳向微晶纖維素、紙漿 纖維上接枝聚己內(nèi)酯。1.5課題意義本課題從自行篩選、誘變獲得的高產(chǎn)菌acetobactera/zww?nnust4.2出發(fā)，通過搖 瓶動(dòng)態(tài)發(fā)酵、靜態(tài)發(fā)酵，對(duì)發(fā)酵液成分優(yōu)化，為大生產(chǎn)服務(wù)。同時(shí)利用機(jī)械攪拌、動(dòng)靜 結(jié)合方法進(jìn)行中試生產(chǎn)，研究發(fā)酵液的最佳ph、最佳接種量、最佳碳源及最佳碳源比, 提高高品質(zhì)細(xì)菌纖維素的產(chǎn)量。同時(shí)

45、利用動(dòng)態(tài)、靜態(tài)發(fā)酵獲得的不同形態(tài)細(xì)菌纖維素與 聚乳酸結(jié)合，通過壓延成型，溶解浸泡等方法制備出纖維素/聚乳酸復(fù)合材料。并對(duì)復(fù)合 材料進(jìn)行簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)，研究了熱干燥細(xì)菌纖維素膜、冷凍干燥細(xì)菌纖維素膜對(duì)可降解材 料聚乳酸性質(zhì)的影響，同時(shí)研究了增塑劑對(duì)復(fù)合材料的增塑效果。上述提到細(xì)菌纖維素具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)又是環(huán)境友好型高聚物，在各種領(lǐng) 域均有很大的用途。所以機(jī)械化生產(chǎn)將有利于提高纖維素的產(chǎn)量，降低細(xì)菌纖維素的價(jià) 格。將細(xì)菌纖維素與另一種可降解材料聚乳酸結(jié)合，為后人研究纖維素共混改性聚乳酸 提供幫助，在拓寬纖維素使用范圍的同時(shí)促進(jìn)聚乳酸可降解材料的研究進(jìn)展。同時(shí)細(xì)菌 纖維素與聚乳酸均可以用于制備醫(yī)

46、療器械，因此可以開發(fā)復(fù)合材料在醫(yī)療器械領(lǐng)域的右 圖。但從目前而言，仍然需要不懈的努力。2搖瓶動(dòng)態(tài)與靜態(tài)發(fā)酵小試研究同時(shí)提高發(fā)酵罐的產(chǎn)率，減少資源浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本。為了更好的進(jìn)行木醋桿菌發(fā)酵中試實(shí)驗(yàn)，本章節(jié)利用搖瓶動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行發(fā)酵液成 份優(yōu)化。分別進(jìn)行了靜態(tài)培養(yǎng)、搖瓶動(dòng)態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)發(fā)酵液中 的碳源種類、碳源配比、接種量等進(jìn)行細(xì)致的研究。初步確定動(dòng)態(tài)發(fā)酵獲得高產(chǎn)細(xì)菌纖 維素時(shí)發(fā)酵液中的合適碳源、碳源比例、發(fā)酵液最佳ph以及最佳接種量。確保機(jī)械攪 拌發(fā)酵罐實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，2.1實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備2.1.1實(shí)驗(yàn)原料葡萄糖蔗糖 玉米漿干粉二氫鉀硫酸錢硫酸鎂檸檬酸武漢市華富科技有限公司

47、廣西農(nóng)墾糖業(yè)集團(tuán)昌菱制糖有限公司 上海西王淀粉糖有限公司青州振華化工有限公司河北邯鄲鋼鐵焦化廠汕頭萊州利通化工有限公司鄭州新天原化工有限公司氯化鈉乳酸鈣冰乙酸工業(yè)用氫氧化鈉南京化學(xué)試劑有限公司 天津市大茂化學(xué)試劑廠 天津市大茂化學(xué)試劑廠 博環(huán)拓化工有限公司2.1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備恒溫振蕩器（thz-d型）太倉市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠2.2實(shí)驗(yàn)方法2.2.1搖瓶動(dòng)態(tài)與靜態(tài)發(fā)酵方法本課題組前期研究基礎(chǔ)得到實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵木醋桿菌較適宜的發(fā)酵液成分如下表2.1,發(fā)酵液ph為6.0o表2.1細(xì)菌纖維素發(fā)酵液成分組成 葡萄糖蔗糖硫酸錢 kh2po4 硫酸鎂檸檬酸乳酸鈣玉米漿醋酸含量/%2.252.750.10.50.070.0

48、60.0220.15(1) 搖瓶動(dòng)態(tài)試驗(yàn)方法以葡萄糖、蔗糖、乙醇三種碳源進(jìn)行搖瓶配方試驗(yàn)重復(fù)研究，通過改變各碳源配比進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)研究。各碳源組成及配比如表2.2所示。表2.2培養(yǎng)基成分及配比組別葡萄糖/%蔗糖/%乙醇/%其余成分12.252.750不變2220不變3210不變42.51.50不變52.252.751不變6221不變7211不變82.51.51不變表2.2中各組別分別進(jìn)行三組平行試驗(yàn)，動(dòng)態(tài)培養(yǎng)過程條件如表2.3所示:表2.3搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)條件裝液量溫度/£轉(zhuǎn)速/rpm周期/h初始ph接種址50/250ml30160旋轉(zhuǎn)120610%(2) 靜態(tài)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)方法繼續(xù)以葡萄糖、蔗

49、糖、乙醇三種碳源進(jìn)行搖瓶配方試驗(yàn)重復(fù)研究，通過改變各碳源 配比進(jìn)行靜態(tài)發(fā)酵試驗(yàn)研究。各碳源組成及配比如表2.2所示。靜態(tài)發(fā)酵各組別分別進(jìn) 行三組平行試驗(yàn)，培養(yǎng)過程條件如表2.4所示。表2.4靜態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)條件裝液址溫度/c方式周期/h初始ph接種童50/250ml30靜態(tài)96610%2.2.2確定垠佳接種量以2.2.1中最優(yōu)碳源比及初始ph試驗(yàn)為配方進(jìn)行試驗(yàn)研究，通過改變發(fā)酵液的接種 量進(jìn)行搖瓶發(fā)酵試驗(yàn)研究。發(fā)酵液接種量條件如表2.5所示。發(fā)酵培養(yǎng)基其余成分與表 2.1相同。表2.5發(fā)酵液接種量條件組別接種量/%接種量/ml16328431054126表2.5中各組別分別進(jìn)行5組平行試驗(yàn)，動(dòng)態(tài)培

50、養(yǎng)過程條件如表2.6所示:表2.6其它動(dòng)態(tài)培養(yǎng)條件裝液量/ml玻璃珠溫度/c轉(zhuǎn)速/rpm周期/h初始ph50/2501顆/瓶29±1160旋轉(zhuǎn)12062.2.3確定最佳ph值以2.2.1中最優(yōu)碳源比為配方進(jìn)行試驗(yàn)研究，通過改變發(fā)酵液的初始ph進(jìn)行搖瓶試驗(yàn)研究。研究過程中發(fā)酵液配比、成分ph變化等如表2.7。發(fā)酵液其余成分與表2相同。表2.7培養(yǎng)基成分、配比及初始ph條件組別葡萄糖/%蔗糖/%乙醇/%ph其余成分02.252.7505不變12.51.504.5不變22.51.505不變32.51.505.5不變42.51.506不變52.51.514.5不變62.51.515不變72.

51、51.515.5不變82.51.516不變表2.7中各組別分別進(jìn)行三組平行試驗(yàn)，動(dòng)態(tài)培養(yǎng)過程條件如表2.8所示。表2.8其它動(dòng)態(tài)培養(yǎng)條件裝液量溫度2轉(zhuǎn)速/rpm周期/h接種量50/250ml29±1160旋轉(zhuǎn)12010%2.3結(jié)果與討論2.3.1搖瓶動(dòng)態(tài)及靜態(tài)發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果及分析(1)搖瓶發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果(含終點(diǎn)ph、殘?zhí)?、產(chǎn)量等)如圖2.1所示。11iph曲線|編號(hào)圖2.1不同碳源及配比動(dòng)態(tài)小試試驗(yàn)結(jié)果分析圖從圖2可見，當(dāng)細(xì)菌纖維素產(chǎn)量升高時(shí)，發(fā)酵液中殘?zhí)橇拷档?。同時(shí)從第二組（葡 萄糖2%、蔗糖2%）和第三組（葡萄糖2%、蔗糖1%）實(shí)驗(yàn)以及第六組（葡萄糖2.5%、蔗糖 1.5%葡萄糖2.

52、5%、蔗糖1.5%）和第七組（葡萄糖2%、蔗糖1%、1%乙醇）實(shí)驗(yàn)對(duì)照，也可 見發(fā)酵液中碳源含量對(duì)細(xì)菌纖維素產(chǎn)量的影響很大。含量越多，纖維素產(chǎn)量越高。同時(shí) 從含乙醇發(fā)酵液與不含乙醇發(fā)酵液的發(fā)酵結(jié)果可見：兩組發(fā)酵結(jié)果所得纖維素產(chǎn)量波動(dòng) 不大。因此乙醇的加入對(duì)動(dòng)態(tài)發(fā)酵影響不是很大。（2）靜態(tài)發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果（含殘?zhí)恰a(chǎn)量等）如圖2.2所示。圖2.2不同碳源及配比靜態(tài)發(fā)酵小試試驗(yàn)結(jié)果分析圖與動(dòng)態(tài)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似，均是含糖量較髙的組別產(chǎn)量較高。如圖2.1及圖2.2可 見。即第一組、第四組，同時(shí)分別對(duì)應(yīng)含有1%乙醇的第五組和第八組纖維素產(chǎn)量也很 高。在未添加乙醇時(shí)，靜態(tài)發(fā)酵與搖瓶動(dòng)態(tài)均以第四組（即葡萄糖2.

53、5%、蔗糖1.5%） 最高，其次是原配方（即葡萄糖2.25%、蔗糖2.75%）o表明無乙醇存在時(shí)，葡萄糖適當(dāng)增加有利于產(chǎn)量的提高，而蔗糖含量則可以適當(dāng)降低，也說明了葡萄糖是細(xì)菌更易選擇 的碳源。當(dāng)發(fā)酵液中含有1%乙醇時(shí)，靜態(tài)發(fā)酵過程中，發(fā)酵液含糖量較少的第六、七 組產(chǎn)量得到了較大提高。而動(dòng)態(tài)發(fā)酵過程中乙醇的加入對(duì)纖維素產(chǎn)量的影響不是太明 顯；對(duì)含糖量較高的第五、八組也有提升產(chǎn)量的作用，但不如第六、第七組明顯。動(dòng)態(tài) 發(fā)酵無明顯提高產(chǎn)量作用。從殘?zhí)堑确矫娣治?，靜態(tài)發(fā)酵的殘?zhí)羌杏?.5%-0.65%之間，差別不明顯。動(dòng)態(tài)發(fā)酵的殘?zhí)莿t差別較大，分布于0.26%-0.68%之間，且發(fā)酵液初始糖濃度高時(shí)

54、，終 點(diǎn)殘?zhí)莿t髙，反之亦然。同時(shí)，也可從糖的利用率、轉(zhuǎn)化率、最終得率等方面進(jìn)行綜合分析，顯然靜態(tài)發(fā)酵 第四組（總糖4%）要好于其它各組（包括第一組，總糖為5%）。同時(shí)1%乙醇的添加對(duì) 于提高靜態(tài)發(fā)酵得率有較明顯的促進(jìn)作用。王志國等切向發(fā)酵液中添加了乙醇，研究發(fā) 現(xiàn)適量添加乙醇能夠提高發(fā)酵液中菌體濃度，因此提髙纖維素產(chǎn)率。2.3.2接種量的影響試驗(yàn)結(jié)果及分析試驗(yàn)結(jié)果（含終點(diǎn)ph、殘?zhí)?、產(chǎn)量等）如圖2.3所示。12340.2眾0.15 瞭0.10.05 卜二=1產(chǎn)址g/l' 0-士r殘菴組別0.30.25圖2.3不同接種量試驗(yàn)結(jié)果分析圖由圖2.3可見，不同發(fā)酵液接種量對(duì)搖瓶動(dòng)態(tài)發(fā)酵試驗(yàn)的影響區(qū)別不明顯，以12%接種量最好，產(chǎn)量達(dá)到5.28 g/lo最低的產(chǎn)量也達(dá)到4.83 g/l。由此可以看出各試驗(yàn)結(jié)果相差較小，表明接種量為6%-12%時(shí)對(duì)動(dòng)態(tài)發(fā)酵的產(chǎn)量影響較小。終點(diǎn)殘?zhí)羌皃h也比 較接近。接種量過大，菌體的快速繁殖將大量消耗發(fā)酵液中的溶解氧，導(dǎo)致菌體活性降 低，影響纖維素產(chǎn)率卜鐵 從本實(shí)驗(yàn)看接種10%-20%最為適宜，纖維素產(chǎn)率較好。1323.3 ph的影響試驗(yàn)結(jié)果及分析試驗(yàn)結(jié)果(含終點(diǎn)ph、殘?zhí)?產(chǎn)量等)如圖2.4所示。6 5 o o%.*®.43 2 1o 0 a ci o6 5 4 3 2 1