淋浇塔多菌共酵高效培养木醋杆菌产细菌纤维素

细菌纤维素(BC)具有独特的结构及理化性质，可用于许多领域，我国主要用于食品加工方面，但因其产量低、成本高，应用受到限制，如何提高BC产量是国内外研究的热点。本项目从探讨代谢机理、使用增效剂、多菌共酵、采用淋浇塔等方面研究提高木醋杆菌产BC的能力。通过测定菌体ATP含量变化及碳同位素分析等，研究乙醇、有机酸是如文献所介绍的仅作为能源物质，还是也能通过糖异生作用生成单糖，进而合成纤维素；从促进菌体生长、增加细胞膜通透性、改善纤维素的聚合方式等方面选择使用添加剂如烟酰胺、土温及海藻酸钠等,以提高BC产量，同时研究不同添加剂对BC结构、性质的影响；多菌共酵采用木醋杆菌、醋酸菌、酵母菌混合培养；利用淋浇塔高供氧量、低剪切力方面的特性研究提高木醋杆菌产BC的量，同时将淋浇塔培养与传统的静态、振荡、搅拌等培养的BC在生产特性、结构及理化性质等方面进行比较，为BC应用的拓展和大规模生产提供理论依据。

项目背景：本项目针对细菌纤维素应用领域不断扩大，由于生产方法和产量的局限，使得市场需求量与生产的矛盾日益突出的现状，提出了淋浇塔多菌共酵高效培养木醋杆菌产细菌纤维素的研究课题。.主要研究内容：包括乙醇及有机酸对木醋杆菌产细菌纤维素的增效研究、添加剂的增效作用及对细菌纤维素结构性质的影响、淋浇发酵法生产细菌纤维素工艺条件研究、不同培养方式对细菌纤维素产量和性质的研究、三菌混合淋浇发酵生产细菌纤维素的研究5个方面。.重要结果：研究发现乙醇、乙酸、椰子水、玉米浆、Twenn-80、CMC、烟酸和生物素对木醋杆菌合成细菌纤维素有促进作用，各成分的最适添加量分别为3%、0.3%、50%、10%、0.8g/L、4g/L、1.0mg/L、25mg/L，乙醇、乙酸和玉米浆的增效作用非常突出，其作用与促进木醋杆菌的生长密切关联，玉米浆对发酵体系的缓冲作用也是重要的方面；在增效物质对细菌纤维素结构和性质的影响方面以CMC的影响最大，CMC增强了产物的持水性能、结晶度和热稳定性，椰子水、玉米浆、Twenn-80、烟酸和生物素也在细菌纤维素的持水性能、结晶度和热稳定性方面存在不同的影响；对试制的淋浇塔：7.5kg(湿重)玉米芯填料自然堆放，5kg(湿重)谷壳于玉米芯底部和上部分两层平铺；优化的三菌混合淋浇发酵时，先接种8.2%的木醋杆菌，6h后同时接种2.1%的酵母菌和1.9%的醋酸菌，以12h为一个控制周期，第一周期不进行限氧，从第二周期开始淋浇频率为2次/12h(其中限氧4h)，发酵144h后BC产量为7.810g/L，是双菌淋浇发酵(4.792g/L)的1.63倍，是单菌静态发酵(2.121g/L)的3.68倍；培养方式不同细菌纤维素的外观形态、厚度、三维结构不一，结晶度、晶体粒径、纯度亦不相同，界于静态培养和摇瓶培养之间，淋浇发酵细菌纤维素的热稳定性略高于静态和摇瓶发酵细菌纤维素，反映出三种发酵方式下细菌纤维素的结构确实存在差异。.科学意义：通过本项目的研究，探讨了增效剂对木醋杆菌发酵细菌纤维素的作用及机理，同时研究表明不同增效剂对细菌纤维素的结构和性质有影响；采用木醋杆菌、醋酸菌、酵母菌等多菌共酵混合培养细菌纤维素能有效提高产量；与静态和振荡培养相比，利用淋浇塔培养的细菌纤维素在产量、结构及理化性质等方面有优越性，本研究为细菌纤维素的大规模生产提供了重要的依据。