细菌纤维素
康普茶细菌纤维素的形成途径及其在高效利用茶叶废弃资源中的应用综述
康普茶细菌纤维素的形成途径及其在高效利用茶叶废弃资源中的应用综述目录1. 内容概括 (3)1.1 研究的背景和意义 (3)1.2 茶叶废弃资源的特点和经济价值 (4)1.3 细菌纤维素的性质和应用 (5)1.4 研究的现状和存在的问题 (7)2. 细菌纤维素的形成途径 (8)2.1 细菌纤维素合成的基因调控 (9)2.2 β-1, 3-葡聚糖合成途径 (10)2.3 分支杆菌纤维素合成途径 (11)2.4 其他微生物纤维素合成途径 (12)2.5 细菌纤维素合成的酶学机理 (14)3. 茶叶废弃资源的特点和组成 (15)3.1 茶叶修剪和栽培过程中的废弃物 (16)3.2 茶叶加工过程中的副产物 (17)3.3 茶叶废弃资源的主要成分和营养价值 (19)4. 细菌纤维素在茶叶废弃资源中的应用 (19)4.1 废水处理 (21)4.1.1 水资源保护的重要性 (22)4.1.2 细菌纤维素的应用实例 (23)4.2 土壤改良 (24)4.2.1 土壤健康的概念和需求 (25)4.2.2 细菌纤维素对土壤的影响 (26)4.3 生物降解塑料和材料 (27)4.3.1 塑料污染的全球问题 (28)4.3.2 细菌纤维素材料的应用价值 (29)4.4 农药和肥料替代品 (30)4.4.1 绿色农业的发展趋势 (32)4.4.2 细菌纤维素作为农业生产添加剂的可能性 (34)5. 实施与技术开发 (35)5.1 微生物菌株的选择和优化 (36)5.2 发酵条件的控制和管理 (38)5.3 产品分离、纯化和后处理 (39)5.4 质量控制和标准化 (40)6. 经济效益分析 (41)6.1 成本效益评估 (42)6.2 潜在市场和需求预测 (43)6.3 政策支持和可持续性发展 (44)7. 环境影响评估 (45)7.1 能源消耗和温室气体排放 (46)7.2 环境友好性评价 (47)7.3 生态平衡和可持续发展战略 (48)8. 示范项目和案例研究 (49)8.1 国内外典型案例分析 (51)8.2 可推广的经验和教训 (52)8.3 未来发展的方向和策略 (53)9. 结论与展望 (54)9.1 研究成果总结 (55)9.2 存在的问题和不足 (57)9.3 技术创新和产业化发展的建议 (58)1. 内容概括本综述聚焦于康普茶（Kombucha），一种发酵茶饮，其发酵过程中的主要副产物是一种由糖醋杆菌属（Gluconacetobacter spp.）等微生物合成的三维多糖，即细菌纤维素。
细菌纤维素
改性纤维素在卫生领域的研究及应用情况（昆明理工大学化学工程学院轻化工程2010级肖任）摘要：纤维素是自然界最丰富的自然资源，在未来对于解决人类面临的能源、资源、和环境污染等问题方面有非常重要的作用，但是纤维素分子中由于高密度的氢键影响作用，使之在医疗卫生领域等方面受到了很大的限制。
综述近年来通过对纤维素化学改性合成可以得到纤维素衍生物在医疗卫生方面的应用。
其中，细茵纤维素是一种天然的生物高聚物，具有生物活性、生物可降解性、生物适应性，具有独特的物理、化学和机械性能，例如高的结晶度、高的持水性、超细纳米纤维网络、高抗张强度和弹性模量等，因而成为近年来国际上新型生物医学材料的研究热点。
概括细茵纤维素的性质、研究历史以及在生物医学材料上的应用，重点阐述细茵纤维素在组织工程支架、人工血管、人工皮肤和治疗皮肤损伤方面的应用以及当前研究现状。
关键词：纤维素、细茵纤维素、组织工程支架、人工血管、人工皮肤、化学改性、医疗卫生Modified cellulose in health field research and should use situationCellulose is the most abundant natural resources of nature, in the future to solve human beings are facing with the energy, resources, and environment pollution and so on has a very important role, but cellulose molecules due to the high density of hydrogen bond effect, make in the medical and health fields was much limited. Recent advances in chemical modification of cellulose by synthesis can get cellulose derivatives in medical applications. Among them, the fine wormwood cellulose is a kind of natural biopolymer, with biological activity, biodegradable property, biological adaptability, has a unique physical, chemical and mechanical properties, such as high degree of crystallinity, high water binding capacity, ultrafine nano fiber network, a high strength and modulus of elasticity, etc., and become in recent years international new biomedical materials research hot spot. The nature of the cellulose in fine wormwood, historical study and the application of biomedical materials, the paper fine wormwood cellulose in tissue engineering scaffolds, artificial blood vessels, artificial skin and the treatment of skin damage and the application of the current research status.Keywords: cellulose, fine wormwood cellulose, tissue engineering scaffolds, artificial blood vessels, artificial skin, chemical modification, medical and health细菌纤维素( bacterial cellulose，简称 B C) 又称为微生物纤维素( microbial cellulose ) ，不仅是地球上除植物纤维素之外的另一类由细菌合成的天然惰性材料，而且是世界上公认的性能优异的新型生物学材料。
细菌纤维素
应用前景
作为缓释剂，应用于西药、中药、中成药 作为增强材料，提高ZnO、金磁微粒等在细 ZnO 菌、传感器的作用 作为载体与生物芯片结合，拓展其在肿瘤、 癌症诸多方面的检测、诊断和治疗作用
发酵的调控
在纤维素的合成中，尿苷葡萄糖为合成细菌纤 维素的直接前体，而6-磷酸葡萄糖作为分支点，既 可进一步合成纤维素，又可进入磷酸戊碳循环或经 柠檬酸循环继续氧化分解，经过戊糖循环和葡萄糖 异生途径，也可通过生成6-磷酸葡萄糖，进一步转 化为纤维素，因此，在细菌纤维素的发酵生产中， 可采用适当方法来抑制或阻断戊糖的形成，使碳源 转向纤维素的合成，从而提高原料的利用率和转化 率，达到提高细菌纤维素产量的目的。
细菌纤维素的生产菌株
产纤维素细菌 杆菌属、根瘤菌属、八叠球菌属、假单胞菌 属、固氮菌属、气杆菌属和产碱菌属。其中 木醋杆菌是最早发现也是研究较为透彻的纤 维素产生菌株，可以利用多种底物生长，是 目前已知合成纤维素能力最强的微生物菌株。
培养基及培养条件
木醋杆菌C544的发酵条件和培养基成分 产纤维素适宜温度范围为25℃￣31℃,30℃时纤维素产量最 高; 适宜的初始pH值范围为5.5￣7.0,在pH6.0时纤维素产量最高。 优化出的培养基配方为:葡萄糖5.0%(w/v)、大豆蛋白胨 0.9%(w/v)、Na2HPO4·12H2O0.8%(w/v)及柠檬酸0.5%(w/v) 在最佳发酵条件下纤维素最大产量可达7.79g/L,是优化前产 量的3.52倍。 当基础培养基中加入10%(w/v)甘露醇作为碳源时,发酵终点 的pH值为4.50,对纤维素的合成有利,纤维素产量达到9.33g/L, 是优化前产量的4.22倍。
培养基及培养条件
醋杆菌C2的最适碳源为蔗糖,D-甘露糖醇, 最适氮源为蛋白胨,酵母粉,无机盐为MgSO4·7H2O 和柠檬酸三钠; 发酵最佳工艺为 :p H5.0 ,2 0℃ 发酵时间 5～ 7d 使用优化后的培养基配方,醋杆菌C2的纤维素产量 可达9.5g/L 产酶最佳培养基配方为:蔗糖7%,酵母膏0.7%,蛋白 胨1.1%,MgSO4·7H2O 0.2%,柠檬酸三钠0.1%。)
细菌纤维素生产及其应用研究进展
三、细菌纤维素的重要应用
菲律宾、印度尼西亚、巴西、日本和美国 等国在食品、造纸、声音器材、伤口敷料工业 中均有相应的B C商品出售，尤其是在 日、美 等国，BC产业已形成年产值上亿美元的市场。 目前国内能提供的主要是由海南南国食品公司 等生产的椰果系列食品。
三、细菌纤维素的重要应用
国内在利用BC和其他材料结合生成纳米复 合材料方面也略有涉及。在食品工业中由于BC 具有很强的持水性、黏稠性和稳定性，可以作 为增稠剂、胶体填充剂和食品原料，现在已有 将BC用于发酵香肠、酸奶及冰激凌的生产研究 报道。在造纸工业方面充分利用BC的纳米级超 细特点，在造纸纸浆中加入BC，增加了纸张强 度、抗膨胀性能、弹性和耐用性。
薛璐等在发酵条件和发酵培养基的优化上进行 了研究，确立了最佳发酵条件和最佳发酵培养基 组分。 齐香君等采用RBD反应器与传统静态培养方式 生产BC，对2种培养方式的发酵动力学参数进行了 分析和讨论。结果表明，实验菌株QAX993适合在 RBD反应器中生产BC，产干纤维素量比静态培养方 式提高了2.79g/L。
细菌纤维素(bacterial cellulose，简称BC) 是由诸如醋酸杆菌属等细菌生产的一种新型高性 能微生物合成材料。与其他形式形成的纤维素相 比，尽管具有相同的化学成分，但其还具有特殊 的物理、化学和生物学特性，特别是发酵过程的 可调控、发酵底物的多样性、微生物的多样性等； 这些特性使得 BC 在食品、生物医药学、组织工 程支架材料、声学器材以及造纸、化妆品、采油、 膜过滤器等诸多领域获得较高的关注，受到国内 外学者青睐。国外对 BC 进行了广泛深入的研究， 并将其应用于食品工业、造纸和生物医学工程中， 取得了较好的研究成果。我国在微生物合成 BC 方面的研究刚起步，研究主要集中在菌种选育， 廉价培养基的选择，发酵T艺改进上。
细菌纤维素的介绍
1. 细菌纤维素的简介细菌纤维素（Bacterial cellulose, 简称BC）是由微生物合成的一种新型生物材料。
是一种超微超纯的纤维素，与自然界中植物或海藻产生的天然纤维素具有相同的分子结构单元,但细菌纤维素纤维却有许多独特的性质。
细菌纤维素与植物纤维素相比无木质素、果胶和半纤维素等伴生产物，具有超高的纯度，而且具有高结晶度（一般80%以上，最高可达95％，植物纤维素的为65％）和高的聚合度(DP值2000～8000)。
衍射强度(cps)衍射角(°)细菌纤维素纤维是由直径3～4纳米的微纤组合成40～60纳米粗的纤维束，并相互交织形成发达的超精细网络结构，要远小于一般植物纤维的直径。
图：细菌纤维素放大图数张放大5000和50000倍的细菌纤维素细菌纤维素的弹性模量为一般植物纤维的数倍至十倍以上，抗张强度高。
细菌纤维素有很强的持水能力。
可以吸收上百倍于自身重量的水。
细菌纤维素有较高的生物相容性、适应性和良好的生物可降解性。
细菌纤维素生物合成时的可调控性。
通过采用不同的培养方法、调节培养条件，也可得到化学性质有所差异的细菌纤维素，以满足不同应用范围的要求。
因此，细菌纤维素被公认为是性能最好、实用价值也较好的纤维素，近年来关于细菌纤维素的研究和开发应用成为当今新的微生物合成材料的研究热点之一，在食品、医学、造纸、纺织、环保、能有等各方面具有广泛的应用价值，并已在国内外得到了一定的实际应用。
2. 细菌纤维素的一些应用目前，国内细菌纤维素的规模化生产主要在食品行业中得到应用。
在食品生产中应用的细菌纤维素俗称“椰纤果”、“椰果”、“纳塔（NATA）”。
是以椰子水或椰子汁等为主要原料，发酵培养形成的凝胶状物质，外观似嫩椰子肉，具有独特的凝胶状半透明质地，以其爽滑脆嫩细腻有弹性的独特口感倍受消费者的青睐，主要应用于果冻、饮料、珍珠奶茶、罐头等食品工业。
此外，细菌纤维素富含膳食纤维，不易为人体所消化吸收，食后可增加饱腹感，可作为减肥食品，同时它可促进肠道蠕动，降低食物的滞肠时间，促进排便，并可减少肠道对致癌物质的吸收，另外可促进粪便中胆酸的排放，因而它具有一定的美容防癌等保健功能，在国际市场上一直旺销不衰。
细菌纤维素在生物医学材料中的应用
接下来对BC的研究越来越多,应用范围也更加广泛相继有做为食品添加剂、纸张粘合剂及滤膜等方面的研究被报道。目前的研究热点主要是将BC应用于高附加值的产品,尤其是生物医用材料上。1990年和1991年日本人Yamanaka[18,19]首次以该纤维素制备人工血管获得了成功。2001年和2003年Klemn等[20,21]则以此材料研制成功小直径(1~3 mm内径)人工血管。2005年美国瑞典国际合作小组的Svensson等[22]发现以BC作为软骨组织工程支架效果良好。此外,该中空纤维管还可以作为覆盖神经纤维的护套、气管、输尿管、软骨支架,以及某些中空气管的替代品等 细菌纤维素由于具有独特的生物亲和性、生物相容性、生物可降解性、生物适应性和无过敏反应,以及高的持水性和结晶度、良好的纳米纤维网络、高的张力和强度,尤其是良好的机械韧性,因此在组织工程支架、人工血管、人工皮肤以及治疗皮肤损伤等方面具有生物相容性对于组织工程支架的构建是必不可少的。在研究组织工程BC支架构建中,体内生物相容性的评价非常重要。Helenius等[23]系统地研究了BC的体内生物相容性。实验中他们把BC植入老鼠体内周,利用组织免疫化学和电子显微镜技术,从慢性炎症反应、异物排斥反应以及细胞向内生长和血管生成等方面的特征来评价植入物的体内相容性。结果发现植入物周围无肉眼和显微镜可见的炎症反应,没有纤维化被膜和巨细胞生成。BC被成纤维细胞侵入,与宿主组织融为一体,未引起任何慢性炎症反应。因此可以断定BC的生物相容性非常好,在组织工程支架构建方面具有潜在价值。
产细菌纤维素
产细菌纤维素
细菌纤维素是一种由一些细菌产生的纤维素物质。
它是细菌细胞外分泌的一种多聚糖，由许多纤维素链组成。
细菌纤维素具有较强的强度和生物降解性能，因此被广泛应用于生物材料和生物医学领域。
产生细菌纤维素的细菌主要有以下几种：
1. 醋酸菌：醋酸菌能够通过发酵产生纤维素，被称为醋酸菌纤维素。
醋酸菌纤维素被广泛用于食品、纺织品、纸张等领域。
2. 莱氏菌：莱氏菌是一种革兰氏阴性细菌，能够产生纤维素。
莱氏菌纤维素具有抗菌和抗氧化等特性，可以应用于药物控释、修复组织等领域。
3. 酵母菌：某些酵母菌也能够产生纤维素，这种纤维素被称为酵母菌纤维素。
酵母菌纤维素被用于食品添加剂、织物制造等领域。
细菌纤维素的应用主要包括以下几个方面：
1. 生物医学领域：细菌纤维素可以作为药物控释系统的载体，帮助控制药物的释放速度。
它也可以用于修复组织、填充空洞等医学应用。
2. 食品工业：细菌纤维素可以用作食品添加剂，增加食品的质地和口感。
3. 纺织品工业：细菌纤维素可以用于制作纺织品，提高纺织品的柔软度和稳定性。
4. 纸张工业：细菌纤维素可以用作纸张的添加剂，增加纸张的强度和柔韧性。
总之，细菌纤维素是一种具有广泛应用前景的生物材料，可以在医学、食品、纺织品和纸张等领域发挥重要作用。
细菌纤维素的研究进展
细菌纤维素的研究进展发布时间：2022-10-20T07:13:53.903Z 来源：《科技新时代》2022年5月第9期作者：孙歆原沈凡熙王小龙[导读] 细菌纤维素是一种天然的生物高聚物，具有生物活性、生物适应性孙歆原沈凡熙王小龙山东协和学院山东济南 250109摘要：细菌纤维素是一种天然的生物高聚物，具有生物活性、生物适应性，具有独特的物理、化学和机械性能，例如高的结晶度、高的持水性、超精细纳米纤维网络、高抗强度和弹性模量等，因而成为近年来国际上新型生物医学材料的研究热点。
概括细菌纤维素的性质，发酵过程，改性方法以及在生物医学材料上的应用。
关键词：细菌纤维素；改性；生物医学材料前言细菌合成纤维素是在1886年由Brown首次报道的，是胶膜醋酸菌A.xyliumpppp在静置培养时于培养基表面形成的一层白色纤维状物质。
后来在许多革兰氏阴性细菌，如土壤木干菌、致瘤农杆菌和革兰氏阳性菌和八叠球菌中也发现了细菌纤维素的产生。
细菌纤维素与天然纤维素结物非常相似，都是由葡萄糖以B一1，4一糖苷键连接而成的高分子化合物，此外，细菌纤维素相对于传统的纤维素资源又有其优势，如加工时不用去木质素，可合成高质量的纸或者加工成任何形状的无织物，还可通过发酵件的改变控制合成不同结晶度的纤维素，从而可根据需要成不同结晶度的纤维素。
从纤维素的发现至今已有一百多年的历史，但由于无合适的实验手段以及纤维素的产量较低，因此多年来一直未受到足多重视。
近十几年来随着分子生物学的发展和体无细胞体系的应用，细菌纤维素的生物合成机制已有了很深入的研究，同时在细菌纤维素的应用方面也有了很大进展。
一、细菌纤维素的结构特点和理化特性经过长期的研究发现，BC和植物纤维素在化学组成和结物上没有明显的区剥，均可以视为是由很多D－此喃葡萄糖苷彼此C以（1-4）糖苷键连接而成的线型高分子，相邻的比南葡萄糖的6个碳原子不在一个平面上，而是呈稳定的椅式立体结物。
细菌纤维素
音响设备振动膜
细菌纤维素的高机械强度可满足当今项级音响设 备声音振动膜材料所需的对声音振动传递快和内耗高 分子间作用力较强，强度增加 的特性要求。
此优异特性主要源于其 高纯度及超微细结构，经热 压处理制成的具有层状结构 的膜形成了更多氢键，使其 杨氏模量和机械强度大幅度 提高
纺织工业
作吸附剂和离子交换膜，从工业废水中回收重金属离子
扩大生产
2
从碳源和培养基的组成上降低成本，提高产量
在菲律宾，人们传统上是用椰子水发酵生产细菌纤维素，产品叫Nata de coco，中国的海南省也是用本地特有的椰子水作原料生产细菌纤 维素。 在木醋杆菌的发酵中用西瓜皮汁做培养基具有更高的细菌纤维素 产量。再加入酵母浸出液和蛋白胨还能提高纤维素产量。
专业 务实 贴心
您的办公效率顾问
细菌纤维素
定义：细菌纤维素（Bacterial Cellulose,简 称BC），又称为微生物纤维素，他是一种由 细菌产生的高聚物。 结构式：
细菌纤维素
发展历程
专业 务实 贴心
您的办公效率顾问
物化特性
高结晶度、高聚合度和非常一致的分子取向，并以单 一纤维形式存在，纯度极高 纤维直径在0.01-0.1um之间，抗拉力强度高，杨氏模量高
在国内，采用大豆乳清作为培养基质制备细菌纤维素，既达到 降低细菌纤维素生产成本的目的，又为大豆乳清的无污染处理 与排放提供了新的途径。大豆乳清中含糖量较少，研究仅限于 大豆乳清代替培养基中的蒸馏水。
改性和表面修饰
一：是通过在其发酵过程中加入试剂实现
向培养基中加入萘啶酸和氯霉素可以延长细菌的生存时 间，可以发酵形成更宽的纤维素丝带。这样获得的纤维素 具有更高的杨氏模量，具有优良的机械性能
细菌纤维素的研究和应用新进展
细菌纤维素的研究和应用新进展纤维素是地球上最丰富的生物聚合物，主要分布于植物如树木、棉花等中，它是形成植物细胞壁的主要成分，也是形成许多真菌、藻类细胞壁的主要成分。
随着人们对纤维素类产品需求的增加，人们获取纤维素的方法正不断地改进和更新。
近年，发现一些细菌也能产生纤维素，其结构、理化特性和生化特性等皆与植物纤维素有较大的差异，与植物纤维相比，细菌纤维素(Bacterial Cellulose，BC)是由超微纤维组成的超微纤维网。
不仅是地球上除植物纤维素之外的另一类由细菌合成的天然惰性材料,而且是自1989 年Yamanaka 等[1]发现BC具有独特的功能后，以微生物作为载体，在分子水平上有高纯度、高结晶度、绿色环保的BC成为世界上公认的性能优异的新型生物学材料。
本文就BC的结构、性质、研究历史以及在生物医学材料上的应用综述如下。
1细菌纤维素的结构与特性1.1细菌纤维素的结构特点：BC是由葡萄糖分子以β-1,4糖苷键聚合而成的一种具有多孔性结构及一定纳米级孔径分布的高分子材料[2]。
早在1940 年，人们就用电镜观察到BC由独特的束状纤维组成，这种束状纤维的宽度大约为100 nm，厚度为3～8 nm，每一束由许多微纤维组成，而微纤维又与其晶状结构相关。
术醋杆菌（A.xylinum）是合成BC最强的细菌之一[3]，BC的生物合成可分为聚合、分泌、组装、结晶四大过程，这四大过程是高度耦合的，并和细胞膜上的特定位点密切相关。
1.2 細菌纤维素有许多独特的性质：①强的持水性和透气性：BC是一种水不溶性的惰性支持物，有很多“孔道”,有良好的透气、透水性能。
依据合成条件的不同，它能吸收60～700倍于其干重的水份[2]，未经干燥的BC的强持水性能(waterretentionvalues，wRv)值高达1000%以上，冷冻干燥后的持水能力仍超过600%。
经100℃干燥后的BC在水中的再溶胀能力与棉短绒相当，即有非凡的持水性,并具有高湿强度[4]；②高化学纯度和高结晶度：BC是一种“纯纤维素”，以100%纤维素的形式存在,不含半纤维素、木质素、果胶和其他细胞壁成分,结构单一，提纯过程简单；③较高的生物适应性和生物可降解性：Helenius等[5]开展了BC植入小鼠皮下组织的生物适应性研究及Klenm等[6]用BC微管材料取代老鼠颈动脉的研究都表明BC与老鼠身体没有任何排斥反应。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
细菌纤维素摘要：细菌纤维素是一种新型的生物纳米材料材料，具有广泛的发展前景.本文从细菌纤维素的组成和结构入手，列举了细菌纤维素合成研究过程中的方法，并进一步对细菌纤维素在环境中的应用进行阐述，最后对未来细菌纤维素发展趋势作出了展望。
关键词：细菌纤维素，纳米材料，应用众所周知，纤维素是自然界中最丰富且具有生物可降解性的天然高分子材料，是高分子化学诞生和发展阶段的主要研究对象之一。
在当今世界面临人口、资源、环境和粮食四大问题的情况下，大力开发取之不尽用之不竭的天然高分子材料造福于人类，具有重要战略意义。
目前，人类获得纤维素的途径主要通过树木、棉花等职务光合作用合成和微生物合成。
为了区别于植物来源的纤维素，称微生物合成的纤维素为微生物纤维素或者是细菌纤维素（简称BC）。
细菌纤维素最初在1886年，用英国科学家Brown AJ利用化学分析方法确定。
当时他发现在传统酿造液表面生成的类似凝胶半透明膜状物质为纤维素，在光学显微镜下观察到发酵生产的菌膜中存在菌体[1]。
自然界中有少数细菌可以产生纤维素，其镇南关木醋菌属中的木醋杆菌（简称Ax）合成纤维素的能力最强，最具有大规模生产的能力。
Ax合成细菌纤维素在纯度、抗拉强度、杨氏模量等理化性能方面均优于植物纤维素，且具有较强的生物性，在自然界中可以直接降解，是一种环境友好，性能优异型材料[2]。
近年来引起了人们广泛的研究兴趣和关注。
1.细菌纤维素的结构和特性1.1细菌纤维素的结构经过长期的研究发现，细菌纤维素和植物纤维素在化学组成和结构上没有明显的区别，都可视为D-吡喃葡萄糖单体以糖苷键连接而成的直链多糖，直链间彼此平行，不呈螺旋结构，无分支结构，又称β-1, 4-葡聚糖。
但相邻的吡喃葡萄糖的6个碳原子并不在同一平面上，而是呈稳定的椅状立体结构，数个邻近的β-1, 4-葡聚糖通过分子链内与链间的氢键作用形成稳定的不溶于水的聚合物[3]。
1.2细菌纤维素的性质1.2.1 细菌纤维素的独特性质细菌纤维素和植物或海藻产生的天然纤维素具有相同的分子结构单元, 但细菌纤维素纤维却有许多独特的性质。
①细菌纤维素与植物纤维素相比无木质素、果胶和半纤维素等伴生产物，具有高结晶度（可达95%，植物纤维素的为65%）和高的聚合度(DP值2 000～8 000)；[4]②超精细网状结构。
细菌纤维素纤维是由直径3～4 纳米的微纤组合成40～60 纳米粗的纤维束，并相互交织形成发达的超精细网络结构；③细菌纤维素的弹性模量为一般植物纤维的数倍至十倍以上，并且抗张强度高；④细菌纤维素有很强的持水能力 (water retention values, WRV)。
未经干燥的细菌纤维素的WRV值高达1 000％以上，冷冻干燥后的持水能力仍超过600％。
经100℃干燥后的细菌纤维素在水中的再溶胀能力与棉短绒相当；⑤细菌纤维素有较高的生物相容性、适应性和良好的生物可降解性；⑥细菌纤维合成时的可调控性。
1.2.2超强性能和形状可塑性细菌纤维素具有较高的机械强度，经洗涤、干燥后，其杨氏模量可达10MP，经热压处理后，杨氏模量可达30MP，远高于有机合成纤维的强度。
此外，细菌纤维索膜还具有极佳的形状维持能力和抗撕拉力，因此可将其制成各种形状及薄度。
1.2.3高亲水性和透水透气性细菌纤维素的微纤维直径较小，又可以无限制的生长合成，因而其表面积可以达到植物纤维素的300倍；纤维素分子内存在大量的亲水性基团，因此具有很强的吸水和持水能力，能吸收60"--70倍于其干重的水分，经特殊处理会更高，并具有高的湿强度；同时由于细菌纤维素内部有很多“孔道"，因而有良好的透水和透气性。
2.细菌纤维素的合成工艺和方法细菌纤维素（Bacterial cellulose，BC）是指在不同条件下，由醋酸菌属（Acetobacter）、土壤杆菌属（Agrobacterium）、根瘤菌属（Rhizobium）和八叠球菌属（Sarcina）等中的某种微生物合成的纤维素的统称[5]。
其中比较典型的是醋酸菌属中的木醋杆菌（Acetobacter xylinum），它具有最高的纤维素生产能力，被确认为研究纤维素合成、结晶过程和结构性质的模型菌株。
细菌纤维素的合成是一个通过大量多酶复合体系（纤维素合成酶，cellulose synthase，CS）精确调控的多步反应过程，首先是纤维素前体尿苷二磷酸葡萄糖(uridine diphoglucose, UDPGlu)的合成，然后寡聚CS复合物又称末端复合物(terminal complexe, TC)连续地将吡喃型葡萄糖残基从UDPGlu转移到新生成的多糖链上，形成β-1, 4-葡聚糖链，并穿过外膜分泌到胞外，最后经多个葡聚糖链装配、结晶与组合形成超分子织态结构。
2.1细菌纤维素的生物合成途径细菌纤维素的生物合成过程较为复杂，一般可分为聚合、分泌、组装与结晶四个大过程，这四个过程是高度耦合的，并且和细胞膜上的特定位点密切相关。
以木醋杆菌为例，其将葡萄糖合成纤维素主要有四个酶促反应步骤：①葡萄糖在葡萄糖激酶的作用下转化为6一磷酸一葡萄糖；②6一磷酸一葡萄糖在葡萄糖磷酸异构酶的作用下转化为1-磷酸-葡萄糖；③1-磷酸-葡萄糖在焦磷酸化酶的作用下生成尿苷二磷酸葡(UDPG）④在细胞膜上，纤维素合成酶将UDPG合成为B-l，4-糖苷键链，然后再聚合成纤维素。
果糖在激酶、磷酸化酶和异构酶等的催化作用下转变为6-磷酸-葡萄糖后同样依照上述步骤合成纤维素。
细菌纤维素的具体合成过程可用图2.2表示[6]。
图2.2 细菌纤维素的生物合成途径3.细菌纤维素的应用作为一种新兴得生物纳米材料，细菌纤维素作为环境友好型材料日益受到各界的广泛关注。
它从各个领域的应用显现出对环境保护作用。
3.1在造纸工业中的应用日本在造纸工业中，将醋酸菌纤维素加入纸浆，可提高纸张强度和耐用性，同时解决了废纸回收再利用后，纸纤维强度大为下降的问题[7]。
加细菌纤维于普通纸浆可造出高品质特殊用纸。
Ajinomoto公司与三菱公司合作开发用于流通货币制造的特级纸，印制的美元质量好、抗水、强度高。
用细菌纤维改性的高级书写纸吸墨均匀性、附着性好。
由于纳米级超细纤维对物体极强的缠绕结合能力和拉力强度，使细菌纤维机械匀浆后与各种相互不亲和的有机、无机纤维材料混合制造不同形状用途的膜片、无纺布和纸张产品十分牢固[8]。
在制造过滤吸附有毒气体的碳纤维板时，加入醋酸菌纤维素，可提高碳纤维板的吸附容量，减少纸中填料的泄漏。
3.2高级音响设备振动膜醋酸菌纤维素的高纯度、高结晶度、高聚合度及分子高度取向的特性，使其具有优良的力学性能。
经热压处理后，杨氏模量可达30吉帕，比有机合成纤维的强度高4倍，可满足当今顶级音响设备声音振动膜材料所需的对声音振动传递快、内耗高的特性要求[9]。
日本Sony公司与Ajinomoto公司携手开发了用醋酸菌纤维素制造的超级音响、麦克风和耳机的振动膜，在极宽的频率范围内传递速度高达 5 000 米/秒，内耗为 0.04，复制出的音色清晰、宏亮。
而目前的普通高级音响铝制振动膜的传递速度为 5 000 米/秒，内耗为 0.002。
松木纸振动膜传递速度为500 米/秒，内耗为 0.04。
醋酸菌纤维素振动膜的这个优异特性主要来自其极细的高纯度纤维素组成的超密结构，经热压处理制成了具有层状结构的膜，因而形成了更多氢键，使其杨氏模量和机械强度大幅度提高[10]。
3.3 纺织工业细菌纤维素的结构特点和功能特性，使之能代替或与各种常用的树脂用于无纺布中作粘合剂，改善无纺布的强度、透气性、亲水性及最终产品的手感等，所适用的纤维包括当前广泛使用于无纺布的给类纤维，如尼龙、聚酯、木材纤维、碳纤维及玻璃纤维等[11]。
细菌纤维素的粘合机理在于其网状结构分布以及物理缠结，基本没有渗透到其它纤维的内部。
细菌纤维素的高比表面积及其产生的强有力的氢键结合能力促进了这种缠结作用，从而表现出优异的粘结性能。
除此之外，细菌纤维素还可以粘合矿物质，如高岭土、二氧化钛等。
4.细菌纤维素纳米纤维的设计及发展趋势在生物合成中，从纳米到微米尺度的结构控制是设计纳米结构功能材料的新方法。
通过设计和制备不同图案的模板，以纤维素纳米纤维为建筑原材料, 以醋酸菌为纳米机器人(nano-robot)可组装出各种花样的新功能材料[12]。
该类材料经过低能源的生物合成产生，具有规则的结构，并兼有生物相容性和生态相容性，是理想的环境友好材料。
4.1 细菌纤维素可做成功能材料细菌纤维素纳米纤维制成的膜、管或片材等形态与其他高分子、有机或无机分子的复合掺杂，可获得各种新的功能材料。
由细菌纤维素制成的功能膜材料，其在醇水渗透汽化分离中对三羟醇如丙三醇具有高选择性，而与壳聚糖复合后的膜材料适合于乙醇和水的分离[13]。
细菌纤维素与明胶、海藻酸钠和卡拉胶等多糖类形成了高力学强度的双网络水凝胶，其弹性模量和断裂强度达百万数量级，几乎与关节软骨相当。
4.2细菌纤维素作为填充剂纳米纤维已广泛作为增强填充剂应用于塑料、橡胶等制品中。
在纳米复合材料中，当组分的尺寸小于波长的1/10时无散射产生，可保持光学透过性。
用电纺尼龙4,6做增强填充剂时，纤维含量在3.9% 时能获得透明的复合物，但纤维含量进一步升高时将产生光学透过性的显著下降。
当细菌纤维素纳米纤维作为工程塑料的增强填充剂时，在纤维含量高达70%时，不仅具有普通工程塑料5倍的高强度，与硅晶相似的低热膨胀系数，而且同时保持高的透光率[14]。
利用这种特性可开发出柔性显示屏、精密光学器件配件和汽车或火车车窗等新产品。
最近，用细菌纤维素做高解析度动态显示器件的研究，已取得突破性进展，有望作为电子书籍、电子报刊、动态墙纸、可写地图和识字工具的新材料[15]。
细菌纤维素对传统纤维素纸的挑战和革新将开辟信息、新闻出版媒体的新天地。
5.结语在世界人口增长与耕地有限的矛盾日益突出，资源日益短缺的情况下，细菌纤维素作为一种用途十分广泛的生物材料，蕴藏着无限商机和美好发展前景。
预计在不久的将来，细菌纤维素在中国将会发展成一个大产业，人类几千年来仅能依赖棉、麻等植物获得纤维素的历史将会改变。
参考文献[1]杜艳芳,陈彦,聂福德,裴重华. 细菌纤维素在炸药环境中的酶解研究. 含能材料Vo.l 15, No. 6.2007(12)[2] Vandamme E J, Baets S De, Steinbüchel A.生物高分子第五卷[M].陈代杰,金飞燕注译.北京:化学工业出版社, 2004.[3]Thompson David N,Hamilton Melinda A.Production of bacterial cellulose from alternate feedstocks[C]. Symposium on Biotechnology for Fuels and Chemicals,New Knoxville,2000[4]Shimizu Yuichi,Endo Shunji,Minoshima Kaoru.Culture media prepared from food waste for bacterial cellulosemanufacture with Acetobacter xylinum[J].Tomakomai Kogyo Koto Senmon Gakko Kiyo,2002,37:127-134[5]马霞.发酵生产细菌纤维素的进展. 中国酿造.2002（06）[6]Nakagaito A N,Iwamoto S,Yano H.Bacterial cellulose:the ultimate nano-scalar cellulose morphology for the production of high-strength composites[C].The Fifth International Wood Science Symposium,KyotoJapan,2004.[7]Serafica G,Mormino R,Bungay H.Inclusion of solid particles in bacterial cellulose[J].Appl.Microbiol.Biotechnol.2002,58:756-760.[8]Mormino R,Bungay posites of bacte,rial cellulose and paper made with a rotating disk bioreactor[J].Applied Microbiology and Biotechnology,2003,62(5-6):503-513.[9]李飞、贾原媛、汤卫华、贾士儒，新型纳米生物材料细菌纤维素的研究现状与前景. China Pulp&Paper Vol.28,No.3,2009[10] Klemm D, Schumann D, Udhart U, Marsch S. Prog Polym Sci, 2001,２６: 1561.[11] Kondo T, Togawa E, Brown R M, Jr. Biomacromolecules, 2001,２: 1324. [3] 旺达姆 E J，贝特斯 S De. 多糖I-原核生物多糖[M]//斯泰因比歇尔 A (主编). 生物高分子(第5卷)[M]. 陈代杰，金飞燕, 译. 北京：化学工业出版社，2005.[12] Kondo T, Nojiri M, Hishikawa Y, Togawa E, Romanovicz D, Brown R M, Jr. Proc Natl Acad Sci, 2002,９９: 14008.[13] Hesse S， Kondo T. Carbohydr Polym, 2005,６０ : 457.[14] Tetsuo Kondo. Cellulose Commun, 2005，１２: 52.[15] Kasai W, Kondo T. Macromol Biosci, 2004,４: 17.。