细菌纤维素发酵工艺与应用研究进展
食品与发酵科技
FoodandFermentationTechnology
第47卷(第1期)V o1.47,No.1
细菌纤维素发酵工艺与应用研究进展
陆胜民，贾静静1,2杨颖
(1.浙江省农业科学院食品科学研究所，浙江杭州310021;2.浙江师范大学生命科学学院，金华321004)
摘要：由部分细菌所产生的纤维素称细菌纤维素，具有机械强度高，吸水性能好，纯度高，结晶度高等优良特性，广
泛应用于食品工业等领域.本文对细茵纤维素的结构特性，发酵工艺研究及应用作了综述.
关键词：细菌纤维素；发酵工艺；应用
中图分类号:TS261.1+3文献标识码:A文章编号:1674—5O6X(20l1)0l一0027—0005 ResearchProgressonFermentationTechnologyandApplicationof theBacterialCellulose
LUSheng-min,JIAJing-jing一,YANGYing
{1.InstituteofFoodSciences,ZhejiangAcademyofagriculturalSciencesHangzho u310021 2.CollegeofChemistryand,JScience,ZhejiangNormalUniversity,Jinhua321004) Abstract:Bacterialcellulose,producedbysomespeciesofbacteria,hasexcellentpropertiesi ncludinghighmechanical
strength,goodwaterretentionability,andhighcrystallinity,whichisappliedwidelytoindustr iessuchasfoodindustry.
Thispapersummarizedthestructure,technologyoffermentationandtheapplicationofbacter ialcelluloseinfoodindustry.
Keywords:bacterialcellulose;fermentationtechnology;application
doi:10.3969/j.issn.1674—506X.2011.01—006
自然界中，纤维素是最丰富的天然聚合体，广泛
存在于植物细胞中，但也有部分细菌在发酵培养液
中能生产纤维素，称细菌纤维素(BacterialCellulose, BC)，它是一种生物大分子，与植物纤维素相比，具
有机械强度高，吸水性能好，纯度高，结晶度高等优
点，已逐步成为一种新型的生物材料.在中国，对BC
的关注古已有之，早在《齐民要术》中就有记载：传统食醋酿造过程中，常在醪液中可见有类似凝胶的膜bacterium
状物，称其为菌膜【】1，后来又相继在黄酒酿造和红茶菌液培养中发现了类似的凝胶膜_2_31.另外,1886年, 英国人Brown等人也在静置条件下培养醋杆菌时发现培养基的气液表面形成了白的凝胶膜，随后利
用化学分析的方法确定这种膜状物的主要成分为纤维素，并且是以纯纤维素的形式存在.此后，越来越
多的研究人员开始从事BC的研究，大多集中在理
化性质与结构分析，最适菌种的筛选，培养方式探讨
和应用等方面.
1BC的结构与特性
1.1BC的结构
BC是以纯纤维素的形式存在，由B—D一葡萄糖
通过B一1,4一葡萄糖苷键结合形成的直链，并且直链间彼此平行，无分支结构，分子内和分子间的氢键形
成网状结构，不掺杂其他多糖.Brown和Zaar在电镜
下观察革兰氏阴性菌木醋杆菌(Acetobacter xylinum)的切片时，初步确定其纤维素的产生与细
菌的脂多糖膜上的微孔有关，并且对纤维素在菌体
内组装的规则模式做了猜想[51.此后，研究人员经过
大量的研究，确定产纤维素细菌的细胞壁上约有
收稿日期:2010～12—18
基金项目：浙江省重大科技专项国际科技合作项目(2008C14069)资助
作者简介：陆胜民(1969一)，男，博士，研究员，主要从事果蔬加工及其综合利用研究. 食品与发酵科技2011隼第1期
50-80个孔往外分泌纤维素，先由10一l5条直链多
糖聚合成1.5nm的胶状聚合物，然后再由上述聚合
物形成走向与菌体长轴平行且直径为3nm～4nm的
微纤维，纤维素进一步伸长，束间由氢键相互连接,
多束合并形成一根宽度为40nm—lOOnm，但长度不
定的菌纤维丝带J.卞玉荣，余晓斌等在对木醋杆菌
所产纤维素进行电镜扫描时发现,BC的微纤维直径
在0.Olp.m一0.1m之间，比一般的棉花纤维，木浆纤
维和合成纤维直径(约lOl~m左右)要细，比胶原纤
维(1m)及最薄的化学合成纤维(1m)要细[91.
1.2BC的性质[1,lO-1
BC的独特结构决定了它应该具有与植物纤维
素不同的优良特性，主要表现在:(1)植物纤维素主要
由纤维素组成，但掺杂半纤维素或木质素，而BC是
单以B—D一葡萄糖分子通过糖苷键形成的直链;(2)
BC的弹性模量为一般植物纤维素的数倍至十倍以
上，并且抗张强度高，机械性能好;(3)BC有较高的生
物适应性和良好的可降解性;(4)BC生物合成时的可
调控性，培养方法和培养条件的不同均可影响细菌
纤维素的合成与结构.
2产纤维素的细菌
2.1产纤维素细菌
在各种条件下能合成纤维素的微生物有醋酸菌
属cetobacter)，土壤杆菌属grobacterium)，假单胞
杆菌属(udomonas)，无杆菌属(Achromobacter),
产碱杆菌属(AlcaligcnCS)，气杆菌属(Aerobacter)，固
氮菌属(Azotobacter)，根瘤菌属(Rhizobium)和八叠球
菌属(Sarcina)这九个属中的某些种，它们产生的纤
维素均称BC，但是，真正能够应用于工业化生产BC
的只有醋酸菌中的几个种，它们是木醋杆菌(Aceto—bacterxylinum)，醋化醋杆菌(Acetobacteraceti)，产醋
醋杆菌(Acetobacteracotigenum)和巴氏醋杆菌ce—tobacterpastcurianum)，其中合成纤维素能力目前最
强的是木醋杆菌，在普通化学培养基中，不进行菌
种筛选时，大多选用木醋杆菌，或者是木醋杆菌的突
变菌株，几乎成为生产BC的模式菌株【】～61.
2_2菌株筛选
为了提高BC的产量，拓宽其应用范围，不少研
究人员从天然发酵物中，如发酵的黄酒，食醋或腐烂
水果等，进行纤维素产生菌的分离筛选，作为实验用
出发菌株.刘四新等从变酸的黄酒中分离出一种菌株，初步确定为醋酸杆菌属，经显微镜，电镜观察及
纤维素酶水解，知其主要成分为纤维素，可以用于纳
塔(BC的一种，主要用于食品工业中的配料与辅料)
生产，并能在静置培养的发酵培养基表面形成凝胶
膜I2】.齐香君等从水果样品中分离到一株能产凝胶膜的菌株QAX0219#，并进行了产物的定性和发酵工
艺的研究，初步确定了碳源，乙醇，接种量和培养方
式等对该菌合成纤维素的影响.施庆珊，冯劲等从
红茶菌中分离筛选出一种纤维素生产细菌Axy一1, 并通过显微观察和培养特征研究，结合分子鉴定确
定该菌株为葡糖酸醋酸杆菌[31.马霞，贾士儒等从长
膜的醋醅中分离出一株高产BC的醋酸菌M12，经
过对该菌株的形态，生理生化特征和(G+C)mo1%含
量分析，初步鉴定该菌株为木醋杆菌81.
3BC发酵工艺研究
3.1发酵原料
目前，传统上是以椰子水为原料生产BC，并已
实现工业化，主要用于食品工业，又称纳塔，但由于
只有产椰子的地区才能生产，其生产受到季节和地域的限制，生产成本也比较高.因此，增加纳塔生产
原料来源，打破纳塔生产的地域限制，扩大纳塔生产规模，提高纳塔质量，降低纳塔生产成本，成为纳塔
工业长足发展的迫切要求.
研究人员在利用普通化学培养基进行一系列
BC发酵条件及影响因素研究的同时，也在寻求除椰子水外的其他更经济更丰富更天然的发酵培养基, 以提高BC的产量，推广细菌纤维素在工业领域的
应用.Park和Khan等利用啤酒发酵废液(WBFB)进行BC生产的研究，发现相对普通化学培养基, WBFB能大大促进纤维素的产量ll91.Kurosumi以果汁为碳源，将菌株AcetobacterxylinumNBRC13693
接种于可能产BC的果汁中，如桔汁，风梨汁，苹果
汁和葡萄汁，发现分别添加氮源后，均有纤维素的产生，并且桔汁对BC产量有较大的促进作用，同时又分别以桔子的皮和压榨残渣为原料，证明桔皮和桔渣也具产纤维素的潜能.冯先桔，程绍南等利用自
行分离的醋酸杆菌，以柑桔汁为主要原料，与化学成分确定的培养基按一定配比复配培养基，对发酵培养基中柑桔汁的比例和发酵条件作了初步的探讨, 这也是国内第一次以柑桔汁为原料生产BCt1.李静和朱平以木醋杆菌为实验菌种，对西瓜汁合成纤维素的发酵条件进行研究，得到了最佳培养条件[221.邵