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菊芋制备细菌纤维素的研究

作　者: 韩筱
导　师: 曹张军；洪枫
学　校: 东华大学
专　业: 生物化工
关键词: 菊芋菊糖酸解酶解细菌纤维素
分类号: TQ352.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

细菌纤维素(Bacterial cellulose,简称BC)是由微生物产生的超纳米结构纤维素。与植物纤维素相比,具有结晶度高、吸水性强、抗张强度好、生物适应性强等优点,它被广泛应用于造纸、食品、医学材料等领域。但细菌纤维素低产量、高成本的现状限制了它工业化生产。传统研究主要通过筛选优良生产菌株和优化发酵工艺来降低成本,这样不仅工作量大且效率低,相比之下利用廉价碳源降低生产成本不失为一种好方法。据报道,木醋杆菌能够利用果糖生产BC,无抑制物质生成且产量较高,但果糖成本高不适宜大规模生产。菊芋中富含菊糖,菊糖是由D-呋喃果糖分子以β-2,1-糖苷键连接一种果聚糖,水解后可生成果糖和少量葡萄糖用于BC生产。与木质纤维素生物质相比,菊芋具有高产量,对土质要求低等特点,更易于实现产业化。本文以新鲜菊芋为原料,研究了菊芋的成分及菊糖提取工艺,并优化了菊芋和菊糖的酸解和酶解工艺,以期得到高浓度的果糖作为生产生产细菌纤维素的良好碳源。实验后期,对不同水解液产BC膜的产量、强力性能、扫描电镜图进行比较,为BC的进一步开发和利用提供理论基础。本实验对菊芋进行成分分析并将新鲜菊芋蒸煮灭酶后,加水浸提。经过试验得到浸提菊芋的最佳处理条件为：反应温度90℃、时间2h,固液比为1：10。经处理后的菊芋汁中总糖含量达到32.8g/L,总糖得率为24.5%。通过酸解和酶解将菊芋和菊糖中的果糖提取出来,以便木醋杆菌生产细菌纤维素。基于酸解反应的单因素条件,优化酸解菊芋的工艺。实验结果表明,酸解菊糖的最佳工艺条件为：反应温度105℃、时间30 min、硫酸浓度0.5 mol/L、固液比为1：10,此时水解糖得率为98.3%。酸解菊芋的最佳条件为温度70℃,反应时间40 min,酸浓为0.6 mol/L,固液比为1：25,此条件下水解糖得率为65.2%。利用薄层层析和高效液相色谱法分析水解产物,菊糖的水解产物主要是葡萄糖,菊芋的水解产物中主要是果糖和少量葡萄糖。从不同酶中筛选出能够水解菊芋和菊糖得到果糖的酶,以水解糖得率作为指标。酶解菊糖的最优条件为：pH值为4.2,温度60℃,时间3 h,水解糖得率可以达到39.34%。酶解菊芋汁最优条件是：pH5.0,温度50℃,反应时间2 h,水解糖得率可以达到31.9%。最后利用薄层层析和高效液相色谱法分析水解产物,菊糖的水解产物主要是葡萄糖,菊芋的水解产物中主要是果糖和少量葡萄糖。最后,将菊芋、菊糖的酸解液和酶解液制备细菌纤维素,对BC膜的产量、强力性能、扫描电镜图比较分析。实验结果表明,不同水解液都能生产BC,相比常规碳源,酶解菊芋汁水解液培养的产量最高41.3 g/L,其次是酶解菊糖39.2 g/L,酸解菊芋汁培养得到的细菌纤维素杨氏模量大,为9.31 Mpa。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章前言  12-23
  1.1 细菌纤维素研究进展  12-17
    1.1.1 细菌纤维素的理化特性  12
    1.1.2 细菌纤维素生产菌株及合成过程  12-13
    1.1.3 细菌纤维素的培养方式  13
    1.1.4 细菌纤维素的发酵碳源  13-15
    1.1.5 细菌纤维素的应用  15-17
  1.2 菊芋应用研究进展  17-21
    1.2.1 菊芋中有效成分的提取  17-20
    1.2.2 菊芋在微生物发酵方面的应用  20-21
  1.3 本课题的立题背景和主要研究内容  21-23
第二章菊芋菊糖浸提工艺的研究  23-37
  2.1 实验材料与仪器  23-24
    2.1.1 实验材料  23
    2.1.2 实验试剂  23-24
    2.1.3 实验仪器  24
  2.2 实验方法  24-29
    2.2.1 菊芋成分分析  24-26
    2.2.2 菊芋汁的浸提  26-27
    2.2.3 苯酚硫酸法测定总糖  27
    2.2.4 菊芋汁浸提条件优化  27-28
    2.2.5 薄层层析法分析浸提液成分  28-29
    2.2.6 高效液相法分析浸提液成分  29
  2.3 结果与讨论  29-35
    2.3.1 菊芋成分分析  29-30
    2.3.2 浸提条件对菊芋总糖得率的影响  30-32
    2.3.3 菊芋汁浸提条件的优化  32-34
    2.3.4 薄层层析法分析浸提液成分  34-35
    2.3.5 高效液相法分析浸提液成分  35
  2.4 本章小节  35-37
第三章菊芋的酸水解工艺研究  37-54
  3.1 实验材料与仪器  37-38
    3.1.1 实验材料  37
    3.1.2 实验试剂  37
    3.1.3 实验仪器  37-38
  3.2 实验方法  38-41
    3.2.1 菊糖酸水解  38
    3.2.2 水解糖得率的测定  38-39
    3.2.3 菊糖酸解工艺优化  39
    3.2.4 菊芋的酸水解  39-40
    3.2.5 菊芋酸水解工艺优化  40-41
    3.2.6 薄层层析法分析酸解液成分  41
    3.2.7 高效液相法分析酸解液成分  41
  3.3 结果与讨论  41-53
    3.3.1 酸解条件对菊糖水解糖得率的影响  41-44
    3.3.2 菊糖酸解条件的优化  44-46
    3.3.3 酸解条件对菊芋水解糖得率的影响  46-49
    3.3.4 鲜菊芋酸解条件的优化  49-51
    3.3.5 薄层层析法分析水解液成分  51-52
    3.3.6 高效液相法分析水解液成分  52-53
  3.4 本章小节  53-54
第四章菊芋的酶水解工艺研究  54-66
  4.1 实验材料与仪器  54-55
    4.1.1 实验材料  54
    4.1.2 实验试剂  54-55
    4.1.3 实验仪器  55
  4.2 实验方法  55-57
    4.2.1 菊糖和菊芋水解酶的筛选  55
    4.2.2 水解菊糖条件对糖得率的影响  55-56
    4.2.3 水解菊芋条件对得率的影响  56
    4.2.4 菊粉酶活力的测定  56-57
    4.2.5 薄层层析法分析酶解液成分  57
    4.2.6 高效液相法分析酶解液成分  57
  4.3 结果与讨论  57-64
    4.3.1 菊糖和菊芋水解酶的筛选  57-59
    4.3.2 酶解菊糖条件对糖得率的影响  59-60
    4.3.3 酶解菊芋条件对糖得率的影响  60-63
    4.3.4 薄层层析法分析酶解液成分  63
    4.3.5 高效液相法分析酶解液成分  63-64
  4.4 本章小节  64-66
第五章菊芋水解液制备细菌纤维素  66-74
  5.1 实验材料与仪器  66-67
    5.1.1 实验材料  66
    5.1.2 菌种来源  66
    5.1.3 实验药品  66
    5.1.4 实验器材  66-67
  5.2 实验方法  67-69
    5.2.1 培养基的制备  67
    5.2.2 细菌纤维素的培养  67-68
    5.2.3 细菌纤维素的产量和经济核算  68
    5.2.4 细菌纤维素的网络结构观察  68
    5.2.5 细菌纤维素的强力性能表征  68-69
  5.3 结果与讨论  69-72
    5.3.1 细菌纤维素的产量和经济核算  69-71
    5.3.2 细菌纤维素的电镜图  71
    5.3.3 细菌纤维素的强力性能表征  71-72
  5.4 本章小节  72-74
第六章结论  74-78
  6.1 菊芋菊糖浸提工艺的研究  74
  6.2 菊芋的酸水解工艺研究  74-75
  6.3 菊芋的酶水解工艺研究  75
  6.4 菊芋水解液制备细菌纤维素  75-77
  6.5 展望  77-78
参考文献  78-83
攻读学位期间的研究成果目录  83-84
致谢  84

菊芋制备细菌纤维素的研究

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