干擾因子調(diào)控細(xì)菌纖維素微觀結(jié)構(gòu)影響研究

顧 焱，陳春濤，朱春林，許威震，孫東平*

（南京理工大學(xué)化工學(xué)院，江蘇南京210000）

干擾因子調(diào)控細(xì)菌纖維素微觀結(jié)構(gòu)影響研究

顧 焱，陳春濤，朱春林，許威震，孫東平*

（南京理工大學(xué)化工學(xué)院，江蘇南京210000）

在駒形桿菌發(fā)酵過程中，通過加入二硫蘇糖醇、氯霉素、吐溫-80、乳化劑OP-10、石英砂和納米二氧化硅等干擾因子對其發(fā)酵過程進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)控，考察產(chǎn)物微觀形態(tài)的變化。結(jié)果表明，干擾因子可以明顯改變細(xì)菌纖維素的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但是卻沒有對細(xì)菌纖維素的晶型產(chǎn)生明顯的影響。在持水性方面，吐溫-80可以將細(xì)菌纖維素含水量從原有的90倍提高至105倍自身質(zhì)量，二硫蘇糖醇和OP-10會稍微降低細(xì)菌纖維素的含水量，氯霉素和納米二氧化硅會將持水能力降至70倍自身質(zhì)量。

細(xì)菌纖維素；干擾因子；結(jié)構(gòu)調(diào)控；微觀結(jié)構(gòu)

纖維素（cellulose）是存在于生活中一種常見的大分子多糖，不溶于水或者有機(jī)溶劑。一般樹木、稻草、蘆葦?shù)茸魑镏泻休^多的纖維素。低等生物（如藻類、細(xì)菌）也會在自身的生長代謝中生成纖維素[1]。作為一種可再生材料，纖維素因其同時具有良好的生物可降解性，可以被用于生物材料研發(fā)。除此之外，纖維素在其他領(lǐng)域中，如化妝品、建筑材料、造紙、食品等也擁有著不可替代的地位[2]。

目前，人們可以通過四種途徑獲得纖維素[3]，包括兩種生物合成，一種是通過綠色植物進(jìn)行光合作用，人們對于這類合成途徑進(jìn)行調(diào)控的手段起源很早，但效果不夠明顯；微生物合成是第二種生物合成途徑，人們對于微生物的研究歷史悠久，但是利用微生物獲得纖維素歷史不長，因此通過研究這類途徑獲得能夠利用的纖維素前景廣闊；另外兩種是通過非生物的方法進(jìn)行人工合成，在生物體外由纖維二糖氟化物經(jīng)酶催化合成或由新戊酰衍生物開環(huán)成葡萄糖在合成纖維素[4]。人工合成纖維素聚合程度較低，難以達(dá)到自然界中纖維素聚合程度，同時合成過程中消耗的化學(xué)原料較多，容易帶來較大的環(huán)境污染。植物合成的纖維素成分復(fù)雜，還有較多的木質(zhì)素和半纖維素等雜質(zhì)，在利用之前需要對其進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理。細(xì)菌纖維素不同于人工合成和天然植物合成的纖維素，不具備上述所述的缺點(diǎn)。一些細(xì)菌，如木醋桿菌[5]，具有較高的纖維素合成能力。

傳統(tǒng)的細(xì)菌纖維素應(yīng)用方向特點(diǎn)是產(chǎn)品的附加值不夠，僅僅適用于日常生活中，例如紡織和造紙?？焖侔l(fā)展的生物納米技術(shù)，對細(xì)菌纖維素的結(jié)構(gòu)改性做出了巨大的改善使得細(xì)菌纖維素被廣泛地應(yīng)用于功能材料領(lǐng)域。WANG J等[6]利用細(xì)菌纖維素具有良好強(qiáng)度的特點(diǎn)，在其表面進(jìn)行負(fù)載固定化實驗，將羥基磷灰石等固定在細(xì)菌纖維素外面，得到了類似于人體骨組織質(zhì)地的模型，顯示了細(xì)菌纖維素在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的良好適用性；SEOK H Y等[7]利用了碳元素具有良好的導(dǎo)電性的特點(diǎn)，將其與細(xì)菌纖維素進(jìn)行復(fù)合，把原先不導(dǎo)電的細(xì)菌纖維素改造成導(dǎo)電性能良好的碳納米管纖維，拓寬了細(xì)菌纖維素應(yīng)用領(lǐng)域至光電材料方面；SUN D P等[8]以細(xì)菌纖維素為基礎(chǔ)，利用PdCl2和CuCl2的水溶液浸泡細(xì)菌纖維素，再用硼氫化鉀還原纖維素，將Pd-Cu合金均勻分布于細(xì)菌纖維素纖維上，利用該復(fù)合膜可以有效脫除水中的氮，顯示出細(xì)菌纖維素在催化材料領(lǐng)域的優(yōu)勢；由于細(xì)菌纖維素具有較高的楊氏模量，其還可以作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體。除了以上的幾個方面，人們還將細(xì)菌纖維素應(yīng)用于前沿科技方面，例如超級電容器、影音材料、滲透汽化、高端奢侈品等領(lǐng)域。

從細(xì)菌纖維素進(jìn)入人們的視野以來，對于其研究和改性方法的探索層出不窮，以探索其在不同領(lǐng)域的更多應(yīng)用。朱清梅等[9]提出，可以通過向培養(yǎng)基中添加一些特殊的小分子，例如熒光增白劑，從而影響細(xì)菌纖維素的聚集，達(dá)到對細(xì)菌纖維素改性的目的。KESHK S等[10]利用向發(fā)酵液中添加木素磺化鹽的方法，抑制發(fā)酵生產(chǎn)中副產(chǎn)物葡萄糖酸的產(chǎn)生，從而提高細(xì)菌纖維素的聚合度。利用纖維素酶處理細(xì)菌纖維素，可以提高纖維素間的結(jié)合力，但是纖維素酶會降解纖維素鏈[11]。廖瑞金等[12]利用納米Al2O3和ZnO對絕緣纖維素進(jìn)行改造，研究了納米改性對紙樣空間的電荷行為產(chǎn)生的原因。蔣偉娜等[13]將梧桐樹等木質(zhì)纖維素經(jīng)2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪改性后，可以增加木質(zhì)纖維素對木瓜蛋白酶的固定化效果。藍(lán)舟琳等[14]利用綠色木霉對玉米秸稈進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)了綠色木霉改性玉米秸稈的最佳條件，使改性材料的吸油量達(dá)到了未改性材料的兩倍以上。

目前，較為常見的纖維素改性方法分為以下三類：物理改性（如干法或濕法研磨）；化學(xué)改性（如酯化和醚化）；生物改性（如酶水解、氧化）[15]。本研究采用化學(xué)改性方法，向發(fā)酵液中加入干擾因子，改變纖維素交聯(lián)聚合方式，探究其微觀結(jié)構(gòu)圖特征、結(jié)晶形態(tài)、含水量以及復(fù)水率在改性前后的變化。期望通過這一系列的研究，更加深入地了解微生物代謝制備納米纖維素的過程，為實際應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

駒形桿菌（Komagataeibactersp.）：本實驗室自行篩選；葡萄糖、蔗糖、磷酸二氫鉀、硫酸銨、硫酸鎂、檸檬酸、磷酸二氫鈉、瓊脂粉、石英砂（50目）、納米二氧化硅：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；蛋白胨：上海博微生物科技有限公司；酵母浸粉：北京奧博星生物技術(shù)有限公司；羧甲基纖維素鈉：成都市科龍化工試劑廠；二硫蘇糖醇（DL-dithiothreitol，DTT）：北京浩克生物科技有限公司；氯霉素：湖北中料化工有限公司；吐溫-80：鄭州康源化工產(chǎn)品有限公司；乳化劑OP-10：衢州市瑞爾豐化工有限公司。所用試劑均為分析純或生化試劑。

固體培養(yǎng)基組成：葡萄糖2.0g/100mL，蔗糖1.0g/100mL，硫酸鎂0.04 g/100 mL，檸檬酸0.11 g/100 mL，磷酸二氫鈉0.25 g/100 mL，蛋白胨1.0 g/100 mL，瓊脂1.8 g/100 mL，酵母浸粉0.1 g/100 mL，pH 6.0，121℃滅菌20 min。

種子液組成：葡萄糖2.0g/100mL，硫酸銨0.6g/100mL，磷酸二氫鉀0.1 g/100 mL，硫酸鎂0.04 g/100 mL，蛋白胨0.3 g/100 mL，酵母浸粉0.225 g/100 mL，羧甲基纖維素鈉0.04 g/100 mL，121℃滅菌20 min。

發(fā)酵液組成：葡萄糖2.25g/100mL，蔗糖2.75g/100mL，硫酸銨0.1 g/100 mL，磷酸二氫鉀0.5 g/100 mL，硫酸鎂0.07 g/100 mL，乳酸鈣0.02 g/100 mL，蛋白胨1.0 g/100 mL，酵母浸粉0.75 g/100 mL，醋酸0.15 g/100 mL，羧甲基纖維素鈉0.04 g/100 mL，檸檬酸0.06 g/100 mL，pH 6.0。

1.2 儀器與設(shè)備

ALC-110.4分析天平：德國艾科勒公司；雷磁PHSJ-5型pH計：上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；萊玻特瑞ZHPW-70恒溫培養(yǎng)箱：天津市萊玻特瑞儀器設(shè)備有限公司；FD-1B-50冷凍干燥機(jī)：北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司；JEOL JSM-6380LV掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）：日本電子株式會社。

1.3 方法

1.3.1 原位修飾的纖維素膜的制作方法

將-80℃、30%甘油中保存的Komagataeibactersp.取出，于30℃條件下靜置20 min，用接種環(huán)挑取一環(huán)菌種劃線于固體平板培養(yǎng)基中，將平板培養(yǎng)基于30℃培養(yǎng)箱中靜置培養(yǎng)36 h。

用接種環(huán)挑取已經(jīng)活化的Komagataeibactersp.兩環(huán)，接種到裝有1/5種子液的500mL錐形瓶中，30℃條件下150r/min培養(yǎng)24 h。

把種子液接種到含有裝有1/5發(fā)酵液的500 mL錐形瓶中，30℃條件下160 r/min進(jìn)行72 h動態(tài)培養(yǎng)。動態(tài)培養(yǎng)的同時，加入不同的干擾因子，對整個細(xì)菌纖維素的生產(chǎn)發(fā)酵過程進(jìn)行干擾。

在此過程中，能夠獲得經(jīng)過干擾因子干擾的非正常聚集的細(xì)菌纖維素。為了能夠更好的得到原位修飾的細(xì)菌纖維素，本實驗將干擾因子的量設(shè)置為：二硫蘇糖醇15.4 mg、氯霉素9.7 mg、吐溫-80 500 mg、乳化劑OP-10 500 mg、石英砂2 g、納米二氧化硅400 mg。為以上改性過的產(chǎn)物命名為BC-A、BC-B、BC-C、BC-D、BC-E和BC-F。

后處理：用1 mol/L的NaOH于80℃水浴60 min，取出后用醋酸中和多余的NaOH，用水將多余的醋酸沖洗干凈，冷凍干燥機(jī)干燥24 h，放置于干燥器內(nèi)備用。

1.3.2 微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)的表征

對所得原位修飾細(xì)菌纖維素進(jìn)行掃描電鏡觀察。將樣品進(jìn)行冷凍干燥，剪取一塊5 mm×5 mm的樣品，用導(dǎo)電膠將其固定于樣品臺，在真空的條件下對其進(jìn)行噴金操作處理，將倍率調(diào)節(jié)至10 000倍，進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)的觀察。

1.3.3 結(jié)晶狀態(tài)表征

將所得原位修飾細(xì)菌纖維素進(jìn)行X射線衍射分析（Bruker AxS GmbH D8），可以得到改性材料的晶體結(jié)構(gòu)。把凍干之后的細(xì)菌纖維素，貼上雙面膠然后固定在樣品臺中央，利用銅靶發(fā)出的Kα射線，將波長設(shè)置為1.540 6 。以0.05°/0.1s、40kV、40mA、2θ為10～40°條件下進(jìn)行掃描。

1.3.4 測定方法

為了去除不必要的水分，將含有較多水分的改性纖維素常溫常壓靜置5 min，然后再用濾紙將殘余的水分全部吸收干凈。濾紙吸收過后的纖維素質(zhì)量，將其記為Wwet；將稱完的細(xì)菌纖維素利用凍干機(jī)進(jìn)行凍干，得到絕干質(zhì)量并記為Wdry。按照公式（1）計算即可得到纖維素含水量：

在去離子水中對纖維素進(jìn)行復(fù)水能力測試，將凍干的纖維素進(jìn)行反復(fù)浸泡，反復(fù)稱質(zhì)量，直到其質(zhì)量不再增加，將最后一次稱得的質(zhì)量記為Wrwet。按照公式(2)計算即可得到纖維素的復(fù)水率：

2 結(jié)果與分析

2.1 原位修飾纖維素的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)

將不同的干擾因子進(jìn)行原位修飾過的細(xì)菌纖維素放在掃描電鏡下進(jìn)行觀察，并和沒有加入干擾因子的細(xì)菌纖維素進(jìn)行對比，結(jié)果如圖1所示。

圖1不同干擾因子干擾的纖維素SEM圖Fig.1 SEM images of bacterial cellulose interfered by different interference factors

圖1 （a）對應(yīng)的是經(jīng)過生物還原劑二硫蘇糖醇（DTT）修飾的細(xì)菌纖維素，將其和未修飾的纖維素SEM圖對比，不難看出，原本有序的結(jié)構(gòu)變得相對混亂，纖維和纖維之間的孔隙也較未加入干擾因子的要大許多。與二硫蘇糖醇修飾的細(xì)菌纖維素不同，氯霉素對細(xì)菌纖維素的影響主要體現(xiàn)在，它能夠減少單位體積內(nèi)的纖維素數(shù)量，同時形成相對較大的結(jié)團(tuán)，使纖維素質(zhì)地分布更加不均勻，如圖1（b）所示。文獻(xiàn)報道[16]指出，二硫蘇糖醇和氯霉素都能夠讓細(xì)菌的形態(tài)發(fā)生一定的變化，不同的是，二硫蘇糖醇會使細(xì)胞變得短小，而氯霉素則是會使細(xì)胞變得修長。變長的細(xì)胞在產(chǎn)生纖維的時候，兩個細(xì)胞纏結(jié)在一起的概率會增大，從而產(chǎn)生的纖維素也就更加容易結(jié)團(tuán)。

同時發(fā)現(xiàn)，同時具有親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)的表面活性劑吐溫-80會讓原本尺寸大小均勻的細(xì)菌纖維素變得粗細(xì)不一，同時失去三維立體輪廓，如圖1（c）所示。因為表面活性劑能在纖維之間產(chǎn)生作用[17]，讓原本相互分離的根狀纖維中間生成薄膜狀或者是片狀聯(lián)結(jié)。圖1（d）顯示的是乳化劑OP-10進(jìn)行原位修飾的細(xì)菌纖維素SEM圖。由圖1（d）可以看出，乳化劑OP-10修飾的細(xì)菌纖維素微觀結(jié)構(gòu)與未修飾的細(xì)菌纖維素最相似，只不過略微增大了細(xì)菌纖維素的尺寸。

由圖1（e）可以看出，加入石英砂之后，整個纖維素網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)顯得更加致密，伴隨著明顯的纖維素的尺寸增大。因為石英砂的加入使得整個體系的擾動程度更高，隨之而來的是更加劇烈的細(xì)菌運(yùn)動，這樣兩個細(xì)菌運(yùn)動到同一點(diǎn)的概率也會隨之增加，帶狀纖維素也就更加容易聯(lián)結(jié)在一起。細(xì)菌所處的環(huán)境擾動程度越大，其產(chǎn)生的纖維素直徑就會越小，而增加體系環(huán)境的剪切力則會增大生成產(chǎn)物的尺寸。最終在SEM圖上顯示的結(jié)果是石英砂的加入會使纖維素帶的尺寸較未加入的增大，這說明，石英砂帶來的體系擾動效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其為體系增加的剪切力。

納米二氧化硅的加入讓纖維素絲狀結(jié)構(gòu)變得綿密、修長，同時還增加了纖維素形成時候的方向性。原因在于加入的干擾因子表面具有豐富的可以形成氫鍵的羥基基團(tuán)，這些基團(tuán)和發(fā)酵過程中生成的纖維素之間形成作用力非常強(qiáng)的氫鍵，破壞了纖維素原有的聚集方式，同時，這種氫鍵的存在還具有一定的誘導(dǎo)效果，這就令纖維素在最終成膜的時候具有更好的方向性，如圖1（f）所示。

由圖1（g）可以看出，不添加任何干擾因子的細(xì)菌纖維素網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰、相對較為疏松，纖維直徑變化較為均勻。

2.2 原位修飾纖維素的晶體結(jié)構(gòu)

原始細(xì)菌纖維素與經(jīng)過干擾因子原位修飾后產(chǎn)物的X射線衍射圖譜見圖2。不同干擾因子對細(xì)菌纖維素結(jié)晶度影響見表1。

從圖2可以得到，當(dāng)2θ角為22.7°和14.6°時，生成了兩個突出的衍射峰，其中22.7°的衍射峰對應(yīng)的為（200）晶面，14.6°對應(yīng)的為（110）晶面。這證明未修飾的細(xì)菌纖維素為聚合度非常高的天然纖維素，即Ⅰ型纖維素。由于22.7°和14.6°的峰存在于每一種纖維素中，說明干擾因子并沒有對細(xì)菌纖維素的晶型產(chǎn)生明顯的影響變化。但是，纖維素的聚合度會受到一定的影響，這一點(diǎn)從（110）晶面衍射角的偏移與強(qiáng)度的變化可以推測，其中，BC-A、BC-C、BC-D的SEM圖中的14.6°的衍射峰的偏移和強(qiáng)度變化最明顯，說明這三種干擾因子對于纖維素的聚合度有重要影響。BC-F的SEM圖在22.7°處的峰強(qiáng)度變得更大，說明該改性纖維素在（200）晶面形成速度比較快。除了上述兩個角度的吸收峰之外，在16.8°的時候有一個（110）晶面吸收峰，干擾因子中的五個都減弱了這一晶面的生長，納米二氧化硅除外。

圖2 不同干擾因子干擾的纖維素的X射線衍射圖譜Fig.2 X-Ray diffraction spectrum of bacterial cellulose interfered by different interference factors

可以利用式（3）計算纖維素的結(jié)晶度[18]：

式中：Cr I表示結(jié)晶指數(shù)，%；Ⅰ(200)表示(200)晶面峰強(qiáng)；Ⅰ（am）表示無定形區(qū)峰強(qiáng)。

表1 不同干擾因子干擾的纖維素的結(jié)晶指數(shù)Table 1 Crystallinity indexes of bacterial cellulose interfered by different interference factors

由表1可知，一般采用搖瓶作為動態(tài)培養(yǎng)的條件，得到的細(xì)菌纖維素的結(jié)晶度達(dá)81%，在這次試驗中，不管是否添加了干擾因子，纖維素膜結(jié)晶度驟降至50%左右，很大一部分原因是干燥方式的變化導(dǎo)致了結(jié)晶度的下降[19]，因為試驗中采用了凍干來去除水分，導(dǎo)致水在凝固的過程中撐大了纖維素的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而讓結(jié)構(gòu)變得疏松，結(jié)晶度下降。

因為二硫蘇糖醇和氯霉素僅僅只是對細(xì)菌的形態(tài)產(chǎn)生了一定的影響，幾乎沒有改變系統(tǒng)的內(nèi)部作用力，所以對纖維素晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響很小。表面活性劑的加入，打亂了原有的相對有序的結(jié)晶過程，而且其能夠和纖維素鏈產(chǎn)生一定的相互聯(lián)結(jié)作用，這種作用會使得纖維素之間的相互聚集受到一定的阻礙，從而干擾了纖維素的自組裝過程。石英砂的加入破壞了利于結(jié)晶形成的穩(wěn)定環(huán)境，從而降低了纖維素的結(jié)晶度。結(jié)晶度有所提高的是納米二氧化硅的加入，因為納米二氧化硅表面有很多的親水基團(tuán)，和纖維素作用之后能夠讓纖維素的組裝變得更加具有方向性，提高結(jié)晶度。

2.3 原位修飾纖維素含水量和復(fù)水率的變化

添加不同干擾因子對纖維素生產(chǎn)過程進(jìn)行原位修飾，修飾后的細(xì)菌纖維素含水量可見圖3。原始細(xì)菌纖維素是一種非常好的持水材料，因為其外表有很多親水基團(tuán)，這些基團(tuán)能夠牢牢地鎖住水分，當(dāng)含水量最大時，細(xì)菌纖維素中的水的質(zhì)量可以達(dá)到自身的90倍。改變原始含水量可以將細(xì)菌纖維素應(yīng)用到更多的方面。

圖3 不同干擾因子干擾的纖維素的含水量Fig.3 Water holding capacity of bacterial cellulose interfered by different interference factors

從圖3可以看出，BC-C的含水量明顯提高，BC-D、BC-A的含水量較未加入干擾因子前變化不大，而BC-B的含水量大大降低，僅為自身質(zhì)量的70倍左右。

冷凍干燥技術(shù)可以在不破壞細(xì)菌纖維素原有的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的前提下，對細(xì)菌纖維素進(jìn)行啊最大限度的除水。如需測得細(xì)菌纖維素復(fù)水率，只需將凍干后的纖維素浸泡在去離子水中，這樣干膜能快速吸水，在短時間內(nèi)負(fù)載大量的水分子。不同原位修飾的細(xì)菌纖維素短時間（10 min）的復(fù)水能力及最終的復(fù)水率（24 h）見圖4。

圖4 不同干擾因子干擾的纖維素的復(fù)水率Fig.4 Rehydration ratio of bacterial cellulose interfered by different interference factors

從圖4可以看出，除了BC-D在10 min復(fù)水量稍微小一些，僅有30%左右，另外5個干擾因子干擾得到的細(xì)菌纖維素的快速復(fù)水能力均可以達(dá)到50%以上。10 min內(nèi)附水量最快的是BC-A和BC-F。24 h后，認(rèn)為細(xì)菌纖維素已經(jīng)復(fù)水完全，發(fā)現(xiàn)5種原位修飾纖維素均能夠恢復(fù)60%含水量，只有BC-D除外。最終復(fù)水能力最強(qiáng)的是BC-B，為80%。

3 結(jié)論

本研究在Komagataeibactersp.產(chǎn)納米纖維素的代謝過程中加入干擾因子，通過干擾因子和納米纖維素間的相互作用，一定程度改變發(fā)酵體系微擾動程度，從而對納米纖維素表面的三維微結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控。由于其未改變納米纖維素的晶型，故仍然可以認(rèn)為改性后的纖維素為Ⅰ型天然纖維素。改性后的納米纖維素含水量和復(fù)水率都發(fā)生了一定的變化，本研究為以后探索納米纖維素的改性和應(yīng)用提供了一定參考依據(jù)。

[1]孫勇慧，劉鵬濤，劉忠.細(xì)菌纖維素的應(yīng)用進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報，2015，29（5）：62-67.

[2]羅成成，王暉，陳勇.纖維素的改性及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2015，34（3）：767-773.

[3]KLEMM D,SCHUMANN D,UDHARDT U,et al.Bacterial synthesized cellulose-artificial blood vessels for microsurgery[J].Progr Polym Sci, 2001,26(9):1561-1603.

[4]王銀存，李利軍，馬英輝，等.細(xì)菌纖維素生產(chǎn)及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].中國釀造，2011，30（4）：20-23.

[5]余曉斌，全文海.細(xì)菌纖維素的商業(yè)化用途[J].纖維素科學(xué)與技術(shù)，1999，7（3）：42-46.

[6]WANG J,WAN Y Z,HAN J,et al.Nanocomposite prepared by immobilising gelatin and hydroxyapatite on bacterial cellulose nanofibers[J]. Micro Nano Lett,2011,6(3):133-136.

[7]SEOK H Y,JIN H J,KOOK M C,et al.Electrically conductive bacterial cellulose by incorporation of carbon nanotubes[J].Biomacromolecules, 2006,7(4):1280-1284.

[8]SUN D P,YANG J Z,LI J,et al.Novel Pd-Cu/bacterial cellulose nanofibers:Preparation and excellent performance in catalytic denitrification[J].Appl Surf Sci,2010,256(7):2241-2244.

[9]朱清梅，馮玉紅，林強(qiáng)，等.細(xì)菌纖維素改性研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代化工，2009（8）：34-37.

[10]KESHK S,SAMESHIMA K.Influence of lignosulfonate on crystal structure and productivity of bacterial cellulose in a static culture[J]. Enzyme Microb Tech,2006,40(1):4-8.

[11]趙艷鋒.纖維素的改性技術(shù)及進(jìn)展[J].天津化工，2006，20（2）：11-14.

[12]廖瑞金，聶仕軍，周欣，等.物理改性纖維素絕緣材料親水性行為的分子動力學(xué)模擬[J].高電壓技術(shù)，2013，39（1）：1-7.

[13]蔣偉娜，邱業(yè)先，李琳.改性樹木纖維素固定化木瓜蛋白酶的研究[J].食品工業(yè)科技，2013，34（8）：131-134.

[14]藍(lán)舟琳，彭丹，郭楚玲，等.綠色木霉改性玉米秸稈溢油吸附劑的制備及其性能研究[J].環(huán)境科學(xué)，2013，34（4）：1605-1610.

[15]羅成成，王暉，陳勇.纖維素的改性及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2015，34（3）：767-773.

[16]YAMANAKA S,SUGIYAMA J.Structural modification of bacterial cellulose[J].Cellulose,2000,7(3):213-225.

[17]HUANG C H,LI C C,SHIH B L,et al.In situ modification of bacterial cellulose network structure by adding interfering substances during fermentation[J].Bioresource Technol,2010,101:6084-6091.

[18]FOCHER B,PALMA M T,CANETTI M,et al.Structural differences between non-wood plant celluloses:evidence from solid state NMR,vibrational spectroscopy and X-ray diffractometry[J].Ind Crop Prod, 2001,13(3):193-208.

[19]CLASEN C,SULTANOVA B,WILHELMS T,et al.Effect of different drying processes on material properties of bacterial cellulose membranes[J].Macromol Symp,2006,244:48-58.

Effect of interference factors on the regulation of bacterial cellulose microstructure

GU Yan,CHEN Chuntao,ZHU Chunlin,XU Weizhen,SUN Dongping*(School of Chemical Engineering,Nanjing University of Science and Technology,Nanjing 210000,China)

During the fermentation ofKomagataeibactersp.,the regulation and change of bacterial cellulose microstructure were investigated using dithiothreitol,chloramphenicol,Tween-80,emulsifier OP-10,quartz sand and nano-silica as interference factors.The results showed that interference factorscould obviouslychange bacterialcellulose'snetwork structure,butcould not significantlyaffect the crystalline phase of bacterial cellulose.In the aspect of water holding capacity,Tween-80 could improve water content from 90 to 105 times of its own mass,dithiothreitol and OP-10 could decrease bacterialcellulose water contentslightly,butchloramphenicoland nano-silica could decrease the water holdingcapacityto 70 timesofitsown mass.

bacterial cellulose;interference factors;structure regulation;microstructure

TQ92

0254-5071（2017）01-0044-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.01.009

2016-07-14

國家自然科學(xué)基金（21206076，5157212）；江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項目

顧焱（1992-），男，碩士研究生，研究方向為細(xì)菌纖維素的改性應(yīng)用。

*通訊作者：孫東平（1970-），男，教授，博士，研究方向為化學(xué)生物學(xué)與功能材料。