响应面法优化细菌纤维素发酵合成工艺.docx

响应面法优化细菌纤维素发酵合成工艺【摘要】目的对细菌纤维素高产菌株葡糖醋杆菌G-29进行发酵优化，以提高其细菌纤维素合成能力。方法采用基于非完全平衡块原理的Plackett-Burman(PB)试验设计法，筛选出了3个主要影响因子：混合碳源，MgSO4，乙醇，然后采用Box-Behnten中心，组合试验设计和响应面分析方法确定其最佳浓度分别为混合碳原/L，8g/L，乙醇ml/L。用扫描电镜观察了细菌纤维素的形态结构，并通过X射线衍射分析其在干态下和湿态下的最佳结构。结果在优化培养基条件下，菌株G-29发酵生产细菌纤维素的产量为g/L，是优化前产量的倍。结论PB试验和RSM相结合的试验方法，用于优化G-29发酵培养基，不仅科学合理而且准确有效。【关键词】葡糖醋杆菌属细菌纤维素Plackett-Burman设计响应面分析Abstract：Objectivnthismanuscript,theoptimalconditionsforcelluloseproductionbygluconacetoba-aterG-29weredeterminedinordertoimprovetheyieldofbacterialDesignwasusedtoevaluatethreestatisticallysignificantparametersincludingmixedcarbonsources(Glucose:sucrose=1:2),MgSO4,optimallevelsofthreevariablesweredefinedbyBox-Behnkendesignandresponsesurfacemethod(RSM):mixedcarbonsources:g/L,MgSO4g/L,ethanolg/L,ethanolg/Lmorphologyofbacterialcellulose(BC)producedwasobservedbyscanningelectronmicroscope(SEM).ThecrystalstructureofBCindriedandwetstatewasstudiedbyX-raydiffractometry(XRD).ResultsTheresultsindicatedthattheBCyieldundertheoptimalfermentationmediumwasg/L,whichwasastimesasthatundertheoriginalfermentationmethodofPBdesigncombinedwithRSMusedforoptimizationofG-29fermentationmediumisscientificandaccurate.Keywords：Gluconacetobacter;Bacterialcellulose;Plackett-Burmandesign;Responsesurfacemethod细菌纤维素(Bacterialcellulose，简称BC)是由部分细菌产生的一类高分子化合物，在化学组成和结构上同植物纤维相同，都是由D-葡萄糖以β-1,4糖苷键连接形成直链多糖，再经聚合而成。与植物纤维不同的是细菌纤维素是以单一纤维形式存在，纯度极高，不掺杂如植物纤维中的半纤维素或木质素等其它多糖类［1］，因此其具有抗拉强度高、杨氏模量高、良好的生物适应性以及优良的持水性和通透性等特点［2］。除了可用作膳食纤维和食品成型剂，还可用于生产纱布、绷带、人造皮肤等生物用品，有利于皮肤生长和限制感染。自1987年以来，已有很多关于细菌纤维素膜用于烧伤、烫伤、皮肤移植等治疗的报道，目前已出纱布、绷带和“创可贴”等各种伤科敷料商品。它具有在伤口中维持湿的，防止体液流出，保持高强度，对液、气具有良好通透性，与皮肤相容性好、无毒、不发热，良好的防菌和隔离性等众多特点，均优于当今其它人造皮肤和伤科敷料。早在20世纪80年代初，巴西的Biofill公司就开始了用细菌纤维素膜制造伤科敷料的研究，成功开发出人造动脉，人造血管与人造皮肤等医疗用品［3］，并已成功地于处理皮肤移植和慢性皮肤溃疡。这种材料可有效缓解疼痛，防止细菌感染，有利于皮肤组织生长，促进伤口愈合，对水分及电解物有良好的通透性，与传统的材料相比，这种材料成本低，处理时间短，更有利于健康皮肤的生长［4］。除此之外，细菌纤维素还可作为缓释药物的载体，软骨组织工程的支架材料［5］等。能产生细菌纤维素的细菌种类较多，常见的有醋酸菌属、土壤杆菌属、假单胞杆菌属、无色杆菌属、产碱杆菌属、气杆菌属、固氮菌属、根瘤菌属和八叠球菌属等9个属中的某些种。其中醋酸菌属中的木醋杆菌是最早被发现同时也是研究较为透彻的纤维素产生菌，现已作为研究纤维素生物合成