本文選題：細菌纖維素　切入點：植物細胞壁　出處：《西北農(nóng)林科技大學》2015年博士論文

【摘要】：細菌纖維素是一類由微生物產(chǎn)生的胞外多聚糖,與植物纖維素相比較,具有許多優(yōu)良特性,如:超細、超純、機械強度高、吸水保水率好、生物適應性強,目前被認為性能最好的纖維素,具有許多特殊用途。細菌纖維素已經(jīng)被成功地應用于食品工業(yè)、造紙工業(yè)、醫(yī)學以及生物化工等特殊領域,并在植物細胞壁模擬物研究方面有諸多優(yōu)勢。植物細胞壁在植物的生長發(fā)育過程中起著重要作用,研究細胞壁的結(jié)構(gòu)成分在植物學和食品品質(zhì)方面都有非常重要的意義。植物細胞壁是一個高度復雜的動態(tài)系統(tǒng),直接研究植物細胞壁是非常困難的。目前,利用提取分離的手段對細胞壁的結(jié)構(gòu)和成分有一定的研究,但有很多的局限性。因此,體外模型的建立在研究植物細胞壁的結(jié)構(gòu)方面具有重要意義。本研究利用產(chǎn)生細菌纖維素的模式菌株葡糖醋桿菌Gluconacetobacter xylinus(ATCC53524)在含有細胞壁多糖(阿拉伯聚糖、半乳聚糖、5種不同來源的果膠和2種不同來源的阿拉伯半乳聚糖)的培養(yǎng)基中發(fā)酵產(chǎn)生細菌纖維素復合物(胞壁模擬物),來建立細胞壁的體外模型。利用GC-MS定性和定量分析纖維素復合膜的單糖成分;利用SEM觀察纖維素復合膜的超微觀結(jié)構(gòu);利用NMR測試分析纖維素復合膜的超分子結(jié)構(gòu);利用單克隆抗體免疫試驗和染色試驗標記纖維素復合膜中的多聚糖;利用QCM-D分析纖維素與壁多糖的結(jié)合特性;最后利用流變儀測定纖維素復合膜的機械特性。得到了以下主要研究結(jié)果:(1)通過細菌纖維素與阿拉伯聚糖/半乳聚糖在發(fā)酵培養(yǎng)基中的體外模型建立與測試分析,認為它們在體外是可以發(fā)生結(jié)合作用的,且結(jié)合量很高。發(fā)酵培養(yǎng)96h,結(jié)合量分別達到228 mg/g cellulose和200 mg/g cellulose。結(jié)合量與細菌纖維素膜的表面積成正相關。與純細菌纖維素超微觀結(jié)構(gòu)相比,纖維素復合膜的超微觀結(jié)構(gòu)和超分子結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生明顯變化,晶型結(jié)構(gòu)相似,晶體含量約為80-85%,Iα約占60%左右,Iβ約占40%左右。細菌纖維素與阿拉伯聚糖、半乳聚糖的結(jié)合作用是可逆的,在洗滌條件下多聚糖會脫離纖維素。利用擴散模型擬合,得知阿拉伯聚糖/半乳聚糖脫離纖維素膜主要受膜表面滲透作用控制。(2)細菌纖維素與5種不同來源的果膠在體外是可以發(fā)生結(jié)合作用的,其結(jié)合能力與果膠中性糖(阿拉伯糖和半乳糖)含量有關。果膠中阿拉伯糖和半乳糖的含量越高,結(jié)合量越高,分別為:8.5%(C33/BC)、15.4%(A30/BC)、14.9%(A60/BC)、5.9%(HG69)和7.2%(HG33)。在掃描電鏡下觀察發(fā)現(xiàn),微纖維絲的表面堆積有大量的果膠物質(zhì),纖維素/果膠復合膜的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化,而纖維素復合膜的超分子結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化,與純纖維素晶型結(jié)構(gòu)相似,晶體含量約為78-85%,Iα約占60%左右,Iβ約占40%左右。細菌纖維素與果膠的結(jié)合作用是可逆的,在洗滌條件下果膠會脫離纖維素復合膜,脫離程度也受果膠中性糖含量的影響,中性糖含量越少,結(jié)合能力越弱,脫離的速度越快。利用擴散模型擬合法,得到5種果膠脫離纖維素膜的擴散系數(shù)D和滲透系數(shù)α隨著溫度升高而增大,比較5種果膠的畢奧數(shù)Bio,得知5種果膠脫離纖維素膜主要受膜表面滲透作用控制。(3)細菌纖維素與2種阿拉伯半乳聚糖在體外是可以發(fā)生結(jié)合作用。首先利用GC-MS對發(fā)酵合成的纖維素復合膜進行成分分析,得到復合膜gum arabic/BC中含有6.7%的Ara和10.0%的Gal;復合膜AG/BC中含有5.7%Ara和23.1%Gal。在掃描電鏡下觀察纖維素復合膜的超微觀結(jié)構(gòu)與純纖維有明顯的區(qū)別,而其超分子結(jié)構(gòu)沒有明顯變化。細菌纖維素與這2種阿拉伯半乳聚糖的結(jié)合作用是可逆的,在洗滌條件下,阿拉伯半乳聚糖會脫離纖維素膜。利用擴散模型擬合得知2種阿拉伯半乳聚糖脫離纖維素膜主要受膜表面滲透作用所控制。(4)利用石英晶體微量天平(QCM-D)分析研究纖維素與壁多糖的結(jié)合作用得到以下結(jié)果:在吸附過程中頻率迅速減小,能量損耗變大。這幾種多聚糖的頻率變化順序為:pectin CUpectin HG33pectin HG69galactanarabinanarainoxylan,能量損耗順序為:pectin CUpectin HG33pectin HG69arainoxylangalactanarabinan。用去離子水洗脫時,頻率迅速增加,能量損耗減小,多聚糖脫離纖維素膜。測定多聚糖溶液粘度,得知溶液粘度與纖維素吸附多聚糖有關。粘度越大,膜表面的頻率變化越大,能量的損耗也越大,膜表面吸附多聚糖越多。(5)所有纖維素膜受壓后的泊松比值為0。所有纖維素膜受壓過程中,膜厚度為1000-500μm時纖維素膜所受壓力大于厚度為2500-2000μm時纖維素膜所受壓力。隨著擠壓速度增大,纖維素膜所受壓力增大。所有纖維素膜G′值大于G″值,纖維素膜呈現(xiàn)凝膠狀態(tài)。受壓過程中膜中多聚糖承受了一定壓力,所受壓力大小與膜中多聚糖溶液的粘度有關。纖維素復合膜所受壓力與復合膜中多聚糖流失的量有關。
[Abstract]:Bacterial cellulose is a kind of extracellular polysaccharide produced by microorganisms . It has many excellent properties , such as ultra - fine , ultra - pure , high mechanical strength , good water retention rate and high biological adaptability . ( 2 ) The combination of bacterial cellulose and 2 kinds of galactan in vitro is reversible , and the higher the binding capacity of the cellulose / pectin composite membrane , the higher the content of the cellulose / pectin composite membrane , the higher the binding capacity of the cellulose / pectin composite membrane .

【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O636.11

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 施慶珊;細菌纖維素的研究進展[J];生物學雜志;2004年05期

2 AlexL.Nothnagel;EugeneA.Nothnagel;;Primary Cell Wall Structure in the Evolution of Land Plants[J];Journal of Integrative Plant Biology;2007年08期

，

本文編號：1713314