当前课程知识点：植物纤维化学 > 第五章 纤维素 > 5.15细菌纤维素 > 5.15细菌纤维素
同学们，大家好！我们知道纤维素是从植物中获得的，有没有可能象种蘑菇一样在室内生产？
答案是可以的，微生物经过发酵也会产生纤维素，产生的纤维素比植物纤维素性能更好
今天，我们就要学习这部分内容-细菌纤维素
第15节 细菌纤维素
定义：这种由某些种的微生物合成的纤维素的统称为细菌纤维素
1886年，Brown对木醋杆菌进行静态培养，培养过程中发现在培养基的表面有一层膜状物
经分析这种物质有类似纤维素的物化性质和结构，因此将其命名为SBC
研究发现，所获得的细菌纤维素是由β-吡喃葡萄糖经1-4糖苷键通过连接形成的
连接形态呈长链状，是一种高分子聚合物
一些微生物有能力合成纤维素，如醋酸菌属、土壤杆菌属、根瘤菌属、八叠球菌属
假单胞菌属、无色杆菌属、产碱菌属、气杆菌属、固氮菌属这九个属中的某些种
比较典型的有乙酸菌属种的木醋杆菌，已成为研究纤维素合成、结晶过程和结构性质的模型菌株
木醋杆菌为好氧型，常出现于腐败的水果、醋及发酵饮料中
细菌纤维素纤维的形成过程
细菌纤维素的合成是一个通过大量多酶复合体系（纤维素合成酶）精确调控的多步反应过程
首先是纤维素前体尿苷二磷酸葡萄糖的合成，然后寡聚纤维素合成酶复合物
又称末端复合连续地将吡喃型葡萄糖残基从UDP葡萄糖转移到新生成的多糖链上
形成β-(1→4)-D-葡聚糖链，并穿过外膜分泌到胞外
最后经多个葡聚糖链装配，结晶与组合形成超分子织态结构
在醋酸菌中，纤维素合成酶呈线性排列在细胞的长轴上
合成的10-15条葡聚糖链结合为约1.5nm粗的精细亚纤维，然后组装成直径约3-4nm的微纤维
再进一步高度聚集，缠绕成含有约1000个独立单链的宽度为40-60nm的带状结构
细菌纤维素的生产方法
分为静态法和动态法
静态法：乙酸菌静置培养，在发酵液表面产生凝胶状乳白色半透明液膜，得到纤维素膜
动态法：机械搅拌罐和气升式生化反应器中通风培养乙酸菌
纤维素完全分散在发酵液中，呈不规则的丝状、星状或线团状
两种方法合成的纤维素在化学性质上完全相同，但在微观结构上存在差异
如动态法生产的纤维素聚合度和结晶度低，相对静态法而言
动态法产生的细菌纤维素有较低的杨氏模量和较高的持水能力，在分散的悬浮液中有更高的黏度
细菌纤维素的性质
与植物纤维素相比，细菌纤维素无木质素、果胶和半纤维素等伴生产物，纯度较高
结晶度高（植物纤维素为65～85％，细菌纤维素可达95％）
聚合度和分子量较植物纤维素高
细菌纤维素更细、长径比更高
细菌纤维素纤维是由3～4nm的微纤合成40～60nm的纤维束，植物纤维素纤维的尺寸在10mm范围内
在生物合成过程中，乙酸菌的运动控制了所分泌的微纤微的堆积和排列
通常乙酸菌在培养液中在三维方向可自由运动
使细菌纤维素相互交织形成高度发达的超精细网络织态结构
细菌纤维素的弹性模量为一般植物纤维的数倍至十倍以上，并且拉伸强度高
细菌纤维素有很强的持水能力
细菌纤维素有较高的生物相容性、适应性和良好的生物可降解性
细菌纤维素在生物合成时具有可调控性
采用不同的培养方法可以得到不同高级结构的纤维素
通过调节培养条件，可得到化学性质有差异的细菌纤维素
例如在培养液中加入水溶性高分子，如羧甲基纤维素、半纤维素、壳聚糖等
可获得不同微结构和聚集行为的纤维
而羧甲基纤维素和羧甲基甲壳素的导入使得细菌纤维素具有金属离子吸收和交换特性
在纤维素的生物合成过程中，细菌朝某一方向运动所生成的微纤维就在相同方向进行取向
用一种有序的高分子作为模板，诱导乙酸菌的生物合成过程，就可以在纳米尺度控制纤维的排列
以模板为地基，可自动组装由纤维素纤维编织的具有有序结构的新型三维材料
细菌纤维素的应用前景
细菌纤维素形成独特的织态结构，而且因“纳米效应”具有高吸水和保水性
对液体和气体具有高透过率，湿态强度高
高纯度和优异的性能使细菌纤维素纤维已在一些特殊领域广泛应用
并极有可能成为未来理想的工业纤维素
医用材料
用作人造皮肤、外科和齿科材料、人造血管等
食品工业
食品工业中用作食品成型剂、增稠剂、分散剂、抗溶剂等
造纸工业
将乙酸菌纤维素加入纸浆中，可提高纸张强度和耐用性
可制造高品种特殊用纸，如印制钞票时具有抗水、高强度等优点
加有细菌纤维素的高级书写纸吸墨均匀、附着性好
高级音响设备振动膜
特异功能材料及人工细胞壁
通过设计和制备不同图案的模板
由纤维素纳米纤维为建筑原材料以乙酸菌为纳米机器人可组装出各种花样的新功能材料
该类材料经低能源的生物合成产生具有规则的结构
并兼有生物相容性和生态相容性，是理想的环境友好材料
小结
由某些种的微生物合成的纤维素的统称为细菌纤维素，细菌纤维素本身就是纳米级的
且具有生物相容性，用于医药、食品、造纸工业上
今天的课程就讲到这里，下节课我们将一起学习半纤维素，欢迎继续关注我们的课程
-绪论
--绪论
-讨论
-1.1 植物纤维原料形成与分类
-1.1 植物纤维原料形成与分类--作业
-1.2 木材的宏观结构
--木材的宏观结构
-1.2 木材的宏观结构
-1.3 针叶材与阔叶材的显微构造
-1.3 针叶材与阔叶材的显微构造--作业
-1.4 非木材原料的宏观与显微结构
-1.4 非木材原料的宏观与显微结构--作业
-1.5 纤维细胞壁超微结构
-1.5 纤维细胞壁超微结构--作业
-1.6 纤维形态学因素
-1.6 纤维形态学因素--作业
-讨论
-图文
-课程思政--中国文化自信案例1
--纸的故事（一）
-本章总结
-2.1 植物纤维原料的化学组成
-2.1 植物纤维原料的化学组成--作业
-2.2 与纤维素相关的概念及化学组成对制浆造纸的影响
-2.2 与纤维素相关的概念及化学组成对制浆造纸的影响--作业
-2.3 常用植物纤维原料的化学组成
-2.3 常用植物纤维原料的化学组成--作业
-讨论
-图文
-本章总结
-3.1水分存在形式
-3.1水分存在形式--作业
-3.2 水分对木材的影响
-3.2 水分对木材的影响--作业
-讨论
-图文
-课程思政——木材水分与干缩湿胀实例
-本章总结
-4.1木材提取物的定义、分类、结构和性质
-4.1木材提取物的定义、分类、结构和性质--作业
-4.2 芳香族化合物
-4.2 芳香族化合物--作业
-4.3 脂肪族化合物和无机物
-4.3 脂肪族化合物和无机物--作业
-4.4 提取物的分布、提取和分离
-4.4 提取物的分布、提取和分离--作业
-4.5 提取物对加工利用的影响
-4.5 提取物对加工利用的影响--作业
-讨论
-课程思政——提取物的高效利用实现绿水青山就是金山银山
--松脂采集
--松脂加工利用案例
-本章总结
-5.1糖化学基础
-5.1糖化学基础--作业
-5.2纤维素的存在、结构、性质
-5.2纤维素的存在、结构、性质--作业
-5.3纤维素物理结构
-5.3纤维素物理结构--作业
-5.4纤维素晶体结构
-5.4纤维素晶体结构--作业
-5.5纤维素结晶度及测定方法
-5.5纤维素结晶度及测定方法--作业
-5.6 纤维素润胀、溶解
-5.6 纤维素润胀、溶解--作业
-5.7 纤维素双电层及热解
-5.7 纤维素双电层及热解--作业
-5.8 纤维素酸水解和碱降解
-5.8 纤维素酸水解和碱降解--作业
-5.9 纤维素的氧化
-5.9 纤维素的氧化--作业
-5.10 纤维素酶降解
-5.10 纤维素酶降解--作业
-5.11纤维素酯化
-5.11纤维素酯化--作业
-5.12 纤维素醚化
-5.12 纤维素醚化--作业
-5.13纤维素接枝共聚与交联
-5.13纤维素接枝共聚与交联--作业
-5.14纤维素物理改性
-5.14纤维素物理改性--作业
-5.15细菌纤维素
-5.15细菌纤维素--作业
-讨论1
-讨论2
-图文
-拓展学习资料
--纸张结构
--纤维角质化定义
--纤维角质化机理
-课程思政--文化自信案例2（中国古名纸）
-课程思政——国家能源战略：生物质能源
-课程思政——文化自信案例3（纤维素与纺织）
-本章总结
-思维导图
-6.1半纤维素的命名、存在
-6.1半纤维素的命名、存在--作业
-6.2半纤维素提取
-6.2半纤维素提取--作业
-6.3半纤维素分离及糖基测定
-6.3半纤维素分离及糖基测定--作业
-6.4半纤维素的化学性质
-6.4半纤维素的化学性质--作业
-6.5半纤维素与纸张的关系
-6.5半纤维素与纸张的关系--作业
-6.6半纤维素利用
-6.6半纤维素利用--作业
-讨论
-图文
-拓展学习-功能性低聚糖
--功能性低聚糖
--常见功能性低聚糖
--木糖醇的食用
-本章总结
-7.1 绪论-木素的研究现状
-7.1 绪论-木素的研究现状
-7.2 木素的存在及其生物合成
-7.2 木素的存在及其生物合成--作业
-7.3 木素概念及化学结构
-7.3 木素概念及化学结构
-7.4 木素的分离
-7.4 木素的分离--作业
-7.5 木素碳水化合物复合体
-7.5 木素碳水化合物复合体
-7.6 木素化学结构的研究方法
-7.6 木素化学结构的研究方法
-7.7 木素的紫外及红外光谱
-7.7 木素的紫外及红外光谱
-7.8 木素的显色反应
-7.8 木素的显色反应
-7.9 木素化学结构与化学反应的关系
-7.9 木素化学结构与化学反应的关系
-7.10 木素的亲核反应1-氢氧化钠脱木素
-7.10 木素的亲核反应1-氢氧化钠脱木素
-7.11 木素的亲核反应2-硫酸盐法脱木素
-7.11 木素的亲核反应2-硫酸盐法脱木素
-7.12 木素的亲核反应3-亚硫酸盐法脱木素
-7.12 木素的亲核反应3-亚硫酸盐法脱木素
-7.13 木素的亲电反应
-7.13 木素的亲电反应
-7.14 木素的物理性质及特性
-7.14 木素的物理性质及特性
-7.15 木素的利用
-7.15 木素的利用
-讨论1
-讨论2
-图文
-植物纤维化学实验资料
--植物纤维化学实验
-课程思政——文化自信案例3：中国造纸技术的贡献
-本章总结
-考试
