[发明专利]一株细菌纤维素高产菌及其最优发酵条件

说明书

技术领域

本发明涉及微生物技术领域，具体涉及一株来源于腐败水果残余中的细菌纤维素(BC)高产菌株的分离、鉴定及其生产细菌纤维素(BC)的最优条件。

背景技术

全球化石能源日益紧缺，可再生资源的开发利用越来越受到关注。纤维素是地球上最丰富，且具有可生物降解功能的一类生物大分子，其开发和应用已成为可再生能源的研究热点。目前天然纤维素可通过植物光合作用合成和微生物生物合成，植物纤维素往往伴生有木质素、半纤维素和果胶等杂质，在工业应用前需要进行预处理，这样不仅会造成对纤维素分子的破坏，而且会产生大量废水污染环境。而对于微生物合成的纤维素一细菌纤维素(BC)，以高纯度纳米级纤维素形式存在，应用前不需预处理，具有植物纤维素不可比拟的优越性，这使其在食品工业、生物医学、声学器材、造纸、环境等诸多领域存在广泛的应用，许多高附加值产品具有十分诱人的商业应用前景。

细菌纤维素(BC)性能优异，用途广泛，因此诸多领域对其有着海量的需求，但目前BC的生产存在菌种少、产量低、生产成本高等缺陷，以低成本方式筛选高产菌株，扩增生产BC的菌属，成为迫切需求，此举可从根本上改善BC供不应求的局面。为实现BC的工业化生产，首先需要筛选优良的菌种。截至到目前，研究报道自然界中产BC菌仅有少数几种，主要集中于醋酐菌属、土壤杆菌属、假胞杆菌属等微生物，其中醋杆菌中的木醋杆菌发现最早，研究较为彻底，是迄今为止合成纤维素能力最强的菌种，常用作纤维素基础性以及应用性研究的模式菌株。优良菌种的筛选，主要以自然界中的原材料为主进行分离。如马霞等以长膜的醋醅为材料分离纯化出一株醋化醋杆菌，结果显示该菌产量高且性能稳定。洪枫等以糖质原料、低值淀粉类原料和废弃纤维素类原料用于筛选产BC菌株的原料，杨光等以农林废弃物及副产物作为筛选产BC菌株的原料，均取得良好的研究成果。考虑到我国水果物产丰富，且水果的生产具有明显的季节性变化，容易发生水果大量腐败而丢弃处理的浪费现象，选取腐败水果作筛选产BC菌株的原料来源，成为深具潜力的发展趋势。这类研究既能充分利用废弃有机物质中所含的丰富的碳源等成分，又在一定程度上缓解由于大量弃埋所形成的固体有机污染物垃圾以及生产污水排放污染，充分体现绿色环保的可持续原则。目前关于BC高产菌株的筛选已基本以此绿色环保原则为指导，研究者们也进行着不懈的努力，但成功筛选出高产BC菌株的实例仍屈指可数，且生产成本仍居高不下，筛选高产BC菌株的方法还有待深入研究。

另一方面，培养基的组成、pH值、温度、溶氧等发酵条件以及发酵方式，对BC的发酵生产有很大影响，也是值得深入探讨的问题。产BC菌株的种类不同，所需的营养物质存在差异，而且培养基的组成对BC的产量有很大影响。国内外对此方面进行了大量的研究，Hestrin经过优化组合培养基成分以增加BC产量，确定了被广泛使用的基础培养基：葡萄糖2.0g/100mL、蛋白胨0.5g/100mL、酵母浸出液0.5g/100mL、磷酸氢二钠0.27g/100mL、柠檬酸0.11g/100mL、pH 6.0。后期人们针对不同菌株，对培养基的成分进行改良。目前较多的研究报道认为，果糖是生产BC的最佳碳源，其次是葡萄糖和蔗糖，山梨醇和甘露醇做碳源BC的产量也较高。但果糖较贵，葡萄糖和蔗糖作为碳源时会生成葡萄糖醛酸，降低了培养基的pH值，造成BC减产。为降低生产成本，有研究者采用工业废弃物，废棉织物处理液、酒糟浸出液等廉价物质代替培养基中的昂贵组分，这些原料虽然降低了成本，但增加了前期预处理和后期提纯难的弊端。还有研究采用产BC菌与乳酸菌共培养发酵、向培养基中加入乳酸或乙醇等增效因子，以提高BC产量。另外，适宜的温度、pH值、溶氧水平，对于不同的菌株存在不同的最优范围，并且不同的发酵方式影响着BC的结构、性质和产量。因此，扩增BC高产菌株，低成本高效生产BC是实现BC工业化生产的先决条件及当务之急。

发明内容