离子液体在细菌纤维素低成本碳源制备中的应用

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细菌纤维素(Bacterial cellulose,简称BC)是由微生物产生的超纳米结构纤维素,与自然界存在的植物纤维素相比,具有纯度高、结晶度高、吸水性强、抗张强度好、生物适应性强等优点。由于细菌纤维素存在上述等优点,目前已被广泛应用于粘合剂、造纸、食品、医学材料、音响设备振动膜等领域。由于细菌纤维素的广泛应用,因此它有广阔的发展空间。然而细菌纤维素产量低、成本高,以至于限制了它的工业生产规模。目前研究主要通过优良生产菌株和优化发酵工艺降低生产成本。于此同时,廉价碳源也可以作为降低细菌纤维素生产成本的一种方法。本实验采用秸秆作为发酵碳源,秸秆属于木质纤维素资源,是农作物的副产品,大约含有30%的纤维素。但是未经处理的秸秆酶解效率低,必须采用特殊的方法对秸秆进行预处理,才能解除木质素对纤维素的包裹,进而利于纤维素水解为可发酵性糖。  本实验采用绿色溶剂离子液体[AMIM]Cl对稻秆,麦秆、玉米秆、棉布进行预处理。经过实验得到秸秆和棉布的最佳预处理条件为:最佳秸秆浓度为3%;棉布为10%;秸秆的最佳目数,稻秆:40-60目;麦秆:混合目数;玉米秆:混合目数;稻秆、麦秆、玉米秆的最佳预处理时间和温度分别为,110℃处理1h,1.5 h,1h。棉布的最佳处理温度为110℃;处理后的秸秆、棉布酶解糖得率与未经处理的秸秆、棉布相比:稻秆,糖得率提高0.9倍;麦秆,糖得率提高2.6倍;玉米杆,糖得率提高1.95倍;棉布,糖得率提高5.7倍。  同时,实验还从三个角度分析了秸秆酶解效率提高的原因:红外光谱证明离子液体具有抽提秸秆中纤维素的能力;X-射线衍射表明预处理后秸秆的结晶度比未处理的秸秆低;SEM照片显示稻秆,麦秆表面的凸起在离子液体预处理的过程中被打穿,出现孔洞,提供了更多酶接触位点。  最后,将预处理后的秸秆和棉布酶解液用来制备细菌纤维素,实验结果表明脱毒后的酶解液可以制备得到细菌纤维素,红外分析显示得到的细菌纤维素是纯纤维素,相比于水和缓冲液,秸秆酶解液培养得到的细菌纤维素含水率低,产量高(玉米秆除外),结晶度高,绝对拉伸强度比水制备的细菌纤维素膜高(玉米秆除外)。
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