第第頁共14頁細菌纖維素開發(fā)與應(yīng)用文獻綜述作為一種地球上最豐富的各類生物體和聚合物,纖維素也是大自然賦予人類的寶貴資源。細菌中的纖維素多糖是世界公認的安全細菌多糖,具有許多優(yōu)異的化學(xué)物理和自然化學(xué)作用特性,因此可以在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[41]。如何更好地利用纖維素為社會創(chuàng)造價值是非常重要。與植物纖維相比，BC作為一種新型的功能高分子生物材料具有許多優(yōu)異的性能，因此廣泛用于食品工業(yè)，聲學(xué)設(shè)備膜，生物醫(yī)學(xué)，固定化酶，紡織工業(yè)，高端化妝品，造紙，超級電容器和生物傳感器等領(lǐng)域具有良好的業(yè)務(wù)前景。當(dāng)前，由于BC生產(chǎn)速率低和工業(yè)生產(chǎn)成本高，其應(yīng)用主要集中在高附加值產(chǎn)品上。如今,在日本和美國等發(fā)達國家,細菌復(fù)合纖維素已初步發(fā)展建立了一個年產(chǎn)值數(shù)億美元的國際市場。在我們許多國家,這種天然而非生物性的聚合物還依然蘊含著無限的發(fā)展商機。1.1細菌纖維素在食品領(lǐng)域的應(yīng)用眾所周知，膳食纖維可為人類帶來一系列健康益處，并有助于降低糖尿病，肥胖癥和心血管疾病等慢性疾病的風(fēng)險。細菌纖維素是那些膳食纖維之一。早在1992年，細菌纖維素就被美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）將細菌纖維素視為“公認的安全食品”。細菌纖維素具有很強的親水性，膠凝性和穩(wěn)定性，并且很難被人體吸收和吸收。BC可以在食品工業(yè)中充當(dāng)功能性食品補充劑，例如增稠劑，乳化劑，分散劑，成型劑等[42]。BC的高純度，易改變風(fēng)味和顏色，形成各種質(zhì)地和形狀的特性，使其被廣泛用于食品原料，食品包裝材料，食品添加劑以及食品工業(yè)的其他領(lǐng)域[43]。Okiyama等人。發(fā)現(xiàn)不列顛哥倫比亞省可以在微纖維網(wǎng)絡(luò)中固定巧克力飲料中的可可成分，以防止其沉淀并發(fā)揮出色的纖維素懸浮功能[44]。在東南亞的菲律賓中，美味的傳統(tǒng)小吃“Natadepina”和“Natadecoco”是通過醋桿菌培養(yǎng)或與其他微生物混合而制成的，并使用椰子汁作為發(fā)酵底物來制備發(fā)酵食品。在纖維中。這種食物口味溫和，制備方法簡單，因預(yù)防結(jié)腸癌和血栓形成的功能而廣受歡迎[45]。此外，通過使用牛乳鐵蛋白作為活性成分，開發(fā)了基于細菌纖維素的可食用抗菌膜。這種抗菌功能性大于BC型的抗菌膜結(jié)構(gòu)可以有效率地抑制大于e的細菌生長。大腸埃希菌和一種金黃色大腸葡萄球菌可用于包裝易腐食品[46]。Chau等，研究發(fā)現(xiàn)與植物纖維素相比，BC對倉鼠有降血脂和降膽固醇作用。用含紅曲菌提取物（來自紅曲菌）的BC制作肉類類似物，此產(chǎn)品時含有可以降膽固醇的化合物，如莫納可林和甲萘普林[47]。BC-紅曲霉復(fù)合物有益于消費者控制飲食，最終可降低消費者的膽固醇水平。BC具有兩親性質(zhì)，因為其表面上較高的羥基簇使其具有親水性，然而組織中的晶體和葡萄糖鏈之間的氫鍵則具有疏水性[48-51]。與商業(yè)纖維素（如HPMC（羥丙基甲基纖維素）和CMC（羧甲基纖維素））相比，由于BC的原纖維吸附到油滴上形成了強勁的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此BC可以使水包油型乳劑穩(wěn)定下來[52]。在飲料中添加BC可以通過保持水分來改變飲料的流變特性，還可以增加粘度，從而最終阻止飲料的融化。Paximada等研究發(fā)現(xiàn)剪切粘度與從BC的8.1％以及2.7％的黃原膠和1％的刺槐豆膠的組合中得到的剪切粘度相同，表明BC是可以作更好的替代品[53]。由于通過平衡腸道菌群對消費者的健康有益，食品中益生菌的消費量正逐步增加，但其在腸道中的生存能力仍然很差[54]。然而，費亞科夫斯基等人的研究[55]。證明了BC作為支持固定化賦予對胃液的抗性的乳桿菌細胞的支持的有用性。除了固定益生菌外，還固定了諸如脂肪酶，溶菌酶等固定酶，以控制其從BC的釋放。由于其食品級的性質(zhì)，細菌纖維素也被用作食品材料中的覆膜，包括可食用的薄膜和涂層[56]。1.2細菌纖維素在生物醫(yī)藥上應(yīng)由于其獨特的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性,由頭孢木糖菌麥芽菌頭孢大腸桿菌人工合成的這種細菌納米纖維素在細菌生物醫(yī)學(xué)功能領(lǐng)域已經(jīng)引起了越來越多的學(xué)術(shù)關(guān)注,作為一種新型的細菌生物醫(yī)學(xué)功能纖維材料,bc纖維具有相對較高的菌體拉伸性和強度,較強的菌體表面親和疏水性,與天然真菌細胞外纖維基質(zhì)相似的生物同源分子結(jié)構(gòu),獨特的細菌納米纖維結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的其抗生物功能降解性和其抗生物氧化特性。親和性等優(yōu)異的化學(xué)性能特點使其廣泛的應(yīng)用于各種生物醫(yī)學(xué)工程材料,無毒的過敏化學(xué)反應(yīng)和良好的組織機械性和韌性而在保護皮膚不受損傷,組織醫(yī)學(xué)工程結(jié)構(gòu)支架,人造組織血管等諸多方面使其具有廣泛的醫(yī)療用途[57]。有由天然細菌素和纖維素材料制成的人造保護皮膚,紗布,繃帶和其他特殊傷口護理敷料系列產(chǎn)品。目前,首個基于bc的粘膜商業(yè)應(yīng)用醫(yī)療保健產(chǎn)品主要是基于biofill,它主要是bc的粘膜的一種水分子其含量大約為8.5%,被廣泛用作嚴重局部燒傷,皮膚組織擦傷,慢性口腔潰瘍和其他皮膚組織移植的物質(zhì)供體和免疫受體結(jié)合部位。臨時的傷口皮膚使用替代品和敷在傷口上的敷料,該產(chǎn)品不僅具有更好的治療效果，而且減少了治療時間和成本。此外，還有其他幾家公司展示了類似的產(chǎn)品，最著名的是Xcell，Cellumed，Gengiflex，Celmat和Membracell等，這些產(chǎn)品主要用于傷口愈合治療。Klemm等設(shè)計了一種在細菌纖維素培養(yǎng)期間模擬人造血管的試管[58]。人造血管是由化學(xué)合成材料制成的管狀物體，一旦體內(nèi)動脈阻塞，可以恢復(fù)血流?？紤]到當(dāng)前某些合成化學(xué)材料的局限性，研究者已開始關(guān)注生物基復(fù)合材料在人造血管中的應(yīng)用。由于BC在生物合成過程中具有可控性，因此可以根據(jù)應(yīng)用將其轉(zhuǎn)換為不同的形式。它具有更好的可塑性和較高的機械性能，并具有抗撕裂性，并有助于內(nèi)皮細胞和成纖維細胞的粘附增值的三維結(jié)構(gòu)的人造血管。YangGuang的研究小組使用細菌纖維素膜作為藥物載體，該藥物以緩慢且恒定的速率釋放，這不僅避免了短期釋放引起皮膚刺激的高濃度藥物，而且還調(diào)節(jié)了該藥物的生物利用度，證實細菌纖維膜作為藥物的透皮試劑載體具有更多的優(yōu)勢[59]。Almeida研究了各種細菌中的纖維素細胞膜受體可以廣泛用作抑制藥物細胞持續(xù)有效釋放的重要載體,以便于促進皮膚傷口重新愈合和皮膚康復(fù),并且它們可以在藥物臨床上廣泛用于藥物治療各種皮膚病,如慢性牛皮癬和各種特應(yīng)性的牛皮炎[60]。1.3細菌纖維素造紙業(yè)的應(yīng)用隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，人們對紙張的需求越來越大，對紙張的使用要求也越來越高。因此，為了應(yīng)對當(dāng)今社會的多樣化發(fā)展，已經(jīng)開始使用各種加工技術(shù)來改進紙張或使用各種纖維素材料來制造紙產(chǎn)品。細菌細胞纖維素凝膠具有優(yōu)異的人體機械力學(xué)性能,高純度,高彈性模量,良好的柔韌性和抗撕裂性，可以消除一般植物纖維去木質(zhì)素的溶解過程。向紙漿中同時添加少量BC,利用有機纖維素在大分子上兩個羥基氫鍵形成的一個氫鍵,可以有效使各種紙張加工獲得更好的紙張強度,吸水率和耐久性。同時還能解決傳統(tǒng)紙漿中彈性纖維結(jié)構(gòu)強度低,廢紙大量回收慢的問題[61]。根據(jù)修慧娟等人的報道，在針葉木漿纖維中添加某種預(yù)處理的細菌纖維素可以顯著提高紙張的物理強度[62]。Mormina等[63]用旋轉(zhuǎn)生物反應(yīng)器生產(chǎn)細菌纖維素-植物-纖維素復(fù)合材料，可用于制備特殊紙張。Barud及其同事還使用細菌纖維素作為一種新材料來開發(fā)基于生物纖維素的柔性磁性紙[64]。Miyajima等人研究的導(dǎo)電細菌纖維素復(fù)寫紙，并通過循環(huán)伏安法表征其電化學(xué)性能后，將這種新開發(fā)的細菌纖維素復(fù)寫紙可以用作無粘合劑多孔碳電極用于電化學(xué)應(yīng)用[65]。1.4細菌纖維素在藥物釋放上的應(yīng)用納米生物技術(shù)的進步可以通過利用生物相容性聚合物和靶向藥物來靶向釋放治療劑，從而治療幾種類型的疾病[66-68]。用于藥物輸送研究的聚合物應(yīng)對藥物具有化學(xué)惰性，并且還應(yīng)表現(xiàn)出適當(dāng)?shù)臋C械特性。Abeer等人，有報道稱BC可考慮用于藥物輸送[69]。BC納米纖維的典型結(jié)構(gòu)可促進藥物的有效的釋放，如利多卡因，鹽酸利多卡因和布洛芬，并具有精確且可調(diào)節(jié)的釋放[70]。一項關(guān)于口服藥物傳送的研究表明，無論藥物劑量及其水溶性如何，未經(jīng)改性的BC[72]均可立即釋放出諸如法莫替丁和替扎尼定[71]的藥物。這些限制可以通過BC的化學(xué)改性來克服，例如酯化，氧化，醚化，氨基甲酸酯化和酰胺化[73]。Badshah等[74]。報道，BC基質(zhì)的表面改性以及冷凍干燥顯示出親水性的顯著變化，這有助于調(diào)節(jié)藥物的釋放，并具有優(yōu)異的藥物維持作用。1.5細菌纖維素在化妝品的應(yīng)用近年來，由于細菌纖維素具有良好的生物相容性，適應(yīng)性和高保水性，因此在化妝品領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。據(jù)報道，BC是一種用于化妝品的非過敏性生物聚合物。它的微纖維結(jié)構(gòu)可以穩(wěn)定水包油型乳液，而無需添加表面活性劑[62]。因此，這些產(chǎn)品不僅可以改善美容效果，而且可以減少對皮膚的不良影響。在另一項研究中，含有碳酸氫鈉，檸檬酸，抗壞血酸和水楊酸的BC面膜可用于去除角質(zhì)并美白皮膚，該面膜還有抗皺作用[63]。此外，與市售紙面膜相比，具有絲膠蛋白控釋功能的BC凝膠面膜的開發(fā)具有更高的保水能力。在豬皮上進行的皮膚測試表明，與紙制口罩相比，基于BC的凝膠面膜具有更好的生物相容性和更少的粘附性。在BC制備的面膜具有抗皺，抗衰老和保濕功能，在藥用化妝品中具有潛在的應(yīng)用價值[64]。目前，只有很少的國內(nèi)貿(mào)易公司在市場上推出了基于細菌纖維素的面膜化妝品。它們的產(chǎn)品功能主要是保濕，美白和深層保濕。參考文獻：尹嬋,魏曉奕,李積華,etal.天然植物纖維素的改性技術(shù)及研究進展[J].廣東化工,2012,39(15):17-9.BROWNAJ.Onanaceticfermentwhichformscellulose[J].Chem.Soc.,1886,49:432-439.Campano,C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