细菌纤维素作为一种理想的新型生物纳米材料,具有很多独特的物理性质,使其能广泛的应用于各个行业中。但是随着细菌纤维素的不断发展,对其结晶度、持水力和其它物理性质的要求也越来越高,其基本性质已经不能完全满足工业生产的要求。为了解决这一问题,通常利用改性的方法,但是化学改性难度较大且安全性较低。因此生物改性成为了研究的重点,如何能安全有效地调控细菌纤维素物理性能,将成为未来研究的必然趋势。本文以研究细菌纤维素生物改性作为背景,通过实验研究发现,菌体在发酵产生细菌纤维素的同时会有大量的副产物酸形成,酸的产生降低了发酵液的pH值,影响了纤维素合成酶和纤维素的产量,同时改变了纤维素的纤维丝粗细和孔径大小。因此本实验从酸扰动入手,利用汉氏葡糖醋杆菌HDM、汉氏葡糖醋杆菌高产菌株HDCo-5和汉氏葡糖醋杆菌低产菌株HDBr-12,3株菌株旨在了解酸扰动下细菌纤维素物理性能的变化情况,以期能通过酸扰动这种生物改性的方式调节细菌纤维素的结晶度、机械强度和持水力等物理性质来满足细菌纤维素在各个行业上的需求。主要研究结果如下:以汉氏葡糖醋杆菌的高产菌株HDCo-5为供试菌株,利用代谢途径中的丙酮酸、柠檬酸和乙酸作为扰动酸,检测了在pH3.5下,纤维素物理性能的变化情况。结果表明,3种酸的加入使纤维素干膜的重量、持水力、复水率显著提高,其中干膜重量平均提高了 1 0%,纤维素拉伸力降低。在结晶度检测中,丙酮酸的加入使结晶度提高了 5%,而柠檬酸和乙酸的加入使结晶度分别降低了 30%和9%;聚类分析发现,pH值的变化对纤维素物理性质影响不显著,酸种类的不同对纤维素物理性质影响比较明显。因此可以确定,酸扰动能改变细菌纤维素物理性能,其中结晶度最为显著。结晶度对纤维素的应用有十分重要的影响,为了得到高结晶度的酸扰动环境,本实验在上述实验的基础上以结晶度作为检测指标,3株菌株利用了代谢途径中的丙酮酸、柠檬酸、乙酸和乳酸与非代谢途径中的盐酸,从而确定扰动酸,同时,比较了 H+与酸根离子对结晶度的影响。通过对扰动酸的浓度和扰动时间的结晶度检测,确定了结晶度最高的最佳酸扰动环境。结果表明,丙酮酸为扰动酸时结晶度最高,比其它酸高出10%～20%;丙酮酸的扰动酸量为0.3%时,3株菌株的结晶度都显著提高;在第3天加入扰动酸时,3株菌株的结晶度最高,因此最佳的酸扰动环境是:扰动酸为丙酮酸;加酸量为0.3%;加酸时间为发酵第3天。同时代谢途径中酸的酸根离子使纤维丝的结晶度提高了 1 0%左右。主成分分析发现菌株的不同对纤维素的结晶度影响非常明显,pH值的变化对纤维素结晶度的影响较弱。而酸根离子对纤维素结晶度影响较大。为了能更好的了解高结晶度的酸扰动环境,对3株菌株产生的纤维素的其它物理性能的变化情况。本实验比较3株菌株不同发酵时期纤维素物理性质的变化情况。结果表明,随着发酵时间的延长,3株菌株的持水率、复水率、拉伸力、TPA指标、纤维丝粗细和结晶度都在增加。聚类分析发现,菌株HDM和HDBr-12在发酵5天和发酵10天产生的纤维素物理性质相似。HDM和HDBr-12在发酵15天产生的纤维素的物理性质分别与HDCo-5发酵5天和发酵10天产生的物理性质相似,而HDCo-5发酵15天的纤维素与其它菌株的纤维素物理性能都不相同。实验发现细菌纤维素物理性能与菌株自身的性质相关,菌株HDCo-5产生的纤维素的物理性能与菌株HDM和HDBr-12不同,这可能是由于突变时菌体变化而引起的。总的来说,酸扰动能改变细菌纤维素的物理性能,高结晶度的酸扰动环境是在发酵第三天时加入浓度为0.3%的丙酮酸。不同菌株在不同发酵时期,纤维素物理性能变化差异显著,细菌纤维素的物理性能受菌株自身影响较大。