纳米纤维素制备之发酵法：从微生物出发打造高纯度生物材料

在多种纳米纤维素的制备方法中，发酵法（Fermentation Method）因其绿色环保、纯度高、结构可控等优势而受到广泛关注。通过特定菌种在适宜条件下合成的纳米纤维素被称为细菌纤维素（Bacterial Cellulose，简称BC），是一种来源于微生物发酵的天然高分子材料，具备高度结晶性、优异的生物相容性和独特的三维纳米网络结构。

一、发酵法制备原理

发酵法主要利用**醋酸杆菌属（如Komagataeibacter xylinus）**在富含碳源和氮源的培养基中，通过代谢合成纤维素纳米链。在静态培养条件下，细菌在液面形成一层凝胶状膜，逐渐积累成膜状细菌纤维素。

其形成过程包括：

葡萄糖等碳源被细菌吸收；

在胞内合成UDP-葡萄糖；

由纤维素合酶催化形成β-1,4-葡聚糖链；

多条链通过自组装方式排列成纳米纤维束。

二、典型制备流程

菌种准备
选用高产BC的菌株（如Komagataeibacter xylinus），在液体种子培养基中进行活化和扩增。

培养基配置
常用Hestrin-Schramm（HS）培养基，主要成分包括：葡萄糖、蛋白胨、酵母粉、柠檬酸、磷酸二氢钾等。

发酵培养

静态培养：28–30°C下静置7–10天，形成凝胶膜状BC；

动态培养：可提高产量，但产物多为颗粒状或短纤维，结构松散。

纤维素提取与纯化
将BC膜取出后，使用NaOH或KOH在80~90°C下处理数小时，去除菌体和杂质，洗涤至中性。

成品处理

可制得BC水凝胶；

冷冻干燥制成薄膜或粉末；

超声处理形成BC分散液。

三、发酵法优势与技术特点

四、应用领域广泛

生物医用材料
用于制备人工皮肤、创伤敷料、细胞培养支架、药物载体等。

食品领域
应用于低热量食品添加剂、仿肉制品结构增强剂等。

功能材料与复合材料
与导电聚合物、纳米粒子复合后用于柔性电子、智能传感器等。

化妆品领域
制备天然贴肤面膜、保湿剂、控油载体等。

五、未来发展趋势

随着绿色制造与生物技术的发展，发酵法制备纳米纤维素正向高产率、低成本、智能控制方向发展。未来，基于基因工程改造菌株、发酵工艺优化与产业化装备集成的技术路径将推动BC在医疗、食品、新材料等多个领域实现更大突破。