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细菌纤维素（Bacterial Cellulose,简称BC）是由细菌合成的由葡萄糖基以β-1,4糖苷键连接而成的纳米级高分子化合物,具有很高的纯度。细菌纤维素具有吸水性好、保水性强、拉伸强度高、生物相容性和生物可降解性好等特点,可应用于食品、医学、化工等领域。目前细菌纤维素在日本、美国已实现工业化生产,在东南亚国家是一种传统的食品原料。作为一种新型纳米材料,细菌纤维素在国内的市场前景很大,但目前大多处在实验室研究阶段,少有工业化生产。这主要是因为发酵细菌纤维素产量较低,生产成本较高。为了满足细菌纤维素的工业化生产,需要采取优良菌株的选育、发酵培养基的筛选、发酵工艺的优化等措施,以提高现有细菌纤维素的发酵产量。本文以产细菌纤维素的野生菌株木驹形杆菌（Komagataeibacter xylinus）BCC529为研究对象,利用亚硝基胍（Nitrosoguanidine,简称NTG）化学诱变并经过初筛和复筛获得高产菌株,对筛选到的高产菌株和实验室已有菌株木葡糖酸醋杆菌（Gluconacetobacter xylinus）P1的发酵培养基成分、培养条件、发酵罐工艺进行优化,以提高产量。同时对实验室的三个菌株在静态和动态培养方式下产生的细菌纤维素在产量、结构性质和在饮料中的应用进行研究。主要研究结果如下:1、产细菌纤维素菌株的诱变育种以木驹形杆菌BCC529为出发菌株,优化得到NTG诱变方法为:出发菌株菌悬液浓度OD600为0.4,Tris-马来酸缓冲液的p H为6.0,NTG诱变浓度为0.05 mg/m L。经过三轮诱变,从筛选的745株菌中,得到一株高产菌株SQ-N-20180711-2-6,BC产量可达5.848±0.233 g/L,比出发菌株BCC529提高了118.37%。出发菌株BCC529的编码基因有3275个,总长3783578 bp,GC含量为62.14%,对高产菌株SQ-N-20180711-2-6重测序,结果表明SNP数目总共893个,其中2个在基因内,888个在基因间隔区,3个在基因上下游区域;Indel位点共22个,1个位于基因内,21个在基因间隔区。对基因内的突变基因进行COG注释发现其为Omp A/Mot B结构域蛋白,参与细胞壁、细胞膜的生物合成。2、高产菌株SQ-N-20180711-2-6和P1菌株摇瓶发酵条件的优化利用单因素和响应面方法对高产菌株SQ-N-20180711-2-6和实验室已有菌株木葡糖酸醋杆菌P1菌株的发酵培养基成分以及培养条件进行优化。高产菌株SQ-N-20180711-2-6的优化发酵培养基为:葡萄糖5.089%、玉米浆2.02%、K2HPO4·3H2O 0.3%、乙酸0.2%、Fe SO4 0.2%和Mg SO4·7H2O 2%,p H为5.0,BC产量为7.145±0.158 g/L,比初始培养基的产量提高38.94%;添加CMC-Na会降低其发酵BC产量;发酵初始添加0.3%的氧载体正十二烷,BC产量可达6.037±0.208 g/L,比对照提高11.65%。P1菌株的优化发酵培养基为:蔗糖2.68%、玉米浆1.63%、K2HPO4·3H2O 0.3%、乙酸0.2%、Fe SO40.21%、CMC-Na 0.2%和Mg SO4·7H2O 2%,p H为5.0,BC产量为9.162±0.122 g/L,比初始培养基的产量提高74.29%;发酵12 h时添加0.5%的正十二烷,BC产量可达4.106±0.207 g/L,比对照提高26.68%。3、高产菌株SQ-N-20180711-2-6和P1菌株发酵罐工艺的优化在3L发酵罐中菌株SQ-N-20180711-2-6菌株发酵罐工艺优化结果:当搅拌桨底部为六直叶,中间为六斜叶时（G4组合）,BC产量最高可达2.853±0.071 g/L,该组合的体积溶氧系数（KLa）也最高;发酵罐采用优化的发酵培养基BC产量为4.094±0.202 g/L,较初始培养基提高43.50%;添加0.3%氧载体正十二烷的BC产量可达4.697±0.231 g/L,比对照提高14.73%。P1菌株发酵罐工艺优化结果:当CMC-Na浓度为0.2%时,产量可达4.435±0.203 g/L,比对照提高2.05倍;发酵罐中采用优化的发酵培养基的BC产量可达5.579±0.078 g/L,较初始培养提高了25.79%;发酵罐中添加0.5%正十二烷的BC产量可达6.282±0.129 g/L,比对照提高12.60%。4、静态和动态培养不同菌株产细菌纤维素的比较以木驹形杆菌BCC529菌株、木葡糖酸醋杆菌P1菌株和模式菌株木醋杆菌（Acetobacter xylinum）BCA263为研究对象,将静态和动态培养下产生的细菌纤维素进行比较。三株菌静态培养产生的细菌纤维素是膜状,动态则是小团块或碎片状。静态培养96 h,BCA263、BCC529和P1菌株BC产量分别是3.972±0.045 g/L、2.481±0.182 g/L和1.416±0.163 g/L;动态培养96 h,BC产量分别是1.698±0.070 g/L、1.656±0.112 g/L和1.715±0.087 g/L,从产量上看BCA263菌株和BCC529菌株适合静态培养,而P1菌株适合动态培养。红外光谱检测动态培养产生的细菌纤维素的氢键伸缩振动较大;X-射线衍射结果表明静态培养产生的细菌纤维素结晶度显著高于动态;静态培养BCC529菌株所产细菌纤维素拉伸强度较高,P1和BCA263较低;扫描电镜观察到细菌纤维素均为网状结构,静态培养下更致密,两种培养方式的纤维丝直径均在20～40 nm;热重分析表明静态所产的细菌纤维素较动态更耐高温。将静态和动态培养的细菌纤维素作为稳定剂,添加至咖啡乳饮料,静置24 h后观察稳定性,发现未加细菌纤维素的对照中咖啡和牛奶出现明显分层,而添加动态培养产生的细菌纤维素则无分层现象。测定悬浊稳定性结果均高于未加细菌纤维素的对照,沉淀率测定结果表明BCA263动态的显著高于静态,动态培养产生的细菌纤维素较适合作为稳定剂应用在饮料中。