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纤维素中的新贵:细菌纤维素

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-07-27  来源:sjgle
核心提示:纤维素是自然界中资源极为丰富的可再生性高分子有机物,是食草动物及昆虫的主要能量来源,从而间接的为人类提供源源不断的资源供应。由于人类并不能直接消化纤维素,其一直没有得到有效重视,造纸成了纤维素最广为人知的应用领域。
   纤维素是自然界中资源极为丰富的可再生性高分子有机物,是食草动物及昆虫的主要能量来源,从而间接的为人类提供源源不断的资源供应。由于人类并不能直接消化纤维素,其一直没有得到有效重视,造纸成了纤维素最广为人知的应用领域。随着工业革命的兴起,纤维素才得以在更多领域发挥价值,纤维素现在已经成为食品、药品、化工等领域常见的原辅料之一,尤其对食品行业的发展起到了至关重要的作用。
 
  目前,单一的纤维素在食品工业中被作为食品添加剂使用,具有抗结、稳定、凝固、增稠等多种作用。但由于物理加工性质已经不能满足日益提高的加工要求,改性纤维素逐渐成为纤维素在添加剂行业的进阶产品,羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、微晶纤维素等得以广泛应用,其中微晶纤维素是期望值较高的品类之一。微晶纤维素是以植物为原料,经与无机酸捣成浆状,制成α-纤维素,再经处理使纤维素作部分解聚,然后再除去非结晶部分并提纯而得的食品添加剂微晶纤维素。与其他改性相比,微晶纤维素更接近于"天然"产品,在天然、清洁等主流趋势的影响下,微晶纤维素有着得天独厚的优势。
 
  纤维素中的贵族:细菌纤维素
 
  通常认为,只有植物能够合成纤维素,但这一理论随后被推翻,某些微生物也能够产生纤维素。在微晶纤维素被发现并命名的十年后,1886年A.J. Brown就发布了木醋杆菌能够合成胞外凝胶状物质的报告,但由于技术条件的限制,该物质一直未得到重视,但这种物质后来被证实为细菌纤维素。随着纤维素研究及应用的不断深入,纤维素的"纳米化"已经成为发展趋势,而效能更好的细菌纤维素也一跃成为当下的研究热点。
 
  细菌纤维素的生产具有显着的条件性,目前仅有醋酸菌属、土壤杆菌属、假单胞杆菌属、无色杆菌属、产碱杆菌属、气杆菌属、固氮菌属、根瘤菌属和八叠球菌属等菌属的某些细菌才能合成纤维素。由细菌合成的纤维素在分子结构上与植物纤维素相似,但其纯度更高,不含木质素、半纤维素、果胶等复杂成分,其具有比微晶纤维素更好的性能表现。
 
  首先,细菌纤维素的结晶度高,结晶度是指结晶区占纤维素的比例,是衡量纤维素性能的重要指标。细菌纤维素的结晶度可达95%以上,而普通植物纤维素仅有65%左右,微晶纤维素也只能达到80%左右;其次,细菌纤维素的结构稳定性高,细菌纤维素纤维是由直径3~4 纳米的微纤组合成40~60 纳米粗的纤维束,并相互交织形成发达的超精细网络结构,其结构强度高,是植物纤维的十倍以上;第三,生物相容性更好,细菌纤维素对人体更为友好,不易产生生物排斥反应。
 
  高效的食品添加剂
 
  由于细菌纤维素生产的技术含量高、产量低,导致其价格异常昂贵,其早期主要被用作附加值较高的医药行业。在医药方面的优势也非常明显,在潮湿情况下机械强度高、对液、气及电解物有良好的通透性、与皮肤相容性好,无刺激性,并且也是非常好的药物缓释载体。早在1991年,日本就首次以细菌纤维素成功制备出人工血管。而作为食品添加剂使用,细菌纤维素的优势则更为明显,其稳定性、持水能力显着优于其他纤维素类产品。同时,细菌纤维素具有极好的流动性,能大大提高产品的质地。并且作为"天然"的产品,细菌纤维素也更符合大众的消费需求。
 
  高性能"膳食纤维"
 
  作为一种纳米级的膳食纤维,细菌纤维素在生理功能的体现上更为显着。膳食纤维能够通过吸水膨胀、延缓食物消化速度、促进脂肪排泄等途径起到降脂、降糖等作用,对于减肥的人群效果较为明显。细菌纤维素由于粒径很小,其比表面积很大,拥有更好的吸水性、膨胀性和包裹性,在功能体现上更加优异。有研究指出,在四氧嘧啶建模糖尿病小鼠的降糖作用研究中,细菌纤维素的使用可以达到正常小鼠的标准,对于胆固醇和肥胖的调控作用也较为明显,是优质的高性能膳食纤维。
 
  此外,细菌纤维素还被用于细胞壁研究中的建模材料。由于细菌纤维素的化学结构与植物纤维素相同,并且其与半纤维素、果胶等多糖的结合方式与植物初生细胞壁中的多糖交联过程类似,再加上细菌纤维素的可调控性,其已被广泛应用于对植物初生细胞壁结构与功能的研究中,对于研究植物性成分的功能体现有重要作用。
 
  不过,细菌纤维素在当下仍然不是"亲民"的原料,其实际应用的范围还比较狭窄,寻找合适的菌种及发酵方式将是未来细菌纤维素行业的"重头戏"。
 
 
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