由于較高的糖濃度可能帶來更高的BNC產量,22分別使用100 g L-1葡萄糖和果糖生產BNC管。結果表明,使用100 g L-1果糖獲得的D-BNC產量比使用50 g L-1果糖高39%(4.24±0.33 g L-1對比3.05±0.28 g L-1,圖7)。然而,S-BNC產量未檢測到顯著差異(P>0.05),這表明除果糖外還有其他限制因素影響了S-BNC的生產。氧氣供應不足可能是限制因素之一。使用100 g L-1葡萄糖的S-BNC和D-BNC管的產量分別為0.61±0.06 g L-1和1.05±0.06 g L-1,分別比使用50 g L-1葡萄糖高32.6%和4.0%。在葡萄糖BNC培養中,低pH環境可能嚴重限制BNC的合成(圖6),因為最終BNC產量差異很小。S-BNC和D-BNC生物反應器中初始濃度為100 g L-1的最終葡萄糖消耗量分別約為23 g L-1和34 g L-1(圖5(B)),而初始濃度為50 g L-1的最終葡萄糖消耗量分別約為39 g L-1和42 g L-1(圖5(A)),這意味著當初始濃度為100 g L-1時,消耗的葡萄糖更少。

與濃度為50 g L-1的情況類似,兩種生物反應器中100 g L-1葡萄糖培養的pH值在2天內迅速降至3.0-3.5范圍,然后保持恒定水平(圖6),但高于50 g L-1葡萄糖的最終pH(約pH 2.5)。結果表明,當初始濃度為50 g L-1時,更多的葡萄糖被用于產生酸。S-BNC和D-BNC生物反應器中初始濃度為100 g L-1的最終果糖消耗量分別為15 g L-1和31 g L-1(圖5(B)),而初始濃度為50 g L-1的最終果糖消耗量分別為12 g L-1和27 g L-1(圖5(A))。圖6(B)顯示,使用100 g L-1果糖的S-BNC培養的最終pH為4.1,與50 g L-1(pH 4.2)相似。這些結果表明在不同濃度的果糖S-BNC管培養中酸代謝相似。然而,使用100 g L-1果糖的D-BNC培養的最終pH為3.6,低于50 g L-1時的pH(4.1)。這與更高的果糖消耗和100 g L-1果糖更高的D-BNC產量相符。因此可以得出結論,較高的果糖濃度更適用于D-BNC生物反應器中的BNC生產。


對于S-BNC生物反應器中的BNC生產,無論使用何種類型的碳源和何種濃度,最終BNC產量均低于1.5 g L-1。結果表明其他因素限制了S-BNC的生產,例如溶解氧和空間。Bodin等人已經說明增加氧氣比例導致更高的S-BNC產量。13由于木醋桿菌是一種好氧細菌,快速的DO消耗會導致細菌生長停滯。此外,形成的BNC網絡可以鎖定大量培養基,這導致氧氣擴散困難。23結果,更多的細菌細胞聚集在硅膠管壁附近繁殖。并且分泌更多的BNC形成更致密的層,這更嚴重地限制了氧氣向更遠距離的擴散。因此,單根硅膠管的氧氣供應不足是S-BNC生產的主要負面因素。


圖7顯示,在D-BNC生物反應器中,使用葡萄糖和果糖均獲得了比S-BNC生物反應器更高的BNC產量。并且使用葡萄糖獲得的D-BNC產量遠低于果糖,這應歸因于葡萄糖快速消耗形成酸和較低的pH。最高的最終D-BNC產量為4.24±0.33 g L-1,這是從100 g L-1果糖獲得的。然而,如上分析,14天時殘留果糖仍然較多,并且pH不是非常酸性。這意味著可能還有其他一些因素限制了D-BNC生物反應器中纖維素分泌達到更高產量。盡管D-BNC生物反應器由兩根硅膠管組成,提供雙倍的“氣液界面”來供應氧氣,但果糖上細菌的生長,特別是兩管壁之間中間位置的細菌,也可能因BNC網絡的擴散限制導致的低DO水平而受到限制。23顯然,在與S-BNC生物反應器相比氧氣供應更多的條件下,對于木醋桿菌CGMCC No.1186菌株,果糖優于葡萄糖。然而,不同的細菌基因型在葡萄糖和果糖上的表現會有所不同。據報道,在木醋桿菌菌株ATCC 53524的靜態培養中,使用葡萄糖比果糖收獲的BNC產量略高。


拉伸強度

由于測量水凝膠狀軟BNC管的精確尺寸并不容易,圖8中以牛頓為單位的絕對力表示為拉伸強度。由于一些BNC管在4天前尚未形成或太薄而無法測量,因此僅測試了培養4天后獲得的BNC管。結果表明,所有BNC管的拉伸強度在4-10天期間隨著培養時間的延長而增加,表明培養時間對BNC管的機械性能有顯著影響。這是因為在更長的培養時間內形成了更多的BNC纖維。培養10天后,大多數管的強度變得恒定,除了用100 g L-1果糖制備的D-BNC管,其強度持續增加直至第14天。用果糖制備的S-BNC和D-BNC管均顯示出比相應葡萄糖制備的BNC管更高的強度,這與上述BNC產量一致。