近日，作物所科技人员郑梅霞副研究员以前期筛选的具有遗传稳定性的细菌纤维素生产菌株Komagataeibacter intermedius FM883为研究对象，在细菌纤维素基功能水凝胶原位组装、全基因组解析与验证等方面取得系列进展。相关成果发表于国际权威期刊Carbohydrate Polymers（IF 12.5）和Food Bioscience（IF 5.9）。

    （1）基于一步原位发酵的细菌纤维素-脱乙酰化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的结构工程设计

    Structural Engineering of Bacterial Cellulose-Deacetylated Konjac Glucomannan Composite Hydrogels via One Step Fermentation

    细菌纤维素（BC）是一种高纯度、可生物降解的多糖，已在食品领域实现商业化应用，并在生物材料领域具有广阔前景。然而，BC复合材料在同时实现高产量、良好机械强度和热稳定性方面仍面临挑战。本研究突破传统“添加一种多糖”的思路，将魔芋葡甘聚糖（KGM）的乙酰化程度作为设计参数，协同调控发酵可操作性与BC-多糖界面共组装过程。本研究制备了部分脱乙酰化KGM（DKGM，脱乙酰度为30.37%），以降低体系黏度，并通过一步原位发酵将其引入BC网络。同时，设置物理混合对照组（BC-KGM-M和BC-DKGM-M），以区分物理混合与原位共沉积作用。结果表明，在相同发酵条件下，DKGM可缓解体系黏度限制，使BC产量较KGM组提高16.9%；而天然KGM并未促进BC生成。FT-IR去卷积和固态核磁共振结果表明，脱乙酰化增强了BC与DKGM之间的氢键作用，且原位复合材料较物理混合对照组具有更紧密的界面结合。XRD结果证实，复合体系仍保持纤维素Iα晶型。由此，BC-DKGM构建了更加致密的网络结构，表现出更高的拉伸强度，达到0.37 MPa，较纯BC提高约236.36%；同时其热稳定性、黏弹性、热循环/蠕变后的恢复能力以及水分固定能力均得到提升。而物理混合难以达到同等增强效果。本研究表明，调控KGM乙酰化程度且通过一步发酵策略实现BC基复合水凝胶的可预测“工艺-结构-性能”调控，为拓展BC在食品和生物医学领域的应用提供了新思路。

    （2）基因组分析揭示居间驹形氏杆菌FM883耐酸性及纤维素合成机制

    Genome analysis insights into mechanisms of acid tolerant and cellulose production of Komagataeibacter intermedius FM883

    细菌纤维素在果汁发酵和工业生产中的应用，长期受到酸胁迫导致菌株生长受限、产量下降等问题制约。为突破这一产业瓶颈，本研究从分子机制层面系统解析了FM883的耐酸与高效纤维素合成能力。全基因组分析显示，FM883含有5个纤维素合成酶（bcs）操纵子，具备丰富的碳源利用途径和较强的环境适应能力。该菌株拥有完善的耐酸防御调控系统，可在pH 3.0-6.0范围内保持稳定生长。为验证其产业应用潜力，将菌株FM883直接应用于酸性商业橙汁发酵体系（初始pH 3.35）。结果显示，菌株在发酵7天后展现出优异的抗酸、高产细菌纤维素性能。XRD、FT-IR和SEM等表征结果表明，橙汁发酵所得BC不仅保留典型纤维素Iα晶型，还表现出高达86.78%的结晶度以及更加致密均匀的纳米纤维网络结构，赋予材料优良的物理化学性能。该研究构建了“全基因组解析-耐酸机制挖掘-功能食品基质应用”研究体系，为利用果蔬资源及农副产物开发新型功能发酵食品和生物基包装材料提供了理论依据。

    成果获国家重点研发计划项目（2022YFD2101305）的支持，郑梅霞副研究员为论文的第一作者，朱育菁研究员、张龙涛教授和侯国华博士为论文的通讯作者。（文/图 郑梅霞）