综述：可持续食品系统中细菌纤维素的结构、改性及新兴应用综述

这篇综述系统阐述了细菌纤维素（BC）作为可持续生物大分子在食品工业中的应用潜力。文章详细介绍了BC的静态/动态培养生产方法、微纤维/纳米纤维/纳米晶体等结构特征，重点分析了原位（in-situ）和异位（ex-situ）改性策略对机械性能、抗菌性、抗氧化性的提升，并探讨了其在Pickering乳液、活性包装、酶固定化等领域的创新应用。

　　

引言

随着生态环保意识增强，食品工业对可持续材料的需求日益迫切。细菌纤维素（BC）作为微生物合成的天然多糖，凭借高纯度（不含木质素等杂质）、84%-90%结晶度、99%持水率等特性，成为替代植物纤维素的新型材料。相比明胶（易高温降解）、壳聚糖（溶解性受限）等生物聚合物，BC通过氢键自组装成膜，无需金属离子交联，兼具热稳定性和宗教中立优势。

BC的生产

主要产菌株为Komagataeibacter xylinus，其通过静态培养形成致密凝胶膜（适用于包装材料），动态培养则产生纤维悬浮液（适合乳液稳定）。碳源优化（如甘蔗渣水解液）可降低生产成本，而气升式反应器能将产量提升至15.6 g/L。

结构特征

BC由β-D-吡喃葡萄糖单元通过氢键形成纤维素I_α/I_β晶体。微纤维（50-80 nm）进一步组装成3D纳米网络，比表面积达50 m²/g，这种多孔结构使其能负载活性成分（如茶多酚@BC抗菌膜）。

改性策略

原位改性：发酵中添加壳聚糖使拉伸强度提升200%；

异位改性：等离子体处理引入-COOH基团，使BC/PVA复合膜水接触角降低至30°。抗氧化改性中，没食子酸接枝使DPPH清除率达92%。

创新应用

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  智能包装：掺入花青素的BC膜可实现pH可视化监测；

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  食品添加剂：纳米BC作为冰淇淋稳定剂，熔融温度提高8°C；

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  酶固定化载体：BC-漆酶体系对酚类污染物降解效率达85%。

安全考量

虽然BC本身获FDA的GRAS认证，但纳米纤维在肠道中的行为仍需更多毒理学数据。欧盟EFSA建议纳米材料添加量不超过10 wt%。

未来展望

突破方向包括：开发低成本培养基（如食品加工废料）、CRISPR技术调控菌株产率、建立纳米BC安全评估标准。BC与3D打印技术的结合有望实现定制化食品结构设计。