紅茶菌菌膜的特性及應用

趙 育， 蘇 喬， 張 悅， 張寶善

（1. 陜西師范大學食品工程與營養科學學院，陜西 西安 710119；2. 陜西省果蔬深加工工程技術研究中心，陜西 西安 710119）

紅茶菌（kombucha）起源于我國，隨后又傳入日本、歐洲、北美等地。 傳統的紅茶菌飲料是由紅茶菌發酵制成的無乙醇或低乙醇飲料，酸甜爽口且具有獨特的發酵味[1]。 因其發酵液中含有機酸、茶多酚、葡萄糖醛酸等多種營養物質及有益微生物，具有抑菌、護肝、抗炎癥、抗氧化、降血糖和預防癌癥等保健功效，深受消費者的歡迎[2]。 基于紅茶菌飲料的保健功效和市場潛力，近年來，星巴克、可口可樂、百事等眾多飲料行業巨頭相繼進軍紅茶菌領域，開發出多款以果蔬汁、中草藥為原料，具有特殊風味和保健功能的紅茶菌飲料[3]。 預計到2025 年，國際紅茶菌飲料的市場規模將達到54 億美元，市場前景可觀[1]。

紅茶菌菌膜，是漂浮在紅茶菌飲料表面的一種含有細菌和酵母菌共生菌群 （symbiotic culture of bacteria and yeast，SCOBY）的生物膜。 其中，紅茶菌菌膜中細菌纖維素（bacteria cellulose，BC）的生產者為醋酸菌，而酵母菌產生的乙醇能刺激醋酸菌的生長，產生更多的細菌纖維素和乙酸[4]。 由于細菌纖維素與植物纖維素分子組成相似， 并且具有無毒、高結晶度、高孔隙率、良好的生物相容性和生物可降解性等特點，使其在食品、生物醫藥、紡織、電子工業等方面均有廣泛應用， 現已成為國際研究的熱點。 然而，在傳統的紅茶菌工業中，只有發酵液作為紅茶菌飲料進行銷售， 少量菌膜被用作發酵劑，其余的則直接被丟棄，造成資源的嚴重浪費。 隨著紅茶菌飲料產業的飛速發展，紅茶菌菌膜的開發和利用亟待開展。

隨著現代生物學技術的快速發展，人們對紅茶菌的認識和研究也逐步深入，這為紅茶菌的產業化提供了理論依據。用Web of Science 和Scopus 兩大數據庫對2012—2021 年這10 年中有關紅茶菌的關鍵詞進行檢索，發現關于紅茶菌飲料產品開發及其生物活性成分的文獻報道較多，關于紅茶菌菌膜的相關報道較少，但關于菌膜特性及其應用的文獻數量在逐年增加[5]。 此外，目前關于紅茶菌飲料的綜述類文獻較多，但鮮有針對紅茶菌菌膜特性及應用的歸納總結。 因此，作者就紅茶菌菌膜的組成、合成機制、性能及其在食品、醫用、紡織和廢水處理等領域的應用研究進行總結，并對研究中存在的問題和今后紅茶菌菌膜的發展趨勢進行討論，以期推動紅茶菌菌膜的開發和利用，實現生物資源的最大化利用。

1 紅茶菌菌膜的組成

1.1 紅茶菌菌膜的形成

傳統紅茶菌的制備方法是在沸水中添加質量分數0.5%～5.0%的紅茶/綠茶和質量分數5%～10%的蔗糖作為發酵底物，攪拌5 min 后將茶葉過濾，當溫度降至室溫時，加入一定量發酵好的紅茶菌菌液和/或菌膜進行發酵[6]，制備方法見圖1。 為保證微生物進行有氧呼吸，一般用布或者薄紗覆蓋培養。 一般情況下，室溫發酵需要7～14 d。 在發酵的第2～3天，接種的紅茶菌母體（mother layer）表面會形成新的菌膜（daughter layer），14 d 后菌膜的厚度可達到8～12 mm，顏色呈白色、淺黃色或淺棕色。 菌膜如果太薄，說明可能被污染；如果太厚，則會阻止氧氣進入，菌膜的合成也會緩慢停止。 隨著發酵時間的延長，由于質量增加，紅茶菌菌膜可能會沉到容器底部。

圖1 紅茶菌菌膜的制備方法Fig. 1 Preparation of kombucha biofilm

1.2 紅茶菌菌膜的微生物組成

紅茶菌菌膜中有大量的細菌和酵母菌，其顯微鏡照片見圖2[7]，微生物組成見表1。 雖然菌膜中的微生物種類不如菌液中多樣，但兩者的優勢菌群基本一致[8-9]。 紅茶菌菌膜中的細菌主要有醋酸桿菌屬（Acetobacter）、 葡糖醋桿菌屬（Gluconacetobacter）、駒形桿菌屬（Komagataeibacter）等，其中，駒形桿菌屬中的木駒形桿菌（Komagataeibacter xylinus）是紅茶菌菌膜的主要纖維素生產者，其在最初的微生物環境中占到60%左右， 后期會增長至70%左右[10]。乳酸菌在紅茶菌菌膜中的含量較少，但Seto 等發現將乳酸菌和葡糖醋桿菌屬共生培養更有利于細菌纖維素的產生[11]。 菌膜中的酵母主要有類酵母屬（Saccharomyces）、假絲酵母屬（Candida）、接合酵母屬（Zygosaccharomyces）等[8-9，12-15]。 Marsh 等通過高通量測序發現接合酵母屬在菌膜與菌液中占95%[9]。而Chakravorty 等則發現假絲酵母屬在菌膜中占到73.5%～83.0%[8]。 因此，不同的菌膜包含的微生物種類不相同，這可能與發酵底物、培養環境以及培養時間有關。 此外，研究表明在發酵過程中，菌膜中的微生物也存在演替現象，但優勢菌群幾乎保持不變[8-9]。 微生物種類在菌膜形成初期較多，后期逐漸減少，但豐度增加[10]。

表1 紅茶菌菌膜中的主要微生物組成Table 1 Main microbial composition in the kombucha biofilm

圖2 紅茶菌菌膜的顯微鏡照片（×400）[7]Fig. 2 A SCOBY of kombucha under the microscope（×400）[7]

1.3 紅茶菌菌膜/纖維素的合成機制和影響因素

紅茶菌中存在著復雜而多樣的微生物種群，使得紅茶菌纖維素比單一細菌形成的細菌纖維素更加復雜。 相對于單一細菌，微生物種群使用紅茶菌生產的纖維素的效率也有顯著提高[26]，其代謝機理見圖3。酵母菌將蔗糖轉化為果糖和葡萄糖，隨后產生乙醇[27-28]。 醋酸菌在葡糖氧化酶的作用下氧化產生乙酸、葡萄糖酸、葡萄糖醛酸等有機酸；而乙酸又刺激酵母菌產生更多乙醇，再經醋酸菌轉化為乙酸。

圖3 紅茶菌菌膜中細菌與酵母菌的代謝過程Fig. 3 Metabolic processes of bacteria and yeast in kombucha membrane

紅茶菌中的微生物雖為共生菌群，但產生纖維素的卻只有細菌，其中最主要的是醋酸桿菌屬中的木醋桿菌（Acetobacter xylinum），后又被歸類為木葡糖酸醋桿菌（Gluconacetobacter xylinus），最近又重新被分類為木駒形桿菌（Komagataeibacter xylinus），此菌也是闡述纖維素生物合成及調控機制的模式菌株[29-30]。 研究表明，木駒形桿菌細菌纖維素的生物合成調控過程通過一系列酶介導進行。 首先是葡萄糖轉化成6-磷酸葡萄糖，經葡萄糖磷酸變位酶催化后成為1-磷酸葡萄糖，再在尿苷二磷酸（UDP）-葡萄糖焦磷酸化酶催化下形成尿苷二磷酸葡萄糖（UDPGlc）， 然后在多種細菌纖維素合成酶的催化下， 每個單細胞每秒可以將多達20 萬個的UDPGlc，聚合形成葡聚糖苷鏈[31]。 原纖維的葡聚糖苷鏈直徑為2～4 nm，在細胞質外形成，通過氣孔分泌到細菌細胞壁表面。 木駒形桿菌細胞膜表面的顯微照片表明，細胞表面存在50～80 個氣孔，它們將原纖維擠出形成納米纖維，而這些納米纖維再被組裝形成大約40～60 nm 的帶狀微纖維[32]，見圖4[33]。

圖4 木駒形桿菌合成細菌纖維素的過程[33]Fig. 4 Process of Komagataeibacter xylinus synthesizes bacterial cellulose[33]

在紅茶菌發酵初期，產生纖維素的細菌主要靠消耗溶液中的氧氣來生長繁殖。 當發酵液中溶氧量下降時只有在空氣/液體界面中的細菌才可以維持其活性并產生表層的纖維素。 隨著發酵時間的推移，膜的厚度隨之增加，形成懸浮結構。 當發酵液中碳源減少，氧氣供給不足時，紅茶菌菌膜的合成就達到了極限[33]。 相比于單一細菌合成的細菌纖維素膜，紅茶菌菌膜合成形式的優勢在于其中的細菌在適宜條件下生長迅速，并且能夠利用發酵液中的各種碳源，包括蔗糖、葡萄糖、乙醇和甘油等多種底物生產纖維素。 此外，紅茶菌菌液中存在的咖啡因和黃嘌呤類物質也有助于通過激活纖維素相關酶來促進木駒形桿菌產生更多的纖維素[34-35]；而酵母細胞死亡和自溶釋放出的維生素和其他營養物質也可以促進細菌的生長繁殖，進而產生更多纖維素[8]。因此，相較于單一細菌，紅茶菌產生纖維素的過程更加高效、經濟。

紅茶菌菌膜的產量因紅茶菌菌株、底物（碳源和氮源的含量）、發酵溫度、發酵時間以及容器的尺寸、 界面面積和溶液深度的不同而有所不同。Semjonovs 等研究發現，以葡萄糖為底物時，萊迪亞駒形桿菌（Komagataeibacter rhaeticus）P1463 和漢森駒形桿菌（Komagataeibacter hansenii）B22 合成的纖維素量顯著高于木駒形桿菌（Komagataeibacter xylinus）DSM6513T 和漢森駒形桿菌（Komagataeibacter hansenii）DSM 5602T 合成的纖維素量[23]；萊迪亞駒形桿菌（Komagataeibacter rhaeticus）P1463 在以葡萄糖、果糖和甘露醇為碳源時合成的纖維素量顯著高于以蔗糖、 半乳糖和核糖為碳源時合成的纖維素量。 當以茶和蔗糖為底物發酵時，以綠茶為原料制備的紅茶菌菌膜產量顯著高于紅茶和烏龍茶制備的菌膜產量[36]。 當茶汁質量濃度低于0.9 g/dL 時，隨著茶汁質量濃度增加，菌膜生成量增加，但茶汁質量濃度高于0.9 g/dL 后菌膜的生成量下降， 這可能是由于茶多酚質量濃度的增加在一定程度上會抑制紅茶菌中微生物的生長[37]；紅茶菌菌膜的制備溫度一般為20～40 ℃，超過這個范圍，紅茶菌中微生物的生長受到抑制，生物量下降[38]；容器的尺寸、界面面積和溶液深度也影響著菌膜的產量。 體積為1500 mL 和界面面積為130.5 cm2的容器可生成66 g/L 的菌膜，但當體積為1000 mL 時，界面面積大幅下降至29.2 cm2， 纖維素膜的產量也迅速下降到21.3 g/L[38]。 當界面面積和液體深度相同，體積不同時，其菌膜的生成量相同。因此，界面面積/開口較大的容器有利于提高紅茶菌菌膜的產量[39]。

2 紅茶菌菌膜的結構和特性

紅茶菌菌膜中的纖維素僅由細菌產生的纖維素組成，雖然細菌纖維素與植物纖維素分子組成相似， 是以D-葡萄糖為基本單元通過β-1，4-糖苷鍵連接而成的高分子聚合物，但二者在物理、化學性質上有所不同。 由細菌產生的微纖維（microfibril）的直徑（0.01～0.10 μm）比植物纖維（10 μm）小2～3 個數量級[36]。 細菌纖維素無分支，且僅由纖維素組成。相反，植物纖維素有分支，并且由半纖維素、木質素、果膠等物質組成，因此植物纖維素的純化需要經過更復雜的化學處理。 與植物纖維相比，細菌纖維素有更強的吸水性和更好的機械伸展性，還有多孔、高結晶度、生物相容、無毒等性能，使得細菌纖維素成為生物材料、生物能源、食品強化和包裝技術等方面的首選材料[31，40]。

2.1 高透氣性、高持水性、高熱穩定性和高結晶度

在掃描電子顯微鏡（SEM）下觀察紅茶菌菌膜/纖維素為三維網狀結構，中間有很多孔隙，纖維素與細菌、酵母菌交聯在一起，使得形成的紅茶菌菌膜具有持水性。 傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析發現紅茶菌纖維素中存在氫鍵連接的羥基，而由于氫鍵的存在， 紅茶菌纖維素的持水力可以達到88.42%， 使得它能吸收的水分是其自身干質量的60～700 倍，并且可重復干燥[41-42]。未經干燥的細菌纖維素持水能力高達1000%，冷凍干燥后其持水能力仍超過600%，而植物纖維素僅為60%，因此紅茶菌菌膜能夠成為良好的吸水材料[43]。

通過對紅茶菌發酵生成的纖維素菌膜進行熱質量分析， 發現紅茶菌纖維素具有較高的熱穩定性，在298.7 ℃才開始降解。 此外，X 射線衍射分析結果表明紅茶菌纖維素的結晶度為80.21%，高于天然植物纖維[44-45]。

2.2 良好的生物降解性、生物相容性和彈性

紅茶菌菌膜中的纖維素純度高，可被纖維素酶降解，也可在自然環境中直接降解，不會造成環境污染[46]。 此外，細菌纖維素具有良好的生物相容性。例如，王宗良等將細菌纖維素膜分別與成纖維細胞和軟骨細胞進行復合培養，并將形成的復合物進行裸鼠皮下移植實驗，結果顯示，移植的復合物很好地融入了裸鼠正常皮膚，成纖維細胞和軟骨細胞增殖明顯[46]。細菌纖維素中存在著大量氫鍵，使得其楊氏模量測量值高達15 GPa，抗撕拉能力是同樣厚度的聚乙烯和聚氯乙烯膜的6 倍。 Andrade 等證明細菌纖維素膜比人類的動脈和靜脈更有彈性[47]。 這些性能滿足了其作為新型醫用組織器官、醫用敷料等產品的基本要求。

2.3 抗菌性

紅茶菌飲料具有一定的抗菌活性，主要是由于其中含有豐富的有機酸（乙酸、葡萄糖酸、葡萄糖醛酸等）、茶多酚和細菌素等。 同樣的，干燥的紅茶菌菌膜也被認為會被一些致病菌抑制， 如大腸桿菌（Escherichia coli）、金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、 糞腸球菌（Enterococcus faecalis） 甚至耐甲氧西林葡萄球菌 （Methicillin -resistantStaphylococci）等，這為生產具有抗菌活性的輔料或醫療設備（如繃帶、口罩）提供了理論依據[48]。

3 紅茶菌菌膜的應用

基于其特性，紅茶菌菌膜可以從一個基本沒有附加價值的副產物/廢棄物轉變為一個具有開發潛力的原材料。 但迄今為止，紅茶菌菌膜的利用率仍然較低，關于紅茶菌菌膜的應用和新產品開發的研究仍然很有限。根據其性質不同，紅茶菌菌膜一般用于食品、醫藥、紡織和廢水處理等領域。

3.1 食品領域

紅茶菌菌膜通常作為發酵劑應用到新的紅茶菌飲料的生產中。 近年來，隨著紅茶菌飲料越來越受消費者歡迎，基于紅茶菌飲料的保健優勢、市場潛力與消費者日漸增長的多元化需求，越來越多的研究人員在積極開發和創新紅茶菌飲料的原料和工藝，如利用紅茶菌菌膜發酵果汁、蔬菜汁和中草藥的浸提液等新型紅茶菌飲料。Watawana 等用紅茶菌菌膜直接發酵椰子汁7 d， 得到的飲料不僅具有椰子的典型香氣，其總酚質量濃度和抗氧化活性也顯著提高[49]；該飲料可抑制α-葡萄糖苷酶的活性，從而抑制葡萄糖的水解，降低人體生理系統中葡萄糖的質量濃度，更有利于控制消費者的血糖。Loncar等利用紅茶菌菌膜發酵菊芋（洋姜）提取物，發酵液中含有豐富的低聚果糖和果糖，能促進腸內雙歧桿菌的增殖[50]，可作為膳食補充劑。 Zhang 等用紅茶菌菌膜分別發酵玫瑰花浸提液和酸棗仁浸提液的混合液，發酵后溶液的口感（酸味和苦味）更佳，總酚和總黃酮含量顯著提高[51]，同時，發酵液中2 種典型的鎮靜催眠物質，6-阿魏酰斯皮諾素和棘甙的含量較發酵前顯著提高，可得到藥效更顯著的紅茶菌飲料。 此外， 飲料中的重金屬會危害公眾健康，Najafpour 等研究發現，紅茶菌菌膜對重金屬具有良好的吸附效果，對于500 mL 的飲料來說，當紅茶菌菌膜的初始用量35.85 g、茶葉4.43 g、蔗糖18.42 mg/L、水中鈣和鎂離子質量濃度0.0 mg/L 時， 對液體中Hg2+、As3+、Pb2+、Cd2+和Cr6+的去除效率分別為93.3%、76.7%、76.1%、84.3%和75.4%[52]。 因此，紅茶菌菌膜對重金屬的吸附作用能夠保證紅茶菌飲料的安全性，并可進一步應用于其他飲料的安全生產。

紅茶菌菌膜含有豐富的膳食纖維， 呈肉質感，并具有醋酸、乳酸等特殊風味，還可以作為食品直接或加工后食用（見圖5），如將菌膜切絲涼拌，做成類似于涼皮的小吃，或制成漢堡中的“肉”餅、“肉”丸、“肉”干，或糖果、咀嚼片和軟糖，受到很多素食者的歡迎。

圖5 紅茶菌菌膜制成的各類食品Fig. 5 Foods made from kombucha biofilm

紅茶菌菌膜可以作為一種良好的飼料添加劑。紅茶菌菌膜中含有蛋白質、氨基酸、粗纖維、鈣、磷等多種營養物質，將紅茶菌菌膜曬干后，其植酸酶的活性為2.3×104IU/g（以蛋白質質量計），將曬干的菌膜粉加入肉雞的飼料中，可以提高肉雞對飼料和水分的進食率，進而增加肉雞的質量，同時，加入的紅茶菌菌膜對肉雞的肝功能沒有損害，是一種安全的添加劑[55]。

此外，紅茶菌菌膜因具有良好的透氣性、彈性和可降解性，也可以代替塑料成為食品的包裝保鮮材料。 Aduri 等研究出了一種用紅茶菌菌膜制作的環境友好型購物袋[56]，這種袋子具有良好的折疊性和保鮮性能，將蔬菜放到菌膜包裝袋中在冰箱中保存，8 d 之后蔬菜依舊新鮮， 營養物質幾乎沒有損失。 但由于菌膜干燥后容易脆裂，需要噴涂橄欖油或蜂蠟。 此外，紅茶菌菌膜具有多孔性，水分不能透過，干燥后具有一定的吸濕性，不適于盛放牛奶或其他飲料[56]；Sharma 等以番茄為研究對象，發現紅茶菌菌膜可以將番茄的保鮮期延至28 d[57]。

3.2 醫用敷料領域

紅茶菌菌膜具有獨特的纖維網狀結構、高彈性模量和良好的生物相容性等特性，是一種制備醫用組織的優良候選材料。Zhu 等研究發現，在紅茶菌菌膜上培養的施萬細胞（Schwann cells）和在玻片上培養的細胞無形態和細胞功能上的顯著差異[58]。隨后，研究人員首次用紅茶菌菌膜和不銹鋼內芯制成神經導管， 浸泡處理后作為體外培養施萬細胞的支架，再沿坐骨神經植入大鼠肌間隙；植入42 d 內，植入大鼠與假手術組大鼠在血細胞計數、血清生化參數、組織反應上均無顯著性差異。 因此認為紅茶菌菌膜與施萬細胞具有良好的生物相容性，且沒有血液學和組織學負面作用。

由于紅茶菌菌膜/纖維素膜具有高透氣性、高持水性、高結晶度、抑菌性和良好的生物相容性等性質，其在醫用敷料產業也具有廣闊的應用前景。 在細菌纖維素膜合成的過程中，若向培養基中添加外源材料，會在納米纖維組裝過程中產生干擾，最終產生具有新性能的新型纖維素膜。 例如，紅茶菌菌膜本身具有一定的抗菌特性，加入5 mmol/L 的硝酸銀溶液，形成的納米陰離子（AgNPs）能夠高效抑制金黃色葡萄球菌和大腸桿菌， 且對人乳腺癌細胞（MCF-7）具有良好的抗癌特性[59]；將紅茶菌纖維素浸泡在咖啡粉浸提液（含有2.732 g/L 酚類化合物）中，得到的生物復合材料抑菌特性增強，并可通過吸收多余的滲出物來保護受傷區域，有望成為傷口愈合的首選材料[60]；將紅茶菌菌膜浸泡在具有抗菌活性的散沫花（Lawsonia inermis）浸提液中24 h 后干燥，含有散沫花生物活性成分的紅茶菌菌膜具有更強的抑菌活性，且小鼠成纖維細胞（L929）的傷口愈合率提高至90%[61]。因此，經過修飾和功能化后的紅茶菌纖維素膜的特性可以得到進一步加強和擴展，用于繃帶、紗布和創可貼等的制作。

3.3 紡織領域

天然纖維和人造纖維是紡織服裝行業的主要原材料，但人造纖維在加工和生產的過程會造成環境污染。 其中，人造纖維的可降解性較差，處理方式不當還會加劇環境的惡化。 因此，“綠色”環保纖維的開發與應用得到了紡織研究領域的重視。 紅茶菌菌膜中的纖維素分子結構類似于植物纖維素，并且具有優于絲、麻、棉等傳統纖維的高拉伸強度、高孔隙率和良好的生物降解性等獨特的性質，同時呈現皮革一樣的質感、色澤和機理，因此可制備出性能更優的“綠色”紡織品以及替代動物皮革的“可持續”皮革。

近年來，紅茶菌菌膜被一些環保設計師小規模制作成衣服、腕帶、鞋子、手套、口罩和包等多種風格各異的綠色紡織品，見圖6。 設計師Suzan Lee 還推出了以紅茶菌菌膜為材料的高級時裝定制項目。Kaminski 等也致力于提高紅茶菌菌膜的紡織性能[62]，其將干燥后的紅茶菌菌膜浸泡在甘油水溶液（質量分數6% 或12%）中，使紅茶菌纖維素形成水凝膠結構， 凍干后的菌膜具有較高的彈性和機械性能，并且防火、耐高溫。 這些改性的材料被制作成腕帶和T 恤，具有較高的舒適性和耐用性。

圖6 紅茶菌菌膜應用于服裝紡織的示例Fig. 6 Clothing textile made from kombucha biofilm

由于紅茶菌菌膜的吸水性極佳， 因此極易染色。 一些愛好者利用鐵氧化的方法對其進行色彩加工，或用蔬菜、水果的天然色素快速地染出絢麗的顏色。 然而紅茶菌菌膜會從空氣中或者人體表面吸濕，致使紡織品變重、變厚，成為其作為紡織材料的一大缺點[63]。為了解決這一問題，研究人員采用各種化學方法共價官能化紅茶菌纖維素的表面，使其表面疏水。 例如，可以將硬脂酸乙醇溶液（2.5 g/dL）涂抹在干燥后的紅茶菌菌膜表面， 然后用熱空氣流（70～75 ℃）處理該材料以去除乙醇和硬脂酸，起到疏水的效果[62]；也可利用金納米顆粒（AuNP）、銀納米顆粒（AgNP）和氧化石墨烯來處理紅茶菌衍生的細菌纖維素， 通過不同納米顆粒來堵塞纖維素孔隙，并通過不同納米材料的協同非共價相互作用改變其表面特性，增加表面粗糙度，從而增加其疏水性，此外，改性后的材料具有較高的抗菌活性和較高的抗彎曲性， 更有希望成為天然皮革的替代品[63]。

3.4 廢水處理領域

基于紅茶菌菌膜多孔、比表面積高和金屬結合活性位點多的特點，紅茶菌菌膜具有良好的金屬吸附能力。 在pH 分別為2.0 和4.0、接觸時間分別為60 min 和120 min 的情況下， 紅茶菌菌膜對鉻離子（Cr6+）和銅離子（Cu2+）最大吸附量分別為74.2%和58.0%[65]；紅茶菌菌膜還被用于去除廢水中的砷離子（As5+）。 根據蘭格繆爾吸附模型分析發現，用氯化鐵對紅茶菌菌膜進行預處理可以將紅茶菌菌膜的吸附量提高至3.98×10-3mmol/g[66]；當pH 為5.0，溫度為50 ℃時，紅茶菌菌膜對合成廢水中鉛離子（Pb2+）的吸附效率為99.7%，比高效的吸附劑氧化石墨烯/Fe3O4納米顆粒的吸附效率（98.08%）略高[67]；當pH為7，接觸時間為15 min，溫度為25 ℃時，紅茶菌菌膜可以去除廢水中94.5% 的鎳離子（Ni2+），此外，平衡實驗與蘭格繆爾吸附模型擬合良好，25 ℃時紅茶菌菌膜對Ni2+的吸附量可以達到454.54 mg/g[68]。 因此，紅茶菌菌膜在廢水處理領域具有良好的應用潛力。

3.5 其他應用

紅茶菌菌膜也被用于家居設計中。 紅茶菌菌膜對高溫穩定，可生物降解，使得用紅茶菌菌膜制成的臺燈更耐熱、更安全、更環保（見圖7（a）），但由于紅茶菌菌膜通常生長在容器的頂部，很難按設計的形狀定型[69]。

圖7 紅茶菌菌膜其他應用實例Fig. 7 Other applications of kombucha biofilm

紅茶菌菌膜具有較強的抗張強度、彈性模量和聚合能力， 可以被直接或間接地用來造紙（見圖7（b））。 將紅茶菌菌膜破碎均勻后與辦公室回收的廢紙漿混合，其纖維素分子鏈上的羥基暴露，極易與廢紙漿中的植物纖維形成氫鍵，因此可以填補廢紙纖維間的薄空隙，降低紙張的撕裂指數，增強紙張的機械強度以提高廢紙回收后的紙張質量[70]。

紅茶菌菌膜也被用于電化學研究與應用中。Kalaiappan 等利用紅茶菌菌膜中的碳和氧化石墨烯作為碳宿主基質，與硫和聚丙烯腈一起被制成一種復合材料，用作鋰硫電池的陰極，該陰極的初始放電容量為1652 mAh/g，第100 次循環容量為1193 mAh/g，具有較高的容量和良好的循環穩定性[71]。 欒玉婷等以紅茶菌菌膜為碳源制備碳材料，通過對其進行預碳化、活化及再煅燒，在其內部、外部形成大量孔洞結構， 再結合紅茶菌菌膜自身的網狀結構，使之更加適合離子的運輸與傳遞，更適合作為電極材料[72]。研制的碳材料具有較好的電容性，每克材料電容值可達到167 F，并具有良好的穩定性。

4 展望

紅茶菌菌膜是漂浮在紅茶菌飲料表面由細菌和酵母菌在胞外形成的生物膜，經常作為副產物被丟棄。 紅茶菌中的細菌纖維素與植物纖維素分子組成相似，其菌膜具有納米級網狀結構、多孔、透氣、持水、易吸附、高彈性、高熱穩定性、強抗菌、生物相容性良好、可降解等特點，因此紅茶菌菌膜亟待開發。

紅茶菌菌膜具有細菌纖維素的多種特性，因此在食品、醫療、紡織、廢水處理和電子工業等方面均有廣泛的應用前景， 近幾年已成為國際研究的熱點。 但迄今為止，對紅茶菌菌膜的研究主要集中在菌膜的微生物互作、纖維素的形成機理和基本性質等方向，對紅茶菌菌膜的產品開發和應用的研究尚處于初級階段。 究其根本，主要還是紅茶菌菌膜的發酵成本較高、產量較低、周期較長。 因此，在不影響產品質量和產量的情況下，可以通過使用可替代的、廉價的糖源，使用廉價的茶葉，如作者所在團隊正在使用夏秋茶進行紅茶菌的發酵，或減少發酵生產的所需空間等以降低原料的成本；通過篩選穩定高產菌膜/纖維素的菌種，優化發酵原料、條件等提高紅茶菌生物膜的產量；通過調控紅茶菌菌群對纖維素的合成速度以縮短發酵周期。

紅茶菌菌膜的應用和開發主要是基于細菌纖維素的應用。 自細菌纖維素被發現以來，其合成機制、理化特征及其在食品、醫藥、紡織、電化學、環保、 時尚和化妝品等方面的應用得到了廣泛報道。而紅茶菌菌膜/纖維素的生產與單一細菌生產的纖維素相較更經濟和更易培養，由于紅茶菌菌膜是紅茶菌飲料生產的副產物， 其應用也更符合綠色環保、可持續發展的理念，因此，紅茶菌菌膜有望作為傳統細菌纖維素的替代品，發揮更廣泛的作用。