Образцы высушенной бактериальной целлюлозы. Источник: Вера Будаева
Российские ученые предложили использовать овсяную шелуху в качестве сырья для биосинтеза бактериальной целлюлозы, и в этом им помогло сообщество микроорганизмов, называемое «чайным грибом». Биосовместимый, прочный и эластичный полимер широко применяется в биомедицине и технической химии, поэтому потребность в нем стремительно растет. Предложенная технология не только раскрывает возможности создания собственного производства в России, но и решает проблему утилизации отходов переработки овса. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Cellulose.
Бактериальная целлюлоза представляет собой полимерный наноматериал, который синтезируется уксуснокислыми бактериями. В отличие от целлюлозы растительного происхождения, он не только обладает высокой прочностью, но также эластичен, имеет пористую структуру и высокую биосовместимость. Благодаря таким свойствам его широко используют в медицине, пищевой промышленности, в производстве косметики и электроники. Несмотря на широкие перспективы, процесс получения бактериальной целлюлозы не слишком производительный, а потому довольно дорогой. Удешевить биосинтез можно, используя в качестве питательного субстрата промышленные отходы, в частности овсяную шелуху. В России ежегодно после обработки трех тонн овса на зерноперерабатывающих предприятиях остается более тонны этого дешевого сырья.
Ученые из Института проблем химико-энергетических технологий СО РАН (Бийск) предложили предварительно обрабатывать овсяную шелуху разбавленными растворами азотной кислоты и щелочи, что помогло в дальнейшем в три раза увеличить производительность синтеза бактериальной целлюлозы. Технологи выдерживали овсяную шелуху в химических растворах при нагревании в течение шести часов. Безопасный для человека и окружающей среды процесс подготовил сырье к последующей обработке ферментами, разлагающими целлюлозу шелухи овса до глюкозы. На полученной питательной среде микробное сообщество из уксуснокислых бактерий и дрожжей, называемое «чайным грибом», синтезировало бактериальную целлюлозу высочайшего качества.
Поскольку обработанная кислотой и щелочью овсяная шелуха впервые использовалась в качестве питательного субстрата, ученые оценили микроструктуру синтезируемого бактериями материала. Оказалось, что симбиоз «чайного гриба» обеспечил очень большое содержание алломорфа I альфа (до 93%) в бактериальной целлюлозе, а также высокую кристалличность полимера. Чем выше эти структурные показатели, тем лучше считается материал, поскольку он приобретает высокую биосовместимость и прочность.
Схема процесса получения бактериальной целлюлозы из овсяной шелухи. Источник: Вера Будаева
«Предложенный нами метод предварительной обработки овсяной шелухи позволил получить бактериальную целлюлозу экстраординарного качества. Она уже привлекла внимание нескольких биотехнологических компаний, желающих реализовать на практике новую технологию синтеза этого полимера», — рассказывает одна из авторов статьи Вера Будаева, ведущий научный сотрудник, исполняющая обязанности заведующего лабораторией биоконверсии Института проблем химико-энергетических технологий СО РАН.
Информация и фото предоставлены пресс-службой Российского научного фонда
