ПОЛУЧЕНИЕ БАКТЕРИАЛЬНОЙ НАНОЦЕЛЛЮЛОЗЫ ИЗ  РАЗЛИЧНОГО ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ : DHYXML

Анастасия Александровна  Зенкова

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2025.02.035

Авторы

Анастасия Александровна Зенкова Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химико-энергетических тех-нологий Сибирского отделения Российской академии наук https://orcid.org/0009-0000-0868-5444

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2025.02.035

Ключевые слова:

бактериальная наноцеллюлоза, целлюлозосодержащие сырьё, тростник, суданская трава, мискантус, шелуха овса, водяной гиацинт, лён, конопля, ферментативный гидролиз, биосинтез.

Аннотация

Бактериальная наноцеллюлоза является биополимером, её уникальность заключается в том, что она имеет очень тонкую трёхмерную структуру, отличную газопроницаемость, высокую прочность, биосовместимость. Бактериальная наноцеллюлоза не содержит пектина, гемицеллюлоз и лигнина. Применяется бактериальная наноцеллюлоза в пищевой, фармацевтической, текстильной, промышленности в биомедицине и биоэлектронике. Производство бактериальной наноцеллюлозы является дорогостоящим, замена классических питательных сред на ферментативные гидролизаты из целлюлозосодержащего сырья может способствовать снижению цены конечного продукта. В данной работе было использовано легковозобновляемое целлюлозосодержащее сырьё: тростник, суданская трава (выращивают в агропромышленном масштабе), мискантус (техническая культура), шелуха овса (отходы производства геркулеса), водяной гиацинт (выращивают для очистки воды в закрытых водоемах), лён, конопля. В ходе работы был проанализирован химический состав целлюлозосодержащего сырья без химической предварительной обработки, и полученных субстратов после щелочной делигнификации. Затем все полученные образцы подвергали ферментативному гидролизу. Полученные данные показали, что химическая предварительная обработка повышает содержание целлюлозы в 2-3 раза, за счёт чего повышается реакционная способность субстратов к ферментативному гидролизу в 1,6-23,0 раза. Выход бактериальной наноцеллюлозы из ферментативных гидролизатов на основе субстратов: тростника - 5,7 %, суданской травы - 3,1 %, мискантуса сорта Сорановский - 9,7 %, мискантуса сорта КАМИС - 3,0 %, шелухи овса - 4,9 %, водяного гиацинта - 10,7 %, костры конопли - 5,3 %.

Библиографические ссылки

Cañas-Gutiérrez A. et al. Health and toxicologi-cal effects of nanocellulose when used as a food ingredient: A review //Carbohydrate Polymers. 2024. Vol. 323. Р. 121382. doi: 10.1016/j.carbpol.2023.121382.

Sharma C., Bhardwaj N. K. Bacterial nanocellulose: Present status, biomedical applications and future perspectives //Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 104. P. 109963. doi: 10.1016/j.msec.2019.109963.

de Paiva G. M. et al. Bacterial nanocellulose produced as a byproduct of the brewing industry and used as an adsorbent for synthetic solutions of Co (II), Cu (II), Ni (II) AND Fe (III) //Journal of Polymers and the Environment. 2024. Vol. 32. №. 12. P. 6803-6819.doi: 10.1007/s10924-024-03389-0.

Pasaribu K. M. et al. A review: Current trends and future perspectives of bacterial nanocellulose-based wound dressings //International Journal of Biological Macromolecules. 2024. P. 135602. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2024.135602.

Katyal M. et al. Bacterial cellulose: Nature's greener tool for industries //Biotechnology and Applied Biochemistry. 2023. Vol. 70. №. 5. P. 1629-1640. doi: 10.1002/bab.2460.

Núñez D. et al. Toward biomanufacturing of next-generation bacterial nanocellulose (BNC)-based materials with tailored properties: A review on genetic engineering approaches //Biotechnology Advances. 2024. P. 108390. doi: 10.1016/j.biotechadv.2024.108390.

Скиба Е.А. и др. Ферментативный гидролиз высококонцентрированных субстратов, полученных из мискантуса гигантского/ Е.А. Скиба и др. // Изве-стия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2024. Т. 14. № 3. С. 394-405. doi: 10.21285/achb.933.

Skiba E. A. et al. Biosynthesis of Bacterial Nanocellulose from Low-Cost Cellulosic Feedstocks: Effect of Microbial Producer. International Journal of Molecular Sciences. 2023. Vol. 24. № 18. P. 14401. doi: 10.3390/ijms241814401.

Alimardani Y. et al. Prospective and applica-tions of bacterial nanocellulose in dentistry. Cellulose. 2024. Vol. 31. № 13. P. 7819-7839. doi: 10.1007/s10570-024-06098-y.

Hou Y. et al. Functional bacterial cellulose membranes with 3D porous architectures: Conventional drying, tunable wettability and water/oil separation. Journal of membrane science. 2019. Vol. 591. P. 117312. doi: 10.1016/j.memsci.2019.117312.

Luo H. et al. Uniformly dispersed freestanding carbon nanofiber/graphene electrodes made by a scala-ble biological method for high‐performance flexible supercapacitors. Advanced Functional Materials. 2018. Vol. 28. № 48. P. 1803075. doi: 10.1002/adfm.201803075.

Скиба Е.А. Материальный баланс процессов получения биотехнологических продуктов из биомассы мискантуса гигантского/ Скиба Е.А. // Актуальная биотехнология. 2024. №. 3, P. 39-41. doi: 10.20914/2304-4691-2024-3-39-41.

Ovchinnikovа E.V. et al. Bioprocessing of oat hulls to ethylene: Impact of dilute HNO3- or NaOH-pretreatment on process efficiency and sustainability. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2021. Vol. 9. №. 49. P. 16588-16596. doi: 10.1021/acssuschemeng.1c05112.

Зенкова А.А., Гладышева Е.К., Шавыркина Н.А. Обоснование выбора концентрации ацетатного буфера при ферментативном гидролизе шелухи овса для биосинтеза бактери-альной наноцеллюлозы // Технологии и оборудование химической, био-технологической и пищевой промышленности. Ма-териалы XV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием. Бийск. – 18–20 мая 2022 года. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, им. И.И. Ползунова, 2022. С. 297-300. doi: 10.25699/tohbipp.2022.6 0.85. 032.

Кащеева Е. И., Будаева В.В. Определение реакционной способности к ферментативному гидролизу целлюлозосодержащих субстратов. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. T.84. № 10. C. 5-11. doi: 10.26896/1028-6861-2018-84-10-5-11.

Гладышева Е.К., Кащеева Е.И. Биотехноло-гическая трансформация мискантуса сорта Камис в высокоценную бактериальную наноцеллюлозу // Материалы IV Международного биотехнологическо-го форума BIOAsia–Altai (23-28 сентября 2024 г., – Барнаул. Изд-во Алтайского государственного уни-верситета, 2024. BIOAsia-Altai. Т. 4. №. 1. С. 412-416.

Павлов И. Н., Кузнецов П. С., Шилов А. И. Исследование процесса сублимационной сушки бактериальной наноцеллюлозы // Ползуновский вестник. 2020. №. 4. С. 88-94. doi: 10.25712/astu.2072-8921.2020.04.017.

Bogolitsyn K., Parshina A., Aleshina, L. Structural features of brown algae cellulose. Cellulose. 2020. Vol. 27. №. 17. P. 1-14. doi: 10.1007/s10570-020-03485-z.

Osipov D.O. et al. Comparative Study of the Convertibility of Pretreated Miscanthus Straw Using Enzyme Preparations Produced by Different Recombi-nant Strains of Penicillium verruculosum. Agronomy. 2024. Vol. 14. №. 3. P. 499. doi: 10.3390/agronomy14030499.

Fansuri H. et al. A Review of the Technological Aspects and Process Optimization of Bioethanol Prouction From Corn Stover Biomass: Pretreatment Process, Hydrolysis, Fermentation, Purification Process, and Future Perspective //Environmental Quality Man-agement. 2024. Vol. 34. №. 2. P. e22336. doi: 10.1002/tqem.22336.

Riseh R. S. et al. Agricultural wastes: a practi-cal and potential source for the isolation and prepara-tion of cellulose and application in agriculture and dif-ferent industries //Industrial Crops and Products. 2024. Vol. 208. P. 117904. doi: 10.1016/j.indcrop. 2023.117904.

Chauhan A. S. et al. Strategies for Overcoming the Inhibition of Cellulose Hydrolysis //Handbook of Biorefinery Research and Technology: Biomass Logis-tics to Saccharification. Dordrecht : Springer Nether-lands. 2024. Р.1001-1021. doi: 10.1007/978-94-007-6308-1_70.

Кокшаров С.А., Алеева C.В., Калинин Е.Н. Сопоставление строения лигнина в лубяной и дре-весной частях льняного стебля и его превращений в присутствии серосодержащих восстановителей // Известия высших учебных заведений. Серия Химия и химическая технология. 2024. Т. 67. № 9. С. 90-102. doi: 10.6060/ivkkt.2 0246709.7037.

Лаврентьева Е.П., Санина О.К., Белоусов Р.О. Глубокая переработка лубяных волокон – путь к возрождению национальных традиций России. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2022. Vol.3. P. 130-139. doi: 10.47367/0021-3497_2022_3_130.

Свиридов А. С., Чаплыгин М. Е., Попов Р. А. Исследование стойкости стеблей лубяных культур к абразивному истиранию //Агроинженерия. 2024. Т. 26. №. 6. С. 4-10. doi: 10.26897/2687-1149-2024-6-4-10.

Макарова Е. И., Денисова М. Н. Ферменто-лиз недревесного сырья и образцов гидротропной целлюлозы, полученных из него //Ползуновский вестник. 2014. №. 3. С. 123-126.

Smriti S. A. et al. Recent developments of the nanocellulose extraction from water hyacinth: A review //Cellulose. 2023. Vol. 30. №. 14. С. 8617-8641. doi: 10.1007/s10570-023-05374-7.

Шубаков А.А., Михайлова Е.А., Мартынов В.В.. Биоконверсия целлюлозосодержащего сырья. Ферментативный гидролиз целлюлозы (обзор). Тру-ды Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук. 2022. №. 4. C. 27-38. doi: 10.19110/1994-5655-2022-4-27-38.

Sakovich G.V. et al. Chemical aspects of bacte-rial nanocellulose. Journal of Siberian Federal Universi-ty. Chemistry. 2018. Vol. 11. № 4. P. 531-542. doi: 10.17516/1998-2836-0097.