КУЛЬТИВИРОВАНИЕ БАКТЕРИАЛЬНОЙ НАНОЦЕЛЛЮЛОЗЫ НА ПОЛУСИНТЕТИЧЕСКОЙ ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЕ ДЛЯ ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИИ
YKMMNW
DOI:
https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2025.02.038Аннотация
Древесина является ценным источником целлюлозы, для современных инновационных производств из неё получают нанофибриллированную целлюлозу. В качестве альтернативного источника растительной наноцеллюлозы может рассматриваться бактериальная наноцеллюлоза, которая синтезируется микроорганизмами. Её преимуществом является отсутствие в составе лигнина, пектинов, гемицеллюлоз. Целью данной работы являлась сравнительная оценка удельной эффективности биосинтеза бактериальной и растительной целлюлозы, для чего была произведена наработка объёма гель-плёнок бактериальной наноцеллюлозы в лабораторных условиях, достаточного для дальнейшей функционализации, например, нитрованием. В данной работе для получения бактериальной наноцеллюлозы использовали полусинтетическую питательную среду и симбиотический продуцент Medusomyces gisevii Sa-12, культивирование проводили в климатической камере Binder объёмом 400 дм3. В результате установлено, что за один цикл в лаборатории возможно получить от 9,7 до 16,1 г абсолютно сухой бактериальной наноцеллюлозы. Прирост древесины в умеренной полосе России в год составляет 0,60 т/га, тогда теоретически, если принять массовую долю целлюлозы в древесине 50 %, с 1 м2 за год можно получить 0,03 кг целлюлозы (если не учитывать производственные потери). Полезная площадь климатической камеры Binder, которую можно использовать для стационарного культивирования бактериальной наноцеллюлозы, составляет 0,79 м2, таким образом с 1 м2 за год в лабораторных условиях, с учетом продолжительности культивирования 14 суток, возможно получить 0,53 кг сухой бактериальной наноцеллюлозы – это в 17,7 раз эффективнее, чем биосинтез целлюлозы древесины. Установлено, что лиофильно высушенная бактериальная наноцеллюлоза пригодна для получения наноразмерных нитратов.
Библиографические ссылки
Paul, S. & Dutta A, (2018). Dutta Challenges and opportunities of lignocellulosic biomass for anaerobic digestion Resources. Conservation and Recycling, 164-174. doi:10.1016/j.resconrec.2017.12.0 05.
Amorim, J.D.P. & et al. (2020) Plant and bacterial nanocellulose: Production, properties and applications in medicine, food, cosmetics, electronics and engineer-ing. A review Environmental Chemistry Letters, (18), 851-869. doi: 10.1007/s10311-020-00989-9.
Santhosh, A.S. & Umesh, M. (2024). Valorization of waste chilli stalks (Capsicum annuum) as a sustaina-ble substrate for cellulose extraction: insights into its thermomechanical, film forming and biodegradation properties. Biomass Conv. Bioref, 1-14
doi: 10.1007/s13399-024-05370-2
Klemm, D., & et al. (2018). Nanocellulose as a natural source for groundbreaking applications in mate-rials science: Today’s state. Materials Today, (7), 720-748. doi: 10.1016/j.mattod.2018.02.001.
Jiao, X. & Jia, K. et al. (2024). Nanocellulose-based functional materials towards water treatment. Car-bohydrate. Polymers, 122977. doi: 10.1016/j.carbpol.2024.122977.
Гмошинский И.В., Шипелин В.А., Хотимченко С.А. Наноцеллюлозы в пищевой промышленности и медицине: структура, получение и применение // Вопросы питания. 2022. № 3. С. 6-20. doi: 10.33029/0042-8833-2022-91-3-6-20.
Пыжев А.И., Гордеев Р.В., Цандер Е.В. Угле-родное регулирование как инструмент государ-ственной политики по стимулированию глубокой переработки лесного сырья в России // Сиб. фед. Округ. // Гуманитарные науки. 2024. № 6. С. 1183-1191.
Samyn, P. & et al. (2023). Opportunities for bac-terial nanocellulose in biomedical applications: Review on biosynthesis, modification and challenges. Interna-tional Journal of Biological Macromolecule, 123316. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2023.123316.
Wang, J. & Tavakoli, J., Tang, Y. (2019). Bacte-rial cellulose production, properties and applications with different culture methods–A review. Carbohydrate polymers, 63-76. doi: 10.1016/j.carbpol.2019.05.008.
Yang, H. & et al. (2023). Nanocellulose-graphene composites: Preparation and applications in flexible electronics. International Journal of Biological Macromolecules, 126903. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2023.126903.
Martínez, E. & et al. (2023). Nata de fique: A cost-effective alternative for the large-scale production of bacterial nanocellulose. Industrial Crops and Prod-ucts, 116015. doi: 10.1016/j.indcrop.2022.116015.
Coelho, R.M.D. & et al. (2020). Kombucha. In-ternational Journal of Gastronomy and Food Science, 100272. doi: 10.1016/j.ijgfs.2020.100272.
Spiridon, I. & Popa, V.I. (2008) Hemicelluloses: major sources, properties and applications. Monomers, polymers and composites from renewable resources, Elsevier, рр. 289-304. doi: 10.1016/B978-0-08-045316-3.00013-2.
Горбатова П.А., Шавыркина Н.А. Зависи-мость массовой доли азота в нитратах бактериальной наноцеллюлозы от содержания воды в нитрующей смеси // Южно-Сибирский научный вестник. 2023. № 5. С. 75-81. doi: 10.25699/SSSB.2023.51.5.009.
Chen, L., & Cao, X., Gao, J., et al. (2021). Ni-trated bacterial cellulose-based energetic nanocompo-sites as propellants and explosives for military applica-tions. ACS Applied Nano Materials, (4), 1906-1915. doi: 10.1021/acsanm.0c03263.
Gismatulina, Y.A. (2023). Promising energetic polymers from nanostructured bacterial cellulose. Poly-mers, (15), 2213. doi: 10.3390/polym15092213.
Klemm, D. & Petzold-Welcke, K.Б. et al. (2020) Biotech nanocellulose: A review on progress in product design and today’s state of technical and medical ap-plications. Carbohydr Polym, (254), 117313. doi: 10.1016/j.carbpol.2020.117313.
Shavyrkina, N.A. (2021). Scale-up of biosyn-thesis process of bacterial nanocellulose. Polymers, (12), 1920. doi: 10.3390/polym13121920.
Skiba, E.A. & Shavyrkina, N.A. et al. (2023) Bio-synthesis of Bacterial Nanocellulose from Low-Cost Cellulosic Feedstocks: Effect of Microbial Producer, 24. 14401. doi: 10.3390/ijms241814401.
Bogolitsyn, K., & Parshina, A., Aleshina, L. (2020). Structural features of brown algae cellulose. Cel-lulose, 27(17), 1-14. doi: 10.1007/s10570-020-03485-z.
Amorim, L.F.A. & et al. (2023). Sustainable bacterial cellulose production by low cost feedstock: Evalu-ation of apple and tea by-products as alternative sources of nutrients. Cellulose, (9), 5589-5606. doi: 10.1007/s10570-023-05238-0.
Shavyrkina, N.A., & et al. (2021). Static culture combined with aeration in biosynthesis of bacterial cel-lulose. Polymers, (23), 4241. doi: 10.3390/polym13234241.
Лесной фонд России // Справочник. М.: ВНИИЦ лесресурс. C. 208.
Ait, B.A. & et al. (2021). Extraction, characteriza-tion and chemical functionalization of phosphorylated cellulose derivatives from Giant Reed Plant. Cellulose, (8), 4625–4642. doi: 10.1007/s10570-021-03842-6.
Gabriel T., Wondu K., Dilebo J. Valorization of khat (Catha edulis) waste for the production of cellulose fibers and nanocrystals //PLoS One. 2021. T. 16. – №. 2. С. e0246794. doi: 10.1371/journal. pone.0246794.
Горбатова П.А., Шавыркина Н.А. Влияние температуры нитрования на свойства нитратов бактериальной целлюлозы // Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: материалы XVII Всероссийской научно-практической конференции студентов, ас-пирантов и молодых ученых с международным участием (22-24 мая 2024 года, г. Бийск) / Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2024. C. 251-252.
Свойства нитратов целлюлозы, получен-ных нитрованием бактериальной целлюлозы с использованием смеси азотной и серной кислот / Горбатова П.А., Корчагина А.А. и др. // Известия ву-зов. Прикладная химия и биотехнология, 2024. Т. 14. №. 2. С. 236–244. doi: 10.21285/achb.915. EDN: OKCVTR.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 Анастасия Александровна Зенкова, Надежда Александровна Шавыркина
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
.
Контент доступен под лицензией 
