Чайный гриб смог синтезировать высококачественную целлюлозу из отходов
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.
«Предложенный нами метод предварительной обработки овсяной шелухи позволил получить бактериальную целлюлозу экстраординарного качества. Она уже привлекла внимание нескольких ботехнологических 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.
