ПРЕИМУЩЕСТВА БАКТЕРИАЛЬНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматриваются методы получения бактериальной целлюлозы, включая используемые бактерии и питательные среды. Освещены преимущества бактериальной целлюлозы по сравнению с растительной, её уникальные свойства и широкие области применения. Особое внимание уделено экологическим аспектам производства, таким как использование возобновляемых ресурсов и отсутствие токсичных отходов. Также рассмотрены перспективные направления развития технологий получения бактериальной целлюлозы.

ABSTRACT

This article discusses methods for the production of bacterial cellulose, including the bacteria and nutrient media used. The advantages of bacterial cellulose in comparison with vegetable cellulose, its unique properties and wide fields of application are highlighted. Special attention is paid to the environmental aspects of production, such as the use of renewable resources and the absence of toxic waste. Promising directions for the development of technologies for the production of bacterial cellulose are also considered.

Ключевые слова: бактериальная целлюлоза, Komagataeibacter xylinus, ферментация, биополимеры, экология, биоразлагаемые материалы.

Keywords: bacterial cellulose, fermentation, biopolymers, ecology, biodegradable materials.

Введение. Бактериальная целлюлоза (БЦ) – это биополимер, синтезируемый определёнными микроорганизмами, обладающий уникальными физико-химическими свойствами. В отличие от растительной целлюлозы, бактериальная целлюлоза имеет более чистую структуру без примесей лигнина и гемицеллюлозы, что делает её ценным материалом для медицины, пищевой промышленности и производства биоматериалов. В данной статье рассмотрены основные моменты получения бактериальной целлюлозы.

Основными микроорганизмами, способными синтезировать бактериальную целлюлозу, являются: Komagataeibacter xylinus (ранее Gluconacetobacter xylinus) – наиболее изученный и широко используемый вид; Komagataeibacter hansenii – штаммы с высокой продукцией целлюлозы; Komagataeibacter saccharivorans – перспективный штамм, обладающий высокой устойчивостью к различным условиям ферментации; Acetobacter spp. – бактерии, продуцирующие БЦ в условиях оксидативного метаболизма. Все эти бактерии являются уксуснокислыми. Уксуснокислые бактерии способны окислять спирты и сахара до органических кислот, а также синтезировать бактериальную целлюлозу в аэробных условиях. Эти бактерии широко используется в биотехнологии благодаря высокой продуктивности и способности образовывать плотные целлюлозные плёнки.

Производство бактериальной целлюлозы может осуществляться различными методами ферментации:

Статическая ферментация – это наиболее распространённый способ получения БЦ, при котором бактерии растут на поверхности питательной среды, образуя толстый слой целлюлозы. Питательная среда: глюкоза (2–5 %), пептон (0,5 %), дрожжевой экстракт (0,5 %), этанол (0,1–0,5 %), минеральные соли. Оптимальные условия: pH 5,5–6,5, температура 28–30 °C. Время ферментации составляет около 7–14 суток.

В агитационной ферментации, в отличие от статического метода, культура перемешивается, что позволяет повысить продуктивность процесса. Среда состоит из: глюкоза (2–5 %), кукурузный экстракт (1 %), минеральные соли. Оптимальные условия: pH 5,5, температура 30 °C, скорость перемешивания 100–200 об/мин. Время ферментации: 3–5 суток.

Современные методы производства БЦ включают использование биореакторов с контролируемыми параметрами роста, что позволяет увеличивать выход бактериальной целлюлозы и улучшать её свойства. Применяются реакторы с аэрацией, пенные биореакторы и другие технологии. Также возможно добавление различных источников углерода (например, глицерина) для повышения продуктивности.

Таблица 1.

Сравнение Бактериальной и Растительной целлюлозы

Получение бактериальной целлюлозы – это экологически чистый процесс, так как производство не требует вырубки лесов, в отличие от традиционной целлюлозной промышленности, используются возобновляемые ресурсы – отходы пищевой промышленности, такие как патока, глицерин, фруктовые соки, отсутствие токсичных отходов – процесс ферментации не приводит к выбросу вредных химических соединений, возможность биодеградации – продукты на основе бактериальной целлюлозы разлагаются естественным образом, не загрязняя окружающую среду.

Заключение

Бактериальная целлюлоза – перспективный биополимер, обладающий рядом преимуществ перед растительной целлюлозой. Её получение возможно с использованием различных штаммов бактерий и ферментационных методов, а производство экологически безопасно. Благодаря своим уникальным свойствам БЦ находит широкое применение в медицине, биоинженерии, текстильной и пищевой промышленности. Дальнейшее развитие технологий получения БЦ позволит создать новые, более эффективные и экологичные биоматериалы, способные заменить традиционные полимеры.

Список литературы:

1. Ревин В.В, Лияськина Е.В., Сапунова Н.Б., Богатырева А.О. Выделение и характеристика штаммов – продуцентов бактериальной целлюлозы // Микробиология. 2020. Т. 89. № 1. – С. 88–98. doi: 10.31857/S0026365620010139
2. Киселева О.И., Луценко С.В., Фельдман Н.Б., Гаврюшина И.А., Садыкова В.С., Пигалева М.А., Рубина М.С., Громовых Т.И. Структура популяции Komagataeibacter hansenii GH 1/2008 в статической культуре на различных источниках углерода // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2021. № 53. С. 22–46. doi: 10.17223/19988591/53/2
3. Скворцова З.Н., Громовых Т.И., Грачев В.С., Траскин В.Ю. Физико химическая механика бактериальной целлюлозы // Коллоидный журнал. 2019. Т. 81, № 4. С. 441–452. doi: 10.1134/S0023291219040165
4. Ревин В.В., Лияськина Е.В., Пестов Н.А. Получение бактериальной целлюлозы и нанокомпозиционных материалов: монография. Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2014. 128 с.