Из полученных продуктов синтезировали образцы бактериальной наноцеллюлозы, и оказалось, что четыре из пяти способов предварительной обработки позволяют получить материал высокого качества. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.
Бактериальная наноцеллюлоза — один из наиболее перспективных материалов для технической химии и производства медицинских изделий. Ее синтезируют микроорганизмы, выращенные на питательной среде с глюкозой. Наиболее доступный способ получения глюкозы — это разложение полисахаридов из растительного сырья с помощью ферментов. Однако в растениях содержатся трудноразрушаемые полимеры, необходимые растениям для укрепления клеток. Поэтому перед ферментативной обработкой требуется еще одна, химическая.
В процессе биосинтеза микроорганизмы выделяют наноразмерную нить целлюлозы, и, так как все это происходит в водной среде, содержание в ней влаги составляет 99%. Способность полученного материала поглощать и удерживать воду настолько велика, что осушить ее удается только при температуре выше 90 °С и при заморозке от –12 °С до –30 °С. В отличие от медицинских изделий из растительной целлюлозы, изделия из бактериальной наноцеллюлозы более совместимы с человеческим организмом. Гель-пленку можно использовать для восстановления или замены твердой мозговой оболочки, а также в качестве заживляющих покрытий при ожогах и обширных ранах. Из нее даже изготавливают внутренние органы и контактные линзы.
Химики и биотехнологи из Института проблем химико-энергетических технологий показали, что солома злака мискантуса и плодовые оболочки овса могут служить источником глюкозы для целлюлозосинтезирующих бактерий. В качестве предварительной химической обработки ученые предложили следующие типы воздействия: высокотемпературная обработка под давлением, обработка в одну стадию разбавленным раствором азотной кислоты или разбавленным раствором гидроксида натрия и двухстадийная комбинированная обработка разбавленными растворами азотной кислоты и гидроксида натрия в прямом и обратном порядке. После подобного воздействия эффективность последующего распада сырья с помощью ферментов увеличивается в четыре–семь раз. Для проверки свойств получаемого материала ученые провели биосинтез бактериальной наноцеллюлозы, и оказалось, что четыре из пяти способов позволяют получить бактериальную наноцеллюлозу высокого качества: сохраняется уникальная сетчатая структура наноразмерных нитей.
«Мы единственные в России, кто использует солому мискантуса и плодовые оболочки овса с целью получения субстратов для биосинтеза бактериальной наноцеллюлозы. Наиболее эффективной оказалась одностадийная обработка разбавленным раствором азотной кислоты или разбавленным раствором гидроксида натрия. Такой способ прост и обеспечивает высокий выход глюкозы, до 83,4%»,— отметили авторы статьи кандидат технических наук Екатерина Кащеева, кандидат технических наук Юлия Гисматулина и кандидат химических наук Вера Будаева.