БИОТРАНСФОРМАЦИЯ ШЕЛУХИ ОВСА МЕТОДОМ НЕКАТАЛИЗИРУЕМОГО ПАРОВОГО ВЗРЫВА В БАКТЕРИАЛЬНУЮ НАНОЦЕЛЛЮЛОЗУ
Authors: Гладышева Е.К. 
Published: January 2025

Бактериальная наноцеллюлоза (БНЦ) – полимер, синтезируемый бактериями, востребованный в различных отраслях промышленности. Для снижения себестоимости получения БНЦ предложено использовать питательные среды из целлюлозосодержащего сырья – шелухи овса. Биотрансформация шелухи овса в БНЦ осуществлялась в три этапа. На первом этапе проведена предобработка при различных режимах парового взрыва. На второй стадии осуществлен биокаталитический гидролиз полученных волокнистых материалов, на третьей стадии осуществлен биосинтез БНЦ с помощью симбиотической культуры Medusomyces gisevii Sa-12. Установлено, что предварительная обработка методом парового взрыва при различных режимах позволяет получить волокнистый материал с содержанием целлюлозы по Кюршнеру от 62,5 % до 88,9 %. Выявлено, что биокаталитический гидролиз полученных волокнистых материалов позволяет получить гидролизаты с концентрацией редуцирующих веществ от 19,3 до 29,5 г/л (выход от массы субстрата от 58,0 % до 88,5 %). Выход БНЦ на питательных средах из ферментативных гидролизатов волокнистого материала, составил от 7,8 % до 2,1 %, что ниже в 1,6 – 6,0 раза, чем выход на питательной среде, использованной в качестве контроля. Методом растровой электронной микроскопии, был продемонстрирован фундаментальный признак БНЦ, – переплетенная сетка микрофибрилл, со средним диаметром от 51,0 нм до 95,0 нм. Таким образом, в результате исследований показана принципиальная возможность получения высокоценной БНЦ из доступного целлюлозосодержащего сырья – шелухи овса методом некатализируемогопарового взрыва.
Bacterial nanocellulose (BNC) is a polymer synthesized by bacteria, which is in demand in various industries. To reduce the cost of BNC production, it is proposed to use nutrient media from cellulose-containing raw materials - oat husks. Biotransformation of oat husks into BNC was carried out in three stages. At the first stage, pre-treatment was carried out under various steam explosion modes. At the second stage, biocatalytic hydrolysis of the obtained fibrous materials was carried out, and at the third stage, BNC biosynthesis was carried out using the symbiotic culture Medusomyces gisevii Sa-12. It was found that pre-treatment by steam explosion under various modes allows obtaining fibrous material with a cellulose content according to Kürschner from 62.5% to 88.9%. It was revealed that biocatalytic hydrolysis of the obtained fibrous materials allows to obtain hydrolysates with the concentration of reducing substances from 19.3 to 29.5 g/l (yield from the substrate weight from 58.0% to 88.5%). The yield of BNC on nutrient media from enzymatic hydrolysates of fibrous material amounted to 7.8% to 2.1%, which is 1.6 – 6.0 times lower than the yield on the nutrient medium used as a control. The fundamental feature of BNC, an intertwined network of microfibrils with an average diameter from 51.0 nm to 95.0 nm, was demonstrated by scanning electron microscopy. Thus, the studies showed the fundamental possibility of obtaining high-value BNC from available cellulose-containing raw materials - oat husks by the method of non-catalyzed steam explosion.