Разработка технологии получения бактериальной целлюлозы на гидролизатах мискантуса гигантского и тростника обыкновенного тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Калашникова Ольга Борисовна

• Калашникова Ольга Борисовна
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Калашникова Ольга Борисовна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Использование и применение бактериальной целлюлозы. Свойства бактериальной целлюлозы

1.2 Продуценты бактериальной целлюлозы

1.3 Субстраты для получения бактериальной целлюлозы

1.4 Заключение по обзору

ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Организация выполнения работы

2.2 Объекты исследований

2.3 Оборудование

2.4 Методы исследований

ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1 Исследование химического состава растений Miscanthus giganteus и Phragmites aдstralis

3.2 Оптимизация условий делигнификации биомассы Miscanthus giganteus и Phragmites australis

3.3 Подбор параметров ферментативного гидролиза предобработанной биомассы Miscanthus giganteus и Phragmites australis

3.4 Подбор микроорганизмов-продуцентов бактериальной целлюлозы

3.5 Влияние органических кислот на синтез бактериальной целлюлозы

3.6 Анализ структуры и физико-химических свойств бактериальной целлюлозы синтезируемой на углеводсодержащих гидролизатах Miscanthus giganteus и

Phragmites australis

ГЛАВА 4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1 Разработка технологической схемы производства бактериальной целлюлозы

4.2 Расчет ожидаемой экономической эффективности производства бактериальной

целлюлозы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А - Технологическая инструкция

Приложение Б - Акт промышленной апробации

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии получения бактериальной целлюлозы на гидролизатах мискантуса гигантского и тростника обыкновенного»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Бактериальная целлюлоза (БЦ) представляет собой полимер, получаемый в результате микробиологического синтеза уксуснокислыми бактериями при помощи фермента целлюлозсинтазы. Структура БЦ не отличается от структуры растительной целлюлозы и имеет формулу (СбНю05)п с повторяющимися субъединицами Р(1,4^ глюкозы. БЦ характеризуется такими свойствами, как высокая гигроскопичность, механическая прочность и гибкость, прозрачность и избирательная проницаемость для химических веществ. БЦ имеет высокую степень чистоты и не содержит компонентов лигноцеллюлозной биомассы (пектина, гемицеллюлозы и лигнина).

Благодаря своей биосовместимости и биоразлагаемости, а также высокой степени чистоты, БЦ имеет большие перспективы применения в биотехнологии. Материалы, изготовленные из БЦ, обладают такими ключевыми характеристиками, как низкая токсичность и высокая влагоудерживающая способность. Таким образом, БЦ является перспективным и экологичным материалом, но несмотря на все преимущества, главным недостатком данного материала является себестоимость его производства. Так, большую часть стоимости БЦ составляют питательные среды, а именно, их углеводные компоненты.

Агропромышленные отходы и легковозобновляемое растительное сырье могут быть успешно переработаны и использованы при биосинтезе БЦ. Рациональное и эффективное использование растительных отходов соответствует приоритетам и перспективам научно-технологического развития в соответствии с Указом Президента Российской Федерации от 28 февраля 2024 г. № 145 "О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации". Мискантус гигантский (МгясаЫкт ^щаМвия) и тростник обыкновенный (Ркта^тИвя аияХтаНя) являются распространенными легковозобновляемыми травянистыми растениями, которые содержат большое количество целлюлозы. Однако на настоящий момент проведено недостаточно исследований по получению БЦ из этих культур.

Основным препятствием при получении БЦ из растительного сырья является низкий выход продукта, обусловленный неэффективным процессом предобработки и осахаривания. В связи с перечисленными препятствиями, поиск новых питательных сред на основе доступного растительного сырья, а также оптимизация процессов предобработки и ферментативного осахаривания растительного сырья с целью получения БЦ является актуальным направлением исследований.

Степень разработанности темы исследования. Существенный вклад в исследования по получению БЦ из растительного сырья внесли российские и зарубежные исследователи: Л. А. Алешина (2019), В. В. Будаева (2019), Е.К. Гладышева (2019), Г.В. Сакович (2020), Е.А. Скиба (2021), Е.И. Кащеева (2019) и другие. Среди зарубежных исследователей в рассматриваемой сфере стоит упомянуть: О. Акртщ- (2019), N. Е. А. El-Naggar (2023), М. Gйzel (2019), С. Sharma (2019), К. С. D. Souza (2021), Е. Tsouko (2020) и др. Отдельные этапы работы выполнены в рамках гранта для аспирантов Балтийского федерального университета им. И. Канта (г. Калининград) «Фундаментальные аспекты технологии получения бактериальной наноцеллюлозы из биомассы быстрорастущих малоценных культур растений», приказ №874 от 12 октября 2021 г.

Цель и задачи исследований. Целью настоящего исследования является разработка технологии получения бактериальной целлюлозы на углеводсодержащих субстратах из предобработанной биомассы малоценного растительного сырья мискантуса гигантского (МгясаЫкт ^щаМвия) и тростника обыкновенного (Ркга^тЫвя аш^аШ). Для достижения поставленной цели сформулированы основные задачи исследования:

1) исследовать химический состав Miscanthus giganteus и Phragmites australis, произрастающих на территории Калининградской области;

2) оптимизировать условия делигнификации биомассы травянистых растений МгясаЫкт ^щаМвия и Phragmitвs аш^аШ для максимального выхода целлюлозы;

3) подобрать параметры ферментативного гидролиза предобработанной биомассы растений Miscanthus gigantвus и Phragmitвs аш^аИя;

4) составить микробный консорциум, способный синтезировать бактериальную целлюлозу на углеводсодержащих гидролизатах Miscanthus giganteus и Phragmites australis;

5) изучить влияние органических кислот на продуктивность микроорганизмов-продуцентов бактериальной целлюлозы;

6) провести анализ структуры и физико-химических свойств бактериальной целлюлозы, синтезируемой на углеводсодержащих гидролизатах Miscanthus giganteus и Phragmites australis;

7) разработать технологию получения бактериальной целлюлозы на гидролизатах Miscanthus gigantвus и Phragmitвs аш^аШ и рассчитать экономическую эффективность получения БЦ на гидролизатах Miscanthus gigantвus и Phragmitвs аш^аНя.

Научная новизна работы. Научно обоснована возможность применения биомассы малоценных травянистых растений Miscanthus gigantвus и Phragmitвs аш^аНя в качестве субстратов для биосинтеза бактериальной целлюлозы. Оптимизированы условия кислотной делигнификации растительной биомассы в присутствии 20%-ной перуксусной кислоты для максимального выхода целлюлозы. Установлено, что наибольший выход сахаров при гидролизе целлюлозы предобработанной биомассы Miscanthus gigantвus и Phragmitвs аш^аШ наблюдается при использовании фермента целлюлазы с активностью 10000 ед/г. Сформирован консорциум микроорганизмов из коллекционных культур уксуснокислых бактерий Acвtobactвr acвti В-6756, Komagataвibactвr я^^в^в^ат В-12428 и микроорганизмов, выделенных из естественного сообщества Mвdusomycвs gisвvii, способный эффективно синтезировать бактериальную целлюлозу на углеводсодержащих гидролизатах Miscanthus gigantвus и Phragmitвs аш^аШ. Показано, что молочная и яблочная кислота увеличивают в два раза продуктивность симбиотического консорциума в отношении выхода бактериальной целлюлозы.

Теоретическая и практическая значимость. Обоснованы технологические режимы предварительной обработки лигноцеллюлозного комплекса Miscanthus giganteus и Phragmites australis, что расширяет области применения малоценного растительного сырья в качестве углеводсодержащих субстратов для биотехнологии и получения технической целлюлозы. На основании комплексного анализа проведенных исследований разработана технология производства бактериальной целлюлозы на субстрате из малоценного растительного сырья и комплект технической документации (ТУ, ТИ 20.14.71-001-02068255-2025). Технология апробирована в производственных условиях ООО «Балтэкстракт». Результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс подготовки бакалавров по направлению 19.03.01 Биотехнология БФУ им. И. Канта.

Методология и методы исследования. К основным используемым в работе методам относятся спектрофотометрия с использованием спектрофотометра SmartSpec Plus (BioRad Laboratories Inc., США) и ИК-Фурье спектроскопия с использованием ИК-Фурье-спектрометра ФСМ 2022 (Инфраспек, Россия). Применена методика химического и ферментативного гидролиза растительной биомассы. Ферментативный гидролиз проводили при оптимальных значениях рН и температуры для каждого фермента в термостатируемом шейкере Unimax 1010 (Instruments GmbH & Co; Германия). Полученные ферментативные гидролизаты исследовали с использованием ВЭЖХ на жидкостном хроматографе LC-20AB Prominence («Shimadzu», Япония) с бинарным насосом и диодно-матричным детектором SPD-M20A. Использованы стандартные методы культивирования микроорганизмов на твердой и жидкой питательных средах. Выделение чистых культур из сообщества SCOBY Medusomyces gisevii проводили с применением стандартных микробиологических методов, молекулярно-генетический анализ выделенных культур производили на основе высокопроизводительного секвенирования. Использованы стандартные методы исследования физико-химических показателей растительного сырья.

Положения, выносимые на защиту:

1) оптимальные условия делигнификации Miscanthus giganteus и

Phragmites australis;

2) параметры ферментативного гидролиза делигнифицированных растений Miscanthus giganteus и Phragmites australis;

3) состав консорциума уксуснокислых микроорганизмов и дрожжей, способных эффективно синтезировать бактериальную целлюлозу на гидролизатах Miscanthus giganteus и Phragmites australis;

4) научные результаты, обосновывающие использование органических кислот для увеличения выхода бактериальной целлюлозы.

Достоверность результатов исследования обеспечивается воспроизводимостью экспериментов, использованием комплекса стандартизированных методик, их аналитического контроля и анализа, методами статистической обработки данных, а также использованием современных методов и оборудования для проведения экспериментальных работ.

Апробация результатов исследования. Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и в журналах, входящих в реферативные базы ISI Web of Science и Scopus:

1) Sukhikh S. Production of Bacterial Nanocellulose from Miscanthus Biomass / S. Sukhikh, O. Babich, S. Ivanova, O. Kriger, A. Prosekov, S. Noskova, E. Ulrikh, E. Budenkova, O. Kalashnikova // Current Research in Green and Sustainable Chemistry. - 2024. - P. 100412.

2) Chupakhin E. Bioengineering and Molecular Biology of Miscanthus / E. Chupakhin, O. Babich, S. Sukhikh, S. Ivanova, E. Budenkova, O. Kalashnikova, A. Prosekov, O. Kriger, V. Dolganyuk // Energies. - 2022. - V. 15. - №. 14. - P. 4941.

3) Chupakhin E. Methods of Increasing Miscanthus Biomass Yield for Biofuel Production / E. Chupakhin, O. Babich, S. Sukhikh, S. Ivanova, E. Budenkova, O. Kalashnikova, O. Kriger // Energies. - 2021. - V. 14. - №. 24. - P. 8368.

4) Chupakhin E. Methods of Increasing Miscanthus Biomass Yield for Biofuel Production / E. Chupakhin, O. Babich, S. Sukhikh, S. Ivanova, E. Budenkova, O. Kalashnikova, O. Kriger // Energies. - 2021. - V. 14. - №. 24. - P. 8368. https://doi.org/10.3390/en14248368.

5) Калашникова О. Б. Изучение процесса ферментативного гидролиза предобработанной биомассы мискантуса / О. Б. Калашникова, Е. А. Буденкова, Е. В. Ульрих, Е. Г. Чупахин, О. В. Кригер, Я. А. Масютин, М. А. Смага, Ю. С. Басова // Техника и технология пищевых производств. - 2022. - Т. 52. - №. 2. - С. 254-270.

Публикации в других изданиях:

1) О. Б. Калашникова, О. В. Кригер. Получение бактериальной целлюлозы на гидролизатах растительного сырья // Химия. Экология. Урбанистика. - 2024. - Т.1. - С. 160-165.

2) O. Kalashnikova, O. Krieger, S. Sukhikh. Production of bacterial cellulose on hydrolysates of vegetable raw materials and practical aspects of its use // AIP Publishing. - 2023. - Vol. 2931. - № 1.

3) О. О. Бабич, О. Б. Калашникова, О. В. Кригер, Е. А. Буденкова. Получение бактериальной наноцеллюлозы из малоценного растительного сырья // В сборнике: Пищевые технологии и биотехнологии. XVIII Всероссийская конференция молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием. - Казань, 2023. - С. 324-329.

4) О. Б. Калашникова, О. В. Кригер, С. А. Сухих, О. О. Бабич. Исследование процесса циклического культивирования биомассы малоценных культур растений с целью повышения эффективности биосинтеза бактериальной наноцеллюлозы // В сборнике: Инновационное развитие агропромышленного, химического, лесного комплексов и рациональное природопользование. Сборник материалов II Всероссийской научно-практической конференции. - Великий Новгород, 2023. - С. 59-64.

5) О. О. Бабич, О. Б. Калашникова, О. Е. Кремлева, О. В. Кригер, С. А. Сухих. Подбор параметров получения бактериальной наноцеллюлозы из биомассы быстрорастущих малоценных культур растений // АПК России. - 2023. - Т. 30. - № 5. - С. 671-676.

6) С. Алиева, О. В. Кригер, О. Б. Калашникова. Особенности переработки целлюлозы мискантуса в углеводсодержащие субстраты для

биотехнологии // ХимБиоSeasons. Сборник тезисов докладов Форума молодых исследователей. Кемерово, 2022. - С. 3.

7) О. Б. Калашникова. Наноцеллюлоза из растений рода Miscanthus // Биотехнологии - драйвер развития территории. - 2022. - С. 41-44.

8) О. В. Кригер, С. А. Сухих, О. Б. Калашникова, С. А. Алиева. Ферментативные гидролизаты как сырье для производства бактериальной целлюлозы // В сборнике: Инновационное развитие агропромышленного, химического, лесного комплексов и рациональное природопользование. Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Великий Новгород, 2022. - С. 66-72.

9) С. Р. Алиева, О. Б. Калашникова, В. Ф. Долганюк. Подбор и оптимизация технологических режимов гидролиза растений рода Miscanthus // Образование. Наука. Производство. - 2022. - С. 3182-3187.

Структура и объём работы. Диссертационная работа изложена на 110 страницах машинописного текста, включает 38 рисунков, 14 таблиц и 2 приложения. Состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы, включающего 132 наименований отечественных и зарубежных источников.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Использование и применение бактериальной целлюлозы.

Свойства бактериальной целлюлозы

Синтезировать целлюлозу, помимо растений, могут также некоторые водоросли и бактерии. Бактериальная наноцеллюлоза (БЦ) представляет особый интерес благодаря своим свойствам и характеристикам.

БЦ представляет собой полимер, получаемый в результате биологического синтеза некоторыми видами микроорганизмов [1]. Структура БЦ не отличается от структуры растительной целлюлозы и имеет формулу (СбНю05)п с повторяющимися субъединицами Р(1,4^ глюкозы [1]. Морфологически это извилистые ленты со средним диаметром 20-100 нм и длиной микрометра с большой удельной поверхностью. БЦ состоит из наноцеллюлозных волокон [2]; однако, она отличается от нанокристаллов и нанофибрилл целлюлозы тем, что последние получаются в результате нисходящего процесса, подразумевающего разрушение сложной структуры целлюлозы, а БЦ образуется в результате бактериального синтеза, или наращивания трехмерной сети низкомолекулярных углеводов. Таким образом, все эти три типа наноцеллюлозы различаются по размеру и кристалличности и получающимся характеристикам [3]. Как и растительная целлюлоза, БЦ относится к целлюлозе I, которая содержит два фрагмента целлобиозы в параллельном расположении, но БЦ содержит алломорф 1а в качестве основного компонента, в отличие от растительной целлюлозы [4].

Термин БЦ применим ко всей целлюлозе, полученной в результате микробного синтеза, поскольку микроорганизмы создают целлюлозные структуры только в наномасштабе [2]. БЦ синтезируется клетками микроорганизмов на цитоплазматической мембране при помощи фермента целлюлозсинтазы [1]. БЦ представляет собой побочный продукт метаболизма уксусных бактерий, который впервые был описан Луи Пастером [5]. БЦ известна с давних времен при изготовлении традиционных напитков и десертов. К примеру, чайный гриб

известен в России и Средней Азии, и представляет собой пленку БЦ, образующуюся на поверхности сладкого черного чая. Традиционный местный десерт Филиппин, ната-де-коко, представляет собой пленку БЦ, которую нарезают кубиками и помещают в сахарный сироп [5].

БЦ характеризуется такими свойствами, как высокая гигроскопичность, механическая прочность и гибкость, прозрачность и избирательная проницаемость для химических веществ. Эти свойства отличают БНЦ от обычной целлюлозы. Однако БНЦ, наряду с обычной целлюлозой, также находит применение в химической и целлюлозно-бумажной промышленности, а также в биомедицине, биотехнологии, производстве электронных устройств и различных защитных покрытий [6-8]. БНЦ имеет высокую степень чистоты и не содержит компонентов лигноцеллюлозной биомассы (пектина, гемицеллюлозы и лигнина) [9-11]. БЦ характеризуется полным отсутствием лигнина и геммицеллюлозы [5].

Рисунок 1.1 - Схема получения БЦ и пути применения

Благодаря своей биосовместимости и биоразлагаемости, а также противомикробной активности, БЦ имеет большие перспективы применения в создании материалов для регенеративной медицины [12]. БЦ увеличивает клеточную адгезию, способствует пролиферации, миграции и возможной дифференцировке клеток, тем самым увеличивая скорость реэпителизации и приводит к более быстрому заживлению ран. Биомедицинские материалы, изготовленные из БЦ, обладают такими ключевыми характеристиками, как низкая токсичность и способность поддерживать влажную среду, обеспечивая достаточный газообмен, абсорбцию крови и экссудата, низкую адгезию к тканям и теплоизоляцию [13].

В литературных источниках описано, что композиты на основе БЦ обладают антимикробной активностью в отношении Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Escherichia coli и Pseudomonas aeruginosa, а также в отношении дрожжей Candida albicans [12].

Антимикробная активность БЦ обусловлена нанесением на полимер антимикробных агентов. Поскольку БЦ представляет собой матрицу из плотно переплетенных волокон, внутри полимера образованы полости, которые обладают ионным зарядом, позволяющим внедрять материалы, такие как ионы серебра и другие специфические антимикробные агенты, обладающие ионным зарядом. БЦ проницаема для жидкостей и газов, апирогенна и гидрофильна, что делает ее изначально пригодной для биомедицинских применений. Гидрофильность и относительно высокая степень набухания бактериальной целлюлозы позволяют ей поддерживать влажную среду в месте раны, сохраняя при этом идеальный температурный диапазон 25,3-37,3 °С. Высокая биосовместимость БЦ обьясняется высокой чистотой и нановолокнистой структурой, которые позволяют клеткам хозяина связываться и пролиферировать, тем самым способствуя заживлению раны

[13].

Однако несмотря на преимущества БЦ, ее широкое применение ограничено из-за некоторых факторов. Чистая БЦ обладает слабыми антимикробными свойствами, и другими биологическими активностями. Эти ограничения,

следовательно, снижают ее применимость в различных областях. Также слабые магнитные свойства БЦ ограничивают ее использование в производстве магнитных устройств. К недостаткам БЦ можно отнести непроводящую природу и полупрозрачность, что является ограничением при разработке оптоэлектронных устройств. Данные ограничения устраняются путем разработки композитов БЦ с необходимыми биологическими активностями и физическими свойствами.

Еще одним основным ограничением, связанным с применением БЦ, являются производственные затраты. Синтетические компоненты питательных сред достаточно дорогостоящи, что увеличивает себестоимость производства БЦ. Кроме того, медленные производственные процессы и низкая производительность препятствуют масштабированию процессов. Поэтому замена синтетических питательных сред на питательные среды на основе недорогого растительного сырья (отходы сельского хозяйства, быстрорастущие растения, отходы целлюлозно-бумажной и текстильной промышленности, отходы деревообработки) является важным направлением в мировой технологии [14].

1.2 Продуценты бактериальной целлюлозы

Основными продуцентами БЦ являются уксуснокислые микроорганизмы родов Acetobacter, Gluconobacter, Komagataeibacter, Rhizobium, фитопатогенные микроорганизмы рода Agrobacterium и сапрофитные микроорганизмы рода Sarcina [15]. Наиболее распространенными продуцентами БЦ являются микроорганизы рода Acetobacters, например A. xylinum, A. hansenii, A. Pasteurianus. Однако наиболее изученным продуцентом БЦ является Komagateibacter xylinus. Эта грамотрицательная палочковидная аэробная бактерия из-за высокого выхода целлюлозы считается модельным организмом для получения БЦ для коммерческой ферментации [13]. Вид был впервые описан в 1886 году Адрианом Джоном Брауном, который идентифицировал бактерии во время изучения ферментации. Браун дал этому виду название Bacterium xylinum [16]. С тех пор он был известен

под несколькими другими названиями, в основном Acetobacter xylinum и Gluconacetobacter xylinus. Свое нынешнее название он получил с созданием нового рода Komagataeibacter в 2012 году [17]. Это типовой вид рода. K. Xylinus принадлежит к уксуснокислым бактериям, группе грамотрицательных аэробных бактерий, которые производят уксусную кислоту во время ферментации. K. Xylinus необычен среди этой группы тем, что также производит целлюлозу [18]. Ключевые гены, связанные с производством целлюлозы, встречаются в четырехгенном опероне bcsABCD, который кодирует четыре субъединицы фермента целлюлозосинтазы [19]. Все четыре гена необходимы для эффективного производства целлюлозы in vivo. Несколько других генов в геноме K. Xylinus также участвуют в производстве и регуляции целлюлозы, включая фермент целлюлазу. Установлено, что K. xylinus является основным микроорганизмом в культуре чайного гриба [20]. K. xylinus также традиционно используется на Филиппинах для производства желеобразных десертов ната де пинья и ната де коко, приготовленных из ананасового сока и кокосовой воды соответственно. Первый производится с 18 века [21].

Также известно применение микроорганизмов родов Acanthamoeba и Achromobacter в продуцировании БНЦ. Кроме того, полученная этими микроорганизмами БЦ характеризуется высокой чистотой и равномерным распределением нанофибрилл, что позволяет образовывать устойчивый гель при контакте с водой [4].

Впервые ускуснокислые микроорганизмы продуценты БЦ (A. xylinum) были получены Брауном, который выделил их из биопленки, образованной на поверхности пива. В природе ускуснокислые микроорганизмы продуценты БЦ встречаются на поверхности подгнивщих фруктов и овощей. Существует несколько возможных причин, по которым микроорганизмы образуют пленки БЦ [5]:

• доступ к атмосферному кислороду;

• защиты от ультрафиолетового излучения;

• избегание конкуренции с другими видами микроорганизмов;

• защита от тяжелых металлов и токсичных соединений, растворенных в жидкой среде.

Вышеперечисленные виды в основном используются как микроорганизмы, продуцирующие БЦ. Однако для таких микроорганизмов характерно спонтанное снижение способности к синтезу целлюлозы и заметное снижение продуктивности в промышленных условиях [22]. Поэтому рядом научных коллективов выдвинута концепция использования микробных консорциумов, адаптивность которых повышается за счет синергетических эффектов в общем метаболизме [23], что особенно важно для альтернативных питательных бульонов, приготовленных из остатков существующей пищи, текстильной и гидролизной промышленности, либо приготовленные из непригодного целлюлозного сырья [24]. Исследована возможность синтеза БЦ микроорганизмом Medusomyces ^вуи., также известным как чайный гриб. Поскольку этот продуцирующий целлюлозу симбионт проявляет приспособляемость и способность функционировать в экстремальных условиях (например, в тяжелой воде) и устойчив к загрязнению, было высказано предположение, что он может функционировать в нестерильных условиях. Востребованность таких штаммов-продуцентов целлюлозы отмечена в мировой литературе [25]. Наноцеллюлоза, полученная в результате микробного синтеза, имела следующие характеристики: индекс кристалличности 86-93%; 93-100% полученного БНЦ составляла 1а-фаза (триклинная целлюлоза), более стабильная, чем моноклинная (ф) [26]. Такой состав делает БНЦ М. ^яеш более реакционноспособным, что позволяет проводить с ним реакции дериватизации, ацетилирования, фосфорилирования и карбоксиметилирования. В результате этих реакций могут быть получены различные производные с уникальными физико -химическими характеристиками, которые также присущи БНЦ [27-29].

Таким образом, причина, по которой некоторые микроорганизмы производят пленки, как полагают, заключается в получении доступа к кислороду, а также в защите себя от конкуренции со стороны других микроорганизмов, которые не способны обитать на границе двух сред. Большинство штаммов, продуцирующих БЦ, метаболизируют глюкозу через пентозофосфатный путь или путь Энтнера-

Дудорова [30]. Важными этапами синтеза БЦ являются механизмы фосфорилирования глюкозы в присутствии глюкокиназы с последующим процессом изомеризации глюкозо-6-фосфата в глюкозо-1-фосфат в присутствии

фермента фосфоглюкомутазы [12].

Рисунок 1.2 - Биосинтез целлюлозы I и целлюлозы II из глюкозы и фруктозы в бактериальной клетке

Среди бактерий, продуцирующих целлюлозу, можно обнаружить огромное разнообразие путей биосинтеза целлюлозы, а также различия в наноструктуре полимера или его химических свойствах и кристалличности. Например, Salmonella typhimurium и Escherichia coli производят аморфную целлюлозу как компонент внеклеточного матрикса, в то время как другие бактериальные штаммы производят кристаллическую целлюлозу [31].

В результате ферментации уксуснокислые микроорганизмы производят БЦ в четырех алломорфных формах, однако, наиболее широко изучены алломорфы I и II [32]. Биосинтез целлюлозы начинается с пассивного поглощения бактериями глюкозы из окружающей среды, которая затем изомеризуется из глюкозо-6-фосфата в глюкозо-1-фосфат. Затем этот изомер реагирует с уридин-5-трифосфатом (УТФ), в результате чего образуется уридиндифосфат-глюкоза

(УДФ-глюкоза). Эта УДФ-глюкоза затем катализируется целлюлозосинтазой А с образованием линейных 1,4-глюкановых цепей, которые активируются циклическим ди-ГМФ. Эти целлюлозные цепи затем выводятся через поры клеточной стенки бактерий [33]. Однако, если бактерия испытывает недостаток источника глюкозы, будет задействован фруктозный путь с использованием соответствующих ферментативных процессов. Биохимические пути модулируются специфическим опероном, называемым синтезом бактериальной целлюлозы ABCD (bcsABCD), который был идентифицирован у К. хуНпш в 1999 году. Первый ген оперона bcsABCD, bcsA, отвечает за кодирование каталитической субъединицы фермента — целлюлозосинтазы. Второй ген, bcsB, отвечает за выработку регуляторной субъединицы целлюлозосинтазы, которая связывается с с-ди^МР, и это особенно важно, поскольку это взаимодействие запускает выработку целлюлозы. Функции bcsC и bcsD еще полностью не изучены; однако было высказано предположение, что bcsC играет роль в образовании пор в клеточной мембране, а белки, которые он кодирует, аналогичны порообразующим белкам

[13].

Большая часть бактериальной целлюлозы производится с помощью обычного метода статической ферментации, при котором K. xylinus может расти в неглубоких контейнерах с полуопределенной питательной средой в статическом инкубаторе при температуре 30 °С в течение 7-14 дней, после чего при поверхность раздела жидкости и легко собирается [34]. Хотя это наиболее широко используемый метод производства БК, его использование имеет ряд ограничений, а именно время и стоимость выращивания. Кроме того, поскольку организмы подвергаются различным условиям роста, т.е. некоторые подвергаются воздействию кислорода, тогда как другие подвергаются анаэробным условиям, и различия в градиентах источников углерода могут привести к неравномерности производства целлюлозы

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Калашникова Ольга Борисовна, 2025 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Sharma, C. Bacterial nanocellulose: Present status, biomedical applications and future perspectives / C. Sharma, N. K. Bhardwaj // Materials Science and Engineering: C. - 2019. - Vol. 104. - P. 109963.

2. de Amorim, J. D. P. Plant and bacterial nanocellulose: Production, properties and applications in medicine, food, cosmetics, electronics and engineering. A review / J. D. P. de Amorim, K. C. de Souza, C. R. Duarte, I. da Silva Duarte, F. de Assis Sales Ribeiro, G. S. Silva, L. A. Sarubbo // Environmental Chemistry Letters. - 2020. - Vol. 18. - P. 851-869.

3. Moradi, M. The role of genetic manipulation and in situ modifications on production of bacterial nanocellulose: A review / M. Moradi, P. Jacek, A. Farhangfar, J. T. Guimaraes, M. Forough // International journal of biological macromolecules. - 2021. - Vol. 183. - P. 635-650.

4. Heinze T., El Seoud O. A., Koschella A. Cellulose derivatives: synthesis, structure, and properties. - Springer, 2018.

5. Iguchi, M. Bacterial cellulose—a masterpiece of nature's arts / M. Iguchi, S. Yamanaka, A. Budhiono // Journal of materials science. - 2000. - Vol. 35. - №. 2. - P. 261-270.

6. Nickerson, R. F. Cellulose intercrystalline structure / R. F. Nickerson, J. A. Habrle // Industrial & Engineering Chemistry. - 1947. - Vol. 39. - №№. 11. - P. 1507-1512.

7. Mu, R. Recent trends and applications of cellulose nanocrystals in food industry / R. Mu, X. Hong, Y Ni, Y Li, J. Pang, Q. Wang, J. Xiao, Y Zheng // Trends in Food Science & Technology. - 2019. - Vol. 93. - P. 136-144.

8. Rana, A. K. Cellulose nanocrystals: Pretreatments, preparation strategies, and surface functionalization / A. K. Rana, E. Frollini, V. K. Thakur // International Journal of Biological Macromolecules. - 2021. - Vol. 182. - P. 1554-1581.

9. Abitbol, T. Nanocellulose, a tiny fiber with huge applications / T. Abitbol, A. Rivkin, Y. Cao, Y Nevo, E. Abraham, T. Ben-Shalom, O. Shoseyov // Current opinion in biotechnology. - 2016. - Vol. 39. - P. 76-88.

10. Jozala, A.F. Bacterial nanocellulose production and application: a 10-year overview / A.F. Jozala, L.C. de Lencastre-Novaes, A.M. Lopes, V. de Carvalho Santos-Ebinuma, P.G. Mazzola, A. Pessoa-Jr, M.V. Chaud // Applied microbiology and biotechnology. - 2016. - Vol. 100. - P. 2063-2072.

11. Nechyporchuk, O. Production of cellulose nanofibrils: A review of recent advances / O. Nechyporchuk, M. N. Belgacem, J. Bras // Industrial Crops and Products. - 2016. - Vol. 93. - P. 2-25.

12. Lahiri, D. Bacterial cellulose: Production, characterization, and application as antimicrobial agent / D. Lahiri, M. Nag, B. Dutta, A. Dey, T. Sarkar, S. Pati, R. R. Ray // International journal of molecular sciences. - 2021. - Vol. 22. - №. 23. - P. 12984.

13. Swingler, S. Recent advances and applications of bacterial cellulose in biomedicine / S. Swingler, A. Gupta, H. Gibson, M. Kowalczuk, W. Heaselgrave, I. Radecka // Polymers. - 2021. - Vol. 13. - №. 3. - P. 412.

14. Ul-Islam, M., Ullah, M. W., Khan, S., & Park, J. K. (2020). Production of bacterial cellulose from alternative cheap and waste resources: A step for cost reduction with positive environmental aspects. Korean Journal of Chemical Engineering, 37, 925937.

15. Choi, S. M. Bacterial cellulose and its applications / S. M. Choi, K. M. Rao, S. M. Zo, E. J. Shin, S. S. Han // Polymers. - 2022. - Vol. 14. - №. 6. - P. 1080.

16. Serafica G. C. Production of bacterial cellulose using a rotating disk film bioreactor by Acetobacter xylinum. - Rensselaer Polytechnic Institute, 1997.

17. Yamada, Y Description of Komagataeibacter gen. nov., with proposals of new combinations (Acetobacteraceae) / Y Yamada, P. Yukphan, H. T. L. Vu, Y Muramatsu, D. Ochaikul, S. Tanasupawat, Y. Nakagawa // The Journal of general and applied microbiology. - 2012. - Vol. 58. - №. 5. - P. 397-404.

18. Li, W. Improvement in bacterial cellulose production by co-culturing Bacillus cereus and Komagataeibacter xylinus / W. Li, X. Huang, H. Liu, H. Lian, B. Xu, W. Zhang, C. Zhong // Carbohydrate Polymers. - 2023. - Vol. 313. - P. 120892.

19. Rezazadeh, M. Reconstruction, verification and in-silico analysis of a genome-scale metabolic model of bacterial cellulose producing Komagataeibacter

xylinus / M. Rezazadeh, V. Babaeipour, E. Motamedian // Bioprocess and biosystems engineering. - 2020. - Vol. 43. - №. 6. - P. 1017-1026.

20. Cosio A., Morgan A., Packard S. Engineering Kombucha: Characterization of K. xylinus. - 2020.

21. Qin, X. Exploring the biotic and abiotic drivers influencing Nata de coco production by Komagataeibacter nataicola in pre-fermented coconut water / X. Qin, Y. Yuan, S. Fei, X. Lin, S. Shi, X. Wang, S. Liu // International Journal of Food Microbiology. - 2024. - Vol. 414. - P. 110620.

22. Gomes, F. P. Production of bacterial cellulose by Gluconacetobacter sacchari using dry olive mill residue / F. P. Gomes, N. H. Silva, E. Trovatti, L. S. Serafim, M. F. Duarte, A. J. Silvestre, C. S. Freire // Biomass and Bioenergy. - 2013. - Vol. 55. - P. 205211.

23. Gorgieva, S. Bacterial cellulose: Production, modification and perspectives in biomedical applications / S. Gorgieva, J. Trcek // Nanomaterials. - 2019. - Vol. 9. -№. 10. - P. 1352.

24. Hussain, Z. Production of bacterial cellulose from industrial wastes: a review / Z. Hussain, W. Sajjad, T. Khan, F. Wahid // Cellulose. - 2019. - Vol. 26. - P. 2895-2911.

25. Klemm, D. Nanocellulose as a natural source for groundbreaking applications in materials science: Today's state / D. Klemm, E.D. Cranston, D. Fischer, M. Gama, S.A. Kedzior, D. Kralisch, F. Rauchfuß // Materials Today. - 2018. - Vol. 21. - №. 7. - P. 720-748.

26. Aleshina, L.A. X-ray diffraction study of bacterial nanocellulose produced by the Medusomyces gisevii Sa-12 culture in enzymatic hydrolysates of oat hulls / L.A. Aleshina, E.K. Gladysheva, V.V. Budaeva, E.A. Skiba, N.A. Arkharova, G.V. Sakovich // Crystallography Reports. - 2018. - Vol. 63. - P. 955-960.

27. Chai, H. Theoretical and experimental study on the effect of nitrogen content on the thermal characteristics of nitrocellulose under low heating rates / H. Chai, G. Duan, L. Jiang, L. Gong, H. Chen, J. Sun // Cellulose. - 2019. - Vol. 26. - P. 763-776.

28. Luo, Q. The solution characteristics of nitrated bacterial cellulose in acetone / Q. Luo, J. Zhu, Z. Li, X. Duan, C. Pei, C. Mao // New Journal of Chemistry. - 2018. -Vol. 42. - №. 22. - P. 18252-18258.

29. Nikolsky, S.N. The fibrils untwisting limits the rate of cellulose nitration process / S.N. Nikolsky, D.V. Zlenko, V.P. Melnikov, S.V. Stovbun // Carbohydrate polymers. - 2019. - Vol. 204. - P. 232-237.

30. Farrar, K. Optimizing Miscanthus for the sustainable bioeconomy: from genes to products / K. Farrar, E. A. Heaton, L. M. Trindade // Frontiers in Plant Science. - 2018. - Vol. 9. - P. 878.

31. Zogaj, X. The multicellular morphotypes of Salmonella typhimurium and Escherichia coli produce cellulose as the second component of the extracellular matrix / X. Zogaj, M. Nimtz, M. Rohde, W. Bokranz, U. Romling // Molecular microbiology. -2001. - Vol. 39. - №. 6. - P. 1452-1463.

32. Anwar, B. Properties of bacterial cellulose and its nanocrystalline obtained from pineapple peel waste juice / B. Anwar, B. Bundjali, Y Sunarya, I. M. Arcana // Fibers and Polymers. - 2021. - Vol. 22. - P. 1228-1236.

33. Al-Hasabe, A. S. H. Production and analysis of synthesized bacterial cellulose by Enterococcus faecalis strain AEF using Phoenix dactylifera and Musa acuminata fruit extracts / A. S. H. Al-Hasabe, A. F. B. Abdull Razis, N. A. B. Baharum, C. Y Yu, N. B. Mat Isa // World Journal of Microbiology and Biotechnology. - 2024. -Vol. 40. - №. 11. - P. 362.

34. Badshah, M. Surface modification and evaluation of bacterial cellulose for drug delivery / M. Badshah, H. Ullah, A. R. Khan, S. Khan, J. K. Park, T. Khan // International journal of biological macromolecules. - 2018. - Vol. 113. - P. 526-533.

35. Revin, V. V. Isolation and characterization of the strains producing bacterial cellulose / V. V. Revin, E. V. Liyas' kina, N. B. Sapunova, A. O. Bogatyreva // Microbiology. - 2020. - Vol. 89. - P. 86-95.

36. Патент РФ № 2464307. Штамм бактерий Komagataeibacter xylinus ВКПМ В-12068 - продуцент бактериальной целлюлозы. МПК C12N 1/20 / Т. Г. Волова, С. Прудникова, Е. И. Шишацкая; заявитель и патентообладатель

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет". - № 2014150288/10; заявл. 11.12.2014; опубл. 20.11.2015 - 11 c

37. Патент РФ № 2568605. Штамм бактерии Komagataeibacter xylinus-продуцент бактериальной целлюлозы. МПК C12N 1/20 / Т. Г. Волова, С. Прудникова, Е. И. Шишацкая; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет". - № 2014150288/10; заявл. 11.12.2014; опубл. 20.11.2015 - 11 c

38. Патент ЕАПО № 201700517. Штамм Komagataeibacter (Gluconobacter) rhaeticus CALU-1629, синтезирующий наноцеллюлозу. МПК C12N 1/20 / А.А. Ткаченко, М.П. Райко, А.В. Мигунова; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет». № 2016150756 2017. заявл. 22.12.2016; опубл. 23.11.2017 - 10 c

39. Avcioglu, N. H. Enhanced bacterial cellulose production by Komagataeibacter species and Hibiscus sabdariffa herbal tea / N. H. Avcioglu // International Journal of Biological Macromolecules. - 2024. - Т. 276. - С. 133904.

40. Khusnullina A.I., Scorlupkina N.N. Scientific supervisor: doctor of biological sciences, professor T.I. Gromovykh Moscow State University of Food Production, 125080, Moscow, Volokolamsk Highway, 11, Russia

41. Hernandez-Arriaga, A. M. Genome sequence and characterization of the bcs clusters for the production of nanocellulose from the low pH resistant strain Komagataeibacter medellinensis ID 13488 / A. M. Hernandez-Arriaga, C. Del Cerro, L. Urbina, A. Eceiza, M. A. Corcuera, A. Retegi, M. Auxiliadora Prieto // Microbial Biotechnology. - 2019. - Vol. 12. - №. 4. - P. 620-632.

42. Hestrin S. Synthesis of cellulose by Acetobacter xylinum. 2. Preparation of freeze-dried cells capable of polymerizing glucose to cellulose / Hestrin S., Schramm M. //Biochemical Journal. - 1954. - Vol. 58. - №. 2. - P. 345.

43. Urbina, L. A review of bacterial cellulose: sustainable production from agricultural waste and applications in various fields / L. Urbina, M. Á. Corcuera, N. Gabilondo, A. Eceiza, A. Retegi // Cellulose. - 2021. - Vol. 28. - №. 13. - P. 8229-8253.

44. Cheng, Z. Green synthesis of bacterial cellulose via acetic acid pre-hydrolysis liquor of agricultural corn stalk used as carbon source / Z. Cheng, R. Yang, X. Liu, X. Liu, H. Chen // Bioresource technology. - 2017. - Vol. 234. - P. 8-14.

45. El-Naggar, N. E. A. Bacterial nanocellulose production using Cantaloupe juice, statistical optimization and characterization / N. E. A. El-Naggar, A. A. Mohammed, S. E. El-Malkey // Scientific Reports. - 2023. - Vol. 13. - №. 1. - P. 51.

46. Tsouko, E. Bacterial cellulose production from industrial waste and byproduct streams / E. Tsouko, C. Kourmentza, D. Ladakis, N. Kopsahelis, I. Mandala, S.Papanikolaou, A. Koutinas // International journal of molecular sciences. - 2015. - Vol. 16. - №. 7. - P. 14832-14849.

47. Skiba, E. A. Yield and quality of bacterial cellulose from agricultural waste / E. A. Skiba, E. K. Gladysheva, V. V. Budaeva, L. A. Aleshina, G. V. Sakovich // Cellulose. - 2022. - Vol. 29. - №. 3. - P. 1543-1555.

48. Lima, H. L. S. Bacterial cellulose production by Komagataeibacter hansenii ATCC 23769 using sisal juice-an agroindustry waste / H. L. S. Lima, E. S. Nascimento, F. K. Andrade, A. I. S. Brígida, M. D. F. Borges, A. R. Cassales, M. D. F. Rosa // Brazilian Journal of Chemical Engineering. - 2017. - Vol. 34. - №. 3. - P. 671-680.

49. Castro, C. Structural characterization of bacterial cellulose produced by Gluconacetobacter swingsii sp. from Colombian agroindustrial wastes / C. Castro, R. Zuluaga, J. L. Putaux, G. Caro, I. Mondragon, P. Gañán // Carbohydrate Polymers. - 2011. - Vol. 84. - №. 1. - P. 96-102.

50. Cavka, A. Production of bacterial cellulose and enzyme from waste fiber sludge / A. Cavka, X. Guo, S. J. Tang, S. Winestrand, L. J. Jonsson, F. Hong // Biotechnology for biofuels. - 2013. - Vol. 6. - P. 1-10.

51. Rani, M. U. Production of bacterial cellulose by Gluconacetobacter hansenii UAC09 using coffee cherry husk / M. U. Rani, K. A. Appaiah // Journal of Food Science and Technology. - 2013. - Vol. 50. - P. 755-762.

52. Khami, S. Characteristics of bacterial cellulose production from agricultural wastes / S. Khami, W. Khamwichit, K. Suwannahong, W. Sanongraj // Advanced materials research. - 2014. - Vol. 931. - P. 693-697.

53. Fatima, A. Plant extract-loaded bacterial cellulose composite membrane for potential biomedical applications / A. Fatima, S. Yasir, M. S. Khan, S. Manan, M. W. Ullah, M. Ul-Islam // Journal of Bioresources and Bioproducts. - 2021. - Vol. 6. - №. 1. - P. 26-32.

54. Ye, J. Bacterial cellulose production by Acetobacter xylinum ATCC 23767 using tobacco waste extract as culture medium / J. Ye, S. Zheng, Z. Zhang, F. Yang, K. Ma, Y Feng, X. Yang // Bioresource technology. - 2019. - Vol. 274. - P. 518-524.

55. Uzyol, H. K. Bacterial cellulose production by Komagataeibacter hansenii using algae-based glucose / H. K. Uzyol, M. T. Saçan // Environmental Science and Pollution Research. - 2017. - Vol. 24. - P. 11154-11162.

56. Goyat M. Production of green bacterial cellulose nanofibers by utilizing renewable resources of algae in comparison with agricultural residue : gnc. - Toronto, ON, Canada : Ryerson University, 2016.

57. Abdelraof, M. Ecofriendly green conversion of potato peel wastes to high productivity bacterial cellulose / M. Abdelraof, M. S. Hasanin, H. El-Saied // Carbohydrate polymers. - 2019. - Vol. 211. - P. 75-83.

58. Fan, X. Production of nano bacterial cellulose from beverage industrial waste of citrus peel and pomace using Komagataeibacter xylinus / X. Fan, Y Gao, W. He, H. Hu, M. Tian, K. Wang, S. Pan // Carbohydrate Polymers. - 2016. - Vol. 151. - P. 10681072.

59. Guzel, M. Production and characterization of bacterial cellulose from citrus peels / M. Guzel, O. Akpinar // Waste and Biomass Valorization. - 2019. - Vol. 10. - P. 2165-2175.

60. Kuo, C. H. Hydrolysis of orange peel with cellulase and pectinase to produce bacterial cellulose using Gluconacetobacter xylinus / C. H. Kuo, C. Y. Huang, C. J. Shieh, H. M. D. Wang, C. Y. Tseng // Waste and Biomass Valorization. - 2019. - Vol. 10. - P. 85-93.

61. Padmanabhan, S. K. Sustainable production of stiff and crystalline bacterial cellulose from orange peel extract / S. K. Padmanabhan, F. Lionetto, R. Nisi, M. Stoppa, A. Licciulli // Sustainability. - 2022. - Vol. 14. - №. 4. - P. 2247.

62. Zakaria J., Nazeri M. Optimization of bacterial cellulose production from pineapple waste: effect of temperature, pH and concentration //5th engineering conference," engineering towards change-empowering green solutions. - 2012.

63. Hasanin, M. S. Sustainable bacterial cellulose production by Achromobacter using mango peel waste / M. S. Hasanin, M. Abdelraof, A. H. Hashem, H. El Saied // Microbial Cell Factories. - 2023. - Vol. 22. - №. 1. - P. 24.

64. Guzel, M. Preparation and characterization of bacterial cellulose produced from fruit and vegetable peels by Komagataeibacter hansenii GA2016 / M. Guzel, O. Akpinar // International Journal of Biological Macromolecules. - 2020. - Vol. 162. - P. 1597-1604.

65. Ploska, J. Obtaining bacterial cellulose through selected strains of acetic acid bacteria in classical and waste media / J. Ploska, M. Garbowska, S.Klempova, L. Stasiak-Rozanska // Applied Sciences. - 2023. - Vol. 13. - №. 11. - P. 6429.

66. Moukamnerd, C. Bacterial cellulose production by Komagataeibacter nataicola TISTR 2661 by agro-waste as a carbon source / C. Moukamnerd, K. Ounmuang, N. Konboa, C. Insomphun // Chiang Mai Journal of Science. - 2020. - Vol. 47. - P. 1627.

67. El-Gendi, H. Optimization of bacterial cellulose production from prickly pear peels and its ex situ impregnation with fruit byproducts for antimicrobial and strawberry packaging applications / H. El-Gendi, A. Salama, E. M. El-Fakharany, A. K. Saleh // Carbohydrate Polymers. - 2023. - Vol. 302. - P. 120383.

68. Goelzer, F. D. E. Production and characterization of nanospheres of bacterial cellulose from Acetobacter xylinum from processed rice bark / F. D. E. Goelzer, P. C. S. Faria-Tischer, J. C. Vitorino, M. R. Sierakowski, C. A. Tischer // Materials Science and Engineering: C. - 2009. - Vol. 29. - №. 2. - P. 546-551.

69. Al-Abdallah, W. Production of green biocellulose nanofibers by Gluconacetobacter xylinus through utilizing the renewable resources of agriculture

residues / W. Al-Abdallah, Y. Dahman // Bioprocess and biosystems engineering. - 2013.

- Vol. 36. - P. 1735-1743.

70. Betlej, I. Structural properties of bacterial cellulose film obtained on a substrate containing sweet potato waste / I. Betlej, K. Rybak, M. Nowacka, A. Antczak, S. Borysiak, B. Krochmal-Marczak, P. Boruszewski // Crystals. - 2022. - Vol. 12. - №. 9. - P. 1191.

71. Kiziltas E. E. Synthesis of bacterial cellulose using hot water extracted wood sugars / E. E. Kiziltas, A. Kiziltas, D. J. Gardner // Carbohydrate Polymers. - 2015. - Vol. 124. - P. 131-138.

72. Chen, L. Biotransformation of wheat straw to bacterial cellulose and its mechanism / L. Chen, F. Hong, X. X. Yang, S. F. Han // Bioresource technology. - 2013.

- Vol. 135. - P. 464-468.

73. Tsouko, E. Integrated biorefinery development for the extraction of value-added components and bacterial cellulose production from orange peel waste streams / E. Tsouko, S. Maina, D. Ladakis, I. K. Kookos, A. Koutinas // Renewable Energy. - 2020. -Vol. 160. - P. 944-954.

74. Santoso, S. P. Atmospheric cold plasma-assisted pineapple peel waste hydrolysate detoxification for the production of bacterial cellulose / S. P. Santoso, S. P. Lin, T. Y. Wang, Y. Ting, C. W. Hsieh, R. C. Yu, K. C. Cheng // International Journal of Biological Macromolecules. - 2021. - Vol. 175. - P. 526-534.

75. Rodrigues Viana, L. Life Cycle Assessment of Oat Flake Production with Two End-of-Life Options for Agro-Industrial Residue Management / L. Rodrigues Viana, P. L. Dessureault, C. Marty, J. F. Boucher, M. C. Paré // Sustainability. - 2023. - Vol. 15.

- №. 6. - P. 5124.

76. Skiba, E. A. A technology for pilot production of bacterial cellulose from oat hulls / E. A. Skiba, V. V. Budaeva, E. V. Ovchinnikova, E. K. Gladysheva, E. I. Kashcheyeva, I. N. Pavlov, G. V. Sakovich // Chemical Engineering Journal. - 2020. -Vol. 383. - P. 123128.

77. Barshan, S. Optimization and characterization of bacterial cellulose produced by Komagatacibacter xylinus PTCC 1734 using vinasse as a cheap cultivation

medium / S. Barshan, M. Rezazadeh-Bari, H. Almasi, S. Amiri // International journal of biological macromolecules. - 2019. - Vol. 136. - P. 1188-1195.

78. Aleshina, L. A. X-ray diffraction study of bacterial nanocellulose produced by Medusomyces Gisevii Sa-12 cultured in enzymatic hydrolysates of miscanthus / L. A. Aleshina, E. K. Gladysheva, V. V. Budaeva, D. S. Golubev, E. A. Skiba, G. V. Sakovich // Crystallography Reports. - 2019. - Vol. 64. - P. 914-919.

79. Sakovich, G.V.E. Miscanthus as a Feedstock for the Production of Bacterial Nanocellulose / G.V.E. Sakovich, A. Skiba, E. K. Gladysheva, D. S. Golubev, V. V. Budaeva // Doklady Chemistry. - Pleiades Publishing, 2020. - Vol. 495. - P. 205-208.

80. Skiba, E.A. Self-standardization of quality of bacterial cellulose produced by Medusomyces gisevii in nutrient media derived from Miscanthus biomass / E.A. Skiba, E. K. Gladysheva, D. S. Golubev, V. V. Budaeva, L. A. Aleshina, G. V. Sakovich // Carbohydrate polymers. - 2021. - Vol. 252. - P. 117178.

81. Gladysheva E. K. Investigation of bacterial nanocellulose biosynthesis by Medusomyces gisevii Sa-12 from enzymatic hydrolyzate obtained by alkaline delignification of miscanthus / E. K. Gladysheva, D. S. Golubev // Izvestia Vuzov: Prikladnaa Himia i Biotehnologia. - 2019.

82. Kashcheyeva, E. I. Pretreatments of non-woody cellulosic feedstocks for bacterial cellulose synthesis / E. I. Kashcheyeva, Y. A. Gismatulina, V. V. Budaeva // Polymers. - 2019. - Vol. 11. - №. 10. - P. 1645.

83. Volova, T. G. Production and properties of bacterial cellulose by the strain Komagataeibacter xylinus B-12068 / T. G. Volova, S. V. Prudnikova, A. G. Sukovatyi, E. I. Shishatskaya // Applied microbiology and biotechnology. - 2018. - Vol. 102. - P. 74177428.

84. Aleshina, L. A. X-ray Diffraction Data on the Bacterial Nanocellulose Synthesized by Komagataeibacter xylinus B-12429 and B-12431 Microbial Producers in Miscanthus-and Oat Hull-Derived Enzymatic Hydrolyzates / L. A. Aleshina, E. K. Gladysheva, V. V. Budaeva, G. F. Mironova, E. A. Skiba, G. V. Sakovich // Crystallography Reports. - 2022. - Vol. 67. - №. 3. - P. 391-397.

85. Bessa, W. Characterization of raw and treated Arundo donax L. cellulosic fibers and their effect on the curing kinetics of bisphenol A-based benzoxazine / W. Bessa, D. Trache, M. Derradji, H. Ambar, A. F. Tarchoun, M. Benziane, B. Guedouar // International Journal of Biological Macromolecules. - 2020. - Vol. 164. - P. 2931-2943.

86. Suarez, L. Giant reed (Arundo donax L.) fiber extraction and characterization for its use in polymer composites / L. Suarez, M. Barczewski, P. Kosmela, M. D. Marrero, Z. Ortega // Journal of Natural Fibers. - 2023. - Vol. 20. - №. 1. - P. 2131687.

87. Yu, H. Giant reed (Arundo donax L.) fiber extraction and characterization for its use in polymer composites / H. Yu, Y. Xia, X. Liu, H. Chen, Z. Jin, Z. Wang // Journal of Natural Fibers. - 2023. - Vol. 20. - №. 1. - P. 2131687.

88. Fiore, V. Characterization of a new natural fiber from Arundo donax L. as potential reinforcement of polymer composites / V. Fiore, T. Scalici, A. J. C. P. Valenza // Carbohydrate polymers. - 2014. - Vol. 106. - P. 77-83.

89. Keshk, S. The utilization of sugar cane molasses with/without the presence of lignosulfonate for the production of bacterial cellulose / S. Keshk, K. Sameshima // Applied Microbiology and Biotechnology. - 2006. - Vol. 72. - P. 291-296.

90. Abouzaid, H. A. K. Production and investigation of bio-textile films produced from bacterial cellulose biosynthesis from black tea and ginger, and cultivation on sugar cane media / H. A. K. Abouzaid // Journal of Industrial Textiles. - 2024. - Vol. 54. - P. 15280837231224076.

91. Souza, K. C. D. Kinetic study of a bacterial cellulose production by Komagataeibacter rhaeticus using coffee grounds and sugarcane molasses / K. C. D. Souza, N. M. Trindade, J. D. P. D. Amorim, H. A. D. Nascimento, A. F. S. Costa, M. A. Henrique, G. M. Vinhas // Materials Research. - 2021. - Vol. 24. - №. 3. - P. e20200454.

92. Lin, S. P. Evaluation of detoxified sugarcane bagasse hydrolysate by atmospheric cold plasma for bacterial cellulose production / S. P. Lin, S. H. Huang, Y. Ting, H. Y. Hsu, K. C. Cheng // International Journal of Biological Macromolecules. -2022. - Vol. 204. - P. 136-143.

93. Abdelraof, M. Green Immobilization of Glucanobacter xylinum onto natural polymers to sustainable bacterial cellulose production / M. Abdelraof, H. El Saied, M. S. Hasanin // Waste and Biomass Valorization. - 2022. - Vol. 13. - №. 4. - P. 2053-2069.

94. Akintunde, M. O. Bacterial cellulose production from agricultural residues by two Komagataeibacter sp. strains / M. O. Akintunde, B. C. Adebayo-Tayo, M. M. Ishola, A. Zamani, I. S. Horvath // Bioengineered. - 2022. - Vol. 13. - №. 4. - P. 1001010025.

95. Thongwai, N. Characterization of bacterial cellulose produced by Komagataeibacter maltaceti P285 isolated from contaminated honey wine / N. Thongwai, W. Futui, N. Ladpala, B. Sirichai, A. Weechan, J. Kanklai, P. Rungsirivanich // Microorganisms. - 2022. - Vol. 10. - №. 3. - P. 528.

96. Çetinkaya, A. Y Evaluation of anaerobic biodegradability potential and comparative kinetics of different agro-industrial substrates using a new hybrid computational coding scheme / A. Y. Çetinkaya, K. Yetilmezsoy // Journal of Cleaner Production. - 2019. - Vol. 238. - P. 117921.

97. Katakojwala, R. Microcrystalline cellulose production from sugarcane bagasse: Sustainable process development and life cycle assessment / R. Katakojwala, S. V. Mohan // Journal of Cleaner Production. - 2020. - Vol. 249. - P. 119342.

98. Pula, B. A comparative study of greener alternatives for nanocellulose production from sugarcane bagasse / B. Pula, S. Ramesh, S. Pamidipati, P. Doddipatla // Bioresources and Bioprocessing. - 2021. - Vol. 8. - P. 1-18.

99. Teixeira, R. S. S. Use of cellobiohydrolase-free cellulase blends for the hydrolysis of microcrystalline cellulose and sugarcane bagasse pretreated by either ball milling or ionic liquid [Emim][Ac] / R. S. S. Teixeira, A. S. A. da Silva, H. W. Kim, K. Ishikawa, T. Endo, S. H. Lee, E. P. Bon // Bioresource technology. - 2013. - Vol. 149. -P. 551-555.

100. de Aguiar, J. Enzymatic deconstruction of sugarcane bagasse and straw to obtain cellulose nanomaterials / J. de Aguiar, T. J. Bondancia, P. I. C. Claro, L. H. C. Mattoso, C. S. Farinas, J. M. Marconcini // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. - 2020. - Vol. 8. - №. 5. - P. 2287-2299.

101. Kane, A. O. Enzyme-assisted production of cellulose nanofibers from bleached and bleached/sulfonated sugarcane bagasse: impact of sulfonation on nanocellulose properties and yields / A. O. Kane, E. Scopel, A. A. Cortez, B. R. Rossi, V. O. A. Pellegrini, C. A. Rezende, I. Polikarpov // Cellulose. - 2023. - Vol. 30. - №. 18. -P. 11507-11520.

102. Meesupthong, R. Xylanase pretreatment of energy cane enables facile cellulose nanocrystal isolation / R. Meesupthong, N. Yingkamhaeng, T. Nimchua, P. Pinmanee, S. I. Mussatto, B. Li, P. Sukyai // Cellulose. - 2021. - Vol. 28. - P. 799-812.

103. De Campos, A. Obtaining nanofibers from curaua and sugarcane bagasse fibers using enzymatic hydrolysis followed by sonication / A. De Campos, A. C. Correa, D. Cannella, E. de M Teixeira, J. M. Marconcini, A. Dufresne, A. R. Sanadi // Cellulose. - 2013. - Vol. 20. - P. 1491-1500.

104. Liu, P. Distinct Miscanthus lignocellulose improves fungus secreting cellulases and xylanases for consistently enhanced biomass saccharification of diverse bioenergy crops / P. Liu, A. Li, Y. Wang, Q. Cai, H. Yu, Y Li, L. Peng // Renewable Energy. - 2021. - Vol. 174. - P. 799-809.

105. Turner, W. Exploring the bioethanol production potential of Miscanthus cultivars / W. Turner, D. Greetham, M. Mos, M. Squance, J. Kam, C. Du // Applied Sciences. - 2021. - Vol. 11. - №. 21. - P. 9949.

106. Smuga-Kogut, M. The Use of Giant Miscanthus (Miscanthus* Giganteus) in 2G Bioethanol Production / M. Smuga-Kogut, S. Bugajski, T. Piskier, B. Walendzik // Rocznik Ochrona Srodowiska. - 2023. - Vol. 25.

107. Xiang J. Cellulase production from Trichoderma reesei RUT C30 induced by continuous feeding of steam-exploded Miscanthus lutarioriparius / J. Xiang, X. Wang, T. Sang // Industrial Crops and Products. - 2021. - Vol. 160. - P. 113129.

108. Osipov, D. O. Comparative Study of the Convertibility of Pretreated Miscanthus Straw Using Enzyme Preparations Produced by Different Recombinant Strains of Penicillium verruculosum / D. O. Osipov, A. S. Dotsenko, M. V. Semenova, A. M. Rozhkova, A. P. Sinitsyn // Agronomy. - 2024. - Vol. 14. - №. 3. - P. 499.

109. Kordala, N., Lewandowska M., Bednarski W. Effect of the method for the elimination of inhibitors present in Miscanthus giganteus hydrolysates on ethanol production effectiveness / N. Kordala, M. Lewandowska, W. Bednarski // Biomass Conversion and Biorefinery. - 2021. - P. 1-9.

110. Oussou, K. F. Effect of Fermentation Parameters on Bioethanol Yield from Miscanthus / K. F. Oussou, M. U. Unal, A. §. Geduk // Qukurova Tarim ve Gida Bilimleri Dergisi. - 2022. - Vol. 37. - №. 1. - P. 1-8.

111. Kendrick, E. G. Enzymatic generation of short chain cello-oligosaccharides from Miscanthus using different pretreatments / E. G. Kendrick, R. Bhatia, F. C. Barbosa, R. Goldbeck, J. A. Gallagher, D. J. Leak // Bioresource Technology. - 2022. - Vol. 358.

- P. 127399.

112. Vasco-Correa, J. Sequential fungal pretreatment of unsterilized Miscanthus: changes in composition, cellulose digestibility and microbial communities / J. Vasco-Correa, R. Capouya, A. Shah, T. K. Mitchell // Applied Microbiology and Biotechnology.

- 2022. - Vol. 106. - №. 5. - P. 2263-2279.

113. Anderson, S. R. Obtaining nanofibers from curaua and sugarcane bagasse fibers using enzymatic hydrolysis followed by sonication / S. R. Anderson, D. Esposito, W. Gillette, J. Y. Zhu, U. Baxa, S. E. Mcneil // Cellulose. - 2013. - Vol. 20. - P. 14911500.

114. Darwesh, O. M. Isolation and application of the novel Aspergillus nidulans (OD1) for nanocellulose production from some agro-cellulosic wastes / O. M. Darwesh, Y M. Habib, M. M. Gharieb, I. A. Matter // Biomass Conversion and Biorefinery. - 2023.

- P. 1-16.

115. Yang, H. Upcycling corn straw into nanocelluloses via enzyme-assisted homogenization: Application as building blocks for high-performance films / H. Yang, L. Bai, Y Duan, H. Xie, X. Wang, R. Zhang, C. Si // Journal of Cleaner Production. - 2023.

- Vol. 390. - P. 136215.

116. Wachala, R. Nanocellulose by enzymatic methods / R. Wachala, T. Ramiega, A. Kaczmarek, T. Antczak // Annual International Conference on Composites or Nano Engineering, Canary Islands, Spain. - 2013.

117. Martelli-Tosi, M. Using commercial enzymes to produce cellulose nanofibers from soybean straw / M. Martelli-Tosi, M. D. S. Torricillas, M. A. Martins, O. B. G. D. Assis, D. R. Tapia-Blacido // Journal of Nanomaterials. - 2016. - Vol. 2016. -№. 1. - P. 8106814.

118. ГОСТ 32040-2012 «Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Метод определения содержания сырого протеина, сырой клетчатки, сырого жира и влаги с применением спектроскопии в ближней инфракрасной области»

119. ГОСТ 32933-2014 (ISO 5984:2002) «Корма, комбикорма. Метод определения содержания сырой золы»

120. ГОСТ 11960-79 «Полуфабрикаты волокнистые и сырье из однолетних растений для целлюлозно-бумажного производства (Метод определения лигнина)»

121. ГОСТ 16932-93 (ИСО 638-78) «Целлюлоза. Определение содержания сухого вещества»

122. Jain, A. Quantitative analysis of reducing sugars by 3, 5-dinitrosalicylic acid (DNSA method) / A. Jain, R. Jain, S. Jain, A. Jain, R. Jain, S. Jain // Basic Techniques in Biochemistry, Microbiology and Molecular Biology: Principles and Techniques. - 2020. - Р. 181-183.

123. Гисматулина, Ю. А. НОВЫЕ ДАННЫЕ О ХИМИЧЕСКОМ СОСТАВЕ МИСКАНТУСА ГИГАНТСКОГО УРОЖАЕВ 2019-2021 гг. / Ю. А. Гисматулина, А. Н. Кортусов // 2022.

124. Ibrahim, M. M. Cellulose and microcrystalline cellulose from rice straw and banana plant waste: preparation and characterization / M. M. Ibrahim, W. K. El-Zawawy, Y Juttke, A. Koschella, T. Heinze // Cellulose. - 2013. - Vol. 20. - P. 2403-2416.

125. Silvia, S. The Effect of Enzyme Concentration and Hydrolysis Time on the Yield of Microcrystalline Cellulose from Rice Straw / S. Silvia, A. Maharani //Dinasti Health and Pharmacy Science. - 2023. - Vol. 1. - №. 1. - P. 25-32.

126. Agblevor, F. A. Coupled acid and enzyme mediated production of microcrystalline cellulose from corn cob and cotton gin waste / F. A. Agblevor, M. M. Ibrahim, W. K. El-Zawawy // Cellulose. - 2007. - Vol. 14. - P. 247-256.

127. van der Cruijsen, K. Breeding targets to improve biomass quality in Miscanthus / K. van der Cruijsen, M. Al Hassan, G. van Erven, O. Dolstra, L.M. Trindade // Molecules. - 2021. - Vol. 26. - №. 2. - P. 254.

128. Baksi S. Pre-treatment of lignocellulosic biomass: review of various physico-chemical and biological methods influencing the extent of biomass depolymerization / S. Baksi, D. Saha, S.Saha, U. Sarkar, D. Basu, J.C. Kuniyal // International journal of environmental science and technology. - 2023. - Vol. 20. - №. 12. - P. 13895-13922.

129. Мансуров О. Двухступенчатая предварительная обработка обыкновенного тростника для производства биоэтанола // Евразийский журнал академических исследований. - 2022. - Т. 2. - №. 12. - С. 334-343.

130. Ciolacu, D. Amorphous cellulose - structure and characterization / D. Ciolacu, F. Ciolacu, V.I. Popa // Cellulose chemistry and technology. - 2011. - Vol. 45. -№ 1. - P.13-21.

131. Szymanska-Chargot, M. Sensing the Structural Differences in Cellulose from Apple and Bacterial Cell Wall Materials by Raman and FT-IR Spectroscopy / M. Szymanska-Chargot, J. Cybulska, A. Zdunek // Sensors. - 2011. - Vol. 11. - № 6. - P. 5543-5560.

132. Гисматулина Ю.А. Исследование химического состава мискантуса сорта сорановский урожая 2013 года / Гисматулина Ю.А. / Фундаментальные исследования. - 2014. - № 1. - С. 47-50.

Приложение А - Технологическая инструкция

Приложение Б - Акт промышленной апробации

Ъалтзкстракт» ил Валерьевна

Директор

29.01.2025

АКТ

Внедрения способа получения бактериальной целлюлозы на на гндролнзатах чискангуса гигантского и тростника обыкновенно!о

В производственных условиях ООО «Балтикетракт» проведен цикл

делигнифицированной биомассы мпскантуса гигантского и тростиикл обыкновенного, ферментированной м следующих условиях: температура бО±2 чс, продолжительность 144 ч, при постоянном перемешивании 100=5 об'мин с дальнейшим синтезом бактериальной целлюлозы на гидролизлтах при температуре 28±2 *С в статических условиях а имение 144*5 часов

В результате проведенного цикла получена бактериальная целлюлоза со степенью кристалличности 55±2%

Председатель комиссии:

биосинтеза бактериальной целлюлозы с использованием

Д.Т.Н.. Сухих Станислав Алексеевич

Члены комиссии;

Младший научный сотрудник, Попова Елена Александровна Старший лаборант. Екатерина Александровна Булснн Лаборант. Алина Хажичовиа Бахтиярова