КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 24-24-00169
НазваниеНаучно-технологические основы получения бактериальной наноцеллюлозы на субстратах из соевой мелассы
Руководитель Кригер Ольга Владимировна, Доктор технических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" , г Санкт-Петербург
Конкурс №89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-209 - Биотехнология (в том числе бионанотехнология)
Ключевые слова бактериальная наноцеллюлоза, соевая меласса, микробиологический консорциум
Код ГРНТИ62.01.91
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на создание научных основ получения бактериальной наноцеллюлозы на субстратах из вторичных сырьевых ресурсов растительного происхождения.
Актуальность данного исследования обусловлена большим потенциалом применения наноцеллюлозы в различных областях науки и промышленности, что обуславливает необходимость поиска дешевых быстро возобновляемых источников получения данного вида биоматериала.
Наноцеллюлозные материалы нетоксичны, биоразлагаемы и пригодны для вторичной переработки, не оказывая вредного воздействия на здоровье и окружающую среду. Бактериальная наноцеллюлоза отличается высокой чистотой и отсутствием гемицеллюлозы, пектина и лигнина, а также имеет ультратонкую, хорошо организованную сетчатую нанофибрилярную структуру.
Бактериальная целлюлоза, производится штаммами уксуснокислых бактерий, а также симбиотическим консорциумом бактерий и дрожжей чайного гриба (SCOBY).
Одним из факторов, ограничивающим производство и выпуск бактериальной наноцеллюлозы является низкий выход целевого продукта и образование побочных продуктов при культивировании штаммов-продуцентов. Кроме того, себестоимость бактериальной наноцеллюлозы значительно превосходит растительную. Использование соевой мелассы, побочного продукта переработки соевых бобов в качестве основного субстрата для культивирования микроорганизмов-продуцентов бактериальной наноцеллюлозы позволит снизить затраты на сырьевые ресурсы, повысить выход целлюлозы и увеличить эффективность ее производства, тем самым способствуя расширению направлений использования бактериальной целлюлозы и созданию новых материалов на ее основе.
Научная новизна исследования заключается в разработке технологии получения бактериальной наноцеллюлозы консорциумом уксуснокислых бактерий и дрожжей чайного гриба, используя в качестве основного субстрата соевую мелассу.
Полученная бактериальная наноцеллюлоза будет иметь такие характеристики, как высокая механическая прочность, эластичность, пористость, влагоудерживающая способность, формуемость, биоразлагаемость, биосовместимость.
Использование вторичного сырьевого ресурса соевой мелассы значительно снизит затраты на производство, а оптимизация технологических параметров биосинтеза наноцеллюлозы позволит увеличить выход конечного продукта.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Меласса соевая, образующаяся в больших количествах при производстве соевого белкового концентрата, содержит в своем составе до 30% сахаров, среди которых преобладают глюкоза и сахароза, элементы азотного питания в виде аминокислот и другие биологически активные вещества, что обуславливает перспективность ее использования в качестве альтернативного субстрата для биосинтеза бактериальной целлюлозы при помощи естественного симбиотического консорциума бактерий и дрожжей "чайного гриба".
Микробный состав SCOBY чайных грибов из разных регионов отличается для каждого из субстратов и условий культивирования. «Чайный гриб» представляет собой стабильную микробную систему, в которой каждый адаптированный род микроорганизмов представлен небольшим разнообразием видов и составляет определенную долю от всей микробиоты, особенно во время ферментации. Из плодовых тел и культуральной жидкости чайных грибов из Северо-Западного региона выделены восемь видов уксуснокислых бактерий и два вида дрожжей, которые будут использованы для создания модифицированных консорциумов для получения бактериальной целлюлозы на соевой мелассе.
Для увеличения выхода бактериальной целлюлозы на субстрате из соевой мелассы создан модифицированный SCOBY чайного гриба, составленный из 2 частей природного SCOBY чайного гриба и 1 части SCOBY штаммов микроорганизмов, приобретенных в ФГУП НИЦ Курчатовский институт – ГосНИИгенетика (уксуснокислые бактерии Komagataeibacter sucrofermentans, молочнокислые микроорганизмы Lactobacillus sakei и Streptococcus thermophilus, а также дрожжи Pachysolen tannophilus в соотношении 4:3:1).
Подобран состав питательной среды для биосинтеза бактериальной наноцеллюлозы модифицированным SCOBY: 5 % по массе сахароза, 1 часть экстракта черного чая 0,2 %, 1 часть гидролизованной мелассы (рН=3,0 ед. рН) с содержанием сухих веществ 2 % BRIX. Добавление мелассы соевой в классическую среду для чайного гриба повышает выход бактериальной целлюлозы на 58 %.
Подобраны оптимальные условия биосинтеза БЦ для SCOBY: рН среды в диапазоне от 3,0 до 3,4; температура инкубации 28 ± 2 0С; с точки зрения выхода БЦ продолжительность биосинтеза для сред с двумя источниками углеводов (мелассой и сахаром) составляет 21 сутки; для сред, содержащих только мелассу – 14 суток. Но необходимо провести динамический мониторинг формирования фибрилл БЦ с помощью сканирующей электронной микроскопии SEM, чтобы подтвердить достаточность установленного времени биосинтеза.
По результатам исследований вышел ряд публикаций в СМИ:
https://iz.ru/1754894/mariia-nediuk/slashche-prezhnego-soevaia-patoka-i-chainyi-grib-sozdadut-syre-dlia-meditciny
https://scientificrussia.ru/articles/vmesto-caa-s-saharom-soevaa-patoka-pomogla-cajnomu-gribu-proizvesti-bolse-bakterialnoj-cellulozy
https://inscience.news/ru/article/russian-science/soevaya-patoka-pomogla-chaynomu-gribu-proizvesti
https://indicator.ru/biology/soevaya-patoka-pomogla-chainomu-gribu-proizvesti-bolshe-bakterialnoi-cellyulozy-10-09-2024.htm
https://habr.com/ru/news/842464/
http://biotech2030.ru/vmesto-chaya-s-saharom-soevaya-patoka-pomogla-chajnomu-gribu-proizvesti-bolshe-bakterialnoj-tsellyulozy/
https://health.russia24.pro/387120954/
https://planet-today.ru/novosti/nauka/item/171514-vmesto-chaya-s-sakharom-soevaya-patoka-pomogla-chajnomu-gribu-proizvesti-bolshe-bakterialnoj-tsellyulozy
https://www.newsinfo.ru/news/tea_mushroom/822387/
Публикации
1.
Калашникова О., Панкова Е., Сухих С., Бабич О., Самусев И., Цибульникова А., Иванова С., Кригер О.В.
Production of bacterial cellulose using a symbiotic consortium of bacteria and yeast on soybean molasses medium
LWT - Food Science and Technology, Vol. 205, pp. 116480 (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.1016/j.lwt.2024.116480
2. Кригер О.В., Панкова Е., Калашникова О.Б. Получение внеклеточных полисахаридов на субстратах из соевой мелассы ХИМИЯ. ЭКОЛОГИЯ. УРБАНИСТИКА, Т. 2024-1. - С. 200-205 (год публикации - 2024)
3.
Сухих., Бабич О., Иванова С., Крегер О., Просеков А., Носкова С., Ульрих Е., Буденкова Е., Калашникова О.
Production of nanocellulose from miscanthus biomass
Current Research in Green and Sustainable Chemistry, Vol. 8, pp. 100412 (год публикации - 2024)
10.1016/j.crgsc.2024.100412
4. Калашникова О.Б., Кригер О.В. Получение бактериальной целлюлозы на гидролизатах растительного сырья ХИМИЯ. ЭКОЛОГИЯ. УРБАНИСТИКА, Т. 2024-1. - С. 160-165 (год публикации - 2024)