✖


Jump to content

Бактериальная целлюлоза

Add links
Влажную микробную целлюлозную пленку удаляют из культуры.
Nata de coco , традиционный пищевой продукт из Филиппин, приготовленный из ферментированной кокосовой воды с Komagataeibacter xylinus.

Бактериальная целлюлоза представляет собой органическое соединение формулы ( C
66Ч
10 О
5 )
n, вырабатываемый некоторыми видами бактерий . Хотя целлюлоза является основным структурным материалом большинства растений, она также вырабатывается бактериями, в основном из родов Komagataeibacter , Acetobacter , Sarcina ventriculi и Agrobacterium . Бактериальная, или микробная, целлюлоза отличается от растительной целлюлозы свойствами и характеризуется высокой чистотой, прочностью, формуемостью и повышенной водоудерживающей способностью. [1] В естественной среде обитания большинство бактерий синтезируют внеклеточные полисахариды , такие как целлюлоза, которые образуют защитные оболочки вокруг клеток. Хотя бактериальная целлюлоза производится в природе, в настоящее время исследуются многие методы увеличения роста целлюлозы из культур в лабораториях как крупномасштабного процесса. Контролируя методы синтеза, полученную микробную целлюлозу можно приспособить для придания ей конкретных желаемых свойств. Например, внимание было уделено бактериям Komagataeibacter xylinus из-за уникальных механических свойств ее целлюлозы и ее применения в биотехнологии , микробиологии и материаловедении .

Исторически бактериальная целлюлоза применялась только при производстве желеобразных десертов ната-де-пинья и ната-де-коко — филиппинского пищевого продукта. [2] [3] [4] Благодаря достижениям в области синтеза и определения характеристик бактериальной целлюлозы этот материал используется для широкого спектра коммерческих применений, включая текстиль, косметику и пищевые продукты, а также в медицине. Было выдано множество патентов на применение микробной целлюлозы, и в нескольких активных областях исследований предпринимаются попытки лучше охарактеризовать микробную целлюлозу и использовать ее в новых областях. [1]

История

[ редактировать ]

Как материал целлюлоза была впервые открыта в 1838 году Ансельмом Пайеном. Пайен смог выделить целлюлозу из других растительных веществ и охарактеризовать ее химически. В одном из первых и наиболее распространенных промышленных применений целлюлоза из древесной массы использовалась для производства бумаги. Он идеально подходит для отображения информации в печатном виде благодаря высокой отражательной способности, высокой контрастности, низкой стоимости и гибкости. Открытие целлюлозы, продуцируемой бактериями, в частности Acetobacter xylinum , было приписано А. Дж. Брауну в 1886 году с синтезом внеклеточного студенистого мата. [5] Однако только в 20 веке были проведены более интенсивные исследования бактериальной целлюлозы. Через несколько десятилетий после первоначального открытия микробной целлюлозы К. А. Браун изучил целлюлозный материал, полученный путем ферментации сока сахарного тростника Луизианы, и подтвердил результаты А. Дж. Брауна. [6] Другие исследователи сообщили об образовании целлюлозы другими различными организмами, такими как Acetobacter Pasteurianum , Acetobacter rancens , Sarcina ventriculi и Bacterium xylinoides . В 1931 году Тарр и Хибберт опубликовали первое детальное исследование образования бактериальной целлюлозы, проведя серию экспериментов по выращиванию A. xylinum на культуральных средах. [7]

В середине 1900-х годов Хестрин и др. доказал необходимость глюкозы и кислорода в синтезе бактериальной целлюлозы. Вскоре после этого Колвин обнаружил синтез целлюлозы в образцах, содержащих бесклеточный экстракт A. xylinum , глюкозу и АТФ. [8] В 1949 г. Мюлеталер охарактеризовал микрофибриллярную структуру бактериальной целлюлозы. [9] Дальнейшие исследования бактериальной целлюлозы привели к новым применениям и применениям этого материала.

Биосинтез

[ редактировать ]
Химическая структура целлюлозы

Бактериальные источники

[ редактировать ]

Бактерии, продуцирующие целлюлозу, включают виды грамотрицательных бактерий, такие как Acetobacter , Azotobacter , Rhizobium , Pseudomonas , Salmonella , Alcaligenes , и виды грамположительных бактерий , такие как Sarcina ventriculi . [10] Наиболее эффективными продуцентами клетчатки являются A. xylinum , A. hansenii и A. Pasteurianus . Из них A. xylinum является модельным микроорганизмом для фундаментальных и прикладных исследований целлюлозы благодаря его способности производить относительно высокие уровни полимера из широкого спектра источников углерода и азота. [11]

Общий процесс

[ редактировать ]
Биохимический путь синтеза целлюлозы

Синтез бактериальной целлюлозы представляет собой многостадийный процесс, в котором задействованы два основных механизма: синтез уридиндифосфоглюкозы (УДФГГк) с последующей полимеризацией глюкозы в длинные и неразветвленные цепи (глюкановая цепь β-1→4) под действием целлюлозосинтазы . Особенности синтеза целлюлозы подробно документированы. [12] [13] Первый механизм хорошо известен, а второй еще требует изучения. Производство UDPGIc начинается с соединений углерода (таких как гексозы , глицерин , дигидроксиацетон , пируват и дикарбоновые кислоты ), вступающих в цикл Кребса , глюконеогенез или пентозофосфатный цикл в зависимости от того, какой источник углерода доступен. Затем он проходит фосфорилирование вместе с катализом, за которым следует изомеризация промежуточного продукта и процесс, известный как пирофосфорилаза UDPGIc, для превращения соединений в UDPGIc, предшественник производства целлюлозы. Было высказано предположение, что полимеризация глюкозы в глюкановую цепь β-1→4 включает либо липидный промежуточный продукт, либо липидный промежуточный продукт. [14] или не включать липидный промежуточный продукт, [12] хотя исследования структурной энзимологии и эксперименты in vitro показывают, что полимеризация может происходить путем прямого ферментативного переноса глюкозильного фрагмента от нуклеотидного сахара к растущему полисахариду. [15] A. xylinum обычно превращает соединения углерода в целлюлозу с эффективностью около 50%. [14]

Ферментационное производство

[ редактировать ]
Бактериальные штаммы, продуцирующие целлюлозу
Micro­organism Источник углерода Supple­ment Время культивирования ( ч ) Выход ( г / л )
А. ксилинум BRCS глюкоза этанол, кислород 50 15.30
G. hansenii PJK (KCTC 10505 BP) глюкоза кислород 48 1.72
глюкоза этанол 72 2.50
Aceto­bacterАцетобактерия сп . V6 глюкоза этанол 192 4.16
Aceto­bacterАцетобактерия сп . А9 глюкоза этанол 192 15.20
A. xylinum spp. Сукроферментаны BPR2001 патока никто 72 7.82
фруктоза кислород агара 72 14.10
фруктоза так что 56 12.00
фруктоза кислород 52 10.40
фруктоза кислород агара 44 8.70
А. ксилол Е25 глюкоза нет 168 3.50
Г. ксилинус К3 маннит зеленый чай 168 3.34
Г. xylinus IFO 13773 глюкоза лигносульфонат 168 10.10
А. ксилин NUST4.1 глюкоза альгинат натрия 120 6.00
Г. xylinus IFO 13773 патока из сахарного тростника нет 168 5.76
G. xylinus sp. RKY5 глицерин нет 144 5.63
Glucon­aceto­bacterГлюконацетобактерии sp . St-60-12 и Lactobacillus Mali JCM1116 (совместное культивирование) сахароза нет 72 4.20

Производство целлюлозы во многом зависит от нескольких факторов, таких как питательная среда , условия окружающей среды и образование побочных продуктов. Ферментационная среда содержит углерод , азот и другие макро- и микроэлементы, необходимые для роста бактерий. Бактерии наиболее эффективны, когда они снабжены обильным источником углерода и минимальным источником азота. [16] Глюкоза и сахароза являются наиболее часто используемыми источниками углерода для производства целлюлозы, в то время как фруктоза , мальтоза , ксилоза , крахмал и глицерин были опробованы. [17] Иногда этанол можно использовать для увеличения производства целлюлозы. [18] Проблема с использованием глюкозы заключается в том, что в качестве побочного продукта образуется глюконовая кислота , которая снижает pH культуры и, в свою очередь, снижает выработку целлюлозы. Исследования показали, что выработка глюконовой кислоты может быть снижена в присутствии лигносульфоната . [19] Добавление органических кислот, в частности уксусной кислоты , также помогло повысить выход целлюлозы. [20] Исследования использования патоковой среды в баночном ферментере [21] а также добавленные компоненты патоки сахарного тростника [22] на некоторых штаммах бактерий были изучены результаты, показывающие увеличение производства целлюлозы.

Добавление дополнительного азота обычно снижает выработку целлюлозы при добавлении молекул-предшественников, таких как аминокислоты. [23] и метионин улучшил выход. Пиридоксин , никотиновая кислота , п-аминобензойная кислота и биотин являются витаминами, важными для производства целлюлозы, тогда как пантотенат и рибофлавин оказывают противоположные эффекты. [24] В реакторах, где процесс более сложный, водорастворимые полисахариды, такие как агар , [25] ацетан и альгинат натрия [26] добавляются для предотвращения комкования или коагуляции бактериальной целлюлозы.

Другими основными факторами окружающей среды, влияющими на производство целлюлозы, являются pH, температура и растворенный кислород. Согласно экспериментальным исследованиям, оптимальная температура для максимальной продуктивности составляла от 28 до 30 °C. [27] Для большинства видов оптимальный уровень pH составляет от 4,0 до 6,0. [17] Контроль pH особенно важен в статических культурах, поскольку накопление глюконовой, уксусной или молочной кислоты снижает pH намного ниже оптимального диапазона. Содержание растворенного кислорода можно варьировать в зависимости от скорости мешалки, поскольку это необходимо для статических культур, где субстраты необходимо транспортировать путем диффузии. [28]

Реакторное производство

[ редактировать ]

Статические и перемешиваемые культуры являются традиционными способами производства бактериальной целлюлозы. Как статические, так и перемешиваемые культуры непригодны для крупномасштабного производства, поскольку статические культуры имеют длительный период культивирования, а также интенсивную рабочую силу, а перемешиваемые культуры наряду с реакциями из-за быстрого роста производят целлюлозо-отрицательные мутанты. [29] Таким образом, реакторы предназначены для сокращения времени культивирования и ингибирования превращения бактериальных штаммов, продуцирующих целлюлозу, в целлюлозо-отрицательные мутанты. Обычно используются реакторы с вращающимся диском, [30] роторный контактор биопленки (РБК), [29] биореактор , оснащенный спин-фильтром, [31] и реактор с силиконовой мембраной. [32]

Структура и свойства

[ редактировать ]
Виды целлюлозы [1]
Род Тип целлюлозы Биологическая роль
Ацетобактерия Внеклеточная пелликула,
ленты 		Поддерживать аэробную
среда
Ахромобактер Ленты Флокуляция
Аэробактер Фибриллы Флокуляция
Агробактерия Короткие фибриллы Привязанность к растениям
Алкалигены Фибриллы Флокуляция
Псевдомонада Неотличимый Флокуляция
Родобий Короткие фибриллы Привязанность к растениям
Задача Аморфный Неизвестный

Различия между растительной и бактериальной целлюлозой

[ редактировать ]

материал на Земле Как наиболее распространенный органический , целлюлозу можно разделить на растительную целлюлозу и бактериальную целлюлозу, которые встречаются в природе. Растительная целлюлоза, составляющая клеточные стенки большинства растений, представляет собой прочную сетчатую структуру, в которой целлюлозные фибриллы являются основными архитектурными элементами. Хотя бактериальная целлюлоза имеет ту же молекулярную формулу, что и растительная целлюлоза, она существенно отличается макромолекулярными свойствами и характеристиками. [8] В целом, микробная целлюлоза более химически чиста, не содержит гемицеллюлозы или лигнина , имеет более высокую водоудерживающую способность и гидрофильность , большую прочность на разрыв в результате большей степени полимеризации , сверхтонкую сетчатую структуру. Кроме того, бактериальную целлюлозу можно производить на различных подложках, и ей можно выращивать практически любую форму благодаря высокой формуемости во время формования. [33] Кроме того, бактериальная целлюлоза имеет более кристаллическую структуру по сравнению с растительной целлюлозой и образует характерные лентообразные микрофибриллы . [1] Отличительная черта микробной целлюлозы: эти тонкие микрофибриллы значительно меньше, чем в растительной целлюлозе, что делает бактериальную целлюлозу гораздо более пористой. [9]

Трехходовой механизм точки ветвления

Макроструктура

[ редактировать ]

Целлюлоза состоит из углерода , кислорода и водорода и классифицируется как полисахарид , что указывает на то, что это углевод , обладающий полимерными характеристиками. Целлюлоза состоит из полимеров с прямой цепью, основные единицы глюкозы которой удерживаются вместе бета-связями. Структурную роль целлюлозы в клеточных стенках можно сравнить с ролью стеклянных нитей стекловолокна или опорных стержней в железобетоне. [ нужна ссылка ] Фибриллы целлюлозы очень нерастворимы и неэластичны и благодаря своей молекулярной конфигурации имеют прочность на разрыв, сравнимую с прочностью стали. [ нужна ссылка ] Следовательно, целлюлоза придает уникальное сочетание химической устойчивости, механической поддержки и гибкости тканям, в которых она находится. [34] Бактериальная целлюлоза, производимая видами Acetobacter , демонстрирует уникальные свойства, в том числе высокую механическую прочность, высокую водопоглощающую способность, высокую кристалличность и сверхтонкую и очень чистую структуру волокон. [35] Одной из важнейших особенностей бактериальной целлюлозы является ее химическая чистота. Кроме того, бактериальная целлюлоза устойчива к химическим веществам и высоким температурам. [36] Было высказано предположение, что бактериальная целлюлоза имеет конструкцию, подобную «клетке», которая защищает клетку от инородных материалов и ионов тяжелых металлов, в то же время позволяя легко доставлять питательные вещества путем диффузии . [2] [37] Бактериальная целлюлоза была описана Луи Пастером как «своего рода влажная кожа, набухшая, студенистая и скользкая». Хотя твердая часть геля составляет менее одного процента, это практически чистая целлюлоза, не содержащая лигнина и других посторонних веществ. [2] Хотя бактериальная целлюлоза получается в виде сильно набухшего геля, ее текстура весьма уникальна и отличается от типичных гелей. Целлюлоза имеет сильно набухшую сеть волокон, обусловленную наличием пористых структур и туннелей внутри влажной пленки . Показатель удержания воды растительной целлюлозой составляет 60%, а у бактериальной целлюлозы показатель удержания воды составляет 1000%. [33] Образование целлюлозной пленки происходит на верхней поверхности надосадочной пленки. Большая площадь поверхности важна для хорошей производительности. Образование целлюлозы происходит на границе раздела воздух/целлюлозная пленка, а не на границе раздела среда/целлюлоза. Таким образом, кислород является важным фактором для производства целлюлозы. [1] После периода стимулирования и быстрого роста толщина постепенно увеличивается. Фибриллы не обязательно линейные, но содержат несколько «точек трехстороннего ветвления» по своей длине. Считается, что этот тип ветвления связан с уникальными характеристиками этого материала и возникает из точек ветвления, образующихся в результате бинарного деления . [38]

Размеры синтетических и натуральных волокон [39]

Свойства и характеристика

[ редактировать ]

Листовой материал, приготовленный из бактериальной целлюлозы, обладает замечательными механическими свойствами. По словам Брауна, пленка бактериальной целлюлозы была «очень жесткой, особенно если была предпринята попытка разорвать ее поперек плоскости роста». [2] для Сообщается, что модуль Юнга бактериальной целлюлозы достигает 15 ГПа поперек плоскости листа, тогда как самые высокие значения, достигнутые в прошлом для полимерных пленок или листов, составляли не более 10 ГПа. Высокий модуль Юнга листа объясняется уникальной надмолекулярной структурой, в которой фибриллы биологического происхождения сохраняются и прочно связываются водородными связями . Этот модуль Юнга не зависит от температуры и используемого процесса выращивания. Очень высокий модуль Юнга этого материала можно объяснить его надмолекулярной структурой. [37] [38]

Это свойство возникает из-за того, что рядом расположенные глюкановые цепи участвуют в меж- и внутрицепочечных водородных связях. [34] Субфибриллы бактериальной целлюлозы кристаллизуются в микрофибриллы, которые группируются в пучки, которые затем образуют «ленты». Эти волокна на два порядка тоньше целлюлозных волокон, получаемых при переработке древесины. [8] Сегодня известно, что пелликула состоит из случайного набора фибрилл (шириной < 130 нм), которые состоят из пучка гораздо более тонких микрофибрилл (диаметром от 2 до 4 нм). Известно также, что пленка при высыхании образует пленку или лист, если усадка по плоскости ограничена. [38] Ультратонкие ленты микробной целлюлозы образуют плотную сетчатую структуру, стабилизированную обширными водородными связями. Бактериальная целлюлоза также отличается от растительного аналога высоким показателем кристалличности (свыше 60%). Две распространенные кристаллические формы целлюлозы, обозначенные как I и II, различимы с помощью рентгеновского излучения , ядерного магнитного резонанса (ЯМР), рамановской спектроскопии и инфракрасного анализа. [8] Бактериальная целлюлоза кристаллографически относится к Целлюлозе I, общей с природной целлюлозой растительного происхождения, в которой две целлюлозные единицы расположены параллельно в элементарной ячейке . [2] [40] Термин «Целлюлоза I» используется для обозначения такого параллельного расположения, тогда как возникают кристаллические фибриллы, несущие антипараллельные полиглюкановые цепи, образующие термодинамически стабильную Целлюлозу II. [34] Расположение молекул в листе, подтвержденное рентгеновской дифракцией , было таким, что ось молекулярной цепи лежала случайно перпендикулярно толщине, так что плоскость (1 1 0) была ориентирована параллельно поверхности. [38]

Хотя целлюлоза образует отчетливую кристаллическую структуру, целлюлозные волокна в природе не являются чисто кристаллическими. Помимо кристаллических и аморфных областей, целлюлозные волокна содержат различные типы неровностей, такие как изломы или закручивания микрофибрилл, или пустоты, такие как поверхностные микропоры, крупные ямки и капилляры . Таким образом, общая площадь поверхности целлюлозного волокна намного больше площади поверхности идеально гладкого волокна того же размера. Конечный эффект структурной неоднородности внутри волокна заключается в том, что волокна по крайней мере частично гидратируются водой при погружении в водную среду, а некоторые микропоры и капилляры становятся достаточно просторными, чтобы обеспечить проникновение. [37]

Сканирующая электронная микроскопия края сломанного края выявила груду очень тонких слоев. Предполагается, что эти фибриллы в слоях связаны межфибриллярными водородными связями, как и в целлюлозной бумаге, но плотность межфибриллярных водородных связей должна быть значительно выше, так как фибриллы тоньше, а значит, и площадь контакта больше. [38]

Приложения

[ редактировать ]

Бактериальная целлюлоза имеет широкий спектр текущих и потенциальных будущих применений. Благодаря своим многочисленным уникальным свойствам он нашел применение в пищевой промышленности, медицине, коммерческих и промышленных продуктах и ​​других технических областях. Бактериальная целлюлоза — универсальный конструкционный материал, позволяющий придавать ей различные формы для различных целей. ряд патентов . На процессы с использованием этого материала был выдан [41] . Пеликулы бактериальной целлюлозы были предложены в качестве временного заменителя кожи при ожогах и других повреждениях кожи человека. [42]

Еда

[ редактировать ]

Самое старое известное использование бактериальной целлюлозы – это сырье для приготовления ната-де-пинья , традиционного филиппинского сладкого десерта из конфет . Несколько натуральных цветных пигментов (оксикаротиноиды, антоцианы и родственные им антиоксиданты и поглотители свободных радикалов) были включены в кубики бактериальной целлюлозы, чтобы сделать десерт более привлекательным. [43] Бактериальная целлюлоза также использовалась в качестве загустителя для поддержания вязкости пищевых продуктов и в качестве стабилизирующего агента. Благодаря своей текстуре и содержанию клетчатки его добавляют во многие пищевые продукты в качестве пищевых волокон . Конкретным примером является Cellulon®, который представляет собой наполнитель, используемый в качестве пищевого ингредиента и действующий в качестве загустителя, текстуризатора и/или снижения калорий. [44] Микробная целлюлоза также используется в Японии в качестве добавки к диетическим напиткам с 1992 года, в частности к чайному грибу , ферментированному чайному напитку. [9]

Коммерческие продукты

[ редактировать ]

Бактериальная целлюлоза также находит широкое применение в коммерческих отраслях. В производстве бумаги он используется как сверхпрочная бумага и как сетчатая сеть из тонких волокон с характеристиками покрытия, связывания, утолщения и суспендирования. [35] Благодаря высокой скорости звука и низким динамическим потерям бактериальная целлюлоза используется в качестве акустической или фильтрующей мембраны в высококачественных громкоговорителях и наушниках, продаваемых корпорацией Sony . [2] Бактериальная целлюлоза также используется в качестве добавки в косметической промышленности. Кроме того, он тестируется в текстильной промышленности с возможностью производства одежды на основе целлюлозы. [35]

Медицинский

[ редактировать ]

В более современных применениях микробная целлюлоза стала актуальной в медицинском секторе. Он был протестирован и успешно применяется в качестве повязки на раны , особенно при ожогах. Исследования показали, что ожоги, обработанные покрытиями из микробной целлюлозы, заживали быстрее, чем традиционные методы лечения, и оставляли меньше рубцов. Местное применение микробной целлюлозы эффективно благодаря способности целлюлозы удерживать воду и проницаемости водяного пара. Высокая способность удерживать воду обеспечивает влажную атмосферу в месте травмы, что имеет решающее значение для заживления, а способность впитывать влагу позволяет удалить просачивание из раны с места повреждения. Кроме того, микробная целлюлоза очень хорошо прилегает к поверхности кожи , обеспечивая конформное покрытие даже в местах, обычно трудно перевязывающих раны, например на лице. Этот метод оказался настолько успешным, что были разработаны коммерческие продукты из микробной целлюлозы, такие как Biofill ®. [1] Еще одним коммерческим продуктом для обработки микробной целлюлозы является XCell производства Xylos Corporation, который в основном используется для лечения ран от венозных язв . [45] Также были проведены исследования, в которых традиционные марлевые повязки обрабатывались микробным биополимером целлюлозы для улучшения свойств марли. Помимо увеличения времени высыхания и способности удерживать воду, жидкие лекарства могли впитываться марлей, покрытой микробной целлюлозой, что позволяло им воздействовать на место травмы. [46]

Микробная целлюлоза также использовалась для внутренних процедур, таких как костные трансплантаты и другие виды тканевой инженерии и регенерации. Ключевая способность микробной целлюлозы для медицинского применения заключается в том, что ей можно легко придавать различные формы, сохраняя при этом все свои полезные свойства. Формируя микробную целлюлозу в длинные полые трубки, их можно использовать в качестве замещающих структур для нескольких различных областей, таких как сердечно-сосудистая система , пищеварительный тракт , мочевыводящие пути или трахея . Недавнее применение микробной целлюлозы заключалось в изготовлении синтетических кровеносных сосудов и стентов . Целлюлозу также можно смоделировать в виде сетчатых мембран, которые можно использовать для внутренних замещающих структур, таких как внешняя оболочка мозга, твердая мозговая оболочка . Помимо замены, эти структуры также использовались в качестве трансплантатов для взаимодействия с существующим внутренним биологическим материалом. Микробная целлюлоза также используется для направленной регенерации тканей . [45] Bioprocess ® и Gengiflex ® являются одними из продуктов микробной целлюлозы, зарегистрированных под торговыми марками, которые в настоящее время широко применяются в хирургии и зубных имплантатах. Одним из примеров является восстановление тканей пародонта путем отделения эпителиальных клеток полости рта и соединительной ткани десны от обработанной поверхности корня. [1]

Текущие исследования/будущие приложения

[ редактировать ]

Область активных исследований микробной целлюлозы находится в области электронной бумаги . В настоящее время растительная целлюлоза используется для производства основной массы традиционной бумаги, но из-за ее низкой чистоты ее необходимо смешивать с другими веществами, такими как лигнин . Однако благодаря более высокой чистоте микробной целлюлозы и структуре микрофибрилл она может оказаться отличным кандидатом в качестве основы для электронной бумаги. Из микробной целлюлозы можно получить листы толщиной примерно 100 микрометров, что примерно соответствует толщине обычной бумаги, с помощью процесса мокрого синтеза. Микробная целлюлоза образует прочную основу со структурой микрофибрилл, которая позволяет имплантировать в бумагу легирующие примеси . Путем нанесения растворов на микробную целлюлозную бумагу проводящие добавки и электрохромные красители в структуру микрофибрилл можно поместить . Бистабильные красители меняют цвет с прозрачного на темный при приложении соответствующего напряжения , которое при размещении в пиксельной структуре позволяет формировать изображения. Эта технология все еще находится на стадии исследований и еще не масштабирована до уровня коммерческого производства. Были проведены дальнейшие исследования по применению бактериальной целлюлозы в качестве подложки в электронных устройствах, которые могут быть использованы в качестве планшетов для электронных книг, электронных газет, динамических обоев, перезаписываемых карт и средств обучения. [47] Другой возможный пример использования бактериальной целлюлозы в электронной промышленности — производство органических светодиодов (OLED). [35]

Проблемы/ограничения

[ редактировать ]

Из-за неэффективного производственного процесса текущая цена на бактериальную целлюлозу остается слишком высокой, чтобы сделать ее коммерчески привлекательной и жизнеспособной в больших масштабах. [35] Традиционные методы производства не могут производить микробную целлюлозу в коммерческих количествах, поэтому необходимо добиться дальнейшего развития реакторного производства, чтобы иметь возможность продавать многие продукты из микробной целлюлозы. [29]

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Джонас, Р.; Фара, Луис Ф. (1998). «Производство и применение микробной целлюлозы». Деградация и стабильность полимеров . 59 (1–3): 101–106. дои : 10.1016/S0141-3910(97)00197-3 .
  2. ^ Перейти обратно: а б с д и ж Игучи, М.; Яманака, С.; Будионо, А. (2000). «Бактериальная целлюлоза – шедевр искусства природы». Журнал материаловедения . 35 (2): 261–270. Бибкод : 2000JMatS..35..261I . дои : 10.1023/A:1004775229149 . S2CID   81685441 .
  3. ^ Сутанто, Агус Три (2012). «Жидкие отходы ананаса как сырье для Ната Де Пина» . Макара, Технология . 16 (1): 63–67. дои : 10.7454/mst.v16i1.1286 . S2CID   56381771 .
  4. ^ Вергара, Бенито С.; Идову, Панна Мелиза Х.; Сумангил, Джулия Х. (1999). Кокосовый крем: филиппинский деликатес (PDF ) Национальная академия наук и технологий, Филиппины. ISBN  9718538615 . Архивировано (PDF) из оригинала 28 июня 2021 г. Проверено 7 марта 2021 г.
  5. ^ Браун, AJJ Chem. Соц., 49,172, 432(1886);51,643(1887).
  6. ^ Браун, Калифорния (1906). «АНАЛИЗ САХАРНЫХ СМЕСЕЙ. 1 ". Журнал Американского химического общества . 28 : 439–453. doi : 10.1021/ja01970a001 .
  7. ^ Тарр, HLA, Хиббери, Х. Кан. Дж. Исследования , 4, 372 (1931).
  8. ^ Перейти обратно: а б с д А. Стейнбюэль, «Бактериальная целлюлоза». Биополимеры. Вайнхайм: Wiley-VCH, 2001. Печать.
  9. ^ Перейти обратно: а б с Баджадж, я; Чавла, П; Сингхал, Р; Сурвасе, С. «Микробная целлюлоза: ферментативное производство и применение». Пищевые технологии и биотехнологии . 47 (2): 107–124.
  10. ^ Шода, М.; Сугано, Ю. (2005). «Последние достижения в производстве бактериальной целлюлозы». Биотехнология. Биопроцесс Инж . 10 : 1–8. дои : 10.1007/BF02931175 .
  11. ^ С. Белецкий, А. Кристинович, М. Туркевич, Х. Калиновска: Бактериальная целлюлоза. В: Полисахариды и полиамиды в пищевой промышленности, А. Штайнбухель, С.К. Ри (ред.), Wiley-VCH Verlag, Weinhein, Германия (2005), стр. 31–85.
  12. ^ Перейти обратно: а б Браун-младший (1987). «Биосинтез целлюлозы». Пищевые гидроколлоиды . 1 (5–6): 345–351. дои : 10.1016/S0268-005X(87)80024-3 .
  13. ^ Делмер, ДП; Амор, Ю. (1995). «Биосинтез целлюлозы» . Растительная клетка . 7 (7): 987–1000. дои : 10.1105/tpc.7.7.987 . ПМК   160898 . ПМИД   7640530 .
  14. ^ Перейти обратно: а б Яннино, Н.И. Де; Кусо, РОД; Данкерт, Массачусетс (1998). «Липид-связанные интермедиаты и синтез ацетана у Acetobacter xylinum» . Дж. Генерал Микробиол . 134 (6): 1731–1736. дои : 10.1099/00221287-134-6-1731 .
  15. ^ Морган, Джейкоб Л.В.; Макнамара, Джошуа Т.; Фишер, Майкл; Рич, Джейми; Чен, Хун-Мин; Уизерс, Стивен Г.; Циммер, Йохен (2016). «Наблюдение за биосинтезом целлюлозы и мембранной транслокацией в кристаллах» . Природа . 531 (7594): 329–334. дои : 10.1038/nature16966 . ISSN   0028-0836 . ПМЦ   4843519 . ПМИД   26958837 .
  16. ^ Рамана, КВ; Сингх, Л.; Сингх, Локендра (2000). «Влияние различных источников углерода и азота на синтез целлюлозы Acetobacter xylinum». Мир Дж. Микробиол. Биотехнология . 16 (3): 245–248. дои : 10.1023/А:1008958014270 . S2CID   83658095 .
  17. ^ Перейти обратно: а б Масаока, С.; Ох, Т.; Сакота, Н. (1993). «Производство целлюлозы из глюкозы Acetobacter xylinum». Дж. Фермент. Биоинж . 75 : 18–2 дои : 10.1016/0922-338X(93)90171-4 .
  18. ^ Парк, Дж. К.; Юнг, JY; Парк, Ю.Х. (2003). «Продуцирование целлюлозы Gluconacetobacter hansenii в среде, содержащей этанол». Биотехнология. Летт . 25 (24): 2055–2059. дои : 10.1023/B:BILE.0000007065.63682.18 . ПМИД   14969408 . S2CID   6660565 .
  19. ^ Кешк, С.; Самешима, К. (2006). «Влияние лигносульфоната на кристаллическую структуру и продуктивность бактериальной целлюлозы в статической культуре». Ферментные и микробные технологии . 40 : 4–8. doi : 10.1016/j.enzmictec.2006.07.037 .
  20. ^ Тода, К.; Асакура, Т.; Фукая, М.; Энтани, Э.; Кавамура, Ю. (1997). «Производство целлюлозы устойчивой к уксусной кислоте Acetobacter xylinum». Дж. Фермент. Биоинж . 84 (3): 228–231. дои : 10.1016/S0922-338X(97)82059-4 .
  21. ^ Бэ, С.; Шода, М. (2005). «Статистическая оптимизация условий культивирования для производства бактериальной целлюлозы с использованием конструкции Бокса-Бенкена». Биотехнология. Биоинж . 90 (1): 20–28. дои : 10.1002/бит.20325 . ПМИД   15712301 .
  22. ^ Премжет, С.; Премжет, Д.; Отани, Ю. (2007). «Влияние ингредиентов патоки сахарного тростника на производство бактериальной целлюлозы Acetobacter xylinum ATCC 10245». Сен-И Гаккаиси . 63 (8): 193–199. дои : 10.2115/fiber.63.193 .
  23. ^ Сын, HJ; Ким, Х.Г.; Ким, К.К.; Ким, HS; Ким, Ю.Г.; Ли, SJ (2003). «Увеличение производства бактериальной целлюлозы Acetobacter sp. V6 в синтетических средах в условиях встряхивания культуры». Биоресурс. Технол . 86 (3): 215–219. дои : 10.1016/S0960-8524(02)00176-1 . ПМИД   12688462 .
  24. ^ Мацунага, М.; Цучида, Т.; Мацусита, К.; Адачи, О.; Ёсинага, Ф. (1996). «Синтетическая среда для производства бактериальной целлюлозы Acetobacter xylinum subsp. Sucrofermentans». Биология. Биотехнология. Биохим . 60 (4): 575–579. дои : 10.1271/bbb.60.575 .
  25. ^ Чао, Ю.; Митари, М.; Сугано, Ю.; Шода, М. (2001). «Влияние добавления водорастворимых полисахаридов на продукцию бактерий в эрлифтном реакторе емкостью 50 л». Биотехнология. Прог . 17 (4): 781–785. дои : 10.1021/bp010046b . PMID   11485444 . S2CID   33497254 .
  26. ^ Чжоу, LL; Вс, ДП; Ху, LY; Ли, Ю.В.; Ян, JZ (2007). «Влияние добавления альгината натрия на производство бактериальной целлюлозы Acetobacter xylinum» . Дж. Индийский микробиол. Биотехнология . 34 (7): 483–489. дои : 10.1007/s10295-007-0218-4 . ПМИД   17440758 .
  27. ^ Хестрин, С.; Шрамм, М. (1954). «Синтез целлюлозы Acetobacter xylinum: II. Получение лиофилизированных клеток, способных полимеризовать глюкозу в целлюлозу» . Биохим. Дж . 58 (2): 345–352. дои : 10.1042/bj0580345 . ПМЦ   1269899 . ПМИД   13208601 .
  28. ^ Шираи, А.; Такахаши, М.; Канеко, Х.; Нисимура, С.; Огава, М.; Ниши, Н.; Токура, С. (1994). «Биосинтез нового полисахарида Acetobacter xylinum». Межд. Ж. Биол. Макромол . 16 (6): 297–300. дои : 10.1016/0141-8130(94)90059-0 . ПМИД   7727342 .
  29. ^ Перейти обратно: а б с Ким, JY; Ким, JN; Ви, YJ; Парк, ДХ; Рю, HW (2007). «Производство бактериальной целлюлозы Gluconacetobacter sp. RKY5 во вращающемся контакторе биопленки». Прил. Биохим. Биотехнология . 137–140 (1–12): 529–537. дои : 10.1007/s12010-007-9077-8 . ПМИД   18478414 . S2CID   38869200 .
  30. ^ Кристинович А.; Чая, В.; Викторовска-Езерска, А.; Гонсалвес-Мишкевич, М.; Туркевич, М.; Белецкий, С. (2002). «Факторы, влияющие на выход и свойства бактериальной целлюлозы». Дж. Инди. Микробиол. Биотехнология . 29 (4): 189–195. дои : 10.1038/sj.jim.7000303 . ПМИД   12355318 . S2CID   505777 .
  31. ^ Юнг, JY; Хан, Т.; Парк, Дж. К.; Чанг, Х.Н. (2007). «Производство бактериальной целлюлозы Gluconacetobacter hansenii с использованием нового биореактора, оснащенного центробежным фильтром». Корейский J. Chem. англ . 24 (2): 265–271. дои : 10.1007/s11814-007-5058-4 . S2CID   56424486 .
  32. ^ Ёсино, Т.; Асакура, Т.; Тода, К. (1996). «Производство целлюлозы Acetobacter Pasteurianus на силиконовой мембране». Дж. Фермент. Биоинж . 81 : 32–36. дои : 10.1016/0922-338X(96)83116-3 .
  33. ^ Перейти обратно: а б Клемм, Д.; Шуман, Д.; Удхардт, У.; Марш, С. (2001). «Бактериальная синтезированная целлюлоза — искусственные кровеносные сосуды для микрохирургии». Прогресс в науке о полимерах . 26 (9): 1561–1603. дои : 10.1016/S0079-6700(01)00021-1 .
  34. ^ Перейти обратно: а б с Росс, П.; Майер, Р.; Бензиман, М. (1991). «Биосинтез и функции целлюлозы у бактерий» . Микробиол. Мол. Биол. Преподобный . 55 (1): 35–58. дои : 10.1128/г.55.1.35-58.1991 . ПМК   372800 . ПМИД   2030672 .
  35. ^ Перейти обратно: а б с д и Вандам, Э.Дж.; Баец, С. Де; Ванбаелен, А.; Йорис, К.; Вульф, П. Де (1998). «Улучшение производства бактериальной целлюлозы и возможности ее применения». Деградация и стабильность полимеров . 59 (1–3): 93–99. дои : 10.1016/S0141-3910(97)00185-7 .
  36. ^ Сан, Д.; Ян, Дж.; Ван, X. (2010). «Гибридные нановолокна бактериальной целлюлозы и TiO2, полученные методом поверхностного гидролиза с молекулярной точностью». Наномасштаб . 2 (2): 287–292. Бибкод : 2010Nanos...2..287S . дои : 10.1039/b9nr00158a . ПМИД   20644807 .
  37. ^ Перейти обратно: а б с Линд, Л.; Веймер, П.; Ван Зил, Вашингтон; Преториус, И.С. (2002). «Утилизация микробной целлюлозы: основы и биотехнология» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 66 (3): 506–577. дои : 10.1128/MMBR.66.3.506-577.2002 . ПМК   120791 . ПМИД   12209002 .
  38. ^ Перейти обратно: а б с д и Ниши, Ю.; и др. (1990). «Структура и механические свойства листов, приготовленных из бактериальной целлюлозы». Журнал материаловедения . 25 (6): 2997–3001. Бибкод : 1990JMatS..25.2997N . дои : 10.1007/BF00584917 . S2CID   135518566 .
  39. ^ Ёсинага, Фумихиро; Тоноучи, Н.; Ватанабэ, К. (1997). «Результаты исследований в области получения бактериальной целлюлозы методом аэрации и перемешивания культур и ее применение в качестве нового промышленного материала» . Биология. Биотехнология. Биохим . 61 (2): 219–224. дои : 10.1271/bbb.61.219 .
  40. ^ Куга, С.; Браун, Р.М. (1988). «Метка серебром восстанавливающих концов бактериальной целлюлозы». Исследование углеводов . 180 (2): 345–350. дои : 10.1016/0008-6215(88)80091-0 .
  41. ^ Легг, Раймонд (1990). «Микробная целлюлоза как специальный химикат». Достижения биотехнологии . 8 (2): 303–319. дои : 10.1016/0734-9750(90)91067-Q . ПМИД   14546639 .
  42. ^ Фонтана, JD и др.: «Целлюлозная пленка Acetobacter как временный заменитель кожи». Прикладная биохимия и биотехнология, Humana Press (1990) 24–25: стр. 253–264.
  43. ^ Фонтана, JD и др.: Справочник по пищевой биоинженерии, Elsevier / Academic Press (2017), Глава 7: Новые взгляды на бактериальную целлюлозу, стр. 213-249.
  44. ^ Окияма А., Мотоки М. и Яманака С., Пищевой гидеоколл. , 1992, 6, 479.
  45. ^ Перейти обратно: а б Чая, Войцех; и др. (2007). «Будущие перспективы использования микробной целлюлозы в биомедицинских применениях». Биомакромолекулы . 8 (1): 1–12. дои : 10.1021/bm060620d . ПМИД   17206781 .
  46. ^ Мефтахи, А.; и др. (2009). «Эффект покрытия ватной марли микробной целлюлозой». Целлюлоза . 17 : 199–204. дои : 10.1007/s10570-009-9377-y . S2CID   97758926 .
  47. ^ Шах, Дж.; Браун, М. (2005). «К электронным бумажным дисплеям из микробной целлюлозы». Прикладная микробиология и биотехнология . 66 (4): 352–355. дои : 10.1007/s00253-004-1756-6 . ПМИД   15538556 . S2CID   25566915 .
[ редактировать ]
Викискладе есть медиафайлы по теме бактериальной целлюлозы .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Bacterial_cellulose&oldid=1237558171"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 6aadf84157de6fa0e7dc383da276e0fb__1722326220
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/6a/fb/6aadf84157de6fa0e7dc383da276e0fb.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Bacterial cellulose - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)