Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Бактериальная целлюлоза - это органическое соединение с формулой ( C
6ЧАС
10О
5)
пвырабатывается определенными типами бактерий . Хотя целлюлоза является основным структурным материалом большинства растений, она также производится бактериями, в основном из родов Acetobacter , Sarcina ventriculi и Agrobacterium . Бактериальная или микробная целлюлоза имеет свойства, отличные от растительной целлюлозы, 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, позволяющие увеличить рост целлюлозы из культур в лабораториях как крупномасштабный процесс. Контролируя методы синтеза, полученная микробная целлюлоза может быть адаптирована для получения определенных желаемых свойств. Например, внимание было уделено бактерии Acetobacter xylinum из-за уникальных механических свойств ее целлюлозы и ее применения в биотехнологии , микробиологии и материаловедении . Исторически бактериальная целлюлоза использовалась только для производства Nata de coco , пищевого продукта Юго-Восточной Азии. [2]Благодаря достижениям в способности синтезировать и охарактеризовать бактериальную целлюлозу, этот материал используется для широкого спектра коммерческих применений, включая текстильные изделия, косметику и пищевые продукты, а также в медицинских целях. 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]

Влажная микробная пленка целлюлозы удаляется из культуры.

История [ править ]

В качестве материала целлюлоза была впервые обнаружена в 1838 году Ансельмом Пайеном. Пайен смог изолировать целлюлозу от других растительных веществ и химически охарактеризовать ее. В одном из первых и наиболее распространенных промышленных применений целлюлоза из древесной массы использовалась для производства бумаги. Он идеально подходит для отображения информации в печатной форме из-за его высокой отражательной способности, высокой контрастности, низкой стоимости и гибкости. Открытие целлюлозы, продуцируемой бактериями, в частности Acetobacter xylinum , было аккредитовано AJ Brown в 1886 году с синтезом внеклеточного гелеобразного мата. [3]Однако только в 20 веке были проведены более интенсивные исследования бактериальной целлюлозы. Спустя несколько десятилетий после первоначального открытия микробной целлюлозы К.А. Браун изучил целлюлозный материал, полученный путем ферментации сока сахарного тростника Луизианы, и подтвердил результаты, полученные А.Дж. Брауном. [4] 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 подробное исследование образования бактериальной целлюлозы, проведя серию экспериментов по выращиванию A. xylinum на питательных средах.[5]

В середине 1900-х годов Hestrin et al. доказали 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. [6] В 1949 году микрофибриллярная структура бактериальной целлюлозы была охарактеризована Мюлетхалером. [7] Дальнейшие исследования бактериальной целлюлозы привели к новым возможностям использования этого материала.

Биосинтез [ править ]

Химическая структура целлюлозы

Источники бактерий [ править ]

Бактерии, вырабатывающие целлюлозу, включают виды грамотрицательных бактерий, такие как Acetobacter , Azotobacter , Rhizobium , Pseudomonas , Salmonella , Alcaligenes и виды грамположительных бактерий, такие как Sarcina ventriculi . [8] Наиболее эффективными продуцентами целлюлозы являются A. xylinum , A. hansenii и A. pasteurianus . Из них A. xylinumявляется модельным микроорганизмом для фундаментальных и прикладных исследований целлюлозы из-за его способности производить относительно высокие уровни полимера из широкого диапазона источников углерода и азота. [9]

Общий процесс [ править ]

Биохимический путь синтеза целлюлозы

Синтез бактериальной целлюлозы - это многоступенчатый процесс, в котором задействованы два основных механизма: синтез уридиндифосфоглюкозы (UDPGIc) с последующей полимеризацией глюкозы в длинные и неразветвленные цепи (β-1 → 4 глюкановая цепь) с помощью целлюлозосинтазы . Особенности синтеза целлюлозы подробно описаны. [10] [11] Первый механизм хорошо известен, а второй еще требует изучения. Производство UDPGIc начинается с включения углеродных соединений (таких как гексозы , глицерин , дигидроксиацетон , пируват и дикарбоновые кислоты ) в цикл Кребса., глюконеогенез или пентозофосфатный цикл в зависимости от доступного источника углерода. Затем он подвергается фосфорилированию вместе с катализом с последующей изомеризацией промежуточного продукта и процессом, известным как пирофосфорилаза UDPGIc, для преобразования соединений в UDPGIc, предшественник производства целлюлозы. Было высказано предположение, что полимеризация глюкозы в цепь β-1 → 4 глюкана включает либо промежуточный липид [12], либо не включает промежуточный липид [10], хотя исследования структурной энзимологии и in vitroэксперименты показывают, что полимеризация может происходить путем прямого ферментативного переноса глюкозильной части от нуклеотидного сахара к растущему полисахариду. [13] A. xylinum обычно превращает углеродные соединения в целлюлозу с эффективностью около 50%. [12]

Производство ферментации [ править ]

Бактериальные штаммы, продуцирующие целлюлозу
МикроорганизмИсточник углеродаДобавкаВремя культивирования ( ч )Выход ( г / л )
А. xylinum БОККглюкозаэтанол, кислород5015.30
G. hansenii PJK (KCTC 10505 BP)глюкозакислород481,72
глюкозаэтанол722,50
Acetobacter sp . V6глюкозаэтанол1924,16
Acetobacter sp . A9глюкозаэтанол19215.20
A. xylinum ssp. Sucro-fermentans BPR2001патоканикто727,82
фруктозакислород агара7214.10
фруктозаагар5612.00
фруктозакислород5210,40
фруктозакислород агара44 год8,70
А. xylinum E25глюкозанет1683,50
G. xylinus K3маннитолзеленый чай1683,34
G. xylinus IFO 13773глюкозалигносульфонат16810.10
A. xylinum NUST4.1глюкозаальгинат натрия1206.00
G. xylinus IFO 13773патока сахарного тростниканет1685,76
G. xylinus sp. RKY5глицериннет1445,63
Glucon-ацето-Bacter зр. St-60-12 и Lactobacillus Mali JCM1116 (совместное культивирование)сахарозанет724.20

Производство целлюлозы сильно 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. [14] Глюкоза и сахароза являются наиболее часто используемыми источниками углерода для производства целлюлозы, в то время как были опробованы фруктоза , мальтоза , ксилоза , крахмал и глицерин . [15] Иногдаэтанол можно использовать для увеличения производства целлюлозы. [16] Проблема с использованием глюкозы заключается в том, что глюконовая кислота образуется как побочный продукт, который снижает pH культуры и, в свою очередь, снижает производство целлюлозы. Исследования показали, что выработка глюконовой кислоты может снижаться в присутствии лигносульфоната . [17] Добавление органических кислот, в частности уксусной кислоты , также помогло увеличить выход целлюлозы. [18] Исследования использования среды мелассы в ферментере с банкой [19], а также добавленных компонентов мелассы сахарного тростника [20] на определенных штаммах бактерий были изучены, и результаты показали увеличение производства целлюлозы.

Добавление дополнительного азота обычно снижает производство целлюлозы, в то время как добавление молекул-предшественников, таких как аминокислоты [21] и метионин, увеличивает выход. Пиридоксин , никотиновая кислота , п-аминобензойная кислота и биотин являются витаминами, важными для производства целлюлозы, тогда как пантотенат и рибофлавин имеют противоположные эффекты. [22] В реакторах, где процесс является более сложным, водорастворимые полисахариды, такие как агар , [23] ацетон и альгинат натрия [24] 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 максимального производства составляла от 28 до 30 ° C. [25] Для большинства видов оптимальное значение pH составляло 4,0-6,0. [15] Контроль pH особенно важен в статических культурах, поскольку накопление глюконовой, уксусной или молочной кислоты снижает pH намного ниже оптимального диапазона. Содержание растворенного кислорода можно изменять в зависимости от скорости мешалки, поскольку это необходимо для статических культур, где субстраты необходимо транспортировать путем диффузии. [26]

Реакторное производство [ править ]

Статические и перемешанные культуры - обычные способы получения бактериальной целлюлозы. Как статические, так и перемешиваемые культуры неприменимы для крупномасштабного производства, поскольку статические культуры имеют длительный период культивирования, а также интенсивную рабочую силу, а перемешиваемые культуры производят отрицательные по целлюлозе мутанты наряду с их реакциями из-за быстрого роста. [27] Таким образом, реакторы предназначены для сокращения времени культивирования и ингибирования превращения бактериальных штаммов, продуцирующих целлюлозу, в целлюлозно-отрицательные мутанты. Обычные реакторы , используемые в реактор вращающегося диска, [28] поворотные биопленки контактор (RBC), [27] биореактор оснащен спиновый фильтром, [29] и реактор с силикономмембрана. [30]

Структура и свойства [ править ]

Виды целлюлозы [1]
РодТип целлюлозыБиологическая роль
АцетобактерВнеклеточная пленка,
ленты		Поддерживайте аэробную
среду
АхромобактерииЛентыФлокуляция
АэробактерФибриллыФлокуляция
АгробактерииКороткие фибриллыПривязанность к растениям
АлкалигеныФибриллыФлокуляция
ПсевдомонадыНеотличимыйФлокуляция
RhozobiumКороткие фибриллыПривязанность к растениям
SarcinaАморфныйНеизвестный

Различия между растительной и бактериальной целлюлозой [ править ]

Целлюлозу, как наиболее распространенный органический материал на Земле , можно разделить на растительную и бактериальную целлюлозу, которые встречаются в природе. Растительная целлюлоза, из которой состоят клеточные стенки большинства растений, представляет собой прочную сетчатую структуру, в которой волокна целлюлозы являются основными архитектурными элементами. Хотя бактериальная целлюлоза имеет ту же молекулярную формулу, что и растительная целлюлоза, она имеет существенно разные макромолекулярные свойства и характеристики. [6] В целом микробная целлюлоза более химически чиста, не содержит гемицеллюлозы или лигнина , обладает более высокой водоудерживающей способностью и гидрофильностью , более высокой прочностью на разрыв в результате большего количестваполимеризация , ультратонкая сетевая архитектура. Более того, бактериальная целлюлоза может быть получена на различных субстратах и ​​может быть выращена практически до любой формы благодаря высокой пластичности во время формования. [31] Кроме того, бактериальная целлюлоза имеет более кристаллическую структуру по сравнению с растительной целлюлозой и образует характерные ленточные микрофибриллы . [1] Отличительной чертой микробной целлюлозы, эти тонкие микрофибриллы значительно меньше, чем в растительной целлюлозе, что делает бактериальную целлюлозу гораздо более пористой. [7]

Трехходовой механизм точки разветвления

Структура макроса [ править ]

Целлюлоза состоит из углерода , кислорода и водорода и классифицируется как полисахарид , что указывает на то, что это углевод, который проявляет полимерные характеристики. Целлюлоза состоит из полимеров с прямой цепью, основные единицы глюкозы которых удерживаются вместе бета-связями. Структурную роль целлюлозы в стенках ячеек можно сравнить с ролью стеклянных нитей из стекловолокна или опорных стержней в железобетоне. [ необходима цитата ] Фибриллы целлюлозы очень нерастворимы и неэластичны, а из-за их молекулярной конфигурации имеют предел прочности на разрыв, сравнимый с прочностью стали. [ необходима цитата] Следовательно, целлюлоза придает уникальное сочетание химической устойчивости и механической поддержки и гибкости тканям, в которых она находится. [32] Бактериальная целлюлоза, производимая видами Acetobacter , демонстрирует уникальные свойства, включая высокую механическую прочность, высокую водопоглощающую способность, высокую кристалличность, а также ультратонкую и высокочистую сетчатую структуру волокон. [33] Одной из важнейших характеристик бактериальной целлюлозы является ее химическая чистота. Кроме того, бактериальная целлюлоза устойчива к химическим веществам и высоким температурам. [34]Было высказано предположение, что бактериальная целлюлоза имеет конструкцию, подобную «клетке», которая защищает клетку от инородных материалов и ионов тяжелых металлов, при этом позволяя легко доставлять питательные вещества путем диффузии . [2] [35] Бактериальная целлюлоза была описана Луи Пастером как «своего рода влажная кожа, опухшая, студенистая и скользкая». Хотя твердая часть геля составляет менее одного процента, это почти чистая целлюлоза, не содержащая лигнина и других посторонних веществ. [2]Хотя бактериальная целлюлоза получается в форме сильно набухшего геля, текстура совершенно уникальна и отличается от типичных гелей. Целлюлоза имеет сильно набухшую сеть волокон, возникающую из-за наличия структур пор и туннелей во влажной пленке . Удерживание воды растительной целлюлозой составляет 60%, в то время как бактериальная целлюлоза имеет значение удержания воды 1000%. [31] Образование пленки целлюлозы происходит на верхней поверхности пленки надосадочной жидкости . Большая площадь поверхности важна для хорошей производительности. Образование целлюлозы происходит на поверхности раздела воздух / пленка целлюлозы, а не на границе раздела среда / целлюлоза. Таким образом, кислород является важным фактором производства целлюлозы. [1]После периода стимулирования и быстрого роста толщина неуклонно увеличивается. Фибриллы не обязательно являются линейными, но содержат несколько «точек трехстороннего ветвления» по своей длине. Считается, что этот тип ветвления связан с уникальными характеристиками этого материала и происходит из точек ветвления, возникающих в результате митоза клетки . [36]

Размеры синтетических и натуральных волокон [37]

Свойства и характеристика [ править ]

Листовой материал, изготовленный из бактериальной целлюлозы, обладает замечательными механическими свойствами. По словам Брауна, пленка бактериальной целлюлозы была «очень прочной, особенно если была сделана попытка разорвать ее через плоскость роста». [2] В модуль Юнга для бактериальной целлюлозы, как сообщается, может достигать 15 ГПа по всей плоскости листа, в то время как высокие значения , достигнутые в прошлом полимерных пленок или листов <10GPa в большинстве. Высокий модуль Юнга листа был приписан уникальной надмолекулярной структуре, в которой фибриллы биологического происхождения сохранены и прочно связаны водородными связями.. Этот модуль Юнга не зависит от температуры или используемого процесса выращивания. Очень высокий модуль Юнга этого материала следует приписать его надмолекулярной структуре. [35] [36]

Это свойство возникает из-за того, что соседние цепи глюкана участвуют в меж- и внутрицепочечных водородных связях. [32] Субфибриллы бактериальной целлюлозы кристаллизуются в микрофибриллы, которые группируются в пучки, которые затем образуют «ленты». Эти волокна на два порядка тоньше, чем волокна целлюлозы, полученные путем варки древесины. [6] Сегодня известно, что пленка представляет собой беспорядочную совокупность фибрилл (шириной <130 нм), которые состоят из пучка гораздо более мелких микрофибрилл (диаметром от 2 до 4 нм). Также известно, что пленка при сушке образует пленку или лист, если усадка в плоскости ограничена. [36]Ультратонкие ленты микробной целлюлозы образуют плотную сетчатую структуру, стабилизированную обширными водородными связями. Бактериальная целлюлоза также отличается от своего растительного аналога высоким индексом кристалличности (более 60%). Две общие кристаллические формы целлюлозы, обозначенные как I и II, различаются с помощью рентгеновского излучения , ядерного магнитного резонанса (ЯМР), спектроскопии комбинационного рассеяния и инфракрасного анализа. [6] Бактериальная целлюлоза кристаллографически относится к целлюлозе I, общей с натуральной целлюлозой растительного происхождения, в которой два целлюлозных элемента расположены параллельно в элементарной ячейке . [2] [38]Термин «целлюлоза I» используется для этого параллельного расположения, тогда как кристаллические фибриллы, несущие антипараллельные полиглюкановые цепи, возникают, образуя термодинамически стабильную целлюлозу II. [32] Расположение молекул в листе, подтвержденное дифракцией рентгеновских лучей , было таким, что ось молекулярной цепи лежала случайно перпендикулярно толщине, так что плоскость (1 1 0) была ориентирована параллельно поверхности. [36]

Хотя целлюлоза образует отчетливую кристаллическую структуру, волокна целлюлозы в природе не являются чисто кристаллическими. В дополнение к кристаллическим и аморфным областям волокна целлюлозы содержат различные типы неровностей, такие как изгибы или скручивания микрофибрилл, или пустоты, такие как поверхностные микропоры, большие ямки и капилляры . Таким образом, общая площадь поверхности целлюлозного волокна намного больше площади идеально гладкого волокна того же размера. Чистый эффект структурной неоднородности внутри волокна состоит в том, что волокна, по крайней мере, частично гидратируются водой при погружении в водную среду, а некоторые микропоры и капилляры достаточно просторны, чтобы обеспечить проникновение. [35]

Сканирующая электронная микроскопия 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 намного выше, поскольку фибриллы более мелкие, следовательно, площадь контакта больше. [36]

Приложения [ править ]

Бактериальная целлюлоза имеет широкий спектр текущих и потенциальных применений в будущем. Благодаря своим многочисленным уникальным свойствам, он используется в пищевой промышленности, медицине, коммерческих и промышленных товарах и других технических областях. Бактериальная целлюлоза - это универсальный структурный материал, позволяющий придавать ей различные формы для различных целей. На процессы с использованием этого материала был выдан ряд патентов . [39] . Пелликулы бактериальной целлюлозы были предложены в качестве временного заменителя кожи при ожогах человека и других кожных повреждениях [44. Фонтана, Дж. Д. и др. (1990) «Целлюлозная пленка Acetobacter как временный заменитель кожи». .Applie d биохимии и биотехнологии (Humana Press) 24-25: 253-264].

Еда [ править ]

Самый старый известный способ использования бактериальной целлюлозы - это сырье для ната-де-пинья , традиционного сладкого сладкого десерта на Филиппинах . Несколько натуральных цветных пигментов (оксикаротиноиды, антоцианы и родственные антиоксиданты и поглотители свободных радикалов) были включены в кубики бактериальной целлюлозы, чтобы сделать десерт более привлекательным [45. Фонтана, Дж. Д. и др. (2017) Справочник по пищевой биоинженерии, Elsevier / Academic Press, глава 7: Новые взгляды на бактериальную целлюлозу, страницы 213–249]. Бактериальная целлюлоза также используется в качестве загустителя для поддержания вязкости пищевых продуктов и в качестве стабилизатора. Благодаря своей текстуре и содержанию клетчатки он добавляется во многие пищевые продукты в качестве пищевых волокон.. Конкретным примером является Cellulon®, который представляет собой наполнитель, используемый в качестве пищевого ингредиента в качестве загустителя, текстуризатора и / или средства для снижения калорийности. [40] Микробная целлюлоза также использовалась в качестве добавки в диетические напитки в Японии с 1992 года, в частности, чайный гриб - ферментированный чайный напиток. [7]

Коммерческие продукты [ править ]

Бактериальная целлюлоза также широко применяется в коммерческих отраслях. В бумажном производстве она используется как сверхпрочная бумага и как сетка из тонких волокон с покрытием, связующим, утолщением и суспендирующими свойствами. [33] Благодаря высокой скорости звука и низким динамическим потерям бактериальная целлюлоза использовалась в качестве акустической или фильтрующей мембраны в высококачественных громкоговорителях и наушниках, продаваемых Sony Corporation . [2] Бактериальная целлюлоза также используется в качестве добавки в косметической промышленности. Кроме того, он проходит испытания в текстильной промышленности с возможностью производства одежды на основе целлюлозы. [33]

Медицинский [ править ]

В более современных приложениях микробная целлюлоза стала актуальной в медицинском секторе. Он прошел испытания и успешно используется в качестве перевязочного материала для ран , особенно при ожогах. Исследования показали, что ожоги, обработанные микробной целлюлозой, заживают быстрее, чем традиционные методы лечения, и оставляют меньше рубцов. Местные применения микробной целлюлозы эффективны благодаря способности целлюлозы удерживать воду и проницаемости для водяного пара. Высокая водоудерживающая способность обеспечивает влажную атмосферу в месте повреждения, что имеет решающее значение для заживления, в то время как способность впитывания позволяет удалить просачивание из раны с места. Кроме того, микробная целлюлоза очень хорошо ложится на поверхность кожи., обеспечивая конформное покрытие даже в местах, которые обычно трудно перевязать, например, на лице. Этот метод оказался настолько успешным, что были разработаны коммерческие продукты из микробной целлюлозы, такие как Biofill ®. [1] Другой коммерческий продукт для лечения микробной целлюлозы - XCell, производимый Xylos Corporation, который в основном используется для лечения ран от венозных язв . [41] Также были проведены исследования, где традиционная марляповязки обрабатываются микробным биополимером целлюлозы для улучшения свойств марли. В дополнение к увеличению времени высыхания и способности удерживать воду, жидкие лекарства были способны абсорбироваться марлей, покрытой микробной целлюлозой, что позволяло им работать на месте повреждения. [42]

Микробная целлюлоза также использовалась для внутреннего лечения, такого как костные трансплантаты и другие тканевые инженерии и регенерации. Ключевая способность микробной целлюлозы для использования в медицине заключается в том, что ей легко придавать различные формы, сохраняя при этом все свои полезные свойства. Формовав микробную целлюлозу в длинные полые трубки, они могут использоваться в качестве замещающих структур для нескольких различных областей, таких как сердечно-сосудистая система , пищеварительный тракт , мочевыводящие пути или трахея . В последнее время микробная целлюлоза применяется в качестве синтетических кровеносных сосудов и стентов.. Целлюлозу также можно смоделировать в виде сетчатых мембран, которые можно использовать для внутренних замещающих структур, таких как внешняя мембрана головного мозга, твердая мозговая оболочка . Помимо замены, эти структуры также использовались в качестве трансплантатов для взаимодействия с существующим внутренним биологическим материалом. Микробная целлюлоза также использовалась для управляемой регенерации тканей . [41] Bioprocess ® и Gengiflex ® являются одними из распространенных товарных знаков микробной целлюлозы, которые в настоящее время находят широкое применение в хирургии и дентальных имплантатах. Один из примеров включает восстановление тканей пародонта путем отделения эпителиальных клеток полости рта и соединительных тканей десны от обработанной поверхности корня. [1]

Текущие исследования / будущие приложения [ править ]

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 из-за более высокой чистоты микробной целлюлозы и структуры микрофибрилл она может оказаться отличным кандидатом в качестве основы для электронной бумаги. Из микробной целлюлозы можно формовать листы толщиной примерно 100 микрометров, что примерно равно толщине обычной бумаги, с помощью процесса мокрого синтеза. Из микробной целлюлозы образуется прочный субстрат с микрофибрилльной структурой, позволяющий имплантировать в бумагу легирующие примеси.. Путем нанесения растворов на микробную целлюлозную бумагу проводящие легирующие добавки и электрохромные красители могут быть помещены в структуру микрофибрилл. Бистабильные красители меняют цвет с прозрачного на темный при приложении соответствующих напряжений , которые при размещении в пиксельной структуре позволяют формировать изображения. Эта технология все еще находится на стадии исследований и еще не доведена до уровня коммерческого производства. Были проведены дальнейшие исследования по применению бактериальной целлюлозы в качестве подложки в электронных устройствах с возможностью использования в качестве планшетов для электронных книг, электронных газет, динамических обоев, перезаписываемых карт и средств обучения. [43]Другой возможный пример использования бактериальной целлюлозы в электронной промышленности включает производство органических светодиодов (OLED). [33]

Проблемы / ограничения [ править ]

Из-за неэффективного производственного процесса текущая цена на бактериальную целлюлозу остается слишком высокой, чтобы сделать ее коммерчески привлекательной и жизнеспособной в больших масштабах. [33] 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. [27]

См. Также [ править ]

  • Материаловедение
  • Микробиология
  • Биотехнологии

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f g Jonas, R .; Фарах, Луис Ф. (1998). «Производство и применение микробной целлюлозы». Разложение и стабильность полимеров . 59 (1–3): 101–106. DOI : 10.1016 / S0141-3910 (97) 00197-3 .
  2. ^ a b c d e е Игучи, М .; Yamanaka, S .; Будхионо, А. (2000). «Бактериальная целлюлоза» - шедевр искусства природы ». Журнал материаловедения . 35 (2): 261–270. Bibcode : 2000JMatS..35..261I . DOI : 10,1023 / A: 1004775229149 .
  3. ^ Браун, AJJ Chem. Soc., 49, 172, 432 (1886); 51 643 (1887).
  4. ^ Браун, Калифорния, J. Chem. Soc. , 28, 453 (1906)
  5. ^ Tarr, HLA, Hibbery, H. Can. J. Research , 4, 372 (1931)
  6. ^ a b c d А. Штейнбюэль, «Бактериальная целлюлоза». Биополимеры. Weinheim: Wiley-VCH, 2001. Печать.
  7. ^ a b c Bajaj, I; Chawla, P; Сингхал, Р. Survase, S. "Микробная целлюлоза: ферментативное производство и применение". Пищевая технология и биотехнология . 47 (2): 107–124.
  8. ^ M. Shoda, Y. Sugano (2005) Последние достижения в производстве бактериальной целлюлозы, Biotechnol. Bioprocess Eng. 10 1-8
  9. ^ С. Белецкий, А. Кристинович, М. Туркевич, Х. Калиновска: Бактериальная целлюлоза. В: Полисахараиды и полиамиды в пищевой промышленности, A. Steinbuchel, SK Rhee (Eds.), Wiley-VCH Verlag, Weinhein, Германия (2005), стр. 31-85.
  10. ^ а б Браун младший (1987). «Биосинтез целлюлозы». Пищевые гидроколлоиды . 1 (5–6): 345–351. DOI : 10.1016 / S0268-005X (87) 80024-3 .
  11. ^ Делмер, Д.П .; Амор Ю. (1995). «Биосинтез целлюлозы» . Растительная клетка . 7 (7): 987–1000. DOI : 10.1105 / tpc.7.7.987 . PMC 160898 . PMID 7640530 .  
  12. ^ а б Яннино, Н. И. Де; Couso, RO; Данкерт, Массачусетс (1998). «Промежуточные соединения с липидной связью и синтез ацетана в Acetobacter xylinum» . J. Gen. Microbiol . 134 : 1731–1736. DOI : 10.1099 / 00221287-134-6-1731 .
  13. ^ Морган, Джейкоб LW; Макнамара, Джошуа Т .; Фишер, Майкл; Рич, Джейми; Чен, Хун-Мин; Холка, Стивен Дж .; Циммер, Йохен (2016). «Наблюдение за биосинтезом целлюлозы и транслокацией мембран в кристаллах» . Природа . 531 (7594): 329–334. DOI : 10,1038 / природа16966 . ISSN 0028-0836 . PMC 4843519 . PMID 26958837 .   
  14. ^ Рамана, KV; Singh, L .; Сингх, Локендра (2000). «Влияние различных источников углерода и азота на синтез целлюлозы Acetobacter xylinum». World J. Microbiol. Biotechnol . 16 (3): 245–248. DOI : 10,1023 / A: 1008958014270 .
  15. ^ a b Masaoka, S .; Ohe, T .; Сакота, Н. (1993). «Производство целлюлозы из глюкозы с помощью Acetobacter xylinum». J. Ferment. Bioeng . 75 : 18–22. DOI : 10.1016 / 0922-338X (93) 90171-4 .
  16. ^ Парк, JK; Юнг, JY; Парк, YH (2003). «Производство целлюлозы Gluconacetobacter hansenii в среде, содержащей этанол». Biotechnol. Lett . 25 (24): 2055–2059. DOI : 10,1023 / Б: BILE.0000007065.63682.18 . PMID 14969408 . 
  17. ^ Keshk, S .; 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 .
  18. ^ Тода, К .; Asakura, T .; Фукая, М .; Entani, E .; Кавамура, Ю. (1997). «Производство целлюлозы устойчивой к уксусной кислоте Acetobacter xylinum». J. Ferment. Bioeng . 84 (3): 228–231. DOI : 10.1016 / S0922-338X (97) 82059-4 .
  19. ^ Bae, S .; Шода, М. (2005). «Статистическая оптимизация условий культивирования для производства бактериальной целлюлозы с использованием дизайна Бокса-Бенкена». Biotechnol. Bioeng . 90 (1): 20–28. DOI : 10.1002 / bit.20325 . PMID 15712301 . 
  20. ^ Premjet, S .; Premjet, D .; Отани, Ю. (2007). «Влияние ингредиентов патоки сахарного тростника на производство бактериальной целлюлозы с помощью Acetobacter xylinum ATCC 10245» . Сен-И Гаккаиси . 63 (8): 193–199. DOI : 10.2115 / fiber.63.193 .
  21. ^ Сын, HJ; Kim, HG; Kim, KK; Ким, HS; Kim, YG; Ли, SJ (2003). «Повышенное производство бактериальной целлюлозы Acetobacter sp. V6 в синтетической среде в условиях встряхивания культуры». Биоресурсы. Technol . 86 (3): 215–219. DOI : 10.1016 / S0960-8524 (02) 00176-1 . PMID 12688462 . 
  22. ^ Matsunaga, M .; Tsuchida, T .; Matsushita, K .; Adachi, O .; Йошинага, Ф. (1996). «Синтетическая среда для производства бактериальной целлюлозы Acetobacter xylinum subsp. Sucrofermentans». Biosci. Biotechnol. Биохим . 60 (4): 575–579. DOI : 10.1271 / bbb.60.575 .
  23. ^ Chao, Y .; Mitari, M .; Sugano, Y .; Шода, М. (2001). «Влияние добавления водорастворимых полисахаридов на бактериальную продукцию в 50-литровом эрлифтном реакторе». Biotechnol. Прог . 17 (4): 781–785. DOI : 10.1021 / bp010046b .
  24. ^ Чжоу, LL; Вс, ДП; Ху, LY; Ли, YW; Ян, JZ (2007). «Влияние добавления альгината натрия на продукцию бактериальной целлюлозы Acetobacter xylinum». J. Ind. Microbiol. Biotechnol . 34 (7): 483–489. DOI : 10.1007 / s10295-007-0218-4 . PMID 17440758 . 
  25. ^ Hestrin, S .; Шрамм, М. (1954). «Синтез целлюлозы с помощью Acetobacter xylinum: II. Получение лиофилизированных клеток, способных полимеризовать глюкозу в целлюлозу» . Биохим. Дж . 58 (2): 345–352. PMC 1269899 . PMID 13208601 .  
  26. ^ Shirai, A .; Takahashi, M .; Канеко, Х .; Nishimura, S .; Ogawa, M .; Nishi, N .; Токура, С. (1994). «Биосинтез нового полисахарида Acetobacter xylinum». Int. J. Biol. Макромол . 16 (6): 297–300. DOI : 10.1016 / 0141-8130 (94) 90059-0 . PMID 7727342 . 
  27. ^ a b c Ким, JY; Kim, JN; Wee, YJ; Парк, DH; Рю, HW (2007). «Производство бактериальной целлюлозы с помощью Cluconacetobacter sp. RKY5 во вращающемся контакторе биопленки». Прил. Биохим. Biotechnol . 137–140 (1–12): 529–537. DOI : 10.1007 / s12010-007-9077-8 . PMID 18478414 . 
  28. ^ Krystynowicz, A .; Czaja, W .; Викторовска-Езерская, А .; Goncalves-Miskiewicz, M .; Туркевич, М .; Белецкий, С. (2002). «Факторы, влияющие на урожайность и свойства бактериальной целлюлозы». J. Ind. Microbiol. Biotechnol . 29 (4): 189–195. DOI : 10.1038 / sj.jim.7000303 . PMID 12355318 . 
  29. ^ Юнг, JY; Хан, Т .; Парк, JK; Чанг, HN (2007). «Производство бактериальной целлюлозы с помощью Gluconacetobacter hansenii с использованием нового биореактора, оснащенного центробежным фильтром». Korean J. Chem. Англ . 24 (2): 265–271. DOI : 10.1007 / s11814-007-5058-4 .
  30. ^ Йошино, Т .; Asakura, T .; Тода, К. (1996). «Производство целлюлозы с помощью Acetobacter pasteurianus на силиконовой мембране». J. Ferment. Bioeng . 81 : 32–36. DOI : 10.1016 / 0922-338X (96) 83116-3 .
  31. ^ a b Klemm, D .; Schumann, D .; Udhardt, U .; Марш, С. (2001). «Целлюлоза, синтезированная бактериями - искусственные кровеносные сосуды для микрохирургии». Прогресс в науке о полимерах . 26 (9): 1561–1603. DOI : 10.1016 / S0079-6700 (01) 00021-1 .
  32. ^ a b c Росс, П .; Mayer, R .; Бензиман, М. (1991). «Биосинтез целлюлозы и функции бактерий». Microbiol. Мол. Биол. Ред . 55 (1): 35–58. PMID 2030672 . 
  33. ^ a b c d e Vandamme, EJ; Баэтс, С. Де; Vanbaelen, A .; Joris, K .; Вульф, П. Де (1998). «Улучшение производства бактериальной целлюлозы и возможности ее применения». Разложение и стабильность полимеров . 59 (1–3): 93–99. DOI : 10.1016 / S0141-3910 (97) 00185-7 .
  34. ^ Вс, D .; Yang, J .; Ван, X. (2010). «Гибридные нановолокна бактериальной целлюлозы / TiO2, полученные методом поверхностного гидролиза с молекулярной точностью». Наноразмер . 2 (2): 287–292. Bibcode : 2010Nanos ... 2..287S . DOI : 10.1039 / b9nr00158a . PMID 20644807 . 
  35. ^ a b c Lynd, L .; Weimer, P .; Ван Зил, WH; Преториус, IS (2002). «Использование микробной целлюлозы: основы и биотехнология» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 66 (3): 506–577. DOI : 10.1128 / MMBR.66.3.506-577.2002 . PMC 120791 . PMID 12209002 .  
  36. ^ a b c d e Nishi, Y .; и другие. (1990). «Структура и механические свойства листов из бактериальной целлюлозы». Журнал материаловедения . 25 (6): 2997–3001. Bibcode : 1990JMatS..25.2997N . DOI : 10.1007 / BF00584917 .
  37. ^ Ёсинага, Фумихиро; Tonouchi, N .; Ватанабэ, К. (1997). «Прогресс исследований в производстве бактериальной целлюлозы с помощью аэрации и агитационной культуры и ее применение в качестве нового промышленного материала» . Biosci. Biotechnol. Биохим . 61 (2): 219–224. DOI : 10.1271 / bbb.61.219 .
  38. ^ Куга, S .; Браун, RM (1988). «Серебряное мечение восстанавливающих концов бактериальной целлюлозы». Исследование углеводов . 180 (2): 345–350. DOI : 10.1016 / 0008-6215 (88) 80091-0 .
  39. Перейти ↑ Legge, Raymond (1990). «Микробная целлюлоза как специальный химикат». Достижения биотехнологии . 8 (2): 303–319. DOI : 10.1016 / 0734-9750 (90) 91067-Q . PMID 14546639 . 
  40. ^ Okiyama А., Motoki, М. и Яманака, S., Food Hydeocoll. , 1992, 6, 479.
  41. ^ а б Чая, Войцех; и другие. (2007). «Будущие перспективы микробной целлюлозы в биомедицинских приложениях». Биомакромолекулы . 8 (1): 1–12. DOI : 10.1021 / bm060620d . PMID 17206781 . 
  42. ^ Мефтахи, А .; и другие. (2009). «Эффекты покрытия ватной марли с микробной целлюлозой». Целлюлоза . 17 : 199–204. DOI : 10.1007 / s10570-009-9377-у .
  43. ^ Шах, Дж .; Браун, М. (2005). «К дисплеям на электронной бумаге из микробной целлюлозы». Прикладная микробиология и биотехнология . 66 (4): 352–355. DOI : 10.1007 / s00253-004-1756-6 . PMID 15538556 . 

Внешние ссылки [ править ]