Пластиковая тара и прочие отходы из пластмассы сейчас являются главным источником масштабного загрязнения природы. Но эти материалы можно заменить безопасными естественными полимерами, которые быстро разлагаются в окружающей среде. Красноярские учёные разработали метод получения таких продуктов из отходов сахарной промышленности — патоки сахарной свёклы. Результаты опубликованы в журнале Bioengineering.
Разработка и постепенный переход на новые биоразлагаемые полимеры — современный экологический тренд. К подобным материалам относятся и полигидроксиалканоаты (ПГА), которые синтезируются бактериями. К сожалению, их массовое применение ограничено высокой стоимостью и техническими трудностями производственного процесса. Чтобы оптимизировать его, нужно использовать новые продуктивные штаммы бактерий, способных расти на доступных субстратах.
Группа исследователей из ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» и Сибирского федерального университета разработала метод синтеза такого материала из патоки сахарной свёклы при помощи природного штамма бактерий Cupriavidus necator. Патока была использована в качестве субстрата для роста микроорганизмов, которые способны накапливать в биомассе полимеры с различным химическим составом и характеристиками.
Трудность в том, что из сахаров эти бактерии могут использовать только фруктозу и глюкозу. А основным сахаром в патоке является дисахарид сахароза, недоступный клеткам бактерий. Поэтому патоку нужно дополнительно обрабатывать, проводя гидролиз. В результате в её составе появляются фруктоза и глюкоза. Кроме того, учёные смогли улучшить питательную среду для микробов, увеличив их рост и добившись выхода полимера до 80% от биомассы бактерий.
«Наше исследование направлено на более эффективное использование отходов сахарного производства — таких как тростниковая и свекловичная патока. Это недорогой источник углерода, содержащий, помимо сахаров, витамины и ряд минеральных элементов, — говорит старший научный сотрудник Института биофизики СО РАН, кандидат биологических наук Наталья Жила. — Результаты нашей работы показывают возможность синтеза ценных полимеров из свекольной патоки бактериями Cupriavidus necator. Такие полимеры обладают биоразлагаемостью и высокой биосовместимостью, что выводит их в разряд перспективных материалов и позволяет рассматривать в качестве конкурента известным биоразлагаемым пластикам — полилактидам и полигликолидам».
По словам исследовательницы, созданные ими полимеры можно использовать в различных областях, от коммунального и сельского хозяйства до фармакологии и биомедицины. А при введении в культуру бактерий специальных субстратов можно получить материалы с улучшенными свойствами.