Красноярские ученые разработали метод получения таких продуктов из отходов сахарной промышленности — патоки сахарной свеклы. Используя патоку как пищу для роста бактерий, синтезирующих полимер, можно добиться конвертации 80 % субстрата в целевой продукт.
Один из современных экологических трендов — разработка и постепенный переход на новые биоразлагаемые полимерные материалы, которые способны разлагаться в окружающей среде без образования токсичных продуктов. К таким, например, относятся синтезируемые многими видами бактерий полимеры гидроксиалкановых кислот — полигидроксиалканоаты (ПГА). Массовое применение таких материалов ограничено высокой стоимостью и техническими трудностями производственного процесса. Избежать этих проблем можно, оптимизируя биотехнологический синтез в первую очередь за счет использования новых продуктивных штаммов бактерий, способных расти на доступных субстратах и синтезировать ПГА различного химического состава.
Группа исследователей из ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» и Сибирского федерального университета разработала метод синтеза ПГА из патоки сахарной свеклы при помощи природного штамма бактерий Cupriavidus necator. Несмотря на то, что исследователям пришлось дополнительно корректировать химический состав патоки, они достигли 80 % выхода полимера от биомассы бактерий. Результаты показывают эффективность синтеза полимеров из отходов сахарной промышленности.
Синтезированные бактериями и очищенные в лаборатории биоразлагаемые полимеры — полигидроксиалканоаты (ПГА)
Сахара являются прекрасным субстратом в биотехнологии и возобновляемым ресурсом для производства полимерных продуктов. Исследователи использовали патоку сахарной свеклы в качестве субстрата для роста бактерий, которые синтезируют биоразлагаемый пластик. Синтез полимера осуществляли с помощью недавно описанного штамма бактерий Cupriavidus necator. Он способен накапливать в биомассе полимеры с различным химическим составом и характеристиками. Однако из сахаров эти бактерии способны использовать только фруктозу и глюкозу.
Основным сахаром в патоке является дисахарид сахароза, недоступный клеткам бактерий. Поэтому патоку необходимо дополнительно обрабатывать. Предварительно проводили гидролиз для превращения сахарозы в моносахариды, доступные для бактерий. В результате обработки в составе патоки появляются фруктоза и глюкоза. Однако помимо «нужных» компонентов могут образовываться примеси, которые в больших концентрациях негативно влияют на рост клеток и биосинтез, например азот и минеральные вещества. Чтобы избежать негативного эффекта, исследователи разбавили полученный субстрат водой и обработали пероксидом водорода. Обработка позволила снизить содержание азота, кальция, железа, кремния и титана без изменения сахаристости. Следующий этап включал в себя подпитку бактериальной культуры глюкозой и соединением, содержащим фосфор. Это позволило улучшить питательную среду для бактерий, увеличить их рост и, соответственно, довести выход полимера до 77–80 % от биомассы бактерий.
Результаты исследования опубликованы в журнале Bioengineering.