Фундаментальные исследования структуры и свойств наноматериала и его биотехнологические аспекты производства в предлагаемом биореакторе

Фундаментальные исследования направлены на выявление и изучение взаимосвязей параметров, характеризующих процесс биосинтеза целлюлозы с характеристиками структурной организации полимера и физико-механическими свойствами БЦ, что дает возможность в управлении функциональных свойств полисахарида на этапе синтеза. Определена корреляции экспрессии генов, участвующих в продукции бактериальной целлюлозы от условий биосинтеза, что позволило сформировать знания об организации межоперонного взаимодействия у прокариот. Проведен анализ зависимости степени конверсии субстрата и скорости продукции бактериальной целлюлозы от условий культивирования симбиотической культуры как на полусинтетических питательных средах, так и на отходах пищевых производств - молочная сыворотка, крахмальные гидролизаты, получены данные об эффективности ассимиляции углерода различных субстратов продуцентами. Определены методы подготовки вторичного сырья, как питательных сред, соответствующие принципам "зеленой химии". Значительно расширены, систематизированы и углублены теоретические знания о физико-химических и структурных характеристиках бактериальной целлюлозы из различных источников углерода, а так же нанофибриллярного материала, полученного физической модификацией бактериальной целлюлозы. Получены результаты апробации методик физической модификации бактериальной целлюлозы: изучено влияние физических факторов (тепловая и сублимационная дегидратация, дезагрегация, ультразвуковая обработка) на состояние наноструктуры бактериальной целлюлозы: - морфология – особенности строения 3-d матрицы полимера, - химической строение – пространственное расположение сегментов молекул полимера, - надструктура – степень кристалличности, фазовое соотношение и др. (методом рентгеноструктурного анализа). Определены зависимости макросвойств материала от изменения наноструктуры бактериальной целлюлозы, что позволило получить воспроизводимые и масштабируемые результаты производства биоматериала, конструирования нанокомпозитов на его основе, а также значительно расширить области их применения. В рамках проекта проведены исследования зависимости физических и физико-химических свойств полисахаридного матрикса (влагопоглощающей и влагоудерживающей способности, прочностных характеристик, газопроницаемости), вязкоупругих свойств как от условий синтеза, так и от физической модификации полисахаридного матрикса. В рамках проекта разработан прототипа биореактора для синтеза бактериальной целлюлозы в условиях динамического производства. На основании проведенных исследований получены характеристики прототипа реактора и их влияние на биосинтез и свойства бактериальной целлюлозы.