2 Перспективные технологии экологически безопасных биопластиков с применением продуцентов полисахаридов.

Микроорганизмы образуют и внутриклеточные, и внеклеточные полисахариды, однако в технико-экономическом плане предпочтительнее внеклеточные, поэтому объемы их производства и применения значительно шире.

В промышленности используют различные микроорганизмы для получения многих типов полисахаридов. К таким микроорганизмам относятся бактерии и грибы. К бактериальным полисахаридам относятся: альгинаты, декстраны, ксантан, курдлан, полисахариды клебсиелл, менингококков и пневмококков; к грибным - аубазидан, кориолан, лентинан, пахиман, пахимаран, пуллулан, склероглюкан, шизофиллан и др.

В 1961 г. появились первые публикации об экзополисахариде, продуцируемом Xanthomonas campestis - ксантане. Это вещество обладает высокой вязкостью при малых концен­трациях и низкой скоростью сдвига. Вязкость его остается постоянной в широком диапазоне рН, не зависит от темпера­туры и присутствия солей, например хлористого калия. Ксантан был первым микробным полисаха­ридом, который начали производить в промышленном масшта­бе (1967 г.). Наибольшее применение он находит в пищевой и нефтедобывающей промышленности. В строительстве ксантан используют при приготовлении жидких строительных растворов для получения гипса. За счет большого внутреннего сцепления в низких концентрациях он применяется как добавка к цементирующим смесям, заполняющим пустоты, к замазкам для панельных швов.

Отходы производства заменителей плазмы крови на основе декстрана, которые содержат значительное количество органических веществ и минеральных солей, практически не используются.

Физико-химические свойства декстрана, культуральной жидкости, содержащей этот полисахарид, а также низкомолекулярных фракций декстрана, не используемые в производстве плазмозаменителей, позволяют предполагать, что они могут сыграть положительную роль как добавки в строительные материалы.

Биосинтез декстрана осуществляют преимущественно молочнокислые бактерии Leuconostoc mesenteroides.

Было показано, что культуральная жидкость лейконостока, нативный декстран, частично гидролизованный декстран и его фракции улучшают качество модифицированного бетона.

Повышенный интерес к древесным композиционным материалам обусловлен рядом причин: низкой стоимостью древесного сырья, малыми затратами труда и энергии при их производстве, ценными, а в отдельных случаях и уникальными, свойствами этих композитов, непрерывной возобновляемостью древесных ресурсов.

В решении проблемы токсичности особое внимание уделяется биотехнологическим разработкам, в основе которых лежит использование бактериальных полисахаридов в качестве связующих материалов.

Микробные экзополисахариды можно использовать как альтернативные традиционно применяемым синтетическим или природным полимерам. Богатство мира микробов обусловливает разнообразие структуры, физико-химических и биологических свойств микробных ЭПС. Теоретически можно найти полимер, удовлетворяющий требованиям потребителя в каждом конкретном случае.

Известно, что у некоторых видов бактерий Leuconostoc хорошо выражены адгезивные свойства, благодаря синтезу внеклеточного полисахарида – декстрана, состоящего из остатков глюкозы. Бактериальный леван (фруктан) является одним из немногих природных полисахаридов, которые могут образовывать жидкокристаллическую фазу. Эти полисахариды совершенно безвредны, например, декстран используют даже в медицине для получения кровезаменителей. Синтез этих полисахаридов происходит с помощью внеклеточных гликозилтрансфераз (декстрансахаразы и левансахаразы). которые катализируют перенос остатка глюкозы (для декстрана) или фруктозы (для левана) от молекулы сахарозы на молекулу полимера.

Одним из перспективных направлений применения левана и декстрана является замена ими токсичных термореактивных смол, используемых при производстве композиционных материалов строительного назначения.

Для получения биологического связующего на основе декстрана использовали бактерию Leuconostoc mesenteroides штамм СФ-4. Актуальным является и удешевление питательных сред, т.к. используемые традиционные прописи содержат, как правило, довольно дорогие источники необходимых микро- и макроэлементов, витаминов и др. Альтернативой может служить частичная или полная замена таких компонентов на более дешевые отходы перерабатывающих производств (меласса, барда, молочная сыворотка и др.).

Культивирование Leuconostoc mesenteroides проводили на отходах пищевых производств: мелассе (как источнике сахарозы – субстрата для декстрансахаразы), послеспиртовой барде, сыворотке, взятых в различных соотношениях. В результате получили вязкие биосвязующие коричневого цвета, свойственного мелассе.

Максимальный предел прочности наблюдался в образцах с соотношением меласса: барда:сыворотка 2:2:1, он составлял 39,1МПа, и с соотношением 2:1:2 (31,1МПа). Полученные показатели соответствуют требованиям стандарта для ДСП.

Для повышения водостойкости древесно-стружечных плит с биологическим связующим необходим поиск доступных, дешёвых и экологически безопасных гидрофобных компонентов, способствующих изоляции древесных частиц из водной среды и в то же время не влияющих на прочность плит. Такой добавкой может быть жидкое стекло.

Декстран – не единственный полисахарид, который можно использовать для получения биосвязующих. Адгезив на основе левана получали с помощью штамма Д – 08 бактерии A. vinelandii, продуцирующего высоковязкий полисахарид.

Культивирование A. vinelandii проводили на средах с мелассой. В состав вводили послеспиртовую барду и молочную сыворотку.

Изготавливали прессованные материалы из сосновых опилок с использованием биосвязующего на основе левана с добавлением жидкого стекла. Максимальный предел прочности при изгибе наблюдался в образцах с жидким стеклом (54,4МПа), это может быть связано с тем, что леваны имеют достаточно вязкую консистенцию.

Полученные результаты и разработанные методы будут ориентированы на широкое применение в деревообрабатывающей промышленности, производстве композиционных материалов и быть конкурентоспособными на мировом рынке.