Изучение физико-механических свойств аэрогелей из бактериальной целлюлозы, полученной путем биосинтеза штаммом Komagataeibacter sucrofermentans B-1126 тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.06, кандидат наук Щанкин Михаил Владимирович

• Щанкин Михаил Владимирович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Щанкин Михаил Владимирович

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Продуценты бактериальной целлюлозы и влияние условий культивирования на биосинтез бактериальной целлюлозы. Механизм биосинтеза)

1.2 Особенности структурной организации БЦ

1.3 Свойства бактериальной целлюлозы

1.4 Применение бактериальной целлюлозы

1.5 Получение аэрогелей из бактериальной целлюлозы

1.5.1 Определение понятия аэрогеля, и история их открытия

1.5.2 Классификация аэрогелей и области их применения

1.5.3 Получение аэрогелей из бактериальной целлюлозы

1.6 Новые направления применения аэрогелей и композитных материалов на основе аэрогелей из целлюлозы

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1 Объект исследования

2.2 Методы исследования

2.2.1 Приготовление питательных сред

2.2.2 Условия культивирования бактерий

2.2.3 Культивирование продуцента бактериальной целлюлозы в статических и динамических условиях

2.2.4 Выделение бактериальной целлюлозы

2.2.5 Исследование бактериальной целлюлозы методом ЯМР

2.2.6 Получение аэрогелей

2.2.7 Определение плотности полученных образцов аэрогелей

2.2.8 Определение прочности аэрогелей

2.2.9 Изучение структуры материала методом ИК-спектроскопии

2.2.10 Рентгеноструктурный анализ бактериальной целлюлозы

2.2.11 Исследование теплопроводности аэрогелей

2.2.12 Определение нормального коэффициента звукопоглощения

2.2.13 Определение термоустойчивости аэрогелей на основе бактериальной целлюлозы

2.2.14 Исследование микроструктуры аэрогелей

2.2.15 Силирование аэрогелей

2.2.16 Статистическая обработка результатов 53 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ * 54 3. 1 Получение и анализ бактериальной целлюлозы

3.2 Анализ бактериальной целлюлозы, полученной в статических и динамических условиях культивирования при помощи ИК спектроскопии, ЯМР-исследования и рентгеноструктурного анализа

3.3 Рентгеноструктурный анализ бактериальной целлюлозы

3.4 Получение аэрогелей из бактериальной целлюлозы, полученной в условиях статического и динамического культивирования

3.5 Исследование пористости аэрогелей

3.6 Микроморфология аэрогелей на основе бактериальной целлюлозы

3.7 Влияние плотности аэрогелей на прочность

3.8 Исследование теплопроводности аэрогелей из бактериальной целлюлозы

3.9 Изучение звукопоглощающих характеристик аэрогелей из бактериальной целлюлозы

3.10 Изучение термоустойчивости аэрогелей из бактериальной целлюлозы

3.11 Замораживание гидрогелей БЦ в жидком азоте

3.12 Модификация полученных аэрогелей методом силирования 86 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 90 ВЫВОДЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Изучение физико-механических свойств аэрогелей из бактериальной целлюлозы, полученной путем биосинтеза штаммом Komagataeibacter sucrofermentans B-1126»

Актуальность темы работы и степень её разработанности

В настоящее время интенсивно проводятся исследования по получению новых материалов, обладающих широким спектром действия. Одним из таких перспективных материалов является бактериальная целлюлоза. Уже сейчас ее используют в самых различных областях: от хирургии и кулинарии до разнообразных высокотехничных индустрий, для производства новых материалов и нанокомпозитов [Кривомаз, 2015].

Бактериальная целлюлоза (БЦ) характеризуется химической чистотой, в ней отсутствуют примеси лигнина, гемицеллюлоз и других компонентов, сопутствующих растительной целлюлозе [Гладышева, 2015]. Она значительно превосходит свой аналог растительного происхождения благодаря высокой чистоте, наноструктуре, высокой степени полимеризации и кристалличности [Ревин, 2014].

На основе БЦ можно получать вещества и композиционные материалы нового поколения, такие как НКЦ - нанокристаллическую целлюлозу, различные нанокомпозиционные материалы и аэрогели [Байклз, 1974; Бушманова, 2017].

Аэрогель - это легкий высокопористый материал, обладающий рядом исключительных и даже уникальных свойств, которые позволяют его использовать в различных областях науки и техники, включая оптоэлектронику, в процессах адсорбции, в производстве медицинских материалов, аэрокосмической отрасли, и во многих других областях [Воскобойников, 2010; Бушманова, 2017; Вершинин, 2017].

Целлюлозные аэрогели - это экологичный, чистый, биосовместимый и биоразлагаемый материал, вместе с тем обладающий и другими превосходными свойствами, такими как низкая плотность, высокая пористость и значительная удельная площадь поверхности [Вялышев, 2006; Гаврилова, 2015].

К настоящему времени разработаны технологии и производства неорганических аэрогелей на основе различных соединений. Эти аэрогели

отличаются высокой стоимостью, что и является главным сдерживающим фактором их практического применения [Гладышева, 2015; Иванов, 2013]. Производство аэрогелей из органических полимеров могло бы снизить стоимость этого материала. Получение аэрогелей из бактериальной целлюлозы требует решения ряда задач, а именно получить аэрогели с уникальными физико-механическими свойствами и в том числе с высокими прочностными характеристиками. Это может быть решено при помощи разных подходов.

Существующие на данный момент аэрогели на основе целлюлозы и иных материалов-предшественников обладают высокой стоимостью исходных компонентов. Кроме того, механические свойства аэрогелей кремнезема неудовлетворительные [КаШ, 2006], а предшественники аэрогелей на основе синтетических полимеров токсичны и не поддаются разложению. Все эти факторы в сочетании с высокой стоимостью их изготовления значительно ограничили применение аэрогелей. В России данное направление развивается на кафедре биотехнологии, биоинженерии и биохимии МГУ им. Н. П. Огарева.

Целью работы: отработка оптимальных условий культивирования продуцента бактериальной целлюлозы, исследование ее структуры и получение на ее основе аэрогелей с широким спектром физико-механических свойств.

Исходя из поставленной цели, были сформулированы следующие задачи исследования:

1. Отработка условий культивирования продуцентов бактериальной целлюлозы.

2. Получение и исследование свойств и структуры бактериальной целлюлозы.

3. Получение аэрогелей из бактериальной целлюлозы и исследование их физико-механических свойств.

4. Исследование условий получения аэрогелей заданной микропористой структуры.

5. Исследование теплоизоляционных, термоустойчивых и шумопоглощающих свойств аэрогелей из БЦ.

Научная новизна работы

Впервые получены аэрогели на основе бактериальной целлюлозы, обладающие уникальными физико-механическими свойствами. Установлено, что полученные аэрогели превосходят по своим теплоизолирующим характеристикам все известные материалы. Использование отходов биотехнологических производств для биосинтеза не только снижает стоимость получения бактериальной целлюлозы, но и влияет на индекс кристалличности полисахарида. Отработаны условия получения бактериальной целлюлозы в лабораторных и полупромышленных условиях. В результате проведенных исследований показано, что физико-механические свойства полученных материалов зависят от плотности аэрогелей. Термоустойчивость БЦ сохраняется до 280°С.

Теоретическая и практическая значимость работы

Впервые показано, что структура аэрогелей зависит не только от условий их получения, но и от режимов культивирования, а также от питательных веществ, при которых осуществляли биосинтез БЦ. С помощью ИК -спектроскопии и методов ЯМР 13С-спектров и рентгеноструктурного анализа установили структуру бактериальной целлюлозы и рассчитали ее индекс кристалличности.

В плане практического применения аэрогелей из бактериальной целлюлозы открывают широкие возможности для их использования в авиастроении, автомобилестроении, в строительной и текстильной отраслях промышленности в качестве уникальных теплоизолирующих и шумопоглощающих материалов.

Личный вклад автора состоит в поиске и анализе литературных источников по теме работы, участие в планировании и постановке конкретных задач диссертации на всех этапах её выполнения, осуществлении экспериментальной части исследования, в обсуждении результатов, подготовке публикаций и докладов.

Степень достоверности полученных данных подтверждается использованием современных общепринятых экспериментальных методик, актуальными методами анализа, а также сопоставлением полученных данных с результатами других исследований.

Положения, выносимые на защиту.

1. Установлено, что условия культивирования продуцента влияют на уровень биосинтеза и микропористую структуру аэрогелей из бактериальной целлюлозы.

2. Изучены физико-химические свойства и структура бактериальной целлюлозы.

3. Отработаны условия предварительной обработки гидрогеля бактериальной целлюлозы, влияющие на прочностные свойства аэрогелей из бактериальной целлюлозы.

4. Получены и исследованы свойства аэрогелей, обладающих сверхнизкой теплопроводностью и высокими шумопоглощающими характеристиками.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены для обсуждения на Огаревских чтениях в Мордовском государственном университете им. Н.П. Огарева (Саранск, 2014-2016); на научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева (Саранск, 2015); Всероссийской школе-конференции молодых ученых «Биосистемы: организация, поведение, управление» (Нижний Новгород, 2016); Молодежном образовательном форуме приволжского федерального округа <аВолга-2015» (Самарская область, 2015), конкурсе УМНИК (Саранск, 2015), Всероссийском нанотехнологическом инженерном конкурсе для студентов и аспирантов (Москва, 2015), VIII конгрессе молодых ученых (Санкт-Петербург, 2019).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ: из них 4 статьи в журналах, индексируемых в базах данных WoS, SCOPUS и RSCI, 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК, 9 публикаций в сборниках трудов

научных конференций и других периодических изданиях. Получен патент № 2700624 по теме «Способ получения аэрогеля на основе бактериальной целлюлозы для звукоизоляционных материалов». Получено ноу-хау «Способ получения стабильного гидрогеля бактериальной целлюлозы, обеспечивающего получение аэрогеля с высокими эксплуатационными характеристиками, позволяющими использовать его в качестве тепло- и звукоизолирующего материала в различных отраслях промышленности». Получено ноу-хау «Способ получения ультратеплоизоляционного материала на основе органического аэрогеля».

Структура работы. Материалы диссертации изложены на 106 страницах. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, результатов и их обсуждения, заключения, выводов, списка использованной литературы. Диссертационная работа включает 53 рисунка и 7 таблиц. Список цитируемой литературы включает 130 источников, в том числе 104 иностранных.

Благодарности. Автор выражает особую благодарность и признательность научному руководителю доктору биологических наук, профессору Ревину В.В. за внимание и помощь в подготовке диссертации. А также к.б.н. Пестову Н.А. за практическую и консультативную помощь при выполнении данной работы и всему коллективу кафедры биотехнологии, биоинженерии и биохимии Национального исследовательского Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарёва за поддержку при выполнении диссертационного исследования.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Продуценты бактериальной целлюлозы и влияние условий культивирования на биосинтез бактериальной целлюлозы. Механизм биосинтеза)

БЦ, в основном, производится бактериями из рода Komagataeibacter; однако он также может быть получен различными видам родов Agrobacterium, Aerobacter, Achromobacter, Azotobacter, Rhizobium, Sarcina, Zoogloea и Salmonella [Molina-Ramírez C. 2018]. Модельным видом при изучении производства бактериальной целлюлозы является вид K. xylinus (ранее Gluconacetobacter xylinus) [Du R. 2018] (рис. 1).

Рисунок 1 - SEM - изображение культуры Acetobacter xylinus [Shi, Z. J. 2014]

K. xylinus - это облигатная аэробная бактерия, которая проявляет чрезвычайную пластичность к секреции и может культивироваться в контейнерах различной формы, что позволяет получать различные формы БЦ [Lee S.E. 2017]. Это палочковидные грамотрицательные бактерии, неподвижные, эндоспор не образуют. Размеры палочек 0.4-0.6*1.0-1,5 мкм. Оптимальное значение рН для роста находится в диапазоне 3,5-4,5. Штамм сохраняет способность к росту в диапазоне температур 20-37°С, оптимум роста 28-30°С. По отношению к кислороду - облигатный аэроб. Образует выпуклые,

кремовато-серые колонии с ровным или слегка волнистым краем. Пигменты не образуют [патент Волова Т.Г. RU 2568605].

Существует два основных способа получения бактериальной целлюлозы: статическое культивирование, которое приводит к образованию гель-пленки целлюлозы на поверхности среды, и динамическое культивирование, в результате которого целлюлоза образуется в питательной среде в форме волокон, гранул или структур неправильной формы [Lu H.M. 2014]. На рис. 2 представлена бактериальная целлюлоза, полученная в динамических и статических условиях.

Рисунок 2 - Образцы БЦ [Revin V.V. 2018, Zeng М. 2014] Биохимический путь биосинтеза БЦ

На рис. 3 отображен биохимический путь биосинтеза бактериальной целлюлозы. K. xylinus способен конвертировать несколько источников углерода в целлюлозу, но механизм синтеза всегда начинается с предшественника -

уридиндифосфатглюкозы (UDP-глюкоза) и заканчивается формированием цепи [Kawano S. 2002].

Рисунок 3 - Биохимический путь синтеза целлюлозы культурой G. Xylinum

[Lee K. Y. 2014]

Биосинтез целлюлозы состоит из 2 этапов: первая стадия включает полимеризацию цепей глюкана в-1-4 в целлюлозу, а на второй стадии - сборку целлюлозы и кристаллизацию.

Рост цепи происходит при помощи комплекса белков с общим названием целлюлозосинтетазы, связанным с мембраной [Skinner, Cannon, 2000].

Элементарные фибрилла выделяются из клетки, после чего переплетаются друг с другом с образованием микрофибрилл. Диаметр элементарной фибриллы составляет порядка 5 нм, тогда как диаметр микрофибриллы целлюлозы кратен значению 5 и составляет от 20 до 50 нм. Длина микрофибрилл может достигать нескольких микрометров [Ревин В.В. 2014, Reiniati 2017]. На рис. 4 стрелками отмечены нанофибриллы бактериальной целлюлозы, выделяемые из бактерии-продуцента.

Большое влияние на процесс биосинтеза и выход конечного продукта оказывает состав питательной среды и условия культивирования.

Рисунок 4 - Образование целлюлозы бактериями K. xylinus [Скворцова З.Н.

2019]

Оптимальный диапазон рН для производства целлюлозы может варьировать в пределах от 4,0 до 6,0. В работе Эмбускадо было отмечено, что оптимальный рН для производства целлюлозы составляет 4,5, и при рН ниже 3,5 не наблюдается образования целлюлозы. Это связано с накоплением глюконовой, уксусной или молочной кислоты в культуральной жидкости. Поэтому весьма важно регулировать данный параметр во время культивирования микроорганизма. Было отмечено, что оптимальное значение рН зависит от используемого источника углерода. Так, при культивировании на глюкозе, оптимальное начальное значение рН составляло 5,5, а при использовании маннита - 6,5. [Lin S.P. 2013]

Для нормального процесса биосинтеза бактериям требуются источники углерода и азота. [Costa A.F. S. 2017]. В основном, в качестве источника углерода для производства целлюлозы A. xylinum используется глюкоза. Однако имеются исследования, показывающие, что целлюлоза также хорошо образуется и на других источниках углерода, таких как 5- или 6-ти атомные

углеводы, олигосахариды, крахмал, спирта и органические кислоты [Keshk S.M. 2014].

Для изучения влияния источника углерода на биосинтез целлюлозы учеными исследовались различные источники: дисахариды (сахароза и лактоза), моносахариды (глюкоза и фруктоза) и спирт (глицерин и маннит). А. xylinum культивировали с 50 г/л различных источников углерода, а затем определяли относительную производительность целлюлозы по сравнению с сахарозой (контрольная проба). По результатам исследований маннит показал самый высокий относительный выход (~ в 5 раз выше по сравнению с контрольным источником углерода). Тем не менее, влияние фруктозы (в 3,5 раза), глицерина (в 3 раза), глюкозы и лактозы (менее чем в 0,5 раза), также оказалось существенным (рис. 5). Анализ показал, что различные типы источников углерода по-разному влияют на образование БЦ [Chawla P. R. 2009, Nguyen V. T. 2008].

Рисунок 5 - Выход БЦ при культивировании с различными источниками

углерода [Dahman Y.2010]

Самый высокий выход целлюлозы - 5,65 г / л был получен на среде с фруктозой при общем потреблении сахара 95,57 %. Кроме того, значительное количество БЦ образовывалось с использованием смеси сахаров - 5,2 г / л. Это

свидетельствует о высоком выходе целлюлозы - 17,72 г/г сахара по сравнению с 14,77 г/г фруктозы. На рис. 6 показаны общая продуктивность образования БЦ и окончательное значение pH культуральной жидкости, полученной с использованием различного сырья, состоящего из простых сахаров и сахарной смеси. Согласно представленным данным, высокий выход БЦ 5,65 г/л был получен на среде с фруктозой, а самый низкий - 1,1 г / л на среде с ксилозой.

а Ь

Рисунок 6- Количество БЦ и конечное значение рН для различного сырья, использованного О. ху\тт (ATCC 700178) при использовании одного сахара (а) и смеси сахаров (Ь) (начальная концентрация сахара 40 г/л)

[Dahman Y. 2010]

Согласно исследованиям, в среде, содержащей 3% глицерина, выход бактериальной целлюлозы составил 4,98 ± 0,03 г/л на седьмые сутки. Степень кристалличности полученной БЦ в среде с добавлением глицерина в среднем на 9 % выше, чем на среде с глюкозой.

Кроме того, Дахман с коллегами обнаружили, что наиболее оптимальным источником азота для получения бактериальной целлюлозы являются пептон с сульфатом аммония или гидролизат казеина наиболее подходят для синтеза целлюлозы [Dahman Y. 2010]. Азот является основным компонентом белков, необходимых в метаболизме клеток и составляющих 8 - 14 % от массы

бактерий. Влияние различных источников азота на образование бактериальной целлюлозы изучалось на примере культуры Асв^Ьа^вг хуНппш. Клетки культивировали в среде с сахарозой и различными источниками азота в количестве 5 г/л. Среди изученных источников азота пептон / сульфат аммония или гидролизат казеина наиболее подходят для синтеза целлюлозы (таблица 1, рис. 7).

Таблица 1 - Влияние источников углерода на производство целлюлозы культурой О. хуНпш при статическом культивировании (на среде Ж) [Dahman Y. 2010]

Источник углерода Выход целлюлозы (г/л) Источник азота Выход целлюлозы (г/л)

маннитол 0,82 ± 0,03 кукурузный экстракт 1,07 ± 0,02

фруктоза 0,28 ± 0,02 пептон 0,85 ±0,10

глюкоза 0,28 ± 0,01 дрожжевой экстракт 0,85 ± 0,05

сахароза 0,21 ± 0,01 мясной экстракт 0,75 ± 0,06

мальтоза 0,15 ± 0,01 солодовый экстракт 0,26 ± 0,04

глюкоза 0,07 ± 0,00

: Nitrogen Source

Рисунок 7 - Выход БЦ на средах с различными источниками азота

[Dahman Y.2010]

Было также отмечено, что добавление метионина для культивирования А. хуНппш стимулировало рост культуры, уменьшало время задержки и увеличило скорость производства целлюлозы.

Влияние витамина С

Согласно исследованиям, наличие витамина С в питательной среде увеличивает выход бактериальной целлюлозы за счет уменьшения производства глюконовой кислоты. При этом уменьшается степень кристалличности, что, возможно, может быть вызвано различиями в водородных связях между пластами целлюлозы (рис. 8).

Результаты рентгеновского анализа показали, что степень кристалличности БЦ образующейся в присутствии аскорбиновой кислоты была самой низкой. Эти данные были подтверждены с помощью ^^ЯМР. Увеличение выхода БЦ в присутствии витамина С связано с его антиоксидантной активностью.

10 20 30

26

Рисунок 8 - Рентгенограмма бактериальной целлюлозы в присутствии витамина С (HSA) и без него (НБ) [Keshk M.2014]

При изучении четырех штаммов 01исопасв1оЬас1вг хуНпт (АТСС 10245, IFO 13693, 13772 и 13773), выход бактериальной целлюлозы всех штаммов в присутствии витамина С (0,5% w / w) увеличивается, среднее выход БЦ достиг 0,47 г/30 мл по сравнению с 0,25 г/30 мл без витамина С (таблица 2). Повышение производительности связано с уменьшением концентрации глюконовой кислоты, которую производят ОЫсопасв^Ьа^вг хуНпш при биосинтезе бактериальной целлюлозы.

Таблица 2 - Выход бактериальной целлюлозы на среде без (Ж) и с добавлением витамина С (HSA) [31]

Штамм Среда Ш Среда НАБ Коэффици ент выхода ША/Ш

Выход (8/30 ml) Глюконо вая кислота (мг/мл) Конечное рН Выход (8/30 т1) Глюконо вая кислота (мг/мл) Конечно е рН

10245 0,23 5,43 2,98 0,35 2,50 3,89 1,52

13693 0,27 7,41 3,40 0,48 2,43 4,82 1,78

13772 0,25 5,73 3,50 0,45 2,02 4,85 1,80

13773 0,30 6,84 3,50 0,58 2,32 4,90 1,93

Условия культивирования

Культивирование бактерий-продуцентов БЦ возможно в статических и динамических условиях. Причем согласно литературным данным, в условиях поверхностного культивирования продуктивность биомассы полимера была выше (13,5 г/л), чем в условиях глубинного (8,83 г/л) (рис. 9). В связи с этим для получения максимальной массы полимера штамм целесообразно культивировать в поверхностных условиях [23].

Рисунок 9 - Показатель продуктивности биомассы при глубинном и поверхностном культивировании штамма 01исопасв1оЬас1вг Иатвпи GH-1/2008

[Czaja W. 2004]

1.2 Особенности структурной организации БЦ

По своей структуре, бактериальная целлюлоза представляет собой линейный разветвленный гомополимер, состоящий из

D-ангидроглюкопиранозных единиц, которые связаны между собой в-1,4-гликозидными связями [Lai C. 2013] (рис. 10). Степень полимеризации

варьируется от 10 000 до 15 000, и зависит от исходного материала целлюлозы [Poletto M. 2014].

Рисунок 10 - Структура бактериальной целлюлозы [Лияськина Е.В., 2010]

в-1-4-связи создают линейное выравнивание молекул, что способствует формированию двух внутримолекулярных и межмолекулярных водородных связей в каждом остатке глюкозы (рис. 10). Эти связи придают волокнам высокую прочность и нерастворимость в большинстве растворителей. [Лияськина Е.В., 2010].

Организация волокна БЦ

Процесс образования БЦ культурой Лсв1оЬас1вг хуНпыш происходит на цитоплазматической мембране и катализируется целлюлозосинтетазным комплексом, состоящим из 3 субъединиц (рис. 11) [Ка№апо et а1., 2002].

Рисунок 11 - Схематическое изображение бактериальных полисахаридных

комплексов [Kawano et а!, 2002]

Полипептид

a

выполняет

каталитическую функцию

гликозилтрансферазы. Полипептид Ь выполняет регуляторную функцию и необходим для полимеризации. Полипептид c участвует в формировании поры в клеточной стенке, через которую синтезируемая цепь целлюлозы выделяется в окружающую среду [Ревин В.В., 2014].

Индивидуальные цепи целлюлозы объединены в структуру, которую называется элементарной фибриллой. Диаметр элементарной фибриллы составляет порядка 5 нм. Элементарные фибриллы в свою очередь упакованы в большую структуру, которую называют микрофибриллой целлюлозы. Диаметр микрофибриллы целлюлозы кратен значению 5 и составляет от 20 до 50 нм (рис. 12) [Ревин В.В. 2014].

Рисунок 12 - Производство микрофибрилл целлюлозы Acetobacter xylinum [Esa

F. 2014].

По своей структуре индивидуальные цепи целлюлозы представляет собой линейный гомополисахарид состоящий из остатков глюкозы, соединенных между собой в-1,4-гликозидной связью. Присутствие большого количества гидроксильных групп вдоль цепи целлюлозы обеспечивает формирование сети внутримолекулярных и межмолекулярных водородных связей. Вдобавок к водородным связям цепи целлюлозы между собой также стабилизируются при помощи многочисленных Ван-дер-Вальсовых взаимодействий.

S3 Компонент выделения ^ Протофнприлы

Многочисленные водородные связи, Ван-дер-Вальсовые взаимодействия и жесткость гликозидных связей обеспечивает жесткость структуры, которая состоит из отдельных цепей целлюлозы. Если отдельные цепи целлюлозы расположены упорядочно, то это приводит к построению кристаллической структуры. Эти кристаллические структуры имеют диаметр от 2 до 20 нм и длину, достигающую нескольких микрометров [Ревин В.В. 2014].

В структуре БЦ можно выделить области с кристаллической и аморфной структурой. В кристаллических областях цепочки целлюлозы плотно удерживаются вместе сильной внутри - и межмолекулярной сетью водородных связей, в то время как аморфные домены равномерно распределены вдоль микрофибрилл (рис. 13).

Рисунок 13 - Схема взаимодействия целлюлозных молекулярных цепей в кристаллической области микрофибрилл целлюлозы [Du R., 2018].

Кристаллические области обладают высокой прочностью и реакционоспособностью. Водородные связи в кристаллических областях делают их полностью нерастворимыми в воде и в большинстве органических растворителей и приводят к увеличению механической прочности материала [Kamel, 2007]. Аморфные домены могут быть разрушены комбинацией

нагревания с кислотным гидролизом в результате чего остаются кристаллическая часть [Tonoli G.H.D. 2012].

Целлюлоза - это полиморфный материал, который встречается в виде целлюлозы I, II, III и IV [Moon R.J. 2011; Moosavi-Nasab М. 2010]. Данные формы могут взаимопревращаться друг друга при различных обработках. Целлюлоза II может быть получена из целлюлозы I путем мерсеризации или регенерации [Huber 2012].

Предполагается, что структура целлюлозы II состоит из двухцепочечной моноклинной элементарной ячейки P21, где целлюлозные цепи уложены с противоположной полярностью, так называемая антипараллельная структура. [Wada M. 2004]

По результатам рентгеноструктурных исследований было обнаружено, что структура целлюлозы IIII представляет собой моноклинную одноцепочечную элементарную ячейку с симметрией Р21, что указывает на параллельные цепочки целлюлозы, уложенные без шаткого движения вдоль оси цепи [Wada 2001]

Целлюлоза I - это форма, наиболее часто встречающаяся в природе. Глюкановые цепи в целлюлозе I параллельны друг другу и упакованы бок о бок для образования микрофибрилл, которые у большинства растений достигают 3 нм толщиной [Титок В.В. 2007].

У целлюлозы I имеет место параллельная упаковка цепочек, тогда как у целлюлозы II - антипараллельная. Acetobacter xylinum производит 2 типа целлюлозы: целлюлоза I (лентоподобный полимер) и целлюлоза II (термодинамически стабильный полимер). Они создают сетчатую сетевую структуру БЦ с высокопористой матрицей. Образовавшаяся целлюлоза на своей поверхности имеет большое количество гидроксильных групп, что объясняет ее гидрофильность, способность к биологическому разложению и способность к химической модификации [Esa F. 2014]. На рис. 14 представлены СЭМ-изображения различных форм целлюлозы.

А В 'c 1 ¿1Ш

t К 1Ш ij- \ i J (ШЛ jiki v ' V -НГ1. ' 4 ¡л/ / t I л i W j • > 4 \ , >

8.6 pm

ft.'. ШьШШШЫЯШШяяк »^ЛЧЕш^Г ЯШкЧ

hj шеелг^з Vjl Dr /

S 4 t •U л A 3 г ^ J

2 7 pm 2 7 pm

Рисунок 14 - Электронная микрофотография культуры G. xylinus на среде HS, содержащей диметилсульфоксид (A и С) и 10 цМ пеллицина (B и D) [Strap

et al., 2011]

Целлюлоза III может быть получена при обработке целлюлозы I или II раствором аммония. Отжиг целлюлозы III при 260 °С в глицероле приводит к образованию целлюлозы IV. Целлюлоза IV может быть также получена из целлюлозы I или II. [Ревин В.В. et all, 2014].

Культура G. xylinus образует четкие, длинные фибриллы целлюлозы I, которая окружает клетки бактерий. После химической обработки бактерий пеллицином - веществом, нарушающим процесс кристаллизации целлюлозы, образуется целлюлоза II, имеющая более аморфную, гелеобразную. Индекс кристалличности целлюлозы при этом снижается с 70 % до 38 %. [Strap et al., 2011].

Содержание альфа и бета целлюлозы.

В природе структура целлюлозы может находиться в двух алломорфных формах Ia или Iß. [Ревин В.В., 2014]. Обе нативные полиморфы представляют собой слоистые структуры, в которых листы, стабилизированные водородными связями, укладываются друг на друга, без образования водородных связей между листами. [Bergenstrahle 2010]

В растительной целлюлозе соотношение Iß-форма к Ia составляет 30 % и 70 %, а в БЦ - 60 % и 40 % соответственно [Алешина, 2001]. Было обнаружено, что путем отжига, в различных средах метастабильная Ia -фаза может быть превращена в более стабильную фазу Iß без потери степени кристалличности [Wada 2004; Akerholm 2004; Hult E.L. 2003].

Целлюлоза Ia имеет триклинную одноцепочечную ячейку, в которой параллельные цепочки целлюлозы стабилизированы и удерживаются ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями с постепенным сдвигом, параллельным оси цепи. Целлюлоза Iß имеет моноцепную двухцепочечную элементарную ячейку, это означает, что параллельные целлюлозные цепи, сложены с переменным сдвигом [Wada M. 2005].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Щанкин Михаил Владимирович, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алешина Л. А., Глазкова С.В. Современные представления о строении целлюлоз // Химия растительного сырья. - 2001. - № 1. - С. 5-36.

2. Байклз Н., Сегал Л. Целлюлоза и ее производные // М. : Мир, 1974. - 499 с.

3. Бушманова А.В., Виденков Н.В., Доброгорская Л.В., Семенов К.В., Федотов В.В. Инновационные материалы на основе аэрогеля в строительстве // Alfabuild. - 2017. - Vol. 1. - Р. 89-98

4. Вершинин М.С., Гараева М.Р., Мингазова В.К. Исследование термических характеристик целлюлоз, полученных из растительного сырья // Приволжский научный вестник. - 2017. - № 3. (67). - С. 10-14

5. Воскобойников И.В., Константинова С.А., Коротков А.Н., Михайлов А.И., Никольский С.Н. Получение гидрогелей нанокристаллической целлюлозы из растительного сырья // Лесной вестник. - 2010. - № 6. - С. 151153

6. Вялышев А. Шум вокруг нас // Наука и жизнь. - 2006. - № 4. -С. 80-85

7. Гаврилова А.С., Манаенков О.В., Филатова А.Е. Исследование влияния ультразвукового воздействия на микрокристаллическую целлюлозу // Вестник Тверского государственного технического университета. - 2015. - T. 1, № 27. - С.60-66

8. Гладышева Е.К. Исследование физико-химических свойств бактериальной целлюлозы, продуцируемой культурой Medusomyces Gisevii // Фундаментальные исследования. - 2015. - Т. 5, № 1 - С. 53-57

9. Иванов Н.Н., Иванов А.Н. Датчик для пространственной регистрации и измерения параметров частиц в ближнем и дальнем Космосе. Экспериментальное исследование характеристик SiO2 -аэрогеля // Вестник ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина». - 2013. - № 2. - С. 35-40

10. Исаев А.В., Мольков А.А. Теплоизоляционные материалы // Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Строительные материалы» студентамивсех форм обучения по направлению 270100.62 - «Строительство».-Н.Новгород: ННГАСУ. - 2014.- С. 25

11. Каддо М.Б. Основные свойства строительных материалов [Электронный ресурс] : методические указания к лабораторным работам для студентов всех направлений подготовки, реализуемых НИУ МГСУ / М-во образования и науки Рос. Федерации, Нац. исследоват. Моск. гос. строит. ун-т, каф. строительных материалов ; сост. М.Б. Каддо, О.Б. Ляпидевская, С.М. Пуляев [и др.]. — Электрон. дан. и прогр. (4 Мб). — Москва : НИУ МГСУ, 2015. — Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/. — Загл. с титул. экрана.

12. Кривомаз Т. Бактериальная целлюлоза: материал будущего // Фармацевт практик. - 2015 - №. 5. - С. 1-2

13. Лияськина Е.В., Ревин В.В., Грошев В.М., Лияськин Ю.К. Биотехнология бактериальных экзополисахаридов: учеб. Пособие // Саранск: Изд-во Мордов.ун-та, 2010. - С. 20-40

14. Ловская Д.Д., Лебедев А.Е., Меньшутина Н.В. Улучшение фармакокинетических свойств активных фармацевтических ингридиентов путем загрузки в аэрогельную матрицу // Успехи в химии и химической технологии. - 2014. - Т. 28, № 1. - С. 53-54

15. Муллина Э.Р., Мишурина О.А., Чупрова Л.В., Ершова О.В. Влияние химической природы проклеивающих компонентов на гидрофильные и гидрофобные свойства целлюлозных материалов // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 6. - С. 250

16. Назаренко Г.И., Сугурова Н.Ю., Глянцев С.П. Рана. Повязка. Больной. Руководство для медсестер // М.: Медицина. - 2008. - 98 с.

17. Патент РФ № 2523606 С1 Российская Федерация, С12Ш/20, С12Р19/04, C12R1/01. штамм Gluconacetobacter sucrofermentans -продуцент бактериальной целлюлозы / В.В. Ревин, Е.В. Лияськина: Патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва", Общество с ограниченной ответственностью "Наука-Сервис С"- № 2013111072, заявл. 12.03.2013; опубл. 20.07.2014.

18. Патент РФ № 2568605 Российская Федерация, C12R1/00, C12P19/04, 02Ш/20. Штамм бактерии Komagataeibacter xylinus - продуцент бактериальной целлюлозы / Т.Г. Волова, С.В. Прудникова, Е.И. Шишацкая: Патентообладатель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" - № 2014150288, заявл. 11.12.2014; опубл. 20.11.2015.

19. Пинчукова К.В., Глазкова Я.В., Кужугалдинова З. Анализ химических аспектов модификации волокон целлюлозы // Молодой ученый. — 2016. - №28. - С. 161-163

20. Ревин В.В., Лияськина Е.В., Богатырева А.О., Сапунова Н.Б., Парамонова Е.Н., Щанкин М.В. Получение бактериальной целлюлозы и материалов на ее основе // Актуальная биотехнология. - 2016. - Т. 3, № 18. -С.38-39

21. Рыбакова О.А., Лысенко А.В., Алмаметов В.Б. Прочная невесомость или аэрогель // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество». - 2008. - № 2. - С. 103-104

22. Сапунова Н.Б., Богатырева А.О., Щанкин М.В., Лияськина Е.В., Ревин В.В. Получение бактериальной целлюлозы на среде с мелассой // Сборник материалов конференции. - Казань: Издательство «БРИГ», 2016. - С. 233-236

23. Скворцова З.Н., Громовых Т.И., Грачев В.С., Траскин В.Ю. Физико-химическая механика бактериальной целлюлозы // Коллоидный журнал. - 2019. - Т. 81, № 4. - С. 441-452

24. Скоренко Т. Когда воздух кажется тяжелым // Популярная механика. - 2013. -№ 6. - С. 44-46

25. Титок В.В., Леонтьев В.Н., Федоренко И.В., Кубрак С.В., Юренкова С.И., Грушецкая З.Е. Биосинтез целлюлозы: современный взгляд и концепции // Труды Белорусского государственного университета: научный журнал. - 2007.

- Т. 2, № 1. - С. 1-16

26. Шашкеев К.А., Шульдешов Е.М., Попков О.В., Краев И.Д., Юрков Г.Ю. Пористые звукопоглощающие материалы (обзор) // Труды ВИАМ. - 2016.

- №6 (42). - C. 44-54.

27. Acharya A., Joshi D., Gokhale V.A. Aerogel - a promising building material for sustainable buildings // Chemical and process engineering research. -2013. - Vol.9. - P. 1-7

28. Akerholm M., Hinterstoisser B., Salmen L. Characterization of the crystalline structure of cellulose using static and dynamic FT-IR spectroscopy // Carbohydrate research. - 2004. - № 339. - Р. 569-578

29. Alonso E., Faria M., Mohammadkazemi F., Resnik M., Ferreira A., Cordeiro N. Conductive bacterial cellulose-polyaniline blends: Influence of the matrix and synthesis conditions // Carbohydrate Polymers. - 2018. - Vol. 183. - P. 254-262

30. Anappara A.A., Rajeshkumar S., Mukundan P., Warrier P., Ghosh S., Warrier KGK. Impedance spectroscopic studies of sol-gel derived subcritically dried silica aerogels // Acta Materialia.- 2004. - Vol. 52. - P. 369-75.

31. Andresen M., Johansson L.S., Tanem B.S., Stenius P. Properties and characterization of hydrophobized microfibrillated cellulose // Cellulose. - 2006. -Vol. 13. - P. 665-677

32. Arenas J.P., Crocker M.J. Recent Trends in Porous Sound-Absorbing Materials // Sound and Vibration. - 2010. - Vol. 44, I. 7. - P. 12-17.

33. Ashley CS., Brinker CJ., Smith DM. Proceedings of the Sixth International Symposium on Aerogels (ISA6) // Journal of Non-Crystalline Solids. -2001. - Vol. 285

34. Benad A., Jurries F., Vetter B., Klemmed B., Hubner R., Leyens C., Eychmuller A. Mechanical properties of metal oxide aerogels // Chemistry Materials.

- 2018. - Vol. 30. - P. 145-152

35. Bergenstrâhle-Wohlert M., Matthews J., Crowley M., Brady J. Cellulose crystal structure and force // International Conference on Nanotechnology for the Forest Products Industry. - 2010. -P. 674-689

36. Bheekhun N., Talib A.R.A., Hassan M.R. Aerogels in aerospace: an overview // Advances in materials science and engineering. - 2013. - Vol. 2013. -P. 1-18

37. Bordjiba T., Mohamedi M., Dao L.H. New class of carbon-nanotube aerogel electrodes for electrochemical power sources // Advanced material. - 2008. -Vol. 20. - P. 815-819

38. Charreau H., Foresti M.L., Vázquez A. Nanocellulose patents trends: a comprehensive review on patents on cellulose nanocrystals, microfibrillated and bacterial cellulose // Recent patents on nanotechnology. - 2013. - Vol. 7. - P. 56-80

39. Chawla P.R., Bajaj I.B., Survase S.A., Singhal R .S. Microbial cellulose: fermentative production and applications // Food Technology Biotechnology. - 2009.

- Vol. 47, I. 2. - P. 107-124

40. Chiang Y.C., Cheng W.Y., Lu S.Y.Titania aerogels as a superior mesoporous structure for photoanodes of dye-sensitized solar cells // International journal of electrochemical science - 2012. - Vol. 7, I. 8. - P. 6910-6919

41. Costa A.F.S., Almeida F.C.G., Vinhas G.M., Sarubbo L.A. Production of bacterial cellulose by Gluconacetobacter hansenii using corn steep liquor as nutrient sources // Front. Microbiol. - 2017. - Vol. 8. - P. 20-27

42. Czaja W., Brown R. Structural investigations of microbial cellulose produced in stationary and agitated culture // Cellulose. 2004. - № 11. - P. 403-411

43. Czaja W.K., Young D.J., Kawecki M., Brown R.M. The future prospects of microbial cellulose in biomedical applications // Biomacromolecules. -2007. -Vol. 8. - P. 1-12.

44. Dahman Y., Jayasuriya K.E., Kalis M.Potential of biocellulose nanofibers production from agricultural renewable resources: preliminary study // Application of baichemical biotechnology. - 2010. - № 162. - P. 1647-1659.

45. Demilecamps A., Beauger C., Hildenbran C., Rigacci A., Budtova T. Cellulose-silica aerogels // Carbohydrate polymers. - 2015. - Vol. 122. - P. 293-300

46. Dorcheh A.S., Abbasi M.H. Silica aerogel; synthesis, properties and characterization // Journal of materials processing technology. - 2008. - Vol. 199, I. 1. - P. 10-26

47. Du A., Zhou B., Zhang Z., Shen J. A special material or a new state of matter: a review and reconsideration of the aerogel // Materials. - 2013. - Vol. 6. - P. 941-968

48. Du R., Zhao F., Peng Q., Zhou Z., Han Y. Production and characterization of bacterial cellulose produced by Gluconacetobacter xylinus isolated from Chinese persimmon vinegar // Carbohydrate ;polymers. - 2018. - Vol. 194. - P. 1-28

49. Ek R.P., Wormald J., Ostelius J., Iversen T., Nystrom C. Crystallinity index of microcrystalline cellulose particles compressed into tablets // International journal of farmaceutics. - 1995. - Vol. 125, I. 2. - P. 257-264

50. Esa F., Tasirin S.M., Rahman N.A. Overview of bacterial cellulose production and application // Agriculture and agricultural science procedia. - 2014. -Vol. 2. - P. 113-119

51. Grande C., Torres F., Gomez C., Heros O.P.T., Canet-Ferrer J., Martinez-Pastor J. Development of self-assembled bacterial cellulose-starch nanocomposites // Material science engineering. - 2009. - Vol. 29. - P. 1098-1104

52. Grun E., Gustafson B.A.S., Dermott S., Fechtig H. Interplanetary dust // Astronomy and astrophysics library. - 2001. - P. 804

53. Han X., Hassan K.T., Harvey A., Kulijer D., Oila A., Hunt M.R.C., Siller L. Bioinspired synthesis of monolithic and layered aerogels // Advances materials. - 2018. - Vol. 1. - P. 1-7

54. Hrubesh L.W. Aerogel applications // Journal of non-crystalline solids. - 1998. - Vol. 225. - P. 335-342

55. Huang J., Gu Y. Self-assembly of various guest substrates in natural cellulose substances to functional nanostructured materials // Current opinion in colloid and interface science. - 2011. - Vol. 16. - P. 470-481

56. Huber T., Mussig J., Curnow O., Pang S., Bickerton S., Staiger M.P. A critical review of all-cellulose composites // Journal of materials science. - 2012. -Vol. 47. - P. 1171-1186

57. Hult E.L., Iversen T., Sugiyama J. Characterization of the supermolecular structure of cellulose in wood pulp fibres // Cellulose. - 2003. - Vol. 10. - P. 103-110

58. Iguchi M., Yamanaka S., Budhiono A. Bacterial cellulose—a masterpiece of nature's arts // Journal of materials science. - 2000. - Vol. 35, I.2. - P. 261-270.

59. Jeong S.I., Eun S., Yang L.H., Jin Y.H., Park C.S., Park Y.S. Toxicologic evaluation of bacterial synthesized cellulose in endothelial cells and animals // Molecular and cellular toxicology. - 2010. - Vol. 6, I.4. - P. 370-377

60. Jin L.E., Lee Y.J., Kim J.K., Lee M., Yi J., Jung Y., Song J.C. Oxygen group-containing activated carbon aerogel as an electrode material for supercapacitor // Materials Research Bulletin . - 2015. - Vol. 70. - P. 209-214

61. Jipa, I.M., Stoica-Guzun A., Stroescu M. Controlled release of sorbic acid from bacterial cellulose based mono and multilayer antimicrobial films // LWT -food science and technology. - 2012. - Vol. 47, I. 2. - P. 400-406.

62. Joshi S.C. Enhancement Studies on manufacturing and properties of novel silica aerogel composites // Gels. - 2018. - Vol. 4, I. 5. - P. 1-13

63. Kamel S., Manikandan P., Jothi Y. Nanotechnology and its applications in lignocellulosic composites, a mini review // Express polymer letters. - 2007. - Vol. 1, I. 9. - P. 546-575.

64. Kanamori K., Nakanishi K. Controlled pore formation in organotrialkoxysilane-derived hybrids: from aerogels to hierarchically porous monoliths // Chemical society reviews. - 2011. - Vol. 40. - P. 754- 770.

65. Katti A., Shimpi N., Roy S., Lu H., Fabrizio E.F., Dass A., Capadona L.A., Leventis N. Chemical, physical, and mechanical characterization of isocyanate cross -linked amine-modified silica aerogels // Chemistry of materials. - 2006. - Vol.18. -P. 285-296.

66. Kawano S., Tajima K., Yamashita H. Cloning of cellulose synthesis related genes from Acetobacter xylinum ATCC23769 and ATCC53582: comparison of cellulose synthetic ability between strains // DNA research. - 2002. - Vol. 9, № 5.

P. 149-156.

67. Keshk M. Vitamin C enhances bacterial cellulose production in Gluconacetobacter xylinus // Carbohydrate polymers. - 2014. - Vol. 99. - P. 98-100

68. Keshk S.M. Bacterial cellulose production and its industrial applications // Journal of bioprocessing and biotechniques. - 2014. - Vol. 4, I. 2. - P. 1-10

69. Keshk. S.M., Sameshima K. Influence of lignosulfonate on crystal structure and productivity of bacterial cellulose in a static culture // Enzyme and microbial technology. -2006. - № 40. - P. 4-6

70. Kim U.J., Eom S.H., Wada M. Thermal decomposition of native cellulose: Influence on crystallite size // Polymer degradation and stability. - 2010. -Vol. 95, I. 5. - P. 778-781

71. Kistler S.S. Coherent expanded aerogel and jellies // Nature. - 1931. -Vol. 127. I. 3211. - P. 741-742

72. Lai C., Sheng L.Y., Liao S., Zhang Z. Surface characterization of TEMPO-oxidized bacterial cellulose // Surface and interface analysis. - 2013. -Vol. 45. - P. 11-12

73. Lee K.Y., Buldum G., Mantalaris A., Bismarck A. More than meets the eye in bacterial cellulose: biosynthesis, bioprocessing, and applications in advanced fiber composites // Macromolecular bioscience. - 2014. - Vol. 14. - P. 10-32.

74. Lee S.E., Park Y.S. The role of bacterial cellulose in artificial blood vessels // Molecular cell toxicology. - 2017. - Vol. 13. - P. 257-261

75. Leventis N. Three dimensional core-shell superstructures: mechanically strong aerogels // Accounts of chemical research. - 2007. - Vol. 40, I. 9 - P. 874884.

76. Liiaskina E., Revin V., Nazarkina M., Bogatyreva A., Shchankin M. Cost-effective production of bacterial cellulose using food industry by-products / // Journal of Biotechnology. - 2015. - Vol. 208. - P.117

77. Lin S.P., Loira I., Catchmark J.M., Liu J.R., Demirci A., Cheng K.C. Biosynthesis, production and applications of bacterial cellulose // Cellulose. - 2013. -Vol. 20, I.5. - P. 2191-2219

78. Liu Q., Frazier A.W., Zhao X., De La Cruz J.A., Hess A.J., Smalyukh I. Flexible transparent aerogels as window retrofitting films and optical elements with tunable birefringence // Nano Energy. - 2018. - Vol. 48. - P. 266-274

79. Long L.Y., Weng Y.X., Wang Y.Z. Cellulose aerogels: synthesis, applications, and prospects // Polymers. - 2018. - Vol. 10, I. 6. - 623-627

80. Lu H.M., Jiang X.L. Structure and properties of bacterial cellulose produced using a trickling bed reactor // Applied biochemistry and biotechnology. -2014. - Vol. 172. - P. 3844-3861

81. Maleki H. Recent advances in aerogels for environmental remediation applications: a review // Chemical engineering journal. - 2016. - Vol. 300. -P. 98-118.

82. Maleki H., Duraes L., Portugal A. An overview on silica aerogels synthesis and different mechanical reinforcing strategies // Journal of non-crystalline solids. - 2014. - Vol. 385. - P.5-74

83. Martins B.F., De Toledo P.V.O., Petri D.F.S. Hydroxypropyl methylcellulose based aerogels: synthesis, characterization and application as adsorbents for wastewater pollutants // Carbohydrate polymers. - 2017. - Vol. 155. - P. 173-181.

84. Molina-Ramirez C., Enciso C., Torres-Taborda M., Zuluaga R., Ganan P., Rojas O.J., Castro C. Effects of alternative energy sources on bacterial cellulose characteristics produced by Komagataeibacter medellinensis // International journal of biological macromolecules. - 2018. - Vol. 117. - P. 735741

85. Moon R.J., Martini A., Nairn J., Simonsen J., Youngblood J. Cellulose nanomaterials review: structure, properties and nanocomposites // Chemical society reviews. - 2011. - Vol. 40, I. 7. - P. 3941-3994

86. Moosavi-Nasab M., Yousefi A.R. Investigation of Physicochemical Properties of the Bacterial Cellulose Produced by Gluconacetobacter xylinus from Date Syrup // World Academy of Science, Engineering and Technology. - 2010. -№ 44. - P. 1258-1263

87. Mori T., Chikayama E., Tsuboi Yu., Ishida N., Shisa N., Noritake Y., Moriya S., Kikuchi J. Exploring the conformational space of amorphous cellulose using NMR chemical shifts // Carbohydrate Polymers. - 2012. - Vol. 90, I. 3. -P. 1197-1203

88. Nardecchia S., Carriazo D., Ferrer M.L., Gutiérrez M.C., Francisco del Monte Three dimensional macroporous architectures and aerogels built of carbon nanotubes and/or graphene: synthesis and applications // Chemical society reviews. -2013. - Vol. 42. - P. 794-830

89. Nguyen V.T., Flanagan B., Gidley M.J. Characterization of Cellulose Production by a Gluconacetobacter xylinus strain from Kombucha // Current microbiology. - 2008. - Vol. 57. - P. 449-453.

90. Norouzian D. Study of nano-fiber cellulose production by Glucanacetobacter xylinum ATCC 10245 / D. Norouzian, A. Farhangi, S. Tolooei, Z. Saffari // Pakistan journal of biological sciences. - 2011. - Vol. 14. - P. 780-784.

91. Park. Cellulose crystallinity index: measurement techniques and their impact on interpreting cellulase performance / Park [et al.] //Biotechnology for Biofuels. - 2010. - Vol. 3. -P. 10-20

92. Peih-Jeng Jiang, Application of calcium phosphate based gels for encapsulation of therapeutic molecules: автореф. дис. . канд. биол. наук: Ph.D. thesis, University of Birmingham,

93. Pierre A. C. History of Aerogels // Aerogels Handbook. - 2014. - Vol. 1

- P. 3-18

94. Pircher N., Veigel S., Aigner N., Nedelec J.M., Rosenau T., Liebner F. Reinforcement of bacterial cellulose aerogels with biocompatible polymers // Carbohydrate Polymers. - 2014. - Vol. 111. - P. 505-513

95. Plieva F.M., Andersson J., Galaev I.Y., Andersson J. Characterization of polyacrylamide based monolithic columns // Journal of Separation Science . - 2004.

- Vol. 27. - P. 10-11

96. Poletto M., Ornaghi H.L., Zattera A.J. Native cellulose: structure, characterization and thermal properties // Materials (Basel). - 2014. - Vol. 7, I. 9. -P. 6105-6119

97. Rajwade J.M., Paknikar K.M., Kumbhar J.V. Applications of bacterial cellulose and its composites in biomedicine // Applied microbiology and biotechnology. - 2015. - Vol. 99, I. 6. - P. 2491-2511

98. Reddy B.S.R. Advances in nanocomposites - synthesis, characterization and industrial applications // InTech. - 2011. - 980 p.

99. Reiniati I. "Bacterial Cellulose Nanocrystals: Production and Applicatioën" // Electronic Thesis and Dissertation Repository. - 2017. - P.187.

100. Revin V., Liyaskina E., Nazarkina M., Bogatyreva A., Shchankin M. Cost-effective production of bacterial cellulose using acidic food industry by products // Brazilian journal of microbiology. - 2018. - Vol. 49. I. 1 - P. 151 - 159.

101. Revin V.V., Pestov N.A., Shchankin M.V., Mishkin V.P., Platonov V.I., Uglanov D.A. A study of the physical and mechanical properties of aerogels obtained from bacterial cellulose // Biomacromolecules. - 2019. -Vol. 20. I. 3 - P. 1401-1411

102. Rull-Barrull J., d'Halluin M., Le Grognec E., Felpin F.X. Chemically-modified cellulose paper as smart sensor device for colorimetric and optical detection

of hydrogen sulfate in water // Chemicat communications. - 2016. - Vol. 52, I. 12. -P. 2525-2528.

103. Sai H., Xing L., Xiang J., Cui L., Jiao J., Zhao C., Li Z. Li F. Flexible aerogels based on an interpenetrating network of bacterial cellulose and silica by a non-supercritical drying process // Journal of materials chemistry - 2013. - Vol. 1. -P. 7963-7970

104. Schankin M., Bogatyreva A., Sapunova N., Paramonova E., Liiaskina E., Pestov N., Revin V. Functional nanomaterials from bacterial cellulose // Journal of Biotechnology. - 2016. - Vol. 231. - P. 49-50

105. Shi Z.J., Zhang Y., Phillips G.O., Yang G. Utilization of bacterial cellulose in food // Food hydrocolloids. - 2014. - Vol. 35. - P. 539-545

106. Siqueira G., Bras J., Dufresne A. Cellulosic bionanocomposites: a review of preparation, properties and applications // Polymers. - 2010. - Vol. 2. - P. 728-765;

107. Skinner P.O., Cannon R.E. Acetobacter xylinum: an inquiry into cellulose biosynthesis // The american biology teacher. - 2000. - Vol. 62. - P. 442444.

108. Smirnova I., Gurikov P. Aerogel production: Current status, research directions, and future opportunities // The journal of supercritical fluids. - 2018. -Vol. 134. - P. 228-233

109. Soleimani D., Abbasi M.H. Silica aerogel; synthesis, properties and characterization // Journal of Materials Processing Technology. - 2008. -Vol. 199, I. 1. - P. 10-26.

110. Sun H., Xu Z., Gao C. Multifunctional, ultra-flyweight, synergistically assembled carbon aerogels // Advanced materials.- 2013. - Vol. 25. - P. 2554-2560

111. Thapliyal P.C., Singh K. Aerogels as promising thermal insulating materials: an overview // Chemical and process engineering research. - 2013. - Vol. 9. - P. 1-6

112. Thapliyal P.C., Singh K. Aerogels as promising thermal insulating materials // Journal of materials. - 2014. - Vol. 2014. - P. 1-10

113. Tonoli G.H.D., Teixeira E.M., Correa A.C., Marconcini J.M., Caixeta L.A., Pereira-da-Silva M.A., Mattoso L.H.C. Cellulose micro/nanofibres from Eucalyptus kraft pulp: Preparation and properties // Carbohydrate polymers. - 2012. -Vol. 89. - P. 80-88

114. Tsouko E., Kourmentza C., Ladakis D., Kopsahelis N., Mandala I., Papanikolaou S., Paloukis F., Alves V.D., Koutinas A.A. Bacterial cellulose production from industrial waste and by-product streams // International journal of molecular sciences. - 2015. - Vol. 16, I.7. - P. 14832-14849

115. Vareda J.P., Lamy-Mendes A., Duraes L.A reconsideration on the definition of the term aerogel based on current drying trends // Microporous and mesoporous materials. - 2018. - Vol. 258. - P. 211-216

116. Wada M., Heux L., Isogai A., Nishiyama Y., Chanzy H., Sugiyama J. Improved structural data of cellulose IIII prepared in supercritical ammonia // Macromolecules. - 2001. - Vol. 34. - P. 1237-1243

117. Wada M., Heux L., Sugiyama J. Polymorphism of cellulose I family: reinvestigation of cellulose IVI // Biomacromolecules. - 2004. - Vol. 5. - P. 13851391

118. Wada M., Kondo T., Okano T. Thermally induced crystal transformation from cellulose Ia to IP // Polymer Journal. - 2003. - Vol. 35. - P. 155-159.

119. Wan Y.Z., Huang Y., Yuan C.D., Raman S., Zhu Y., Jiang H.J., He F., Gao C. Biomimetic synthesis of hydroxyapatite/bacterial cellulose nanocomposites for biomedical applications // Materials science and engineering. - 2007. - Vol. 27. -P. 855-864.

120. Wang C.T., Wu C.L., Chen I.C., Huang Y.H. Humidity sensors based on silica nanoparticle aerogel thin films // Sensors and actuators B: chemical. - 2005. -Vol. 107. - P. 402-410

121. Wang L. Aerogels Based on Biodegradable Polymers and Clay: автореф. дис. . канд. биол. наук : 14.01.05, 14.03.03 / L. Wang - Universitat Politecnica de Catalunya, Terrassa. 2015. P. 180

122. Wang Y., Wang Y., Jiang L. Freestanding carbon aerogels produced from bacterial cellulose and its Ni/MnO2/Ni(OH)2 decoration for supercapacitor electrodes // Journal of applied electrochemistry. - 2018. - Vol. 48, I. 5. - P. 495-507

123. Wu Z.Y., Liang H.W., Hu B.C., Yu S.H. Emerging carbon nanofiber aerogels: chemosynthesis versus biosynthesis // Angewandtle chemie international edition. - 2018. - Vol. 57. - P. 1354

124. Xu Y., Ren B., Wang S., Zhang L., Liu Z. Carbon aerogel-based supercapacitors modified by hummers oxidation method // Journals of colloid interface science. - 2018. - Vol. 527. - P. 25-32.

125. Yang, H., Sheikhi A., Van De Ven T.G.M. Reusable Green Aerogels from Cross-Linked Hairy Nanocrystalline Cellulose and Modified Chitosan for Dye Removal // Langmuir. - 2016. - Vol. 32. - P. 11771-11779.

126. Yoshinaga F., Tonouchi N., Watanabe K. Research progress in production of bacterial cellulose by aeration and agitation culture and its application as a new industrial material // Bioscience, biotechnology and biochemistry. - 1997. -Vol. 61. - P. 219-224

127. Zeng M., Laromaine A., Roig A. Bacterial cellulose films: influence of bacterial strain and drying route on film properties // Cellulose. - 2014. - Vol. 21. -

P. 4455-4469

128. Zhang Q., Uchaker E., Candelaria S.L., Cao G. Nanomaterials for energy conversion and storage // Chemical society reviews. - 2013. - Vol. 42. - P. 31273171

129. Zhang S., Feng J., Feng J., Jiang Y., Ding F. Carbon aerogels by pyrolysis of TEMPO-oxidized cellulose. // Applied surface science. - 2018. - Vol. 440. - P. 873-879

130. Ziegler C., Wolf A., Liu W., Herrmann A., Gaponik N., Eychmgller A. Modern inorganic aerogels // Angewandtle chemie international edition. - 2017. -Vol. 56. - P. 13200-13221