В Курчатовском геномном центре предложили бактериальный метод деполимеризации ксантана
Четверг, 21 сентября 2023Сотрудниками Курчатовского геномного центра - ПИЯФ впервые в мире разработан биокатализатор, который может заменить неэкологичные химические методы разложения ксантана. Результаты исследований опубликованы в журнале Catalysts: https://www.mdpi.com/2073-4344/13/9/1249
Ксантан – микробный полисахарид, продукт метаболизма бактерии Xanthomonas сampestris. Это один из самых эффективных и популярных загустителей; ксантан и его производные широко используются во многих отраслях промышленности, в том числе пищевой, фармацевтической, косметической.
Большой объем ксантана применяется при добыче нефти. Он используется в качестве структурообразователя буровых растворов: повышает их вязкость и препятствует разрушению скважины. Однако после окончания работ остро встает вопрос утилизации отработанного бурового раствора (шлама). В настоящее время этот шлам можно использовать в качестве дорожно-строительного материала (однако это неэффективно) или захоранивать (что неэкологично).
Еще один вариант утилизации ксантана — деполимеризация (разложение). Но химические методы, которые для этого используются, требуют применения сильных кислот и высоких температур. Поэтому ученые ищут более эффективные и безопасные для окружающей среды способы. Тем более, что есть и еще одна задача, для которой важна деструкция ксантана: получение ксантоолигосахаридо – коротких фрагментов его полимерной цепи. По данным последних исследований, они демонстрируют антибактериальный эффект и антиоксидантную активность.
Сотрудники Курчатовского геномного центра — ПИЯФ применили для разложения ксантана новый биокатализатор на основе специально отобранных микроорганизмов.
- Разработанный нами биокатализатор представляет собой небольшие цилиндры из поливинилового спирта (ПВС), куда заключены целые живые клетки бактерий, тщательно отобранных и идентифицированных в ходе скрининга, – рассказала Анна Кульминская, руководитель Курчатовского геномного центра - ПИЯФ. – Цилиндр опускается в вязкий раствор ксантана, который через некоторое время становится жидким: за счет специальных ферментов, которые производят бактерии, происходит деполимеризация ксантановой камеди. Этот цилиндр можно использовать не менее 40 раз: активность бактерий от цикла к циклу не меняется, а сама матрица ПВС практически не разрушается».
У метода, разработанного учеными Курчатовского геномного центра – ПИЯФ, несколько преимуществ. Во-первых, после каждого цикла достаточно просто перенести биокатализатор в новую порцию раствора ксантана, не инактивируя его и не добавляя новых порций клеток или ферментов. Во-вторых, условия деполимеризации намного мягче по сравнению с химическими методами: реакция протекает при комнатной температуре и нейтральном значении pH (6.5 – 7.0).
Кроме того, срок хранения и использования биокатализатора существенно выше по сравнению со свободными бактериями, а гибкость матрицы из ПВС позволяет придавать ему удобные для пользователя формы.
Ученые планируют дальнейшие испытания биокатализатора: на реальных образцах шламов и в природных условиях.
