Ко дню российской науки «Коммерческие Вести» опубликовали список наиболее значимых для науки работ омских ученых.
В него вошел и проект кандидата биологических наук, доцента кафедры продуктов питания и пищевой биотехнологии агротехнологического факультета Омского государственного аграрного университета Натальи ПОГОРЕЛОВОЙ. Обозреватель «Коммерческих Вестей» Анастасия ИЛЬЧЕНКО решила из первых рук узнать о технологии получения нанобиоматериала на основе бактериальной целлюлозы.
– Наталья Анатольевна, откуда берется бактериальная целлюлоза, что это за вещество?
– Бактериальная целлюлоза является продуктом биосинтеза микроорганизмов. Мы используем не отдельные штаммы, а симбиоз, в который входят как уксуснокислые бактерии, которые собственно продуцируют бактериальную целлюлозу, так и дрожжи. И в таком симбиозе одни микроорганизмы поддерживают рост других, поэтому он устойчив к действию различных инфекций и окружающей среды и нет необходимости поддерживать определенные условия.
– Давно вы занимаетесь даннойтемой?
– Около пяти лет. За это время мы выполнили научно-исследовательские работы, поддержанные федеральным министерством сельского хозяйства. И сейчас наши результаты легли в основу проекта Омского НОЦ, ими заинтересовалась компания «Ястро».
– В одном из ваших интервью звучало понятие «зооглея». Какое отношение оно имеет к данной теме?
– Зооглея – это народное название того, что продуцируют микроорганизмы. В нее входит и бактериальная целлюлоза, и остатки питательной среды, и микроорганизмы. А мы в лаборатории уже получаем очищенный от всех примесей материал – чистую бактериальную целлюлозу.
– Сколько времени занимает создание бактериальной целлюлозы?
– Все зависит от того, сколько нужно получить ее на единицу объема культуральной жидкости. В среднем порядка 8-12 суток.
– А что будет происходить, когда этот процесс перейдет в промышленные масштабы? Его можно ускорить?
– Экономического эффекта можно добиваться различными способами, в том числе меняя микроорганизмы на более продуктивные генномодифицированные. Сейчас ведем научные исследования по этой теме.
– Расскажите о сферах использования бактериальной целлюлозы. Знаю, что речь идет о биологически активных добавках. Бактериальная целлюлоза в них будет входить в качестве оболочки или она сама по себе является полезной добавкой?
– Бактериальная целлюлоза относится к пищевым волокнам и является функциональным ингредиентом с точки зрения пищевых систем. Как в РФ, так и в США она относится к нетоксичным веществам. Изменяет реологические свойства пищевой системы, является геле– и структурообразователем. У нас проходили пилотные исследования в компании «ЭФКО» в Белгороде, где мы получили значимые результаты при добавлении бактериальной целлюлозы в соусы, кетчупы. Сейчас происходит отработка рецептур для замены различных загустителей, таких как модифицированные крахмалы, на бактериальную целлюлозу.
Кроме того, мы можем говорить об использовании бактериальной целлюлозы в фармацевтической промышленности, в частности, в качестве микрокристаллической целлюлозы, которую содержат практически все лекарственные препараты как наполнитель. Чтобы получить ее из растительной, нужно крупное химическое производство, которое требует определенных затрат, даже экологических, поскольку используются агрессивные кислоты, щелочь и т.д. Бактериальной же целлюлозе нужен только микробиологический синтез, соответственно, нет потребности в очистке. Экологическая нагрузка при получении из нее микрокристаллической целлюлозы значительно меньше.
Бактериальная целлюлоза может использоваться в медицине и как перевязочное средство. В Институте ветеринарной медицины Омского ГАУ под руководством доктора ветеринарных наук, директора института Светланы Владимировны ЧЕРНИГОВОЙ проводятся исследования по использованию гель-пленки из бактериальной целлюлозы в качестве перевязочного средства для лечения ожоговых ран. Испытания прошли успешно, получены положительные результаты, защищены диссертации на эту тему. В косметологии бактериальную целлюлозу можно применять в виде гель-пленки для патчей, масок, поскольку она активно адсорбирует необходимые вещества.
Кроме того, мы сейчас идем в направлении создания на основе бактериальной целлюлозы нанокомпозитов.
– Вы часто сравниваете бактериальную целлюлозу с растительной. А по доступности они равны? Не будет ли конкуренция проиграна, потому что растительная более доступна?
– Безусловно, мы готовы к конкуренции. У бактериальной целлюлозы есть свойства, которых нет у растительной. Последняя – это всем известная клетчатка. Применяя ее в пищевой промышленности, мы получаем продукты с измененными органолептическими свойствами и худшими технологическими параметрами, чем при использовании бактериальной целлюлозы. В том числе меняется цвет. Например, для мороженого важно, чтобы продукт был белым, но при использовании растительной целлюлозы он получается кремовым, с желтоватым оттенком. Ухудшается и вкус продукта. А бактериальная целлюлоза не имеет цвета и при добавлении в мороженое усиливает его сливочный вкус.
– А зачем в мороженое добавлять целлюлозу?!
– Во-первых, сейчас в него обязательно вводят какую-то стабилизационную систему для придания нужной структуры. Используя при этом целлюлозу, мы избавляемся от других стабсистем. Во-вторых, сейчас в тренде продукты, не содержащие сахарозы, речь идет и о кетчупе, и о мороженом, поэтому встает вопрос о применении подсластителей. Их добавляют в меньшем количестве, чем сахарозу, т.к. они дают более интенсивный сладкий вкус, и тогда для замены выпадающий массы нужен инертный материал. И здесь как нельзя лучше подходит бактериальная целлюлоза.
Это новый материал, мы еще в начале пути. Но ее уникальные свойства и наноструктура способны дать новые композиты, которые позволят сделать рывок и в области создания имплантов, перевязочных средств, и в косметологии. Надо помнить, что бактериальная целлюлоза – это биоразлагаемый материал, его использование позволит потребителю избавиться от пластмассовых изделий.
– Исследования ведутся в лаборатории?
– И в лаборатории, и уже на предприятиях. Сейчас нам важно понять, разрушается ли бактериальная целлюлоза при термическом воздействии, как реагирует на другие компоненты.
– Для вашего лабораторного производства требуется специальное оборудование? Что оно собой представляет?
– Это определенные емкости, в которых в статических условиях производится бактериальная целлюлоза. Нами получен патент на такое оборудование. Сейчас прибор находится в разработке.
– Этой темой в мире еще кто-то занимается?
– Если темой никто не занимается, она никому не интересна, если ею интересуются все, значит ты в тренде (смеется). Главное – скорость, с которой ты занимаешься. За последние три года интерес к бактериальной целлюлозе вырос по экспоненте. Результаты исследований выражаются в патентах, ноу-хау и научных статьях. Больше всего публикаций в США, затем в Китае.
Нами на основе бактериальной целлюлозы были созданы нанокомпозиты. В их структуру дисперсно внедрили частицы серебра, обладающие антибактериальными свойствами. Также был создан нанокомпозит с фосфатом кальция, который (как мы предполагаем) можно будет использовать для регенерации костных тканей. В нашей команде – ученые из разных сфер, их изыскания дополняют друг друга.
– Много ученых занято в работе?
– Кроме научных сотрудников Омского ГАУ, в том числе доктора технических наук Натальи Гавриловны БОРИСОВОЙ, меня и ряда других ученых, над проектом работает Светлана Владимировна ЧЕРНИГОВА, а исследованием наноструктуры бактериальной целлюлозы занимается доцент ОмГТУ Евгений Анатольевич РОГАЧЕВ.
– Вы говорили о взаимодействии с «Ястро». А как они используют вашу бактериальную целлюлозу?
– Эта компания заинтересовалась не использованием ее, а производством. Хотя у нас был ряд пилотных исследований, в ходе которых мы вместо каррагинанов добавляли в плавленые сыры бактериальную целлюлозу. Омским ГАУ, компанией «Ястро – Инновации» и ООО «Университет мыследеятельности» ведется разработка, определяющая возможность промышленного производства бактериальной целлюлозы для нужд фармацевтической и пищевой промышленности. Думаю, эта коллаборация будет интересна и для бизнеса, и для нашего университета.
– Вы просчитывали экономическую целесообразность производства бактериальной целлюлозы?
– Сейчас преждевременно делать эти расчеты. Сначала необходимо определиться с технологической цепочкой. Сколько будет стоить килограмм, зависит от многих факторов. Мы подходим к этому, как бусинки, собираем все составляющие и в ближайшее время рассчитаем для бизнеса приблизительный диапазон цен.
– А что будет первой бусиной в технологической цепочке?
– Питание, то, чем будем кормить наши уксуснокислые бактерии. Исходя из питания, субстрата для синтеза нашей бактериальной целлюлозы и будет зависеть стоимость. Кроме того, повлияют на нее и степень конверсии, и скорость биосинтеза. Чем быстрее биосинтез, чем дешевле корм, тем ниже цена производства.
– Наталья Анатольевна, расскажите о планах.
– Мы намерены, с одной стороны, выходить на производство самой бактериальной целлюлозы, с другой – заниматься темой ее использования в различных сферах деятельности – в пищевой промышленности, в медицинских целях. Будут вестись и фундаментальные исследования в отношении наноструктуры бактериальной целлюлозы и управления ею.
Биография
Наталья Анатольевна ПОГОРЕЛОВА
Кандидат биологических наук, доцент кафедры продуктов питания и пищевой биотехнологии агротехнологического факультета Омского ГАУ.
Наталья ПОГОРЕЛОВА родилась 2 октября 1969 года в Омске. В 1991 году окончила химический факультет ОмГУ и пришла работать в Омский государственный аграрный университет. В 2016 году в Москве защитила кандидатскую диссертацию. Работает на агротехнологическом факультете Омского ГАУ на кафедре продуктов питания и пищевой биотехнологии.
Замужем.
