Сотрудники Курчатовского геномного центра – Петербургского института ядерной физики имени Б. П. Константинова впервые в мире разработали биокатализатор, способный заменить экологически небезопасные химические методы разложения ксантана.
Ксантан является микробным полисахаридом, продуктом метаболизма бактерии Xanthomonas campestris. Он является одним из наиболее эффективных и популярных загустителей, широко используемых в различных отраслях промышленности, включая пищевую, фармацевтическую и косметическую.
Большое количество ксантана используется при добыче нефти, где он применяется в качестве структурообразователя буровых растворов, повышая их вязкость и предотвращая разрушение скважин. Однако, после завершения работ, возникает проблема утилизации отработанного бурового раствора, или шлама. В настоящее время этот шлам может быть использован в качестве дорожно-строительного материала, но такой подход не является эффективным, а его захоронение неэкологично.
Еще одним вариантом утилизации ксантана является его деполимеризаци. Однако химические методы, применяемые для этой цели, требуют использования сильных кислот и высоких температур. Поэтому ученые ищут более эффективные и экологически безопасные способы.
Более того, существует еще одна задача, для которой важно разложение ксантана — получение ксантоолигосахаридов, коротких фрагментов его полимерной цепи. По последним исследованиям, они проявляют антибактериальное действие и антиоксидантную активность.
Сотрудники Курчатовского геномного центра – ПИЯФ применили для разложения ксантана новый биокатализатор на основе специально отобранных микроорганизмов.
По словам руководителя центра Анны Кульминской, разработанный биокатализатор представляет собой небольшие цилиндры из поливинилового спирта, в которые заключены целые живые клетки бактерий, тщательно отобранных и идентифицированных в процессе скрининга.
«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», - отметила специалист.
У разработанного учеными метода есть 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 происходит при комнатной температуре и нейтральном pH.