Study of the influence of Medusomyces gisevii Sa-12 inoculum dosage on bacterial cellulose yield and degree of polymerisation

Abstract

Bacterial cellulose (BC) consists in a highly crystalline nanopolymer whose potential for application in both traditional and new industries is significant due to its unique physico-mechanical properties. In scaled BC biosynthesis processes, the use of microorganism consortia characterised by their adaptability and synergistic effects when coordinating substrate consumption appears to be promising. In the present work, the effect of inoculum dosage on BC yield during Medusomyces gisevii Sa-12 symbiotic culture on a glucose medium under optimal conditions is studied in detail. Two available methods were chosen for quality control of the BC: scanning electron microscopy, presenting an express method for confirming the origin of cellulose; and the degree of polymerisation in terms of a common method for controlling the quality of cellulose. Four experiments were carried out for the producer introduction with a dosage of 5, 10, 15 and 20% vol.. Use of the Medusomyces gisevii Sa-12 symbiotic culture provided the greatest number of acetic acid bacteria and the highest BC yield (7.5-8.0%) with an inoculum dosage of 10-20% vol. At the same time, an inoculum dosage of 20% vol. allowed the culture time to be halved, while an inoculum dosage of 5% vol. appears to be insufficient. All inoculum dosage variants were determined to provide the same three-dimensional cross-linked microfibrillar structure of BC samples. The degree of polymerisation (DP) of BC samples was first established to depend on the dosage of the inoculum and the duration of BC biosynthesis. Thus, the biosynthesis process can be controlled using such a simple parameter as inoculum dosage and BCs can be synthesised directionally with a given DP. The inoculum dosage of 10% vol. was established as providing the highest possible DP of BC (value of 5000), decreasing slightly during prolonged culture. For citation: Skiba E.A., Baibakova O.V., Gladysheva E.K., Budaeva V.V. Study of the influence of Medusomyces gisevii Sa-12 inoculum dosage on bacterial cellulose yield and degree of polymerisation. Izvestiya Vuzov. Исследование влияния дозировки инокулята Medusomyces gisevii Sa-12 на выход и степень полимеризации бактериальной целлюлозы © Е.А. Скиба, О.В. Байбакова, Е.К. Гладышева, В.В. Будаева Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН, г. Бийск, Российская Федерация Резюме: Бактериальная целлюлоза (БЦ) является высококристаллическим нанополимером с уникальными физико-механическими свойствами, поэтому обладает превосходным потенциалом применения как в традиционных, так и в новых отраслях. В масштабированных процессах биосинтеза БЦ перспективно применение консорциумов микроорганизмов, характеризующихся адаптивностью и обла-Skiba E.A., Baibakova O.V., Gladysheva E.K., et al. Study of the influence… Скиба Е.А., Байбакова О.В., Гладышева Е.К. и др. Исследование влияния… ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯ / PHYSICOCHEMICAL BIOLOGY 421 дающих синергетическими эффектами в координирующем потреблении субстрата, поэтому в данной работе используется симбиотическая культ...

Biosynthesis of Bacterial Cellulose by Extended Cultivation with Multiple Removal of BC Pellicles

“…Shi et al [ 48 ] made no assumptions of the nature of the observed phenomenon. In our previous study [ 24 ], we hypothesized that this could be explained physiologically: the cell population condition worsens over time, that is, the nutrients are running low and metabolic products are building up, therefore the DP of the synthesized BC declines as well. The present study has proved our earlier suggested hypothesis.…”

“…The static culture method is well studied. The biosynthesis phases of BC have been established to correlate directly with cell growth phases, and the maximum buildup of BC is observed at a maximum cell count [ 16 , 24 ]. Mathematical models of cell growth, substrate/oxygen intake and BC biosynthesis have been designed [ 25 ].…”

Production of Cellulose Materials from Oat Agricultural Wastes: A Review of Recent Approaches

“…It was shown that the degree of polymerization of BC samples depends on the dosage of inoculum and the duration of biosynthesis. Thus, it is possible to control the biosynthesis process and the degree of polymerization [69,216]. Interestingly, the degree of polymerization of plant cellulose isolated of oat husks is in the range of 1000 -1500 [44].…”

Bacterial nanocellulose and softwood pulp for composite paper

“…СП исходной ХвЦ, образцов композиционной бумаги и исходной БНЦ определялась методом, основанным на растворении навески образца в кадоксене и последующей вискозиметрии полученного раствора [25,26]. Полуширина доверительного интервала определена при уровне значимости 0,05 и составляет ±50.…”

“…(видовой состав культуры детально приведен в работах [27,28]). Культуральная жидкость получена на полусинтетической питательной среде согласно [26] Полученные данные свидетельствуют о преимуществе метода с поверхностным нанесением БНЦ на отливки из ХвЦ и согласуются с результатами исследований, представленными в работах [3,6,9,13], где добавление БНЦ в бумагу позволило увеличить прочностные и деформационные показатели. В литературе описано увеличение прочностных характеристик внесением волокон БНЦ в количестве до 20% в композицонную бумагу, но отсутствуют результаты визуали-зации процесса взаимодействия микро-и наноразмерных волокон целлюлозы.…”