Аяз Маратович Белкожаев – PhD, ассоциированный профессор кафедры химической и биохимической инженерии
050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22а.
Ayaz Maratovich Belkozhayev – PhD, Associate Professor of Department of Chemical and Biochemical Engineering
050013, Almaty, 22a Satpaev str.
Арман Оразалыулы Абайлдаев – старший преподаватель кафедры химической и биохимической инженерии
050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22а.
Arman Orazalyuly Abaildayev – Senior lecturer of Department of Chemical and Biochemical Engineering
050013, Almaty, 22a Satpaev str.
Бекжан Дуисенбиулы Коссалбаев – PhD, ассоциированный профессор кафедры химической и биохимической инженерии
050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22а.;050040, Алматы, пр. Аль-Фараби, 71;Туркестан, 161200, Казахстан
Bekzhan Duisenbiuly Kossalbayev – PhD, Associate Professor of Department of Chemical and Biochemical Engineering
050013, Almaty, 22a Satpaev str.;050040, Almaty, Al-Farabi Ave. 71;Turkistan 161200
Наргиз Гизатуллина – докторант кафедры химической и биохимической инженерии
050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22а.
Nargiz Gizatullina – PhD student, Department of Chemical and Biochemical Engineering
050013, Almaty, 22a Satpaev str.
Гаухар Толеутай – PhD кафедры химической и биохимической инженерии
050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22а.;Ноксвилл, Теннесси 37996, США
Gaukhar Toleutay – PhD of Department of Chemical and Biochemical Engineering
050013, Almaty, 22a Satpaev str.;Knoxville, TN 37996, USA
В данном исследовании представлен сравнительный анализ структурных и физикохимических свойств целлюлозы растительного происхождения, выделенной из сельскохозяйственных отходов (солома пшеницы, кукурузы, хлопка и риса), и бактериальной целлюлозы, синтезированной методом ферментации с использованием Komagataeibacter xylinus (K. xylinus). Растительная целлюлоза была получена путем предварительной обработки системой AlCl₃-глицерин с последующей щелочной очисткой, тогда как бактериальная целлюлоза синтезировалась в статических условиях культивирования в среде Хестрина-Шрамма. Морфология, химическая структура и термическое поведение полученных образцов целлюлозы были систематически охарактеризованы с использованием сканирующей электронной микроскопии (SEM), инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) и термогравиметрического анализа (TGA/DTG). Результаты SEM показали, что целлюлоза растительного происхождения характеризуется вытянутыми микрофибриллярными структурами с диаметром волокон в диапазоне 5-25 мкм, а также наличием поверхностных микротрещин и пор, сформированных в результате эффективного удаления лигнина и гемицеллюлозы. В отличие от нее, бактериальная целлюлоза формирует плотную, многослойную и высоко взаимосвязанную фибриллярную сеть с существенно меньшим диаметром волокон (2,7-9,7мкм), что отражает ее высокую структурную однородность и чистоту. FTIR-спектры подтвердили наличие общей фундаментальной химической структуры для обоих типов целлюлозы, тогда как ослабление или отсутствие полос поглощения, характерных для лигнина, свидетельствовало об эффективной делигнификации и более высокой химической чистоте бактериальной целлюлозы. В целом результаты демонстрируют, что растительная и бактериальная целлюлоза обладают различными, но взаимодополняющими структурными характеристиками. Целлюлоза растительного происхождения обеспечивает объемную механическую прочность, тогда как бактериальная целлюлоза выполняет функцию наноразмерного армирования, что обосновывает их совместное применение при разработке устойчивых биополимерных композитов и экологически безопасных упаковочных материалов.
This study presents a comparative investigation of the structural and physicochemical properties of plant-derived cellulose extracted from agricultural residues (wheat, maize, cotton, and rice straw) and bacterial cellulose synthesized via fermentation using Komagataeibacter xylinus (K. xylinus). Plant-derived cellulose was obtained through an AlCl₃-glycerol pretreatment followed by alkaline purification, while bacterial cellulose was produced under static cultivation in a Hestrin – Schramm medium. The morphology, chemical structure, and thermal behavior of the resulting celluloses were systematically characterized using scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, and thermogravimetric analysis (TGA/DTG). SEM analysis revealed that plant-derived cellulose exhibits elongated microfibrillar structures with fiber diameters ranging from 5 to 25 μm, accompanied by surface microcracks and pores resulting from effective removal of lignin and hemicellulose. In contrast, bacterial cellulose formed a dense, multilayered, and highly interconnected fibrillar network with significantly smaller fiber diameters (2.7-9.7 μm), reflecting its high structural uniformity and purity. FTIR spectra confirmed that both cellulose types share the same fundamental chemical backbone, while the weakening or absence of lignin-related absorption bands indicated efficient delignification and superior chemical purity in bacterial cellulose. Overall, the results demonstrate that plantderived and bacterial cellulose possess distinct yet complementary structural characteristics. Plant-derived cellulose provides a fibrous structural framework, whereas bacterial cellulose offers a nanostructured network, suggesting their potential combined use in sustainable biopolymer composites and environmentally friendly packaging materials.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.