Published February 26, 2020 | Version v1
Publication Open

Bacterial nanocellulose from agro-industrial wastes: low-cost and enhanced production by Komagataeibacter saccharivorans MD1

Creators

  • 1. City of Scientific Research and Technological Applications
  • 2. Institut de Ciència de Materials de Barcelona
  • 3. Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla
  • 4. Al Azhar University

Description

Abstract Bacterial nanocellulose (BNC) has been drawing enormous attention because of its versatile properties. Herein, we shed light on the BNC production by a novel bacterial isolate (MD1) utilizing various agro-industrial wastes. Using 16S rRNA nucleotide sequences, the isolate was identified as Komagataeibacter saccharivorans MD1. For the first time, BNC synthesis by K. saccharivorans MD1 was investigated utilizing wastes of palm date, fig, and sugarcane molasses along with glucose on the Hestrin-Schramm (HS) medium as a control. After incubation for 168 h, the highest BNC yield was perceived on the molasses medium recording 3.9 g/L with an initial concentration of (v/v) 10%. The physicochemical characteristics of the BNC sheets were inspected adopting field-emission scanning electron microscope (FESEM), atomic force microscopy (AFM), X-ray diffraction (XRD), and Fourier transform infrared (FTIR) analysis. The FESEM characterization revealed no impact of the wastes on either fiber diameter or the branching scheme, whereas the AFM depicted a BNC film with minimal roughness was generated using date wastes. Furthermore, a high crystallinity index was estimated by XRD up to 94% for the date wastes-derived BNC, while the FTIR analyses exhibited very similar profiles for all BNC films. Additionally, mechanical characteristics and water holding capacity of the produced BNCs were studied. Our findings substantiated that expensive substrates could be exchanged by agro-industrial wastes for BNC production conserving its remarkable physical and microstructural properties.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يجذب النانوسليلوز البكتيري (BNC) اهتمامًا هائلاً بسبب خصائصه المتعددة الاستخدامات. هنا، نلقي الضوء على إنتاج BNC بواسطة عزل بكتيري جديد (MD1) باستخدام مختلف النفايات الصناعية الزراعية. باستخدام متواليات النوكليوتيدات 16S rRNA، تم تحديد العزل على أنه Komagataeibacter saccharivorans MD1. لأول مرة، تم التحقيق في تخليق BNC بواسطة K. saccharivorans MD1 باستخدام نفايات نخيل التمر والتين ودبس السكر جنبًا إلى جنب مع الجلوكوز على وسيط Hestrin - Schramm (HS) كعنصر تحكم. بعد الحضانة لمدة 168 ساعة، تم إدراك أعلى عائد BNC على متوسط دبس السكر الذي يسجل 3.9 جم/لتر بتركيز أولي (v/v) 10 ٪. تم فحص الخصائص الفيزيائية الكيميائية لأوراق BNC باستخدام المجهر الإلكتروني لمسح الانبعاثات الميدانية (FESEM)، ومجهر القوة الذرية (AFM)، وانحراف الأشعة السينية (XRD)، وتحليل فورييه للأشعة تحت الحمراء التحويلية (FTIR). لم يكشف توصيف FESEM عن أي تأثير للنفايات على قطر الألياف أو مخطط التفرع، في حين أن AFM صورت فيلم BNC بأقل قدر من الخشونة تم إنشاؤه باستخدام نفايات التمر. علاوة على ذلك، تم تقدير مؤشر بلورة مرتفع من قبل XRD يصل إلى 94 ٪ لـ BNC المشتقة من نفايات التمور، في حين أظهرت تحليلات FTIR ملفات تعريف متشابهة للغاية لجميع أفلام BNC. بالإضافة إلى ذلك، تمت دراسة الخصائص الميكانيكية والقدرة على الاحتفاظ بالمياه في BNCs المنتجة. أثبتت النتائج التي توصلنا إليها أنه يمكن استبدال الركائز باهظة الثمن بالنفايات الصناعية الزراعية لإنتاج BNC مع الحفاظ على خصائصه الفيزيائية والهيكلية الدقيقة الرائعة.

Translated Description (French)

Résumé La nanocellulose bactérienne (BNC) attire énormément l'attention en raison de ses propriétés polyvalentes. Ici, nous mettons en lumière la production de BNC par un nouvel isolat bactérien (MD1) utilisant divers déchets agro-industriels. À l'aide de séquences nucléotidiques d'ARNr 16S, l'isolat a été identifié comme Komagataeibacter saccharivorans MD1. Pour la première fois, la synthèse de BNC par K. saccharivorans MD1 a été étudiée en utilisant des déchets de mélasse de datte de palmier, de figue et de canne à sucre ainsi que du glucose sur le milieu Hestrin-Schramm (HS) comme témoin. Après 168 h d'incubation, le rendement en BNC le plus élevé a été perçu sur le milieu mélasse enregistrant 3,9 g/L avec une concentration initiale de (v/v) 10%. Les caractéristiques physico-chimiques des feuilles de BNC ont été inspectées en utilisant le microscope électronique à balayage à émission de champ (FESEM), la microscopie à force atomique (AFM), la diffraction des rayons X (DRX) et l'analyse infrarouge à transformée de Fourier (IRTF). La caractérisation FESEM n'a révélé aucun impact des déchets sur le diamètre des fibres ou le schéma de ramification, tandis que l'AFM a représenté un film BNC avec une rugosité minimale généré à l'aide de déchets de dattes. De plus, un indice de cristallinité élevé a été estimé par DRX jusqu'à 94 % pour le BNC dérivé des déchets de dattes, tandis que les analyses FTIR présentaient des profils très similaires pour tous les films BNC. De plus, les caractéristiques mécaniques et la capacité de rétention d'eau des BNC produites ont été étudiées. Nos résultats ont prouvé que des substrats coûteux pouvaient être échangés par des déchets agro-industriels pour la production de BNC en conservant ses propriétés physiques et microstructurales remarquables.

Translated Description (Spanish)

Resumen La nanocelulosa bacteriana (BNC) ha estado atrayendo una enorme atención debido a sus propiedades versátiles. Aquí, arrojamos luz sobre la producción de BNC por un nuevo aislado bacteriano (MD1) que utiliza varios desechos agroindustriales. Usando secuencias de nucleótidos de ARNr 16S, el aislado se identificó como Komagataeibacter saccharivorans MD1. Por primera vez, se investigó la síntesis de BNC por K. saccharivorans MD1 utilizando desechos de palma datilera, higo y melaza de caña de azúcar junto con glucosa en el medio Hestrin-Schramm (HS) como control. Después de la incubación durante 168 h, se percibió el mayor rendimiento de BNC en el medio de melaza registrando 3.9 g/L con una concentración inicial de (v/v) 10%. Las características fisicoquímicas de las láminas de BNC se inspeccionaron mediante microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (FESEM), microscopía de fuerza atómica (AFM), difracción de rayos X (XRD) y análisis de infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR). La caracterización FESEM no reveló ningún impacto de los residuos ni en el diámetro de la fibra ni en el esquema de ramificación, mientras que el AFM representó una película BNC con una rugosidad mínima que se generó utilizando residuos de dátiles. Además, la XRD estimó un alto índice de cristalinidad de hasta el 94% para el BNC derivado de residuos de dátiles, mientras que los análisis FTIR mostraron perfiles muy similares para todas las películas de BNC. Además, se estudiaron las características mecánicas y la capacidad de retención de agua de los BNC producidos. Nuestros hallazgos corroboraron que los sustratos caros podrían ser intercambiados por desechos agroindustriales para la producción de BNC conservando sus notables propiedades físicas y microestructurales.

Files

s41598-020-60315-9.pdf.pdf

Files (5.3 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:96869f9c4db18cdedf98a7a3299039b2
5.3 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
السليلوز البكتيري النانوي من النفايات الصناعية الزراعية: إنتاج منخفض التكلفة ومعزز بواسطة Komagataeibacter saccharivorans MD1
Translated title (French)
Nanocellulose bactérienne à partir de déchets agro-industriels : production à faible coût et améliorée par Komagataeibacter saccharivorans MD1
Translated title (Spanish)
Nanocelulosa bacteriana de residuos agroindustriales: producción de bajo coste y mejorada por Komagataeibacter saccharivorans MD1

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3007291776
DOI
10.1038/s41598-020-60315-9

Is supplement to
https://openalex.org/W63673701 (Other)
https://openalex.org/W4387063628 (Other)
https://openalex.org/W4254567523 (Other)
https://openalex.org/W4246181946 (Other)
https://openalex.org/W3211553949 (Other)
https://openalex.org/W2887433083 (Other)
https://openalex.org/W2793087489 (Other)
https://openalex.org/W2573080433 (Other)
https://openalex.org/W2162856655 (Other)
https://openalex.org/W1968649652 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1593201637
  • https://openalex.org/W1964499668
  • https://openalex.org/W1968834637
  • https://openalex.org/W1971133394
  • https://openalex.org/W1972519140
  • https://openalex.org/W1975032928
  • https://openalex.org/W1984650123
  • https://openalex.org/W2009619936
  • https://openalex.org/W2011173497
  • https://openalex.org/W2024564073
  • https://openalex.org/W2029437253
  • https://openalex.org/W2029736909
  • https://openalex.org/W2041665719
  • https://openalex.org/W2042657986
  • https://openalex.org/W2052372850
  • https://openalex.org/W2054203260
  • https://openalex.org/W2070985246
  • https://openalex.org/W2079844539
  • https://openalex.org/W2083154963
  • https://openalex.org/W2084539668
  • https://openalex.org/W2086164235
  • https://openalex.org/W2115608183
  • https://openalex.org/W2133045323
  • https://openalex.org/W2138270253
  • https://openalex.org/W2144652951
  • https://openalex.org/W2151813319
  • https://openalex.org/W2152207030
  • https://openalex.org/W2166636340
  • https://openalex.org/W2167373002
  • https://openalex.org/W2228110718
  • https://openalex.org/W2256771200
  • https://openalex.org/W2276307958
  • https://openalex.org/W2285488823
  • https://openalex.org/W2304688454
  • https://openalex.org/W2316588264
  • https://openalex.org/W2345650655
  • https://openalex.org/W2356495775
  • https://openalex.org/W2488212221
  • https://openalex.org/W2519066349
  • https://openalex.org/W2559135415
  • https://openalex.org/W2587934567
  • https://openalex.org/W2610894814
  • https://openalex.org/W2617533064
  • https://openalex.org/W2765646554
  • https://openalex.org/W2793370468
  • https://openalex.org/W2794156787
  • https://openalex.org/W2809074494
  • https://openalex.org/W2883495323
  • https://openalex.org/W2884838652
  • https://openalex.org/W2897196608
  • https://openalex.org/W2899285668
  • https://openalex.org/W2904311274
  • https://openalex.org/W2911121225
  • https://openalex.org/W2911716463
  • https://openalex.org/W2912272845
  • https://openalex.org/W2912915137
  • https://openalex.org/W2913071208
  • https://openalex.org/W2914059376
  • https://openalex.org/W2914312081
  • https://openalex.org/W2922418358
  • https://openalex.org/W2944819935
  • https://openalex.org/W2977548440
  • https://openalex.org/W2979292905
  • https://openalex.org/W2980294291
  • https://openalex.org/W2995928823