Preview

Вестник НЯЦ РК

Расширенный поиск

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ИЗ ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗНОГО СЫРЬЯ

https://doi.org/10.52676/1729-7885-2026-3-158-167

Аннотация

В обзоре систематизированы и обобщены современные представления о микрокристаллической целлюлозе (МКЦ) как о многофункциональном материале с высоким адаптивным потенциалом. Проведен сравнительный анализ сырьевой базы: от традиционных источников (древесина, хлопок) до альтернативных агропромышленных отходов (рисовая шелуха, багасса, солома, оболочки какао-бобов) и вторичного текстиля. Ключевой акцент сделан на установлении закономерностей в системе «структура сырья – параметры выделения – функциональные свойства МКЦ». Детально рассмотрены механизмы получения МКЦ, включая классический кислотный гидролиз, органосольвентные методы, газофазную деструкцию HCl и гидротермальные процессы. Показано, как специфика лигноцеллюлозной матрицы и условия ее обработки предопределяют степень полимеризации, индекс кристалличности, полиморфный состав и морфологию частиц, регулируя сорбционную способность и реакционную активность продукта. Особое внимание уделено стратегиям направленной химической и физической модификации – окислению, этерификации и прививочной полимеризации, расширяющим области применения МКЦ в фармацевтике – для прямого прессования, в биомедицине – для создания гидрогелей и раневых покрытий, в экологии – в качестве сорбентов, а также при создании биокомпозитов. Научная ценность работы заключается в обосновании перехода от концепции МКЦ как инертного наполнителя к ее пониманию как проектируемого функционального прекурсора с заданными эксплуатационными характеристиками.

Об авторах

С. З. Наурызова
Казахский национальный исследовательский технический университет имени К.И. Сатпаева; Научный центр композиционных материалов
Казахстан

Наурызова Сауле Зинагиевна — доктор философии (PhD) по специальности «Нефтехимия», ассоциированный профессор.

Алматы



А. Қ. Қаржаубаева
Казахский национальный исследовательский технический университет имени К.И. Сатпаева; Научный центр композиционных материалов
Казахстан

Қаржаубаева Актоты Канатовна — докторант НАО «Казахский национальный исследовательский технический университет имени К. И. Сатпаева».

Алматы



Н. Н. Сагиева
Восточно-Казахстанский университет имени Сәрсена Аманжолова
Казахстан

Назым Нурсыдыковна Сагиева - учитель химии Назарбаев Интеллектуальной школы города Усть-Каменогорска, докторант Восточно-Казахстанского университета имени Сарсена Аманжолова.

Усть-Каменогорск



Ж. Е. Ибраева
Научный центр композиционных материалов; Казахский национальный педагогический университет имени Абая
Казахстан

Жанар Ершатовна Ибраева - кандидат химических наук, доцент, ассоциированный профессор кафедры «Дизайн» Казахского национального педагогического университета имени Абая.

Алматы



А. К. Батталова
Научный центр композиционных материалов; Восточно-Казахстанский университет имени Сәрсена Аманжолова
Казахстан

Айнур Кумарбековна Батталова - доктор философии (PhD) по специальности «Химия».

Алматы; Усть-Каменогорск



Е. Шаймардан
Казахский национальный исследовательский технический университет имени К.И. Сатпаева; Научный центр композиционных материалов
Казахстан

Есбол Шаймардан - доктор философии (PhD) по специальности «Химическая технология органических веществ», научный сотрудник Научного центра композитных материалов.

Алматы



М. М. Бейсебеков
Казахский национальный исследовательский технический университет имени К.И. Сатпаева; Научный центр композиционных материалов; ТОО «ARMA LTD»
Казахстан

Мадияр Маратович Бейсебеков - доктор философии (PhD), научный сотрудник ТОО «Научный центр композитных материалов».

Алматы



А. К. Кабдрахманова
Казахский национальный исследовательский технический университет имени К.И. Сатпаева; Научный центр композиционных материалов; ТОО «SciCom»
Казахстан

Айнур Канатовна Кабдрахманова - доктор философии (PhD), специалист в области синтеза и исследования новых органических и полимерных материалов.

Алматы; Астана



К. Ақатан
Восточно-Казахстанский университет имени Сәрсена Аманжолова
Казахстан

Қыдырмолла Ақатан - доктор философии (PhD) по специальности «Химия», заведующий Национальной научной лабораторией коллективного пользования.

Усть-Каменогорск



С. К. Кабдрахманова
Казахский национальный исследовательский технический университет имени К.И. Сатпаева
Казахстан

Сана Канатбековна Кабдрахманова - кандидат технических наук, ассоциированный профессор.

Алматы



Список литературы

1. Ventura-Cruz S., Tecante A. Nanocellulose and microcrystalline cellulose from agricultural waste: Review on isolation and application as reinforcement in polymeric matrices // Food Hydrocolloids. – 2021. – Vol. 118. – Art. 106771. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.106771

2. Zhao H., Zhao L., Lin X., Shen L. An update on microcrystalline cellulose in direct compression: Functionality, critical material attributes, and co-processed excipients // Carbohydrate Polymers. – 2022. – Vol. 278. – Art. 118968. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.118968

3. Gholampour A., Ozbakkaloglu T. A review of natural fiber composites: properties, modification and processing techniques, characterization, applications //journal of Materials Science. – 2020. – Vol. 55, No. 3. – P. 829–892. https://doi.org/10.1007/s10853-019-03990-y

4. Haldar D., Purkait M.K. Micro and nanocrystalline cellulose derivatives of lignocellulosic biomass: A review on synthesis, applications and advancements // Carbohydrate Polymers. – 2020. – Vol. 250. – Art. 116937. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116937

5. Bangar S.P., Saini C.S., Nehra M. et al. Microcrystalline cellulose for active food packaging applications: A review // Food Packaging and Shelf Life. – 2023. – Vol. 36. – Art. 101048. https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2023.101048

6. Garba Z.N., Lawan I., Zhou W. et al. Microcrystalline cellulose (MCC) based materials as emerging adsorbents for the removal of dyes and heavy metals – A review // Science of the Total Environment. – 2020. – Vol. 717. – Art. 135070. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.135070

7. Poudel J., Bhattarai S., Nath N., Tanti B. An exclusive review of microcrystalline cellulose: Structure and applications, and limitations // Materials Today Communications. – 2025. – Vol. 45. – Art. 112247. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2025.112247

8. Lupidi G., Pastore G., Marcantoni E., Gabrielli S. Recent developments in chemical derivatization of microcrystalline cellulose (MCC): Pre-treatments, functionalization, and applications // Molecules. – 2023. – Vol. 28, No. 5. – Art. 2009. https://doi.org/10.3390/molecules28052009

9. Battalova A., Ibraeva Z., Kabdrakhmanova S. et al. Comparative characteristics of microcrystalline cellulose obtained from the rice waste production of Kazakhstan // Chemical Bulletin of Kazakh National University. – 2024. – Vol. 113, No. 4. – P. 14–23. https://doi.org/10.15328/cb1386

10. Trache D., Hussin M.H., Chuin C.T.H. et al. Microcrystalline cellulose: Isolation, characterization and bio-composites application – A review // International Journal of Biological Macromolecules. – 2016. – Vol. 93, Part A. – P. 789–804. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2016.09.056

11. Xiang L.Y., Hassan M., Said M. et al. Characterisation of microcrystalline cellulose from oil palm fibres for food applications // Carbohydrate Polymers. – 2016. – Vol. 148. – P. 11–20. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.04.055

12. Kian L.K., Jawaid M., Ariffin H., Alothman O.Y. Isolation and characterization of microcrystalline cellulose from roselle fibers // International Journal of Biological Macromolecules. – 2017. – Vol. 103. – P. 931–940. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.05.135

13. Liu Y., Ahmed S., Sameen D.E. et al. Isolation and characterization of microcrystalline cellulose from pomelo peel // International Journal of Biological Macromolecules. – 2018. – Vol. 111. – P. 717–721. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.01.098

14. Abdul Khalil H.P.S., Tye Y.Y., Leh C.P. et al. Preparation and characterization of microcrystalline cellulose from sacred Bali bamboo as reinforcing filler in seaweed-based composite film // Fibers and Polymers. – 2018. – Vol. 19. – P. 423–434. https://doi.org/10.1007/s12221-018-7672-7

15. Abu-Thabit N.Y., Judeh A.A., Elessawy N.A. et al. Isolation and characterization of microcrystalline cellulose from date seeds (Phoenix dactylifera L.) // International Journal of Biological Macromolecules. – 2020. – Vol. 155. – P. 730–739. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.03.255

16. Adeleye O.A., Bamiro O.A., Albalawi D.A. et al. Characterizations of alpha-cellulose and microcrystalline cellulose isolated from cocoa pod husk as a potential pharmaceutical excipient // Materials. – 2022. – Vol. 15, No. 17. – Art. 5992. https://doi.org/10.3390/ma15175992

17. Alamdari N.E., Aksoy B., Babu R.J., Jiang Z. Microcrystalline cellulose from soybean hull as an excipient in solid dosage forms: Preparation, powder characterization, and tableting properties // International Journal of Biological Macromolecules. – 2024. – Vol. 270, Part 1. – Art. 132298. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.132298

18. Suyambulingam I., Divakaran D., Manikandan M. et al. Isolation of microcrystalline cellulose from vegetable waste biomass and its potential as a high-performance green reinforcement in biocomposites // Bioresource Technology Reports. – 2025. – Vol. 32. – Art. 102337. https://doi.org/10.1016/j.biteb.2025.102337

19. Sagiyeva N., Akatan K., Battalova A. et al. Eco-friendly conversion of corn husk agro-waste into microcrystalline cellulose and cellulose nanofibers // Nano-Structures & Nano-Objects. – 2026. – Vol. 45. – Art. 101610. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nanoso.2025.101610

20. Katakojwala R., Mohan S.V. Microcrystalline cellulose production from sugarcane bagasse: Sustainable process development and life cycle assessment //journal of Cleaner Production. – 2020. – Vol. 249. – Art. 119342. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.119342

21. Hosseinzadeh J., Abdulkhani A., Ashori A. et al. Comparative study on liquid versus gas phase hydrochloric acid hydrolysis for microcrystalline cellulose isolation from sugarcane bagasse // International Journal of Biological Macromolecules. – 2024. – Vol. 264, Part 2. – Art. 130674. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.130674

22. Holilah H., Paridah M.T., Juliana A.H. et al. Hydrothermal assisted isolation of microcrystalline cellulose from pepper (Piper nigrum L.) processing waste for making sustainable bio-composite //journal of Cleaner Production. – 2021. – Vol. 305. – Art. 127229. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127229

23. Işıtan M.A., Kırcı H., Yılmaz Z.A. et al. Sustainable production of microcrystalline and nanocrystalline cellulose from textile waste using HCl and NaOH/urea treatment // Polymers. – 2025. – Vol. 17, No. 1. – Art. 48. https://doi.org/10.3390/polym17010048

24. Pedersen G.B., Jørgensen B., Egsgaard H. et al. Cellulose synthesis in land plants // Molecular Plant. – 2023. – Vol. 16, No. 1. – P. 206–231. https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.12.015

25. Gorgun E., Ali A., Islam M.S. Biocomposites of poly(lactic acid) and microcrystalline cellulose: Influence of the coupling agent on thermomechanical and absorption characteristics // ACS Omega. – 2024. – Vol. 9. – P. 11523–11533. https://doi.org/10.1021/acsomega.3c08448

26. Dai F., Zhang L., Liu X. et al. Adsorbents prepared from epoxy-based porous materials of microcrystalline cellulose for excellent adsorption of anionic and cationic dyes // International Journal of Biological Macromolecules. – 2024. – Vol. 260, Part 1. – Art. 129477. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.129477

27. Salem K.S., Kasera N.K., Rahman M.A. et al. Comparison and assessment of methods for cellulose crystallinity determination // Chemical Society Reviews. – 2023. – Vol. 52. – P. 6417–6446. https://doi.org/10.1039/D2CS00569G

28. Yin H., Wang L., Qiao Y. et al. A self-healing hydrogel based on oxidized microcrystalline cellulose and carboxymethyl chitosan as wound dressing material // International Journal of Biological Macromolecules. – 2022. – Vol. 221. – P. 1606–1617. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.09.060

29. Li H., Yang J., Hu X. et al. Reinforced collagen with oxidized microcrystalline cellulose shows improved hemostatic effects // Carbohydrate Polymers. – 2017. – Vol. 165. – P. 30–38. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.02.023

30. An L., Perkins P., Yi R., Ren T. Development of polylactic acid based antimicrobial food packaging films with N-halamine modified microcrystalline cellulose // International Journal of Biological Macromolecules. – 2023. – Vol. 242, Part 1. – Art. 124685. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.124685

31. Yu X., Zhang Q., Yang C. et al. Double network microcrystalline cellulose hydrogels with high mechanical strength and biocompatibility for cartilage tissue engineering scaffold // International Journal of Biological Macromolecules. – 2023. – Vol. 238. – Art. 124113. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.124113

32. Pachuau L., Dutta R.S., Hauzel L. et al. Evaluation of novel microcrystalline cellulose from Ensete glaucum (Roxb.) Cheesman biomass as sustainable drug delivery biomaterial // Carbohydrate Polymers. – 2019. – Vol. 206. – P. 336–343. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.11.013

33. Nsor-Atindana J., Chen M., Goff H.D. et al. Functionality and nutritional aspects of microcrystalline cellulose in food // Carbohydrate Polymers. – 2017. – Vol. 172. – P. 159–174. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.04.021

34. Zhu B., Zhao S., Guo J. et al. Enhancing the mechanical properties of polylactic acid (PLA) composite films using Pueraria lobata root microcrystalline cellulose // International Journal of Biological Macromolecules. – 2024. – Vol. 279, Part 4. – Art. 135579. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.135579

35. Ren H., Xu Z., Gao M. et al. Preparation and characterization of microcrystalline cellulose/polylactic acid biocomposite films and its application in Lanzhou lily bulbs preservation // Sustainability. – 2023. – Vol. 15, No. 18. – Art. 13770. https://doi.org/10.3390/su151813770

36. Akatan K., Kabdrakhmanova S., Kuanyshbekov T. et al. Highly-efficient isolation of microcrystalline cellulose and nanocellulose from sunflower seed waste via an environmentally benign method // Cellulose. – 2022. – Vol. 29, No. 7. – P. 3787–3802. https://doi.org/10.1007/s10570-022-04527-4

37. Tarchoun A.F., Trache D., Klapötke T.M. et al. Ecofriendly isolation and characterization of microcrystalline cellulose from giant reed using various acidic media // Cellulose. – 2019. – Vol. 26. – P. 7635–7651. https://doi.org/10.1007/s10570-019-02672-x

38. Zhao T., Chen Z., Lin X. et al. Preparation and characterization of microcrystalline cellulose (MCC) from tea waste // Carbohydrate Polymers. – 2018. – Vol. 184. – P. 164–170. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.12.024

39. Alavi M. Modifications of MCC, CNF, and NCC for antimicrobial and wound healing applications // e-Polymers. – 2019. – Vol. 19, No. 1. – P. 103–119. https://doi.org/10.1515/epoly-2019-0013

40. Dong Y., Chaubal M.V., Gao Y. et al. Entangled and colloidally stable microcrystalline cellulose matrices in controlled drug release // International Journal of Pharmaceutics. – 2018. – Vol. 548, No. 1. – P. 113–119. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2018.06.022

41. Motaung T.E., Linganiso L.Z. Critical review on agro waste cellulose applications for biopolymers // International Journal of Plastics Technology. – 2018. – Vol. 22, No. 1. – P. 185–216. https://doi.org/10.1007/s12588-018-9219-6

42. Jarvis M.C. Structure of native cellulose microfibrils, the starting point for nanocellulose manufacture // Philosophical Transactions of the Royal Society A. – 2018. – Vol. 376, No. 2112. – Art. 20170045. https://doi.org/10.1098/rsta.2017.0045

43. Chakraborty I., Rongpipi S., Govindaraju I. et al. An insight into microscopy and analytical techniques for morphological, structural, chemical, and thermal characterization of cellulose // Microscopy Research and Technique. – 2022. – Vol. 85, No. 5. – P. 1990–2015. https://doi.org/10.1002/jemt.24057

44. Ju X., Bowden M., Brown E.E., Zhang X. An improved Xray diffraction method for cellulose crystallinity measurement // Carbohydrate Polymers.– 2015. – Vol. 123. – P. 476–481. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.12.071

45. Lan L., Chen H., Lee D. et al. Effect of ball-milling pretreatment of cellulose on its photoreforming for H2 production // ACS Sustainable Chemistry & Engineering.–2022. Vol. 10. – P. 4862–4871. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c07301


Рецензия

Для цитирования:


Наурызова С.З., Қаржаубаева А.Қ., Сагиева Н.Н., Ибраева Ж.Е., Батталова А.К., Шаймардан Е., Бейсебеков М.М., Кабдрахманова А.К., Ақатан К., Кабдрахманова С.К. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ИЗ ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗНОГО СЫРЬЯ. Вестник НЯЦ РК. 2026;(3):158-167. https://doi.org/10.52676/1729-7885-2026-3-158-167

For citation:


Nauryzova S.Z., Karzhaubayeva A.K., Sagiyeva N.N., Ibraeva Zh.E., Battalova A.K., Shaymardan E., Beisebekov M.A., Kabdrakhmanova A.K., Akatan K., Kabdrakhmanova S.K. FACTORS GOVERNING THE STRUCTURE AND PROPERTIES OF MICROCRYSTALLINE CELLULOSE DERIVED FROM LIGNOCELLULOSIC BIOMASS. NNC RK Bulletin. 2026;(3):158-167. (In Russ.) https://doi.org/10.52676/1729-7885-2026-3-158-167

Просмотров: 12

JATS XML


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1729-7516 (Print)
ISSN 1729-7885 (Online)