Том 11, № 3 (2021)
Химические науки
Синтез и исследование экстракционных свойств новых фосфорсодержащих экстрагентов тяжелых металлов
Аннотация
Резюме: Металлургическая отрасль является одним из краеугольных камней, лежащих в фундаменте современной химической науки и промышленности, и интенсивно развивается во многих странах. Широкое внедрение экстракционных методов извлечения, концентрирования и разделения металлов как наиболее продуктивных влечет за собой необходимость поиска и создания новых эффективных экстрагентов металлов. Среди соединений, пригодных для использования в качестве экстрагентов, наибольшее распространение получили органические фосфиты и фосфаты, которые позволяют проводить экстракционные процессы с хорошей избирательностью и эффективностью. Цель данного исследования – отработка оптимальных условий синтеза и наработка укрупненных партий 4,5-диметил-2-(2,2,2-трифторэтокси)-1,3,2-диоксафосфолана и 5,5-диметил-2-(2,2,3,3,4,4,5,5-октафторпентокси)-1,3,2-диоксафосфоринана, изучение экстракционных свойств полученных фосфорсодержащих гетероциклических соединений при выделении урана из товарного десорбата. Синтез новых представителей указанных полифторалкилированных пяти- и шестичленных гетероциклических соединений фосфора реализован взаимодействием 2-хлор-1,3,2-диоксафосфолана с трифторэтанолом и реакцией замещения-циклизации полифторалкилированного дихлорфосфита с 2,2-диметил-1,3-пропандиолом. Реакции легко протекают в системах триэтиламин–гексан или пиридин–диэтиловый эфир при температуре от минус десяти до комнатной, выход целевых гетероциклов составляет 53–57%. Изучены экстракционные свойства синтезированных полифторалкилированных диоксафосфолана и диоксафосфоринана и показано, что применение указанных фосфорсодержащих гетероциклических соединений в качестве экстрагентов позволяет извлекать технически ценного металла до 12,4 и 15,2% соответственно. В качестве исходного сырья в процессе экстракции использовали азотнокислые и сернокислые растворы товарного десорбата гидрометаллургического производства Казахстана.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021;11(3):340-348
340-348
Регрессионные модели адсорбции ионов никеля (II) углеродными сорбентами
Аннотация
Резюме: Использование недорогих материалов в качестве сорбентов повышает конкурентные преимущества удаления ионов тяжелых металлов, в том числе ионов никеля (II), из водных растворов и сточных вод. К таковым материалам можно отнести активные угли – углеродные сорбенты. В качестве объекта исследования использовали окисленный углеродный сорбент АД-05-2 и его исходный аналог. Окисление углеродного сорбента АД-05-2 осуществляли раствором азотной кислоты и мочевины по известной методике. В результате окисления улучшены текстурные характеристики углеродного сорбента. Увеличен суммарный объем пор, в том числе и объем микропор, что положительно повлияло на сорбционные свойства полученного образца. В работе исследована адсорбция ионов никеля (II) окисленным углеродным сорбентом АД-05-2 и его исходным аналогом. Для обоих образцов время установления адсорбционного равновесия в системе адсорбат–адсорбент составило 4 ч, рН = 9,6, интервал исследуемых температур – 298–338 К. Полученные экспериментальные данные по адсорбции ионов никеля (II) обработаны в пакете программы Statgraphics Plus. Изотермы адсорбции описаны регрессионными моделями параболического типа, которые охватывают 98,86–99,99% экспериментальных данных. Адсорбция ионов никеля (II) повышается с увеличением температуры, о чем свидетельствует рост значения первой производной dA/dCp, по-видимому, за счет роста скорости внешней диффузии. Особенно крутой подъем изотерм соответствует температуре 338 К, что свидетельствует о воздействии диффузии на процесс адсорбции. Даны оценки точности регрессионных моделей: среднеквадратическая σ и абсолютная Δ ошибки. По критерию Дарбина – Уотсона (DW) оценена автокорреляция опытных данных. Полученные модели регрессии могут быть использованы для расчета оптимальных параметров процесса адсорбции ионов никеля (II) из водных растворов и технологических сред с применением окисленного углеродного сорбента АД-05-2 и его исходного аналога.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021;11(3):349-357
349-357
Физико-химическая биология
Фототрофы в альтернативной энергетике
Аннотация
Резюме: В представленном обзоре рассматривается роль фототрофов в альтернативной энергетике, при этом основной упор сделан на одноклеточные водоросли. Особое внимание уделено применению фототрофов для генерации электроэнергии с использованием биотопливных элементов (обсуждаются растительные и ферментные биотопливные элементы). Главное место отведено микробным топливным элементам (МТЭ), которые наряду с электроэнергией позволяют получать биотопливо и биоводород. Рассматриваются факторы, ограничивающие мощность МТЭ, а также пути их преодоления. Так, например, для снижения убыли мощности МТЭ из-за перенапряжения представляется перспективной разработка различных фотобиореакторов. Использование микрофототрофов в МТЭ привело к разработке фотосинтетических МТЭ (или ФотоМТЭ) посредством конструирования автотрофных фотобиореакторов с принудительным освещением. Они дают возможность генерировать кислород за счет фотосинтеза как in situ, так и ex situ, рециркулируя кислород из фотобиореактора в катодную камеру. Здесь могут быть использованы искусственные редокс-медиаторы, переносящие электроны непосредственно с некаталитического катода на O2, образующийся в результате фотосинтезирующей активности водорослей. Показано, что биологически катализируемые катоды генерируют меньшую мощность по сравнению с химическими катализаторами. Отмечено, что установки МТЭ с микроводорослями позволяют утилизировать широкий круг различных соединений – компонентов сточных вод и отходов: органические кислоты, сахара, спирты, жиры и другие субстраты. Особый раздел представляет использование фототрофов для производства биотоплива. Из микроводорослей можно получить несколько различных видов возобновляемого биотоплива, производство которого может быть объединено с очисткой сточных вод, улавливанием CO2, производством различных соединений.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021;11(3):358-371
358-371
Возможности использования информационных ресурсов в биоремедиации
Аннотация
Резюме: Биоремедиация с использованием микроорганизмов имеет ряд преимуществ по сравнению с физико-химическими методами очистки вод, грунтов и атмосферы. Микроорганизмы обладают широким спектром метаболических возможностей, благодаря которым они способны преобразовывать, модифицировать и утилизировать токсичные загрязнители для получения энергии и производства биомассы. Показано их участие в разложении различных промышленных отходов, таких как красители, углеводороды, хлорированные ароматические соединения, пестициды и другие. Хотя использование микроорганизмов является экологически чистым и перспективным способом решения экологических угроз, на эффективность биоремедиации влияют многие факторы, такие как химическая природа загрязнителей, их доступность для микроорганизмов, физико-химические характеристики окружающей среды, а также взаимодействие самих организмовдеструкторов друг с другом. Сегодня очень важен поиск новых эффективных штаммов или создание супердеструкторов методами генной и белковой инженерии. Эта задача может быть решена путем привлечения таких «инструментов», как геномика, протеомика, транскриптомика, метаболомика. Эти технологии требуют интеграции огромного количества данных, что невозможно обеспечить без использования биоинформатики. Биоинформатика применяется в микробной биоремедиции разными способами: анализ данных секвенирования генома, идентификация кодирующих белки генов, сравнительный анализ для идентификации функции неизвестных генов, автоматическая реконструкция и сравнение метаболических путей, а также исследование белокбелок и белок–ДНК взаимодействий для понимания регуляторных механизмов. Данный обзор направлен на освещение различных ресурсов, хранящих информацию о возможных путях микробного метаболизма, участвующих в биодеградации нефтепродуктов. Использование подобных информационных ресурсов может стать отправной точкой для многих исследований в биоремедиации.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021;11(3):372-383
372-383
Подбор мультиэнзимной композиции и условий подготовки концентрированного зернового сусла
Аннотация
Резюме: В целях создания ресурсосберегающих биотехнологий глубокой переработки зернового сырья актуальным является поиск эффективного способа получения концентрированного зернового сусла для спиртового производства. Чтобы обеспечить качественные показатели биохимического состава и реологических свойств концентрированного сусла, необходим подбор оптимальных ферментных систем и условий глубокой конверсии высокомолекулярных полимеров зерна. Проведенными ранее исследованиями доказана эффективность применения карбогидраз для обработки зернового сырья. Однако практически отсутствуют данные, касающиеся изучения каталитического действия фитазы, в том числе в комплексе с другими гидролитическими фермента ми, на степень гидролиза полимеров зернового сырья при приготовлении концентрированного сусла. В настоящей работе показано влияние протеаз и фитаз в составе мультиэнзимной композиции, а также условий ферментативной обработки сырья, на реологические и биохимические показатели концентрированного зернового сусла. В качестве объектов исследования были пшеница, рожь и кукуруза Установлено, что синергизм совместного действия исследованных гидролаз, в том числе фитолитических и протеолитических ферментов, способствовал повышению степени конверсии полимеров данного зернового сырья и увеличению концентрации растворимых сухих веществ сусла в 1,5 раза. Использование в составе мультиэнзимного комплекса протеаз и фитаз позволило увеличить в сусле концентрацию: глюкозы – в 1,2–1,3 раза; аминного азота – в 1,5–2,2 раза; ионов фосфора – в 1,4–4,3 раза. При этом в опытных вариантах сусла содержание аминокислот в свободной форме увеличилось более чем в 4 раза. Показано, что подготовка зернового сырья при температуре 80–90 ºС в течение 6 ч и продолжительности осахаривания в течение 1–2 ч с использованием полного комплекса ферментов, содержащего α-амилазу, глюкоамилазу, ксиланазу, протеазу и фитазу, позволяет получить концентрированное зерновое сусло с содержанием сухих веществ более 30%. При этом отмечено существенное снижение вязкости (особенно ржаного сусла – в 1,3–1,9 раза). Результаты исследований подтвердили важную роль ферментов, проявляющих субстратную специфичность по отношению к белковым и фитиновым полимерам зернового сырья.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021;11(3):384-392
384-392
Разработка пробиотика для животных и аквакультуры на основе штаммов Bacillus toyonensis В-13249 и Bacillus pumilus В-13250
Аннотация
Резюме: Цель настоящего исследования – разработать пробиотик для животных и аквакультуры на основе штаммов Bacillus toyonensis В-13249 и Bacillus pumilus В-13250. Осуществлен подбор питательной среды для культивирования посевного материала данных микроорганизмов, а также проведен ряд ферментаций бактерий рода Bacillus в биологических реакторах емкостью 15 и 250 л. Отработана технология получения готового пробиотика для животных и аквакультуры. Установлено, что L-бульон является наиболее оптимальной питательной средой для культивирования изученных штаммов. В ходе культивирования штаммов B. toyonensis В-13249 и B. pumilus В-13250 в ферментерах выявлено, что спорообразование начинается через 4–8 ч ферментации. На ферментативной среде, в отличие от вегетативной, бациллы развивают более высокие оптическую плотность (максимальное значение у штамма B. pumilus – 2,400±0,149), значение pH (максимальное значение у штамма B. toyonensis – 8,483±0,609) и титр (не менее 1010 КОЕ/г). Через 20–24 ч инкубирования оба штамма бацилл в ферментаторе почти полностью переходят в эндоспоры, это служит сигналом для начала центрифугирования биомассы. Получено: с 15-литрового ферментера – 83,3±6,1 г концентрата, с 250-литрового – 499,8±51,4 г. Численность бацилл в концентрированном состоянии для обоих штаммов составила не менее 1·1011 КОЕ/г. Для получения готового препарата бактериальные концентраты смешивали с мальтодекстрином до титра не менее 1·1010 КОЕ/г. Численность бактерий в препарате проверяли в течение года ежемесячно, значение менее 1·1010 КОЕ/г не было зафиксировано. Таким образом, для выращивания материнской культуры штаммов B. toyonensis В-13249 и B. pumilus В-13250 наиболее благоприятна L-среда, а для культивирования в ферментерах – ферментативная питательная среда. Срок хранения биопрепарата на основе бацилл – не менее 12 мес., в течение которых сохраняется не только титр бактерий (не менее 1·1010 КОЕ/г) и их жизнеспособность, но также поликомпонентность, цвет и консистенция препарата.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021;11(3):393-402
393-402
Экзогенный кальций модулирует активность аденилатциклаз растений картофеля при биотическом стрессе
Аннотация
Резюме: Целью данного исследования являлось изучение влияния различных концентраций ионов кальция на активность трансмембранной (тмАЦ) и растворимой форм аденилатциклаз (рАЦ) из клеток корней и стеблей растений двух сортов картофеля, контрастных по устойчивости к возбудителю кольцевой гнили Clavibacter michiganensis ssp. sepedonicus (Cms) на фоне воздействия его экзополисахаридов. Результаты экспериментов показали, что реакция тмАЦ из корней и стеблей на экзогенный Cа2+ оказалась почти противоположной у растений обоих сортов. В клетках корня растений устойчивого сорта 1 и 10 мМ Cа2+ весьма интенсивно активировал тмАЦ. В то же время в стебле средние концентрации Cа2+ ингибировали активность тмАЦ, а самые высокие – 1 и 10 мМ, на нее не влияли. Напротив, активность тмАЦ из клеток корня растений восприимчивого сорта незначительно активировалась повышенными концентрациями Cа2+, но в стеблях все концентрации Cа2+, начиная с 1 мкМ, существенно повышали активность тмАЦ. Таким образом, неодинаковая реакция аденилатциклаз растений картофеля обоих сортов на различные концентрации экзогенного кальция свидетельствует, скорее всего, о наличии нескольких изоформ этого фермента, отличающихся по чувствительности к ионам кальция. При этом, возможно, растения обоих сортов также отличаются по спектру таких изоформ. Исходя из того, что под воздействием экзополисахаридов Cms чувствительность к ионам кальция обеих форм аденилатциклаз существенно менялась в клетках растений обоих сортов, можно предположить, что эта особенность является одним из механизмов различной устойчивости растений данных сортов к патогену.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021;11(3):403-412
403-412
Раствор азотной кислоты после обработки мискантуса как регулятор роста гороха посевного (Pisum sativum L.)
Аннотация
Резюме: Мискантус во всем мире позиционируется как чрезвычайно перспективное быстровозобновляемое целлюлозосодержащее сырье для производства большого числа веществ химического и биотехнологического синтеза. В Институте проблем химико-энергетических технологий СО РАН разрабатываются авторские способы обработки мискантуса разбавленными растворами азотной кислоты, при этом количество отработанного раствора (жидкой фазы) в 20 раз больше, чем целевого продукта – твердой фазы, предназначенной для ферментативного гидролиза и дальнейшего микробиологического синтеза биоэтанола, бактериальной целлюлозы и других ценных продуктов. Была выдвинута гипотеза, что раствор азотной кислоты после обработки мискантуса, нейтрализованный гидратом аммония (далее препарат), представляет собой комбинированное лигногуминовое удобрение. Для проверки этой гипотезы исследована рострегулирующая активность препарата на примере семян гороха посевного. Установлено, что в зависимости от степени разведения и времени выдержки препарат действует двойственно: то как стимулятор, то как ингибитор роста. Так, при степени разведения 1:10 препарат действует как ингибитор, а при степени разведения 1:1 000 000 действие препарата перестает проявляться. Рабочим диапазоном является степень разведения от 1:100 до 1:10 000, когда наблюдается повышение энергии прорастания и всхожести на 2–6% по сравнению с контролем и стимулируется рост корней на 21–29%, то есть, проявляется ауксиноподобное ростстимулирующее действие. При длительной выдержке в течение 4-х суток препарат показывает ростингибирующее действие: снижаются энергия прорастания, всхожесть, длина стеблей и корней гороха посевного. Поскольку новый препарат в определенных условиях показал ростстимулирующую активность, можно считать подтвержденным, что он является комбинированным лигногуминовым удобрением.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021;11(3):413-420
413-420
Получение наноразмерного кремнегуминового препарата и его первичная апробация
Аннотация
Резюме: В последние десятилетия отмечается развитие и внедрение нанотехнологий, в том числе и в различных областях сельского хозяйства. Идет активный поиск способов получения препаратов для растениеводства с наночастицами, которые быстрее включаются в метаболические процессы растений. Целью данной работы являлось получение наноразмерного кремнегуминового препарата и его апробация на растениях картофеля. В качестве источника гуминовых веществ был использован жидкий гуминовый препарат БоГум (разработка Всероссийского научно-исследовательского института мелиорированных земель), источника кремния – метасиликат натрия. Для достижения наноразмерности образцов применяли метод ультразвукового диспергирования. Получение осуществляли путем введения источника кремния в количестве 0,1% (по SiO2) в БоГум, после чего применяли ультразвуковое воздействие в течение 5, 10, 15 и 20 мин. Анализ полученных образцов на анализаторе размера частиц 90 Plus/MAS показал, что с увеличением времени диспергирования эффективный диаметр частиц изменялся незначительно. В то же время отмечено перераспределение частиц: при воздействии на образцы в течение 20 мин увеличивалось количество частиц меньшего размера. После 5 мин обработки диапазон распределения частиц составил 115±13–830±23 нм, после 20 мин воздействия диаметр частиц приходился на две области – 81±8–120±10 и 280±4–470±18 нм. Применение ультразвука способствовало сохранению стабильного агрегатного состояния полученного препарата, большей микробиологической активности и большего содержания гуминовых кислот по сравнению с кремнегуминовым препаратом, полученным без применения ультразвука. Апробацию нового наноразмерного кремнегуминового препарата проводили на растениях картофеля. Обработка клубней перед посадкой с последующим некорневым опрыскиванием вегетирующих растений способствовала повышению урожайности картофеля на 18,7%. Отмечали изменения в содержании монокремниевых и поликремниевых кислот в почве, а также накопление кремния в ботве картофеля при применении кремнегуминовых препаратов в среднем на 0,96% абс.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021;11(3):421-429
421-429
Особенности влияния штамма Bacillus thuringiensis 888 на содержание эфирного масла, антиоксидантов и флавоноидов в растениях Origanum vulgare L.
Аннотация
Резюме: Цель работы – исследовать особенности влияния культуры штамма Bacillus thuringiensis var. thuringiensis 888 на качество вегетативной массы Origanum vulgare по количеству антиоксидантов и флавоноидов, выходу и компонентному составу эфирного масла. Материалом исследований служила жидкая споровая культура штамма B. thuringiensis 888, образцы душицы обыкновенной: образец № г-4, содержащий в эфирном масле 52,0% карвакрола; № 2, содержащий 59,85% α-терпинеола; № 1 с преимущественным содержанием гермакрена D (21,5%) и β-кариофиллена (19,4%). Определение растворимых углеводов в растениях проводили по методу M.С. Дюбойса, флавоноидов – спектрофотометрически при 420 нм по методу Р.А. Бубенчикова. Определение общего содержания антиоксидантов осуществляли по восстановлению хлорного железа (ІІІ) до хлористого железа (ІІ). Определение содержания эфирного масла Origanum vulgare проводили гидродистилляцией по А.С. Гинзбергу. Компонентный состав эфирного масла определяли методом газовой хроматографии. Установлено, что обработка споровой культурой штамма B. thuringiensis 888 образцов O. vulgare не оказывает существенного влияния на накопление в листьях терпеноидных хинонов, токохроманолов и водорастворимых антиоксидантов. Показано, что обработка душицы обыкновенной жидкой споровой культурой штамма B. thuringiensis 888 способствует формированию стойкой тенденции к накоплению редуцирующих сахаров в вегетативной массе растений – до 30,8% по сравнению с контролем. Обработка растений культурой штамма B. Thuringiensis 888 способствовала увеличению содержания эфирного масла в растениях O. vulgare образца № 1 в 2,4 раза по сравнению с контролем и не оказывала существенного влияния на эфиромасличность образцов № 2 и № г-4. Наиболее устойчивым к обработке энтомопатогенными бактериями оказался образец № г-4, в эфирном масле которого наблюдали уменьшение содержания линалоола и кариофилленоксида соответственно на 44,6 и 37,1% и линалилацетата в 4,3 раза по сравнению с контролем, а также накопление α-терпинеола на 86,1%.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021;11(3):430-440
430-440
Возможности использования базидиального гриба Trametes hirsuta MT-17.24
Аннотация
Резюме: Существующие методы утилизации технологических жидкостей, используемых при строительстве нефтяных и газовых скважин (химическая нейтрализация отработанных растворов, термический метод, загущение), несмотря на их эффективность, зачастую являются дорогостоящими и неэкологичными. Базидиальные грибы являются природными деструкторамиксилотрофами, перерабатывающими лигноцеллюлозный субстрат – один из самых устойчивых биополимеров в природе. Перспективы применения ферментных препаратов на основе базидиальных грибов в качестве биодеструкторов органических веществ особенно очевидны в связи с высокотехнологичностью и безотходностью их производства. Цель работы заключалась в получении ферментного препарата на основе штамма базидиального гриба Trametes hirsute MT-17.24 и исследовании его способности к биодеструкции полианионной целлюлозы, применяемой в качестве структурообразователя технологических жидкостей в процессе строительства и ремонта нефтяных и газовых скважин. Проведен скрининг целлюлазной активности штаммов: Fomitopsis pinicola MT-5.21, Fomes fomentarius MT-4.05, Lactarius necator, Schizophyllum commune MT-33.01, Trametes versicolor It-1, Trametes hirsute MT-17.24, Trametes hirsuta MT-24.24. Для получения ферментного препарата был выбран штамм T. hirsuta MT-17.24, продемонстрировавший наиболее высокий коэффициент целлюлазной активности – 10,9. Подобрана среда для твердофазного культивирования данного штамма. Ферментативная активность ферментного препарата была изучена на модельной буровой технологической жидкости. В ходе 10-часового эксперимента было зафиксировано, что при использовании 1%-го ферментного препарата пластическая вязкость технологической жидкости снижается с 16 до 8 мПа·с. По результатам проведенной работы можно сделать однозначный вывод об эффективности применения ферментного препарата на основе базидиальных грибов в качестве биодеструктора полианианионной целлюлозы.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021;11(3):472-480
472-480
Изучение скорости биодеструкции амфотерного сурфактанта кокамидопропилбетаина бактериями рода Pseudomonas и активным илом
Аннотация
Резюме: Целью работы являлось исследование скорости процесса биодеструкции кокамидопропилбетаина бактерииями рода Pseudomonas и активного ила. В качестве штаммов-деструкторов были взяты микроорганизмы: Pseudomonas fluorescens TR (ВКПМ В-4881), Pseudomonas putida TП-19 (B-6582), Pseudomonas stutzeri T (B-4904), Pseudomonas putida TШ-18 (B-2950), Pseudomonas putida TO (B-3959), Pseudomonas mendocina 2S (B-4710), Pseudomonas oleovorans TF4-1L (B-8621) и активный ил, полученный с аэротенков действующего предприятия Кузбасса. Биоокисление ПАВ проводили в стеклянных колбах объемом 250 см3, помещенных в шейкер-инкубатор, в условиях постоянной температуры 30 ºС для чистых культур и 18 ºС – для активного ила. Штамм-деструктор должен обладать способностью за минимальный временной интервал снижать концентрацию сурфактанта до безопасных значений. Штаммы Pseudomonas stutzeri T (В-4904) и Pseudomonas fluorescens TR (В-4881) показали наименьший период полураспада сурфактанта – 2,5 и 2,6 суток соответственно. Несколько большие периоды показали штаммы Pseudomonas putida TO (В-3959), Pseudomonas putida TШ-18 (В-2950) и Pseudomonas oleovorans TF4-1L (В-8621) – 3,0; 4,5 и 4,9 суток соответственно. Наибольший период полураспада ПАВ показали микроорганизмы Pseudomonas mendocina 2S (В-4710) – 5,5 суток, и Pseudomonas putida TП-19 (В-6582) – 6,0 суток. Максимальная степень биодеструкции сурфактанта наблюдалась при действии биоценоза микроорганизмов. За 14 суток концентрация кокамидопропилбетаина снизилась до 0,27% от его начальной концентрации. Показана эффективность использования бактерий рода Pseudomonas в качестве деструкторов сурфактантов. Бактерии данного рода имеют короткое время генерации, высокую скорость наращивания биомассы по сравнению с бактериями-деструкторами других родов и меньший период адаптации к ПАВ по сравнению с активным илом. Были подобраны штаммы микроорганизмов Pseudomonas, способных за минимальный временной интервал снижать концентрацию ПАВ до безопасных значений для последующей разработки технологии получения эффективного биопрепарата, предназначенного для очистки сточных вод от амфотерных сурфактантов.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021;11(3):441-448
441-448
Динамика макронутриентов в процессе кратковременного проращивания семян льна
Аннотация
Резюме: Проращивание является экологичным и доступным способом для максимальной реализации биохимического потенциала растительного пищевого сырья. В результате биоактивации собственной ферментной системой происходит увеличение водорастворимых белковых фракций, накопление свободных аминокислот и жирных кислот, а также легкорастворимых редуцирующих сахаров, что приводит к повышению пищевой ценности сырья и улучшению функциональных свойств заключенного в нем белка. В качестве сырья использовали семена льна как источник эссенциальных полиненасыщенных жирных кислот, пищевых волокон, полноценного белка, полипептидов и лигнанов, которые поддерживают важнейшие физиологические функции организма человека. Цель работы состояла в исследовании динамики макронутриентов в процессе кратковременного проращивания семян льна химическими и спектроскопическими методами. Проращивание семян льна проводили в лабораторных условиях в специальных поддонах при температуре 18–20 ºС. Семена проращивали в течение 5 суток при периодическом увлажнении. Были представлены визуальные изменения, происходящие с семенами льна на всех стадиях кратковременного проращивания. Показана периодичность в изменениях основных макронутриентов семян льна. Был сделан вывод, что в исследуемый период проращивания еще не протекает основной гидролитический распад запасных белков, приводящий к безвозвратному снижению, прежде всего, содержания белков и белкового азота. На основании изменения содержания липидов и кислотного числа, интенсивности пиков функциональных групп в области липидов, в частности полосы 1748 см-1 валентных колебаний С=О-групп жирных кислот, предположено отсутствие расщепления запасных липидов на раннем этапе проращивания. Показано накопление растворимых веществ в исследуемый период проращивания, в том числе водорастворимых белковых соединений, а также водорастворимых полисахаридов и продуктов их гидролитического расщепления. Пророщенные семена льна являются ценным ингредиентом для создания продуктов здорового питания.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021;11(3):449-459
449-459
Композиционная бумага из бактериальной наноцеллюлозы и хвойной целлюлозы
Аннотация
Резюме: Масштабирование биосинтеза БНЦ позволило получить образцы композиционной бумаги с повышенной долей БНЦ. Целью работы являлось исследование образцов композиционной бумаги из БНЦ и сульфатной беленой хвойной целлюлозы (ХвЦ) с соотношением компонентов в широком диапазоне – 10:90, 30:70, 50:50, 60:40, 70:30, 90:10. Выбор метода изготовления бумаги осуществлен на основе результатов определения прочностных и деформационных показателей образцов композиционной бумаги с соотношением БНЦ:ХвЦ 20:80. Метод с поверхностным нанесением БНЦ на отливки ХвЦ позволил повысить показатели прочности (сопротивление раздиранию – на 37%, сопротивление продавливанию – на 17%) и деформационные показатели (жесткость при растяжении – на 66%, работу разрушения – на 8%, разрывную длину – на 4%) по сравнению с контролем. Во всех образцах подтверждено образование композиций. Методом растровой электронной спектроскопии установлено, что композиции бумаги состоят из переплетенных микроразмерных волокон ЦвХ и наноразмерных волокон БНЦ, причем по мере повышения в композициях доли БНЦ наблюдалось «уплотнение» структуры за счет увеличения доли сетчатых наноразмерных фрагментов. Данные ИК-спектроскопии свидетельствуют о сходстве целлюлозной структуры всех образцов. Установлено, что возрастание значений степени полимеризации образцов композиционной бумаги прямо пропорционально увеличению доли БНЦ в образцах. Изучена фильтрующая способность образцов композиционной бумаги по отношению к микроорганизмам культуральной жидкости продуцента Medusomyces gisevii Sa-12. Отмечено, что удерживание дрожжей достигается при содержании в композиционной бумаге 70% БНЦ. Представленные свойства нового материала обуславливают перспективы его использования для фильтрования микроорганизмов.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021;11(3):460-471
460-471
Химическая технология
Трансформация нефтяных дисперсных систем в процессе эксплуатации
Аннотация
Резюме: На примере нефтяных дорожных битумов марок БНД 100/130, БНД 130/200 и БНД 70/100 проведено исследование трансформации нефтяных дисперсных систем в условиях различных логистических схем эксплуатации. В результате проведенных исследований определено влияние условий хранения дорожных битумов различных марок на их физико-механические свойства и групповой углеводородный состав в процессе транспортировки от производителя к потребителю. Установлено, что изменение физико-механических свойств дорожных битумов при высокотемпературном хранении связано с переменами группового углеводородного состава вследствие автоокисления углеводородов и дестабилизации коллоидной структуры дисперсных систем. Определены условия хранения битума с минимальным изменением показателей его качества. Установлено, что хранение битума при атмосферных условиях позволяет сохранить его первоначальные свойства без существенных изменений. Доказано, что продувка азотом значительно снижает влияние гомолитических процессов, приводящих к трансформации нефтяных дисперсных систем в процессе дальнейшей транспортировки от производителя к потребителю. Экспериментально подтверждено, что из всех основных физико-механических свойств битума наиболее чувствительным показателем является «глубина проникновения иглы», в то время как часто используемый для контроля качества битума показатель «температура размягчения» является инерционным. Выведено уравнение для определения изменения пенетрации от продолжительности хранения битума. Установлено, что каждый час при хранении дорожного битума при температуре 180 ºС показатель глубины проникновения иглы при 25 º снижается на 0,8 ед. Определены организационные и технические мероприятия для обеспечения стабильности качества дорожных битумов при производстве, хранении и транспортировке до потребителей.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021;11(3):481-490
481-490
Краткие сообщения
Синтез и исследование олигогексаметиленгуанидин гидроиодида в качестве рентгеноконтрастного вещества
Аннотация
Резюме: Диагностика сложных травм, таких как осколочные переломы и ранения, травмы черепа, сопровождающиеся внутренними повреждениями, недоступными для визуального контроля, представляет максимальные трудности при проведении рентгенографического обследования. Поэтому актуальным является разработка препарата, способного с высокой точностью помочь локализовать место патологического очага, опираясь только на результаты рентгенографического исследования, что возможно при нанесении ориентира (вещества) на кожу пациента. В качестве такого вещества предложено использовать рентгеноконтрастное соединение на основе иодированной полимерной матрицы, где контрастирующим компонентом будет являться иод, а в качестве носителя – полигуанидин. Выбор этого класса полимеров обусловлен тем, что на атоме углерода гуанидиновой группы в большей степени локализуется положительный заряд, который позволяет загрузить в нее анионы иода. Путем протонирования чистого гуанидина иодистоводороной кислотой получен гуанидин гидроиодид, подлинность которого подтверждена методами ИК-спекроскопии (уменьшение интенсивности полос в области 1380, 880 см-1 по сравнению с гуанидином, а также уширение полосы валентных колебаний аминогрупп, характерных для солей гуанидина) и рентгенофазового анализа. На основе гексаметилендиамина и иодсодержащей соли гуанидина поликонденсацией в расплаве синтезирован полигексаметиленгуанидин гидроиодид. Показано, что водные растворы исследуемых образцов поглощают рентгеновское излучение и являются рентгенпозитивными веществами (экспозиционная доза излучения Е = 0,04 мЗВ).
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021;11(3):491-496
491-496
Установление зависимости потенциала биологической активности от NH-кислотности соединения
Аннотация
Резюме: Ацетамиды являются строительным материалом для синтеза соединений, содержащих в своей структуре фармакофорные группы, которые проявляют различную биологическую активность. Созданные на их основе препараты обладают противодиабетическим действием, являются ингибиторами фактора свертывания крови, некоторые действуют как хемо-сенсибилизаторы (т.е. блокаторы раковых клеток). Однако в полной мере возможности этих соединений не раскрыты. Ранее нами были синтезированы ацетамиды с общей формулой RCONHCH(R´)CCl3 (где R = CH3, CH2Cl; R´ = C6H5, C6H4CH3, C6H4OCH3, C6H4OH) и изучено их кислотно-основное поведение. Показано, что NH-кислотность исследованных ацетамидов контролируется полярным эффектом заместителей. Целью настоящей работы являлся расчет потенциальной биологической активности полученных ранее ацетамидов и установление зависимости биологического потенциала от величины NH-кислотности этих соединений. Прогноз биологической активности осуществлен с использованием компьютерно программы PASS. В результате отбора активностей, встречающихся во всех соединениях, установлена линейная зависимость вероятности наличия биологической активности от величины константы диссоциации соединения.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021;11(3):497-501
497-501