Том 10, № 2 (2020)
Химические науки
Синтез и строениe 1-алкокси-1,4-диоксо-2- алкенолятов натрия и бис-(4-алкил(арил)-1-оксо- 1-алкоксиалкан-2,4-дионато)металлов(II) на их основе
Аннотация
Синтез практически значимых металлокомплексов с карбонилсодержащими лигандами является приоритетной задачей современной органической химии. Комплексообразованием 1-алкокси-1,4-диоксо-2-алкенолятов натрия, полученных конденсацией алкил(арил)метилкетонов с диалкилоксалатами в присутствии в качестве конденсирующего реагента натрия или гидрида натрия, с солями металлов (цинка(II), меди(II) и никеля(II)) выделены новые бис-(4-алкил(арил)-1-оксо-1-алкоксиалкан-2,4-дионато)металлы(II). Строение синтезированных оксоенолятов натрия и металлокомплексов подтверждено спектральными методами анализа (ИК-, ЯМР 1Н-, ЯМР 13С-спектроскопии и масс-спектрометрии). В ИК-спектрах твердых образцов выделенных соединений обнаружены полосы валентных колебаний сложноэфирных карбонильных групп, а также эфирные полосы высокой интенсивности, обусловленные колебаниями связей С-О-С. Для соединений, содержащих ароматические фрагменты в ИК-спектрах, найдены полосы, отвечающие колебаниям монозамещенных бензольных колец. В спектрах ЯМР 1Н оксоенолятов натрия и металло-комплексов, записанных в ДМСО-d6, присутствуют классические сигналы этокси- и н-бутоксифрагментов, метиновых протонов, а также протонов ароматических колец. Химические сдвиги углеродных атомов в спектрах ЯМР 13С окоенолятов натрия хорошо сопоставимы со справочными значениями. В масс-спектрах синтезированных соединений, зарегистрированных в режиме электрораспыления, наблюдаются сигналы протонированных и катионированных молекул [M+H]+, [M+NH4]+, [M+Na]+, [M+K]+. С использованием квантово-химических методов построены модели полученных соединений и рассчитаны энергии образования и константы диссоциации. Оптимизация геометрических параметров равновесных состояний оксоенолятов натрия и металлокомплексов произведена в рамках двух методов: теории функционала плотности (DFT) и самосогласованного поля (SCF). Относительные величины энергий образования свидетельствуют о высокой стабильности синтезированных веществ, при этом, согласно полученным данным, большей устойчивостью в газовой фазе характеризуются медные комплексы.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):180-187
180-187
Образование гуминоподобных веществ в реакции D-глюкозы с п-толуидином в безводном этаноле
Аннотация
Целью исследования являлось изучение процессов образования и структурно-группового состава продуктов взаимодействия D-глюкозы с п-толуидином в среде безводного этанола методами электронной и колебательной спектроскопии. Эволюция профилей электронных спектров рабочих растворов показывает формирование хромофорной системы: четкие пики при 380 и 440 нм регистрируются уже при продолжительности реакции 60 мин. Появление дополнительного максимума при 520 нм (90, 120 мин), вероятно, отвечает образованию хромофоров конденсированных структур, что подтверждается уменьшением значений индексов Е4/Е6 со временем. Динамика трансформации структурных элементов также отчетливо прослеживается при анализе ИК-спектров: по мере протекания реакций СН-алифатическая составляющая структуры уменьшается, при этом увеличивается ароматизация и функционализация продуктов хромофорными группами. Для продуктов, полученных в течение 90 и 120 мин термостатирования, в спектрах фиксируется четкая полоса при 1656 см-1, относимая к валентным колебаниям кратных связей в сопряженных системах С=С‒С=О и азометиновых фрагментах, что указывает на протекание реакций конденсации. В спектрах фракционированных водой нерастворимых твердых продуктов интенсивность полос при 1656 и 1190 см-1 существенно снижается, возможно, за счет перехода части окрашенных низкомолекулярных продуктов в водную фазу. Сопоставление характера ИК-Фурье-спектров конечных твердых продуктов со спектрами природных и синтетических гуминоподобных веществ показывает их сходный структурно-групповой состав. Интенсивность полос при 1620, 1508 и 815 см-1 свидетельствует о существенном вкладе ароматической составляющей в структуру продуктов водонерастворимых фракций, при этом в состав водорастворимых фракций входят в основном алифатические кислородсодержащие структуры, образующиеся в результате окислительной деструкции исходного углевода. Синтезированные продукты представляются перспективными в качестве доступных регуляторов роста растений с контролируемым выделением активного вещества.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):188-195
188-195
Изучение комплексообразования никеля(II) с 1,3-дифенил–2-(2–гидрокси-4-нитрофенилгидрозо) проподионом-1,3 в присутствии третьих компонентов
Аннотация
Изучено влияние третьих компонентов – α,α'-дипиридила (α,α'-дип), фенантролина (Фен) и батофенантролина (Б-фен), на комплексообразование никеля(II) с 1,3-дифенил–2-(2–гидрокси–4-нитрофенилгидрозо)проподионом-1,3 (R). Однородно- (Ni-R) и смешанолигандные (Ni(II)-R-α,α'-дип, Ni(II)-R-Фен и Ni(II)-R-Б-фен) комплексные соединения образуются при рН = 6, 5,5 и 5 соответственно. Максимальный выход составил: комплекса Ni(II)-R – при концентрации R 8·10-5 M; комплекса Ni(II)-R-α,α'-дип – при концентрации R 8·10-5 M и α,α'-дип 5,2·10-5 M; Ni(II)-R-Фен – при концентрации R 8·10-5 M и 4,8·10-5 M Фен; комплекса Ni(II)-R-Б-фен – при концентрации R 8·10-5 M и Б-фен 4·10-5 M. Все комплексы образуются сразу после смешивания растворов компонентов и различаются устойчивостью. Установлено соотношение реагирующих компонентов в составе однородно- (1:2) и смешанолигандных (1:2:1) соединений. Определен интервал подчинения закону Бера. Определены коэффициенты уравнения градуировочного графика по методу наименьших квадратов. При комплексообразовании никеля(II) зависимость А = f(c) выражается линейными уравнениями. Вычислены константы устойчивости однородно- (Ni(II)-R) и смешанолигандных (Ni(II)-R-α,α'-дип, Ni(II)-R-Фен м Ni(II)-R-Б-фен) комплексов. При оптимальных условиях комплексообразования Ni(II)-R титровали раствором третьих компонентов (α,α'-дип, Фен и Б-фен) кондуктометрическим методом. Изучено влияние посторонних ионов на комплексообразование никеля(II) с R в отсутствии и в присутствии третьих компонентов. Установлено, что в присутствии третьих компонентов избирательность реакций комплексообразования значительно увеличивается. Данные реагенты избирательнее для спектрофотометрического определения никеля(II) по сравнению с реагентами, известными из литературы. Разработанная методика применена для определения никеля(II) в трех сортах яблок.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):196-204
196-204
Исследование противокоррозионных свойств эпоксидных композиций методом импедансной спектроскопии
Аннотация
Металлы и их сплавы являются важными конструкционными материалами. Воздействие окружающей среды на металлические изделия и конструкции приводит к самопроизвольному разрушению, которое происходит в результате их электрохимического или химического взаимодействия с окружающей средой. Для защиты металлических изделий от коррозии используют эпоксидные смолы и композиционные материалы. Поглощение воды и диффузия в эпоксидных покрытиях может вызвать электрохимические реакции на границе раздела полимер–металл, которые являются основной причиной разрушения металлов с полимерным покрытием в условиях эксплуатации. Цель настоящей работы – исследовать антикоррозионное поведение эпоксидных композиций после сернокислотного воздействия. Методом импедансной спектроскопии исследованы эпоксидные покрытия на стальной основе. В состав эпоксидного связующего входили смолы на основе бисфенола А, отвержденные различными аминными отвердителями. Для выявления структурных изменений материалов и изменения их защитных свойств проводилось моделирование воздействия агрессивной среды: 30-дневная выдержка в концентрированной серной кислоте. Получены годографы импеданса исследованных систем, предложены эквивалентные схемы для аппроксимации экспериментальных данных. Высокая пористость эпоксидной системы на основе NPEK-114L приводит к увеличению скорости коррозии. Растворение продуктов коррозии при более длительном времени испытаний и, как следствие, более высокая диффузия коррозийных ионов в покрытии вызывают снижение коррозионной стойкости. Эпоксидные композиции на основе смолы NPEL-128 (олигомерный продукт на основе диглицидилового эфира дифенилолпропана) показали улучшенные антикоррозионные характеристики. Установлено, что добавка алкил-глицидилового эфира для уменьшения вязкости смолы NPEK-114L ухудшает защитные свойства композита при воздействии кислоты.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):205-212
205-212
Исследования по использованию лузги гречихи для умягчения воды
Аннотация
Представлен краткий обзор научной литературы по основным направлениям исследований в области сорбционного умягчения воды. Рассмотрены наиболее часто применяемые для этих целей материалы как минерального, так и органического происхождения. Отмечено, что перспективным сырьем для производства сорбентов являются различные природные материалы, а также отходы деревообработки и растениеводства. Поскольку в нативном виде они имеют невысокую сорбционную способность, требуется их активация, которую возможно проводить различными методами. Авторами проведены исследования по изучению сорбции солей жесткости (кальция и магния) из водных растворов в статических условиях на нативной и химически модифицированной лузге гречихи в диапазоне концентраций от 2 до 40 мг-экв/дм3. В качестве модификаторов использована соляная и ортофосфорная кислоты, а также гидроксид натрия. Изучение кинетики сорбции показало, что равновесие в системе достигается достаточно быстро – в течение 5 мин от начала сорбции. Также изучена возможность максимального извлечения жесткости из водных растворов. Установлено, что лучшие сорбционые свойства относительно солей жесткости проявляет лузга гречихи, модифицированная гидроксидом натрия, максимальное значение сорбционной емкости для которой составляет 2,4 мг-экв/дм3. Вместе с тем отмечено, что химическая модификация незначительно увеличивает сорбционную емкость лузги: для нативной она составила 2,0 мг-экв/дм3. Для всех типов полученных материалов построены изотермы сорбции жесткости в диапазоне исследуемых концентраций и отмечено, что данные изотермы относятся к типу S4 по классификации Гильса. Проведена математическая обработка по моделям сорбции Ленгмюра, Фрейндлиха, БЭТ и Дубинина – Радушкевича. Выявлено, что процесс сорбции катионов кальция и магния с наибольшей вероятностью описывается уравнением Фрейндлиха.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):213-222
213-222
Физико-химическая биология
Об агрегации в бинарных биополимерных системах
Аннотация
Основным структурным белком, на долю которого приходится около 50 % массы всех водорастворимых белков хрусталика человеческого глаза, является α-кристаллин. Одна из основных функций α-кристаллина – шаперонная, обуславливающая необновляемость белков в процессе жизнедеятельности. α-Кристаллины частично или полностью стабилизируют развернутые белки, препятствуя образования осадка, что способствует сохранению прозрачности хрусталика и снижению риска возникновения ряда заболеваний, в том числе катаракты. С другой стороны, это явление можно рассматривать в рамках материаловедения при решении вопроса замедления процессов старения полимеров. В данном исследовании на примере бинарной системы α-лактальбумин–αA-кристаллин рассмотрены способы замедления процесса агрегации α-лактальбумина в растворе. С этой целью экспериментальные данные по скорости изменения процесса агрегации были формализованы, то есть выражены через температуры перехода и функции пластификации компонентов. Предложенные выражения позволяют уточнить концентрационную зависимость начальной скорости агрегации, ее порядок, а также количественно оценить влияние дозы УФ-облучения на процесс старения системы. Физически полученный результат означает, что повышение содержания α-кристаллина приводит к дополнительному блокированию водородных связей в поверхностных слоях α-лактальбумина и, соответственно, к увеличению пластифицирующего эффекта. Кроме того, полученное выражение энергии активации перестроения цепи полимера позволяет учесть влияние ИК-излучения на развитие так называемой тепловой катаракты (обычно имеет место у стеклодувов, сталеваров, кузнецов, сварщиков и людей других профессий), когда этиологическим фактором являются ИК-лучи с длиной волны от 0,74 до 2,50 мкм, которые свободно проходят через роговую и радужную оболочки, не повреждая их, и в значительной степени адсорбируются хрусталиком, что приводит к его перегреву.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):223-231
223-231
Фитатгидролизирующая активность штамма Aspergillus niger Л-4
Аннотация
Целью исследования являлось изучение способности штамма Aspergillus niger Л-4 синтезировать фитазу. Метод определения фитазной активности основан на определении содержания неорганических фосфатов в результате воздействия фитазы на субстрат при определенных стандартных условиях путем связывания их ванадий-молибденовым реагентом с образованием окрашенного комплекса. Использование фитаз для гидролиза фитатов в кормах для животных важно с точки зрения сохранения окружающей среды: при разрушении фитатных комплексов высвобождается важный элемент – фосфор, который выполняет структурную и регуляторную функцию, обеспечивает нормальное развитие костных и зубных тканей, поддерживает их прочность и целостность. Фосфорная кислота участвует в синтезе киназ, ответственных за нормальное течение химических реакций в клетках, метаболизм жиров, а также синтез и расщепление крахмала и гликогена. Это уменьшает выброс неусвоенного фосфора в окружающую среду. Объектом исследования являлись нативные растворы, полученные при культивировании промышленного штамма-кислотообразователя A. niger Л-4 на различных углеводсодержащих средах. Штамм A. niger Л-4, ранее селекционированный во Всероссийском научно-исследовательском институте пищевых добавок для ферментации мелассы, обладает способностью синтезировать внеклеточную фитазу. В данной работе представлены результаты исследований фитазной активности при культивировании штамма A. niger Л-4 на углеводсодержащих средах. Установлено, что для повышения продуктивности биосинтеза фитазы необходимо более высокое содержание низкомолекулярных сахаров. Установлено, что компоненты сахарозоминеральной среды обеспечивают повышенный уровень фитазной активности ферментов синтезируемых микромицетом A. niger Л-4. Выявлено, что фитазная активность в нативном растворе увеличивается в течение 72 ч ферментации и достигает значения 25,8±0,1 ед/см3. По сравнению с процессом ферментации гидролизата кукурузного крахмала с декстрозным эквивалентом DE = 20,9±0,5 %, который обеспечивал продуктивный биосинтез основного метаболита – лимонной кислоты, фитазная активность была в 1,5 раза выше.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):232-239
232-239
Поиск биологически активных веществ природного происхождения на основе малополярных экстрактов хвойных
Аннотация
Применение биологически активных веществ – один из путей повышения урожайности и устойчивости сельскохозяйственных растений, который активно развивается в последние годы. Преимуществами природных веществ являются их экологическая безопасность, многофункциональность действия, в том числе способность снижать разнообразные стрессовые воздействия окружающей среды на растения, что определяет перспективность их использования в современных агротехнологиях. Одним из источников получения биологически активных веществ являются хвойные деревья, что оправдано как с экономической, так и с экологической точки зрения. Важной задачей является поиск новых соединений из хвойных, обладающих рострегулирующей и стрессзащищающей активностью в отношении растений. Для решения данной задачи на модели, использующей в качестве показателя рост корней и листовой розетки арабидопсиса, была протестирована ростмодулирующая и антистрессовая биологическая активность восьми экстрактов, содержащих малополярные соединения из хвои и ветвей трех видов сосны (род Pinus). Полученные данные подтвердили возможность применения используемой растительной модели для выявления биологической активности экстрактов малополярных метаболитов. Показано подавление роста главного корня, боковых корней и листовых розеток арабидопсиса экстрактами и фракциями малополярных веществ хвойных рода Pinus. Наибольшую подавляющую рост главного корня активность продемонстрировал гексановый экстракт хвои P. koraiensis (НИОХ-28/1), нейтральные вещества гексанового экстракта хвои P. sibirica (НИОХ-32/1) подавляли рост не только главного корня, но и придаточных корней. Показанное аллелопатическое подавление роста корней и листовых розеток арабидопсиса экстрактами и фракциями малополярных веществ рода Pinus ставит задачу дальнейшего изучения наиболее активных экстрактов для возможного использования их в качестве гербицидов. Установлено отсутствие положительного влияния исследованных экстрактов на устойчивость роста корня арабидопсиса к тепловому шоку.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):240-250
240-250
Влияние ферментных препаратов на ароматобразующие компоненты красных столовых вин
Аннотация
Целью настоящей работы являлась оценка влияния ферментных препаратов, применяемых в виноделии, на концентрацию ароматобразующих компонентов. Установлено, что применение таких ферментных препаратов, как тренолин руж, тренолин рот, лаффаза 60, лаффазим экстракт и экстразим терруар, вызывает изменение концентраций альдегидов, эфиров, высших спиртов, кетонов, кислот, терпеновых соединений в сравнении с контрольным вариантом вина, произведенным по классической технологии. Наибольшее количество ацетальдегида и кетонов выявлено в вариантах столовых вин, полученных с применением ферментных препаратов лафазим экстракт, лаффаза 60 и экстразим терруар. Внесение в виноградную мезгу ферментных препаратов способствовало расщеплению комплекса норизопреноидов с углеводами с высвобождением ионона и проявлению в аромате и вкусе вина тонов фиалки и даже розы (лаффаза 60, экстразим терруар, лафазим эАкстракт). В исследуемых образцах Каберне-Совиньон выявлено наличие различных терпеновых соединений, обусловливающих формирование в вине различных цветочных (сирени, липы, акации, жасмина) и цитрусовых оттенков. Применение ферментных препаратов, прежде всего лаффазы, экстразима терруар, привело к увеличению массовой концентрации терпеновых соединений в сравнении с традиционной технологией, особенно линолоола, гераниола, нерола, лимонена, ά-терпинолена и 3-окси-β-дамаскона. Массовая концентрация высших спиртов не претерпевала существенных изменений, а метанола – снижалась. Отмечено заметное увеличение концентрации β-фенилэтанола, фенолокислот (особенно галловой и ванилиновой), а также этиловых эфиров капроновой, каприловой, миристиновой, линолевой, стеариновой, пеларгоновой кислот. Ферментные препараты, особенно лафазим экстракт, лаффаза 60 и экстразим терруар, рекомендованы в технологии производства красных столовых вин с целью улучшения их аромата.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):251-260
251-260
Гидролиз целлюлозы ферментным комплексом Trichoderma viride в присутствии фторида натрия: влияние структуры субстрата и сорбционной активности целлюлаз
Аннотация
Исследована зависимость активности целлюлаз Trichoderma viride от трех факторов – вида субстрата, сорбционных свойств ферментов и концентрации фторида натрия (NaF). Изучено влияние четырех водонерастворимых субстратов: два нативных (древесина березы и пшеничная солома) и два модельных (микрокристаллическая целлюлоза и фильтровальная бумага). Дополнительно исследован водорастворимый субстрат – Na-карбоксиметил-целлюлоза, специфичный к эндоглюканазной активности. Целлюлазный комплекс T. viride из препарата «Целловиридин Г3х» был разделен методом аффинной хроматографии на фракции, различающиеся сорбционными свойствами. Измерена целлюлазная активность исходного комплекса и полученных фракций по отношению ко всем субстратам при разной концентрации NaF – от 0 до 1000 мг/л. Качественные различия в белковом составе препарата и фракций исследованы методом SDS- дискэлектрофореза. При внесении NaF (100–500 мг/л) активность исходного целлюлазного комплекса возрастала по отношению ко всем субстратам, особенно повысилась скорость гидролиза модельных образцов (до 100 %). Сравнение активности хроматографических фракций относительно модельных субстратов показало, что NaF оказывает противоположное действие на каталитические и сорбционные свойства целлюлаз: активность высокоаффинных фракций, содержащих целлобиогидролазы и низкомолекулярные эндоглюканазы, в присутствии фторида снижалась по отношению ко всем субстратам на 35–90 %. Слабосорбирующиеся фракции (эндоглюканазы I, II + целлобиаза) в этих же условиях ингибировались на 15–20 % по отношению к целлюлозе с высокой степенью кристалличности (МКЦ), но активировались в 1,3–3 раза относительно водорастворимого субстрата (Na-КМЦ) и субстрата с меньшей кристалличностью (фильтровальная бумага). Таким образом, суммарное действие фторидов на ферментативный гидролиз растительного субстрата определяется степенью кристалличности целлюлозы, а также соотношением сильнои слабосорбирующихся компонентов в целлюлазном комплексе. Рассмотрены возможные молекулярные механизмы этих эффектов.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):261-273
261-273
Влияние салицилата натрия на физиолого-биохимические показатели проростков пшеницы при действии тяжелых металлов
Аннотация
Целью настоящей работы являлось изучение влияния сульфата кадмия и сульфата цинка на рост и развитие растений пшеницы мягкой (Triticum aestivum L.) сорта Москвич. Для определения физиолого-биохимических показателей проростков и возможности регулирования их устойчивостью к действию стрессового фактора проводилась предпосевная обработка семян салицилатом натрия (СNa). Семена пшеницы проращивали в растворе 0,1 мМ СNa в течение 3 суток при температуре 21–23 ºС, 16-часовом световом дне (освещеннось – 3000 лк). На 4-е сутки проростки переносили в пластиковые контейнеры, где они продолжали расти в климатической камере с периодическим поливом растворами солей CdSO4 и ZnSO4 концентрацией 10-6–10-3 М. На 7-е сутки эксперимента у проростков измеряли длину и сырую массу корневой системы и побегов, активность перекисного окисления липидов (ПОЛ) и фермента супероксиддисмутазы (СОД) в клетках листьев, а также содержание пролина в листьях и корнях проростков пшеницы. Установлено, что для выявления различий в действии ионов кадмия и цинка на растения пшеницы использования только биометрических показателей недостаточно. В наших исследованиях показателем развития окислительного стресса в клетках проростков пшеницы под действием CdSO4 и ZnSO4 служило определение активности ПОЛ и содержание пролина. При одних и тех же концентрациях солей только CdSO4 способствовал усилению активности ПОЛ и образованию пролина, что моглобыть сигналом для запуска защитных реакций клетки. Низкая активность СОД в этих условиях – это, возможно, результат того, что именно пролин уменьшает образование активных форм кислорода либо путем обрыва каскада свободно-радикальных реакций, либо ингибированием фермента CdSO4. Соль ZnSO4 – менее токсична, так как в диапазоне тех же концентраций не вызывает увеличения содержания продуктов ПОЛ и пролина. Действие СNa на эти показатели зависело от природы тяжелого металла и интенсивности его действия и производило как про-, так и антиоксидантное действие, провоцируя окислительный стресс или защищая от него.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):274-283
274-283
Получение новых кремнийорганических удобрений и их апробация при моделировании водных стрессов
Аннотация
Зачастую растения подвергаются воздействию резкого изменения климатических условий, которые пагубно отражаются на урожае. Перспективным направлением для снижения негативного воздействия абиотических факторов на растения является применение препаратов кремния. Целью данной работы являлось получение кремнийорганических удобрений и их апробация при моделировании абиотических стрессов для растений яровой пшеницы. За основу получения новых кремнийорганических удобрений с защитными свойствами были взяты органические удобрения, разработанные во Всероссийском научно-исследовательском институте мелиорированных земель: компост многоцелевого назначения (КМН) и продукт ферментации (ПФ). Новыекремнийорганические удобрения получали путем добавления метасиликата натрия в КМН и ПФ на стадии их дозревания в количестве 3 и 5 % масс. по SiO2. Растворение метасиликата сопровождалось активными процессами щелочного гидролиза, аммонификации и нитрификации, в результате которых повышалось содержание нитратов, гуминовых кислот и соединений кремния в готовых кремнийорганических удобрениях. Апробация новых кремнийорганических удобрений проводилась в лабораторном эксперименте путем моделирования водных стрессов (острый недостаток влаги и избыточная увлажненность почвы) для растений яровой пшеницы сорта Иргина. В целом наибольшая положительная реакция растений отмечена при использовании удобрений, содержащих 3 % SiO2. В вариантах с внесением новых удобрений имитирование острого недостатка влаги привело к развитию более мощных растений, характеризующихся незначительным изменением длины проростков на фоне достоверного увеличения их массы (в среднем на 7–10 % относительно исходных ПФ и КМН, не обогащенных кремнием). Моделирование условий избыточной влажности почвы в этих вариантах способствовало увеличению всех биометрических показателей в среднем на 6–11 % относительно исходных ПФ и КМН. Полученные кремнийорганические удобрения призваны уменьшать негативные абиотические воздействия на растения.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):284-293
284-293
Влияние клубеньковых и патогенных бактерий на изменение уровня оксида азота и циклического аденозинмонофосфата в корнях гороха на начальных этапах взаимодействия
Аннотация
Врожденный иммунитет растения играет существенную роль на начальных этапах формирования бобово-ризобиального симбиоза. В связи с этим авторами настоящей работы была изучена динамика концентраций двух сигнальных молекул – оксида азота (NO) и циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), в корнях этиолированных проростков гороха Pisum sativum L. при взаимодействии с патогенными (Pseudomonas syringae pv. pisi) и клубеньковыми (Rhizobium leguminosarum bv. viceae) бактериями. В краткосрочных опытах обнаружен эндогенный ритм изменения содержания оксида азота в тканях корня проростков гороха, характеризующийся во временной динамике увеличением и снижением уровня оксида азота и зависящий от экзогенных факторов биотической (симбиотические и патогенные бактерии) природы. Подобные флуктуации также были обнаружены при изучении динамики уровня циклического аденозинмонофосфата под влиянием тех же биотических факторов. Наблюдаемые эффекты связаны, возможно, с влиянием на растение определенных экзометаболитов Rhizobium leguminosarum bv. viceae (Nod-факторы) и Pseudomonas syringae pv. pisi (экзополисахариды клеточных стенок), которые активируют врожденный иммунитет бобового растения. При этом различная динамика изменения изучаемых компонентов сигнальных систем растения-хозяина на начальных этапах взаимодействия с симбиотическими и патогенными микроорганизмами имеет различную функцию: при симбиозе регуляторную, а при патогенезе – защитную. Предполагается, что изменение динамики компонентов NO-синтазной и аденилатциклазной сигнальных систем (NO и цАМФ) может быть использовано растением-хозяином в качестве «кода» для передачи сигнала о природе действующего фактора и индукции соответствующих реакций на молекулярном уровне.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):294-302
294-302
Влияние автогидролитической обработки Miscanthus sacchariflorus Andersson на выход редуцирующих веществ при последующем ферментолизе
Аннотация
Определено влияние автогидролитической обработки Miscanthus sacchariflorus Andersson на выход редуцирующих веществ при последующем ферментолизе. Установлено, что при изменении условий автогидролитической обработки Miscanthus sacchariflorus Andersson образуются твердые фракции, содержащие целлюлозу, лигнин, гемицеллюлозу и минеральные вещества, соотношение которых зависит от фактора жесткости – температуры и продолжительности обработки. Показано, что при факторе жесткости 5,67 происходит практически полный гидролиз гемицеллюлозы, однако наблюдается увеличение содержания лигнина в твердой фракции до 46,0 % относительно содержания лигнина в исходном сырье (20,8 %), что обусловлено конденсацией лигнина с образованием псевдолигнина. Наибольшее содержание целлюлозы в твердой фазе наблюдается при гидролитической обработке сырья с фактором жесткости от 4,17 до 4,39, температуре от 160 оС и продолжительности обработки 25 мин. На фоне повышения температуры увеличение кислотности среды катализирует гидролиз целлюлозы и снижает ее содержание в твердой фракции до 60 % при факторе жесткости 5,67. При автогидролитической обработке Miscanthus sacchariflorus Andersson наблюдается повышение зольности в твердой фракции. Полученные после обработки Miscanthus sacchariflorus Andersson твердые фракции использовались в качестве субстрата и были подвергнуты ферментативному гидролизу ферментными препаратами «Целлолюкс-А» и «Брюзайм BGX» при начальной концентрации субстрата 33 г/л. Повышение выхода редуцирующих веществ имеет устойчивый рост по мере удаления гемицеллюлоз и достигает максимального значения (45,1 %) при увеличении фактора жесткости обработки до 4,48. Доступность поверхности целлюлозы для действия ферментов при повышении фактора жесткости свыше 4,48 снижается вследствие накопления лигнина в твердой фазе, о чем свидетельствует снижение выхода редуцирующих веществ в ферментализате до 31,8 %.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):303-313
303-313
Ферментативная модификация побочного мясокостного коллагенсодержащего сырья при его переработке
Аннотация
Целью исследования являлось изучение процесса экстракции ценных протеиновых водорастворимых веществ из высокоминерализованного мясокостного сырья при гидролизе протеолитическими ферментами. Эксперименты проводили на говяжьих трубчатых и реберных костях с применением ферментов Alcalase 2,5 L, Protamex, Протосубтилин Г3х. Эффективность гидролиза белков оценивали по накоплению в водном протеиновом экстракте небелкового аминного азота, количество которого устанавливали путем формольного титрования. Оценку химического состава сырья и продуктов гидролиза проводили стандартными физико-химическими методами. Высушивание гидролизованных протеиновых фракций осуществляли на лиофильной установке при температуре конденсатора -55 °C. Сушку осадочной белково-минеральной фракции проводили конвекционным способом при 60 оС. Установлен общий химический состав сырья и протеиновых гидролизатов. Показано, что ферментолиз в водной среде с предварительным отделением жира и последующим разделением фракций позволяет получать низкомолекулярные водорастворимые пептиды и белково-минеральные нерастворимые композиции, а также жировые продукты в количестве 13,3–14,4 % от массы сырья. Выход протеинов по содержанию сухих веществ в водорастворимых сублимированных продуктах составил 6,1–7,9 % в зависимости от вида фермента и условий гидролиза. Основная масса протеинов сырья осаждается вместе с минеральными веществами при ферментолизе. Содержание сухих веществ в плотных осадках составило 66,5–73,8 %. Рекомендовано применять ферментолиз мясокостного сырья для предварительной обработки при последующем высокотемпературном гидролизе. Протеиновые продукты, полученные при ферментативной модификации мясокостного сырья, рекомендованы к использованию в составе кормовых добавок, микробиологических сред и удобрений, кормов для аквакультуры. Для этого необходимо изучить их аминокислотный состав и провести биологические испытания. Выделенный жир может являться сырьем для ряда жировых продуктов (маргарин, спред, мыло).
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):314-324
314-324
Химическая технология
Исследование фильтрующих свойств тканей из хлопковых и синтетических волокон
Аннотация
Для обезвоживания разнообразных по составу растворов и суспензий в химической промышленности применяются фильтры разного типа: дисковые, патронные, мешочные, фильтрпресс и другие, основным элементом которых является фильтрующая перегородка. В качестве перегородки используются фильтровальные ткани из хлопковых и синтетических волокон. Основным требованием, предъявляемым к перегородке, является их высокая задерживающая способность по отношению к дисперсной фазе растворов и суспензий. В качестве перегородки целесообразно использовать фильтроткани, характеризующиеся низкой засоряемостью. В настоящей работе дана оценка фильтрующих свойств тканей из синтетических и хлопковых волокон на основе экспериментальных данных. Определены значения коэффициентов производительности, замутненности, засоряемости, срока службы фильтротканей. Исследована кинетика процесса обезвоживания суспензий в широком диапазоне концентраций дисперсной фазы (3–500 г/дм3). Результаты исследований позволили установить, что все испытанные образцы синтетических тканей имеют меньшую засоряемость, чем широко применяемые хлопковые (фильтродиагональ и бязь). Установлена величина силы адгезии дисперсных частиц к волокнам перегородки, что позволяет сделать выбор определенного вида фильтроткани для конкретного типа фильтра, то есть учесть направления действия движущей силы процесса фильтрации и силы тяжести. Выявлены основные периоды формирования осадка на поверхности перегородки. Показано, что начальный фильтрующий слой формируется за первый период. Структура этого слоя определяется плотностью суспензии. Исследованы режимы фильтрации и установлено, что переход от режима шламовой фильтрации к режиму с закупоркой пор наблюдается в интервале 50–100 г/дм3, что отвечает переходному режиму.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):325-331
325-331
Приготовление дизельных смесей и исследование их физических свойств
Аннотация
Целью работы являлся синтез биодизельного топлива из подсолнечного масла по реакции переэтерификации в присутствии новой каталитической системы. При молярном соотношении масла к метанолу 1:3 и температуре 55 С выход продукта составил 83 %. В соответствии со стандартами ASTM были исследованы важные физические свойства биодизельного и дизельного топлив, а также их смесей, содержащих 20 и 50 % (об.) биодизельного топлива (В20 и В50). Плотность смесей В20 и В50 растет с увеличением доли биодизельного топлива. Кинематическая вязкость смесей с ростом содержания биодизельного топлива незначительно увеличивается, оставаясь в пределах 2–5 мм2/с при 40 °C, что соответствует требованиям ASTM. Как показали результаты исследования, содержание ненасыщенных соединений в биодизельных смесях находилось в пределах, нормируемых ASTM. Температура вспышки для биодизельного топлива, смесей B20 и B50 выше, чем у дизельного топлива. Это приводит к некоторому ухудшению их воспламеняемости, но, с другой стороны, делает транспортировку и хранение этих видов топлива более безопасной. Содержание серы в биодизельных смесях значительно уменьшается с ростом содержания биодизельного топлива: от 50 м.д. в дизельном топливе до 27 м.д. в смеси В50. Использование таких биодизельных смесей снижает содержание оксидов серы в выхлопных газах, что благоприятно сказывается на состоянии окружающей среды и здоровье человека. Использование новой каталитической системы позволяет снизить объем пены, образующейся при промывке биодизеля, что упрощает технологический процесс его синтеза. Благодаря отсутствию стадии нейтрализации применяемая каталитическая система может быть использована повторно после удаления промывной воды методом дистилляции.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):332-338
332-338
Каталитическая депарафинизация средних дистиллятов
Аннотация
Средние дистиллятные фракции, получаемые на установках первичной переработки нефти, содержат значительное количество н-парафинов, имеющих положительные температуры застывания, что ухудшает низкотемпературные характеристики топлив, производимых из этих фракций. Для улучшения низкотемпературных свойств средних дистиллятных фракций применяют различные депрессорные присадки или проводят депарафинизацию различными способами. Наиболее эффективным процессом депарафинизации является каталитическая. Классические процессы вторичной переработки углеводородных фракций являются высокозатратными и часто нерентабельными для небольших нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ). Разработка вторичных процессов переработки углеводородного сырья, применимых на НПЗ средней и малоймощности, на сегодняшний день – актуальная задача. Поэтому нашей целью являлась разработка технологии совмещенных процессов первичной перегонки нефти, поступающей по трубопроводной системе «Восточная Сибирь – Тихий океан», и каталитической депарафинизации получаемых средних дистиллятов. Для определения условий проведения процесса каталитической безводородной депарафинизации разработана экспериментальная установка непрерывного действия производительностью по сырью 10 л/ч, включающая трубчатую печь, реактор со стационарным слоем катализатора, теплообменник, контрольно-измерительные приборы. Эксперименты, выполненные на опытной установке, позволили определить оптимальные технологические параметры осуществления каталитической депарафинизации средних дистиллятов. Показано, что каталитическая депарафинизация средних дистиллятов в условиях, определенных опытным путем, протекает достаточно эффективно на катализаторах крекинга: СГК-1, СГК-5, КН-30-БИМТ, выпускаемых в России. Предложена оптимальная технологическая схема совмещения процесса первичного разделения нефти и каталитической депарафинизации средних дистиллятов. Расчет и оптимизация предложенной технологической схемы выполнены в компьютерной моделирующей системе ChemCad.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):349-359
349-359
Анализ продуктов низкотемпературного СВЧ-пиролиза торфа
Аннотация
Для увеличения эффективности и интенсивности обработки органического природного каустобиолита – торфа, был разработан макет лабораторного СВЧ-реактора с увеличенным объемом загрузки обрабатываемого материала. Модернизированная экспериментальная установка представляет собой СВЧ-реактор при пониженном давлении с постоянным газовым отводом пиролизных газов через ловушку с жидким азотом в газовый пробоотборник. Увеличение объема микроволнового реактора было достигнуто благодаря применению дополнительных систем транспортировки микроволнового излучения и специальной систепоглощения отраженной мощности из объема реактора. Реактор подключался к источнику микроволнового излучения (промышленный магнетрон) частотой 2,45 ГГц, полной мощностью 1 кВт. Длительность микроволнового облучения торфа в реакторе составляла 16 мин. В результате серии экспериментов были получены и проанализированы образцы трех фракций – твердой, жидкой и газообразной. Проведен сравнительный анализ продуктов низкотемпературного пиролиза верхового сфагнового торфа, полученных при нагреве, основанном на теплопередаче от стенок реактора (обычный термический нагрев), и нагреве СВЧ-излучением. Главное отличие между нагревом излучением и теплопередачей состоит в том, что в первом случае происходит повышение температуры по всему объему, а не только в зоне границы раздела фаз, что повышает интенсификацию и эффективность процесса. Это в особенности проявляется при нагреве твердых объектов, в которых отсутствует передача тепла конвекцией. Сравнение продуктов трех полученных фракций проводилось с использованием данных анализа газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием, а также по результатам элементного анализа. Исследование показало, что при микроволновом нагреве происходит более глубокое разрушение исходного субстрата – до углеродистого остатка и низкомолекулярных продуктов неорганической и органической природы. Кроме того, поверхность твердой фракции была исследована с помощью сканирующего электронного микроскопа; обнаружено наличие пористых структур с размерами пор от 5 до 7 мкм.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):339-348
339-348
Краткие сообщения
Влияние содержания цеолита на протонную проводимость и технические характеристики мембран на основе сшитого поливинилового спирта
Аннотация
Ионообменные мембраны на основе поливинилового спирта (ПВС) представляют собой перспективную группу материалов для применения в тведополимерных топливных элементах (ТПТЭ) благодаря высокой гидрофильности, способности к пленкообразованию, низкой стоимости, хорошим механическим свойствам и возможности сшивания ПВС различными химическими реагентами. В качестве сшивающих агентов, приводящих к образованию геля, используются соединения с карбоксильной или карбонильной функцией, такие как многоосновные кислоты и их ангидриды. Сшивающие реагенты могут содержать в своем составе ионогенные группы, например, сульфокислотные, индуцирующие протонную проводимость ПВС в составе мембран. В качестве допантов, улучшающих технические характеристики таких мембран, используются керамические материалы на основе оксидов алюминия, кремния, титана, олова, циркония и др., способные повысить ионную проводимость, химическую и термическую стабильность, а также механическую прочность мембран. В настоящей работе сообщается о получении новых биоразлагаемых протонообменных мембран для ТПТЭ, полученных на основе сшитого сульфоянтарной кислотой поливинилового спирта, допированного частицами цеолита типа бета. Содержание цеолита в составе мембран варьировали в интервале от 1 до 25 %. Исследовано влияние содержания цеолита на протонную проводимость, ионообменную емкость, влагосодержание, коэффициент набухания, проницаемость по топливу (метанолу) и механические свойства мембран. Повышение содержания цеолита от 1 до 25 % приводит к увеличению ионообменной емкости мембран от 1,5 до 2,9 ммоль/г, понижению влагосодержания с 38 до 28 % и проницаемости по метанолу – от 2,2710-6 до 6,9110-7 см2 с-1. Изучена температурная зависимость протонной проводимости композитных мембран в диапазоне от 30 до 80 °С при относительной влажности 100 %. Наибольшее значение удельной электропроводности продемонстрировала мембрана, содержащая 25 % цеолита BEA, протонная проводимость которой составила 23,2 мСм·см-1.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(2):360-367
360-367