Статья: Предварительная гидротермическая обработка и паровой взрыв целлюлозосодержащего сырья для последующей биотехнологической трансформации: обзор (2024)

К факторам, определяющим устойчивость эмульсий нефтепродуктов в воде, относят физико-химические свойства нефти, а также состав эмульгированной воды.

Целью настоящей работы являлось исследование влияния концентрации и температуры на плотность и устойчивость эмульсий нефтепродуктов в воде.

Классические эмульсии нефти первого типа готовили на основе водного раствора CaCl2 и нефти Ярактинского месторождения. Соотношение углеводородной составляющей и водной фазы составило, % об.: 5:92, 10:87, 15:82, 20:77, 25:72, 30:67, 35:62 с добавлением эмульгатора. Исследование плотности эмульсий осуществляли пикнометрическим методом анализа с погрешностью измерений до ±0,01 кг/м3. В основе метода лежит точное определение массы исследуемого раствора и дистиллированной воды, занимающих в пикнометре известный объем (50 см3), и использование в работе высокоточных аналитических весов. Полученные уравнения регрессии позволяют рассчитывать значения плотности эмульсий нефтепродуктов в воде в изученном интервале температур (20–60 °С) и концентрации нефти (5–35 % об.). Выведенные эмпирические уравнения правомочно использовать на практике. Показано, что с увеличением концентрации нефти и температуры плотность эмульсий уменьшается. Стабилизирующую способность эмульсий нефтепродуктов в воде оценивали по коэффициенту светопропускания: оценка величины светопропускания служила критерием стабильности эмульсии в воде. Экспериментально подтверждено, что с увеличением температуры стабилизирующая способность эмульсий снижается. Результаты исследования могут быть полезны при изучении закономерностей, определяющих направление и глубину протекания химических превращений и стабилизации эмульсий нефтепродуктов в воде, а также в решении практических вопросов их разрушения.

Неблагоприятная экологическая обстановка в городе Усолье-Сибирском Иркутской области обуславливает актуальность исследования и применения нового лигниносерного сорбента для очистки грунтовых вод от соединений ртути.

Сорбент синтезирован на основе отходов производства эпихлоргидрина (1,2,3-трихлорпропана), серы и лигнина. В инфракрасном спектре использованного сорбента идентифицируется связь S–S в области 445–465 см-1. Наблюдается интенсивное поглощение ионов Hg2+ в области 2800–2950 см-1 (валентные колебания связей С–Н в группах СН и СН2) и 1460 см-1 (деформационные колебания в группе СН2). Поглощение ионов Hg2+ фрагментами лигнина сопровождается изменением полосы колебаний связей S–S, которая расщепляется на две полосы с более высокими частотами, чем полоса νS–S в исходном сорбенте. Оптимальное содержание серы, обеспечивающее максимальную сорбционную активность сорбента, составляет 53,25 %. Изотермы сорбции ртути при 20 и 60 °С описываются параболическими зависимостями с коэффициентами детерминации 98,9 и 98,6 % соответственно. Кинетическая кривая при 20 °С аппроксимируется гиперболой, при 40 °С – кубическим полиномом с коэффициентами детерминации 97,9 и 96,2 % соответственно. Определены порядок (при 20 °С – первый, при 40 °С – второй) и константа скорости реакции (при 20 °С – 0,0876 мин-1, при 40 °С – 0,00014 мин-1). Отмечено, что скорость сорбции Hg2+ при температуре 20 °С существенно выше, а время сорбции меньше, чем при температуре 40 °С, поэтому сорбцию ртути предлагаемым сорбентом следует проводить при 20 °С, что позволит снизить энергозатраты.

Запасы торфа представляют большой интерес в различных отраслях промышленности (энергетическая, топливная, химическая и др.). Для переработки подобных твердых углеродсодержащих ресурсов с последующим получением топлива и ценных продуктов стандартно используют пиролиз. В настоящее время одним из развивающихся экологически и энергетически выгодных способов осуществления деструкции углеродсодержащего сырья является пиролиз с воздействием электромагнитных волн на материал. Микроволновое излучение обеспечивает нагрев материала непосредственно в объеме, что позволяет значительно повысить равномерность нагрева в объеме облучаемого образца, обеспечить большую эффективность теплопередачи и избежать локального перегрева на поверхности реактора. Так, в ходе проведенного исследования разработана конструкция технологического комплекса для микроволновой обработки органических материалов. Описаны конструктивные элементы комплекса, представлена схема разделения продуктов пиролиза. На основе прототипа разработанного реактора проведены эксперименты по деструкции верхового сфагнового торфа Греко-Ушаковского месторождения в режиме мягкого пиролиза, инициированного сверхвысокочастотным излучением. Методом хромато-масс-спектрометрии проанализирован компонентный состав продуктов реакции, выполнено сравнение с результатами предшествующих экспериментов по «традиционному» термическому пиролизу. Более глубокая переработка торфа осуществляется в условиях мягкого сверхвысокочастотного пиролиза с высоким выходом полезных продуктов за счет более эффективной передачи тепла, равномерного нагрева материала и оптимальной скорости реакции. Показано, что разработанная технология позволяет получать сырье для широкого спектра высокотехнологичных промышленных производств. Обсуждаются перспективы промышленного использования предлагаемой сверхвысокочастотной технологии переработки торфа, в частности, для производства эффективного гидрофобного сорбента.

Морские водоросли являются уникальным сырьем, которое способно в достаточно короткие сроки формировать значительную биомассу, осуществлять синтез разнообразных химических соединений, в том числе и специфических биологически активных веществ, проявляющих различную биологическую активность. Изучение антиоксидантных, антибактериальных, антивирусных, противовоспалительных и других свойств биологически активных веществ бурых водорослей является актуальной задачей.

Целью представленного исследования являлась оценка антиоксидантных свойств сверхкритических экстрактов бурых водорослей Saccharina japonica и Ascophyllum nodosum.

Содержание каротиноидов, фенольных соединений, маннита определяли спектрофотометрическим методом. Исследование содержания металлов осуществляли с применением метода атомно-абсорбционной спектрометрии. Антиоксидантную активность оценивали по антирадикальной активности с использованием радикала 2,2-дифенил-1-пикрилгидразила, гидроксил-ион связывающей и Fe+2 хелатирующей активностям, а также по активности поглощения супероксидных радикалов. В исследованных сверхкритических экстрактах бурых водорослей определено достаточно высокое содержание жирных кислот и фенольных соединений, причем жирные кислоты максимально представлены в сверхкритическом экстракте Ascophyllum nodosum, а фенолы, маннит и пигменты – в экстракте Saccharina japonica. Преобладающим макроэлементом в сверхкритических экстрактах бурых водорослей является калий с максимумом содержания в экстракте Saccharina japonica. Сверхкритические экстракты бурых водорослей являются безопасными по содержанию нитрозаминов, полихлорированных бифенилов, токсичных элементов и радионуклидов. Наиболее выраженные антирадикальные свойства продемонстрировал сверхкритический экстракт Saccharina japonica. Самая высокая гидроксил-ион связывающая активность отмечена для сверхкритического экстракта Saccharina japonica. В отношении активности поглощения супероксидных радикалов закономерности были иными: максимальную активность продемонстрировал экстракт Ascoph

Изучение особенностей аккумуляции тяжелых металлов растениями в последнее время приобретает все большую актуальность и практическую значимость, поскольку все тяжелые металлы отличаются высокой токсичностью. Влияние поллютантов на растительный материал обусловлено их аккумуляцией в надземной (зеленые листья, стебли, соцветия) и подземной (корни) частях растений, что приводит к окислительному стрессу, который проявляется высокой генерацией активных форм кислорода.

Целью представленного исследования являлось изучение накопления тяжелых металлов (никеля, свинца, хрома, кадмия) в надземной массе растений, произрастающих на территории Сургутского района Ханты-Мансийского автономного округа – Югры.

Было отобрано 15 видов растений, наиболее распространенных на территории округа. В изученных фитоценозах были собраны листья растений. Элементный анализ растительного материала выполнен атомно-абсорбционным методом. В зеленой массе канареечника тростникового и черноголовки обыкновенной было найдено ~6–7 мг/кг никеля, что ощутимо больше, чем в надземных органах пырея ползучего, подмаренника болотного и подорожника большого. Показано, что в надземной части канареечника тростниковидного и подорожника большого накапливается более 4 мг/кг свинца; осоки пузырчатой, пырея ползучего и подмаренника болотного – ~2–3 мг/кг хрома; пырея ползучего – более 2 мг/кг кадмия. На основании полученных результатов составлены ряды накопления элементов в надземной части пойменных видов растений. Содержание исследуемых тяжелых металлов в надземной фитомассе всех изученных растений, за исключением пырея ползучего, находится в пределах нормы и соответствует предельно допустимой концентрации.

Целью проведенного исследования являлось изучение химической функционализации бактериальной целлюлозы как альтернативного источника целлюлозы в связи с высокой востребованностью наноразмерных нитратов целлюлозы.

Бактериальная целлюлоза со степенью полимеризации 3950 была получена с использованием в качестве продуцента симбиотической культуры Medusomyces gisevii Sa-12 на синтетической глюкозной среде. Нитрование проводилось смесью азотной и серной кислот с различным содержанием воды с последующей стабилизацией синтезированных нитратов бактериальной целлюлозы. Нитраты бактериальной целлюлозы характеризовались массовой долей азота в диапазоне от 8,68 до 11,56 %, растворимостью в спиртоэфирной смеси 16,5–91,0 %, вязкостью 32–255 мПа×с в зависимости от содержания воды (14, 16 и 20 %) в нитрующей смеси. Наноразмерный характер волокон нитратов бактериальной целлюлозы сохранился. Методами совместного термогравиметрического и дифференциально-термического анализа установлены высокая химическая чистота и энергоемкость нитратов бактериальной целлюлозы. Методом инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье установлено высокое качество бактериальной целлюлозы в связи с наличием основных функциональных групп, характерных для целлюлозы классического происхождения: 3371, 2943, 1633, 1428, 1371, 1163, 1112 см-1. В инфракрасных спектрах образцов нитратов бактериальной целлюлозы зарегистрированы основные функциональные группы, подтверждающие, что синтезированные продукты являются низкозамещенными азотнокислыми эфирами целлюлозы: 1660–1643, 1282–1276, 847–837, 752–749, 691–690 см-1. Установлено, что зависимость свойств синтезированных нитратов бактериальной целлюлозы от массовой доли воды в серно-азотной смеси имеет сложный характер.

В настоящее время не вызывает сомнений, что многие из сигнальных молекул являются общими для организмов различных систематических групп. Вероятно, это справедливо и для таких важных регуляторов метаболизма, какими являются йодтиронины. В ряде работ доказано наличие активности тиреоидных гормонов у соединений растительного происхождения. Тем не менее на основании проведенных исследований нельзя сделать вывод о том, являются ли рассматриваемые соединения, подобно тиреоидным гормонам животных и человека, йодпроизводными тиронина или же они являются миметиками тиреоидных гормонов.

Цель данного исследования заключалась в том, чтобы выяснить, присутствуют ли в растительных тканях аналоги йодтиронинов с разной степенью йодирования, а также определить концентрацию йода в лизатах растительных тканей и сопоставить ее с теоретически рассчитанной в соответствии с концентрацией исследуемых соединений и предположением о структуре, идентичной тиреоидным гормонам человека.

Показано, что в клубнях картофеля и листьях пшеницы одновременно присутствуют аналоги тетрайодтиронина (Т4) и трийодтиронина (Т3). В клубнях картофеля в состоянии покоя концентрация Т4 составила 118 ± 16 нмоль/л (n = 15), в тех же пробах концентрация Т3 равна 4,01 ± 0,96 нмоль/л. Концентрации Т4 и Т3 в лизатах листьев пшеницы составили 60,24 ± 79 и 6,76 нмоль/л (n = 15) соответственно. Методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой установлено, что в исследованных пробах присутствует количество йода, соответствующее предположению о том, что активность обусловлена присутствием тетрайодированных производных тиронина.

Целью исследования являлось изучение характеристики экструдированных гранул на основе биоразлагаемого поликапролактона и монтмориллонита, депонированных аллилизотицианатом, и их влияния на Globodera rostochiensis RoI.

Полученные гранулы были охарактеризованы с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье, дифференциальной сканирующей калориметрии и сканирующей электронной микроскопии. Показано, что эффективность инкапсулирования аллилизотиоцианата в монтмориллонит зависит от условий получения комплекса и составляет от 0,76 до 29,83 %, а в гранулах поликапролактона/монтмориллонита/аллилизотиоцианата после термической обработки снижается до 1,06 %. По результатам инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье установлено, что включение аллилизотиоцианата не приводит к образованию новых химических связей, но существенно влияет на температуру деградации поликапролактона, которая снижается с 537 до 472 °С. По сравнению с термограммой монтмориллонита на термограмме для комплекса монтмориллонита/аллилизотиоцианата было показано уменьшение содержания воды на 2,9 %, связанное с вымещением части молекул воды из межмолекулярного пространства монтмориллонита молекулами аллилизотиоцианата. В ходе проведения эксперимента с двумя сортами картофеля, зараженными цистами нематод, установлено, что обработка почвы растворами аллилизотиоцианата позволяет снизить количество цист Globodera rostochiensis RoI по сравнению с положительным контролем (необработанный зараженный картофель) в 1,5–3,0 раза в зависимости от сорта. Кроме того, в отличие от растворов аллилизотиоцианата гранулы поликапролактона/монтмориллонита/аллилизотиоцианата более эффективны, что делает их перспективными для применения в борьбе с Globodera rostochiensis RoI.

Целью работы являлась сравнительная характеристика биопленкообразования в условиях in vitro бактериальных культур, выделенных из активного ила, а также музейных культур, способных к биодеструкции ксенобиотиков: Alcaligenes faecalis 2, Acinetobacter guillouiae 11h, Rhodococcus erythropolis ИЛБИО, Achromobacter pulmonis ПНОС.

Согласно результатам анализа нуклеотидной последовательности гена 16S рРНК идентифицированы штаммы, выделенные из активного ила: Paenibacillus odorifer, Bacillus subtilis, Micrococcus yunnanensis и Bacillus proteolyticus. Исследовано формирование биопленок микроорганизмами на среде LB и синтетической питательной среде (источник углерода – ацетат натрия). При росте клеток на среде LB биомасса биопленки увеличивается у бактерий Paenibacillus odorifer, Bacillus subtilis, Alcaligenes faecalis 2, Achromobacter pulmonis ПНОС. Продолжительность стадии культивирования 72 и 144 часа и дополнительное дозирование субстратов оказали влияние на процесс биопленкообразования: к 144 часам культивирования показатели биомассы составили 0,6–1,3 опт. ед. Отмечено, что для клеток Bacillus subtilis и Paenibacillus odorifer наблюдается увеличение биомассы биопленок в среднем на 63–77 % по сравнению с 72-часовым процессом. На заключительном этапе культивирования (144 часа) содержание экзополисахаридов в матриксе для микроорганизмов Bacillus subtilis и Paenibacillus odorifer составило более 0,02 опт. ед. Метаболическая активность бактерий активного ила, формирующих биопленку, достигла 628–3609 Фл./ОП540. Таким образом, показано, что в процессе роста микроорганизмы активного ила в составе биопленки сохраняют жизнеспособность и метаболическую активность в условиях in vitro.

Целью проведенной работы являлся анализ современных литературных источников, посвященных исследованию проблем дизайна биочернил и тканеинженерных конструкций на основе растворимых форм коллагена, включая желатин.

Выбор растворимых форм коллагена в качестве биополимерной основы для биочернил и такого типа конструкций определяется их уникальной биосовместимостью, биорезорбируемостью, наличием адгезионных мест (мотивов) для связывания клеток с последующей их пролиферацией и созреванием органов или тканей. В то же время плохие механические свойства изделий из растворимых коллагенов, быстрая биодеградация, склонность к потере растворимости высоковязких растворов при хранении или увеличении pH ограничивают их применение в тканевой инженерии. Применение более стабильных низковязких коллагеновых растворов не позволяет создать размерно-стабильные тканеинженерные конструкции. Показано, что включение в состав гидрогелей на основе растворимых коллагенов различных водорастворимых биосовместимых полимерных добавок позволяет решить вышеперечисленные проблемы, а также дает возможность настраивать требуемые характеристики биочернил и тканеинженерных конструкций. Среди добавок, улучшающих их характеристики, следует выделить биополимеры: серицин и фиброин шелка, а также альгинаты и фибриноген, способные образовывать сшивки в присутствии Ca2+. Показано, что посредством такого типа сшивок можно в еще большей степени улучшить эксплуатационные характеристики данных конструкций. Все эти биополимеры доступны как коммерческие продукты. Проведен сравнительный анализ подходов к стабилизации формы, улучшению механических свойств, а также настраиванию времени биорезорбции напечатанных тканеинженерных конструкций при созревании органа или ткани.

Холодная плазма является одной из новых технологий нетермической обработки пищевых продуктов, которая способствует увеличению срока годности пищевых продуктов растительного происхождения без отрицательного влияния на пищевую ценность и органолептические показатели.

Цель проведенной работы состояла в анализе результатов исследований влияния обработки холодной плазмой растительного сырья на его химический состав и вторичные растительные метаболиты, а также органолептические показатели.

В обзор включены статьи, опубликованные на английском языке за 2015–2023 годы. Поиск научной литературы по данной теме проводился по ключевым словам в библиографических базах Scopus и Web of Science. Результаты исследований показали, что влияние обработки холодной плазмой на белки, липиды, углеводы и органолептические показатели растительного сырья зависело в основном от времени воздействия, напряженности, мощности, частоты, скорости потока газа, а также количества и вида обрабатываемого растительного сырья. Благодаря высокому окислительному потенциалу и антимикробной активности технология холодной плазмы может служить эффективным способом увеличения срока годности и сохранения растительного сырья, не оказывая при этом отрицательного воздействия на органолептические, физико-химические показатели и пищевую ценность продукта. Вместе с тем для широкого промышленного внедрения существуют ограничения. Необходимо проводить дальнейшие исследования по установлению конкретных параметров обработки для разного вида сырья, а также подтверждению безопасности и возможной токсичности пищевых продуктов, обработанных холодной плазмой.

Цель работы состояла в направленном синтезе новых фаз вольфраматов одно-, трех- и четрехвалентных металлов и определении их кристаллографических, термических и электрофизических свойств.

Методом твердофазных реакций в диапазоне температур 400−750 °С были получены вольфраматные фазы составов MRA0,5(WO4)3 (М – одно-, R – трех-, A – четырехзарядные элементы). Определены их кристаллографические и термические характеристики. Синтезированные тройные вольфраматы, кристаллизующиеся в гексагональной сингонии, исследованы методом дифференциальной сканирующей калориметрии. По данным дифференциальной сканирующей калориметрии установлено увеличение температур плавления соединений при возрастании ионного радиуса трехвалентного катиона в ряду СsRTi0,5(WO4)3 (R = Al, Cr, Ga, Fe, In). Такая же корреляция наблюдается при переходе от рубидиевых производных к цезиевым. Проведено сравнение термической стабильности тройных вольфраматов титанового и гафниевого рядов. Температуры плавления RbRTi0,5(WO4)3 примерно на 20 °С выше, чем у гафниевых аналогов. Методом импедансной спектроскопии исследованы диэлектрические характеристики CsRTi0,5(WO4)3 (R = Fe, Cr) представителей семейства тройных вольфраматов. Температурно-частотные зависимости проводимости тройных вольфраматов при различных частотах 1 Гц – 1 мГц, измеренные в режиме нагрева и охлаждения, характеризуются небольшим температурным гистерезисом и достигают величин 10-2–10-3 См/см в высокотемпературной области при энергии активации, равной 0,4–0,5 Эв. Характер частотных спектров импеданса, измеренных в диапазоне 1 Гц – 1 мГц при различных температурах, подтверждает наличие ионопроводящих свойств образца и позволяет рассматривать полученные фазы как перспективные твердые электролиты.

В ходе проведенного исследования рассмотрены металлокомплексы на основе N-стирилбензимидазола как соединения, имеющие значительные фармакологические свойства.

Цель работы состояла в изучении кристаллической структуры и электронного строения комплексов бис-гексафторацетилацетонатов – переходных металлов (меди (II) (комплекс А), кобальта (II) (комплекс В)) с N-стирилбензимидазолом методами рентгеноструктурного анализа и ультрафиолетовой спектроскопии.

С использованием рентгеноструктурного анализа доказана бипирамидальная координация в комплексах бис-гексафторацетилацетонатов меди (II), кобальта (II) с N-стирилбензимидазолом. Атомы переходных металлов меди (II) и кобальта (II) в комплексах имеют необычную для β-дикетонатных комплексов искаженную плоско-квадратную координацию, а хелатным циклам в M(hfacac)2L присущи аномально большие углы перегиба. Так, для комплекса бис-гексафторацетилацетоната меди (II) угол перегиба по линии О3∙∙∙О4 для экваториально расположенного лиганда составляет 29,47°, для аксиально расположенного лиганда – 19,13° по линии О1∙∙∙О2. Для комплекса бис-гексафторацетилацетоната кобальта (II) данные углы равны 22,10 и 19,50° соответственно. С помощью электронной спектроскопии рассмотрен вопрос об электронном строении комплексов. Установлены следующие типы электронных переходов: π→π*-переходы, локализованные в основном на лигандах, а также переходы, обусловленные переносом электрона с р-орбитали гетероатома азота стирилбензимидазольного цикла на d-орбиталь ионов металлов, переход n→π, локализованный в имидазольном кольце. Для каждого из комплексов в длинноволновой части спектра локализованы d–d* переходы между молекулярными орбиталями соответствующего иона металла.

Представленная работа является продолжением систематических исследований по поиску эффективных и доступных методов синтеза N-сульфонилиминов полигалогенальдегидов и изучению их свойств. Впервые реакцией N,N-дихлорбензолсульфонамида с трибромэтиленом получен N-(2,2,2-трибромэтилиден)амид 4-хлорбензолсульфокислоты с количественным выходом при температуре кипящей водяной бани в среде четыреххлористого углерода. В инфракрасных спектрах N-(2,2,2-трибромэтилиден)-4-хлорбензолсульфонамида наблюдаются полосы поглощения сульфоновых (1360, 1165 см-1) и NH (3275 см-1) групп, в спектрах ЯМР 1Н появляется сигнал азометиновых протонов в области 8,3–8,6 м.д. В спектрах ЯМР 13С регистрируется сигнал, относящийся к группе СВr3 в области ~31–43 м.д., при этом сигнал, характерный для группы СВr2Сl в области ~53–56 м.д., отсутствует. Это означает, что имин дибромхлоруксусного альдегида в ходе реакции не образуется. Таким образом, разработан эффективный метод синтеза N-(2,2,2-трибромэтилиден)-4-хлорбензолсульфонамида и установлено, что хемоселективность данной реакции зависит от температуры процесса. Показано, что N-(2,2,2-трибромэтилиден)-4-хлорбензолсульфонамид обладает амидоалкилирующими свойствами. Реакцией N-(2,2,2-трибромэтилиден)-4-хлорбензолсульфонамида с бензолом, толуолом, анизолом и 2-хлортиофеном в присутствии кислотного катализатора получены п-замещенные ароматические производные и 2,5-замещенные производные тиофена. Методами инфракрасной спектроскопии и спектроскопии ядерного магнитного резонанса (1Н, 13С) установлено, что реакция замещения протекает региоселективно. Все полученные продукты выделены в чистом виде и представляют собой порошки, растворимые в полярных органических растворителях и не растворимые в воде. Выходы 4-хлор-N-(1-фенил-2,2,2-трибромэтил)-бензолсульфонамида, 4-хлор-N-[1-(4-метилфенил)-2,2,2-трибромэтил]-бензолсульфонамида, 4-хлор-N-[1-(4-метоксифенил)-2,2,2-трибромэтил]-бензолсульфонамида и 4-хлор-N-[2,2,2-трибромэтил-1-(5-хлор-2-тиенил)этил]-бензол-сульфонамида составляют 74, 72, 64 и 74 % соответс