Оптимизация условий получения адгезивных материалов из отходов медицинской и пищевой промышленности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.23, кандидат биологических наук Грошев, Василий Михайлович

• Грошев, Василий Михайлович
• кандидат биологических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Грошев, Василий Михайлович

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

ГЛАВА 1. ОБРАЗОВАНИЕ ДЕКСТРАНА БАКТЕРИЕЙ LEUCONOSTOC MESENTER О IDES.

1.1. Характеристика и использование бактерий рода Leuconostoc.

1.2. Строение и применение декстрана.

1.3. Биосинтез декстрана.

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА И ПУТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ.

2.1. Меласса.

2.2. Отходы производства плазмозаменителей.

2.3. Мицелий Pénicillium chiysogenum.

ГЛАВА 3. СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ КЛЕЕВ.

3.1. Характеристика клеев.

3.2. Физико-химические процессы, лежащие в основе адгезии.

3.3. Влияние компонентов клея на его свойства.

3.4. Модификация биополимеров как компонентов природных клеев.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ГЛАВА 4. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1. Объекты исследования.

4.2. Условия культивирования L. mesenteroides.

4.3. Приготовление инокулята и отбор проб культуральной жидкости.

4.4. Определение декстрансахаразной активности.

4.5. Определение содержания декстрана.

4.6. Определение белка колориметрическим методом с реактивом Бенедикта.

4.7. Выделение грубого препарата декстрансахаразы и определение pH и температурного оптимумов.

4.8. Определение фракционного состава декстрана.

4.9. Определение содержания сахара в мелассе.

4.10. Приготовление клеевых композиций.

4.11. Методы исследования химического состава мицелия Р. chrysogenum.

4.12. Методы испытания клеевых композиций.

4.12.1. Испытание органолептических свойств клея.

4.12.2. Определение времени практического высыхания клея.

4.12.3. Определение условной вязкости.

4.12.4. Определение массы клеевого слоя.

4.12.5. Определение клеящей способности по полоске бумаги.

4.12.6. Определение прочности склеивания древесины.

4.12.7. Определение клеящей способности по полоске ткани.

4.12.7. Определение стойкости клея против загнивания.

4.13. Субстраты и реактивы.

4.14. Статистическая обработка.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

ГЛАВА 5. ПОЛУЧЕНИЕ ДЕКСТРАНА С ПОМОЩЬЮ L. MESENTEROIDES.

5.1. Влияние концентрации сахарозы на рост и декстрансахаразную активность L. mesentei'oides.

5.2. Выделение декстрансахаразы L. mesenteroides СФ-4.

5.3. Адаптация микроорганизмов рода Lenconostoc к мелассе.

5.4. Влияние концентрации мелассы на выход декстрана.

5.5. Влияние температуры на образование декстрана.

5.6. Динамика накопления декстрана при различных условиях культивирования L. mesenteroides.

5.7. Определение фракционного состава декстрана.

ГЛАВА 6. ПОЛУЧЕНИЕ КЛЕЕВЫХ КОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ ДЕКСТРАНА, ОБРАЗУЕМОГО L. MESENTER OIDES НА СРЕДАХ С МЕЛАССОЙ.

6.1. Влияние концентрации мелассы в среде на клеящую способность и физические параметры клеев.

6.2. Получение клеевых композиций на основе упаренной культуральной жидкости L. mesenteroid.es.

6.3. Получение декстрановых клеев с добавлением КМЦ.

6.4. Изучение условий эксплуатации декстранового клея.

ГЛАВА 7. ПОЛУЧЕНИЕ КЛЕЕВ НА ОСНОВЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ДЕКСТРАНА.

7.1. Влияние добавок на клеящую способность декстранового клея.

7.2. Влияние химической модификации декстрана на свойства клеев.

7.3. Влияние рН среды и условий хранения на адгезивные свойства клея.

ГЛАВА 8. ПОЛУЧЕНИЕ КЛЕЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА АНТИБИОТИКОВ И КРОВЕЗАМЕНИТЕЛЕЙ.

8.1.Химический состав мицелия Pénicillium chrysogenum.

8.2. Влияние обработки мицелия щелочью и кислотой на выход белка.

8.3. Влияние условий модификации мицелия и соотношения компонентов композиций на физико-химические свойства клеев.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация условий получения адгезивных материалов из отходов медицинской и пищевой промышленности»

Актуальность работы. Существующие в настоящее время технологии переработки отходов пищевой и микробиологической промышленности нерациональны, как с экологической, так и с экономической точек зрения. На сахарных заводах в большом количестве образуется меласса, существующие способы ее переработки довольно дороги и трудоемки. В то же время мелассу можно использовать в качестве сырья для микробиологического синтеза технического декстрана на основе которого можно изготавливать экологически чистые дешевые клеевые композиции по своим свойствам не уступающие декстриновому клею [Кадималиев и др., 1999]. В качестве продуцента декстрана можно использовать молочнокислые бактерии Ь. тезепегоМея. Однако для этого необходимо адаптировать продуценты декстрана к мелассе, оптимизировать условия культивирования с целью повышения выхода полисахарида.

Одним из основных отходов производства пенициллина и других антибиотиков являются мицелиальные отходы, в состав которых входят белки, полисахариды традиционно используемые в качестве основ для изготовления клеев. Однако реакционно-способные группы этих полимеров находятся в связанном состоянии и не могут участвовать во взаимодействии с поверхностями склеиваемых материалов. Для повышения адгезивных свойств мицелиальных отходов необходимо провести их модификацию с целью увеличения доступности реакционно-способных групп. Создание таких технологий позволит улучшить экологическую обстановку на предприятиях микробиологической промышленности и в окружающей их инфраструктуре.

Цель работы: разработать технологические основы получения экологически чистых клеевых композиций на основе технического декстрана и мицелиальных отходов производства пенициллина.

В задачи исследования входило:

- оптимизировать условия культивирования Ь. теяеМего1с1е8 на средах с мелассой для получения технического декстрана;

- исследовать адгезивные свойства технического декстрана;

- подобрать условия модификации декстрана и мицелия повышающие их адгезивные свойства;

- разработать технические условия и технологическую схему получения экологически чистых клеевых композиций на основе технического декстрана и мицелиальных отходов.

Научная новизна. Впервые проведена адаптация бактерий Ь. теБеМегогЛез штамм СФ-4 к средам с полной заменой сахара на мелассу. Изучены физиолого-биохимические особенности бактерий при культивировании на этой среде. Оценена декстранобразующая и декстрансахаразная активность штамма при выращивании на средах с мелассой при различных способах культивирования. Подобраны оптимальные условия культивирования, обеспечивающие высокий выход технического декстрана. Исследовано влияние модификации на адгезивные свойства мицелиальных отходов и их пригодность для получения клеевых композиций.

Практическая значимость работы. Разработаны технологическая схема получения дешевого технического декстрана бактериями Ь. те8еМего1с1е8 штамм СФ-4 с использованием мелассы в качестве основного источника углерода. Изготовлены опытные образцы экологически чистых клеевых композиций на основе технического декстрана и модифицированного мицелия. Испытания показали, что клеи по своим свойствам при более низкой себестоимости, не уступают костному и декстриновому клеям. Их можно использовать для склеивания бумаги, картона, древесины, приклеивания этикеток.

Заключение диссертации по теме «Биотехнология», Грошев, Василий Михайлович

выводы

1. Исследованы физиолого-биохимические характеристики продуцента декст-рана бактерии Ь. те8еМего1с1е8 штамм СФ-4. В стандартных условиях культивирования максимальные выход декстрана (61,4 г/л) и декстрансахаразная активность (15,4 Е/мл) обнаруживаются при концентрации сахарозы 10%.

2. Декстрансахараза, выделенная из погруженной культуры Ь . тезегйегоик'^, имеет рН-оптимум 5,5, температурный оптимум 30°С.

3. Проведена адаптация Ь . теяеМегоШея к мелассе. Подобраны условия культивирования на средах с мелассой, обеспечивающие высокие выход декстрана и декстрансахаразную активность.

4. Максимальный выход технического декстрана при культивировании в полупромышленных условиях наблюдается на 9 сутки роста (51,4 г/л) при скорости перемешивания 60 об/мин и 70%-ном насыщении кислородом.

5. Исследованы физико-химические свойства отходов производства плазмоза-менителей - декстрана и лютерной воды. Адгезивные свойства отходов производства плазмозаменителей зависят от характера модификации полисахарида и вносимых компонентов. Предварительная модификация декстрана уксусным ангидридом позволяет изготовить клеевые композиции с клеящей способностью по бумаге 2,3 кг.

6. Модификация мицелиальных отходов ЫаОН и НС1 повышает их адгезивные свойства. Клеевые композиции на основе модифицированного мицелия обладают клеящей способностью по бумаге 2,8 кг, по дереву -10,1 МПа.

7. Разработаны технические условия и технологические параметры получения экологически безопасных клеевых композиций из технического декстрана и мицелиальных отходов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Грошев, Василий Михайлович, 2008 год

1. Алексеев A.A. Справочник бумажника. М.: Лесная промышленность, 1965. 623 с.

2. Алехина J1.T. Экстракция кости для производства желатины и клея. М.: Агропромиздат, 1988. 548с.

3. Андриянов К.А., Кардашов JI.A. Практические работы по искусственным смолам и пластмассам. М.: Госхимиздат, 1964. 303 с.

4. Аркадьева З.А., Безбородов A.M., Блохина И.Н. и др. Промышленная микробиология //Под. ред. Егорова Н.С. М.: Высш. шк., 1989. 688с.

5. Артюхов В.Г. и др. Переработка мелассы на спирт и другие продукты по безотходной технологии. М.: Агропромиздат, 1985. 287 с.

6. Банникова J1.A. Микробиологические основы молочного производства. М.: Агропромиздат, 1987. 400 с.

7. Баснакьян И.А. Культивирование микроорганизмов с заданными свойствами. М.: Медицина, 1992. 188 с.

8. Безбородов A.M. Биосинтез биологически активных веществ микроорганизмами. J1: Медицина, 1969. 246 с.

9. Безбородов A.M. Биохимические основы микробиологического синтеза. J1: Легкая и пищевая промышленность, 1984. 304 с.

10. Бекер М.Е., Лиепинын Г.К., Райпулис Е.П. Биотехнология. М.: Агропромиздат, 1990. 334 с.

11. Беккер З.Э. Физиология и биохимия грибов. М.: МГУ, 1986. 227 с.

12. Беккерман Я.И. Материалы художественно-оформительных работ. М.: Высшая школа. 1989. 123 с.

13. Белова Н.Д., Савленко H.A. Исследование мелассы различных сортов сахарной свеклы // Сахарная пром-сть. 1982. № 4. С. 32-33.

14. Берлин A.A., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. М.: Химия, 1974. 392 с.

15. Билай В.И. Биологически активные вещества микроскопических грибов и их применение. Киев.: Наукова думка, 1965. 268 с.

16. Билай В.И. Основы общей микологии. Киев: Высшая школа, 1989. 389с.

17. Биология микроорганизмов и их использование в народном хозяйстве. Иркутск: Изд-во Иркутского университета, 1982. 132с.

18. Бондарев А.И. Производство бумаги и картона с покрытием. М.: Легкая промышленность, 1985. 192 с.

19. Ботвинко И.В. Экзополисахариды бактерий // Успехи микробиологии. 1985. №20. С.79-122.

20. Бронштейн Д.Н. Использование отходов свеклосахарного производства. М.: Агрохимиздат, 1972. 39 с.

21. Бугаев Н.И. Сахара, содержащиеся в мелассе // Сахарная промышленность. 1995. N4. С. 26- 28.

22. Бугаенко И.Ф., Воронин В.С. Контроль истощения мелассы // Сахарная промышленность. 1994. N6 С. 10-11.

23. Бугаенко И.Ф. Влияние несахаров на содержание сахара в мелассе // Сахарная промышленность. 1994. №5. С. 11-13.

24. Бугаенко А.И., Тужилкин В.И. О содержании сахара в мелассе // Сахар. 1991. №2. С. 28.

25. Васильев Н.В., Лутик Н.Б., Бамит Г.К. Биохимия и иммунология микробных полисахаридов. Томск: Изд-во Томского университета, 1984. 304с.

26. Верникова Л.М., Водопьянова Л.С., Крымский М.Ф. О металлорастворяющей способности мицелиальных отходов производства антибиотиков.// Химико-фармацевтический журнал. 1987. №12. С. 14751478.

27. Веселовский Г.А. Регулирование адгезионной прочности полимеров. Киев: Наукова думка, 1986. 176с.

28. Вирник Д.И., Власов А.П., Хохлова З.В. и др. Производство клея и желатины. М.: Пищепром, 1963. 198 с.

29. Вирник Д.И., Хохлова З.В. Производство клея и желатины. М.: Пищевая промышленность, 1984. 226 с.

30. Вирник А.Д., Хомяков К.П., Скокова И.Ф. Декстран и его производные // Успехи химии. 1975. Т. 44, №7. С. 1280-1304

31. Воюцкий С. С. Аутогенез и адгезия высокополимеров. М.: Ростехиздат, 1982. 224 с.

32. Вудсайт Е., Кваринский Е. Полисахариды микроорганизмов // Молекулярная микробиология. 1987. №2. С. 48-56.

33. Герасименко А.А. Меласса и мелассообразование в свеклосахарном производстве. Киев: Высшая школа, 1984. 318 с.

34. Герасименко А.А. Технология сахара. Киев: АН СССР, 1972. 191 С.

35. Голыбин В.А., Черняева Л.А., Исаевская А.К. Микробиологическая загрязненность сахара-сырца // Сахар. 2001. № 3. С. 18 — 19.

36. Горбаткина Ю.А. Адгезионная прочность в системах полимер-волокно. М.: Химия, 1987. 191 с.

37. ГОСТ 2067-93. Клей костный. Технические условия. Введ. 01.01.95. М.: Изд-во стандартов. 1995. 31 с. (Межгосударственный стандарт).

38. ГОСТ 3056-90. Клей казеиновый в порошке. Технические условия. Введ.01.01.92. М.: Изд-во стандартов. 1991. 14 с.

39. ГОСТ 3252-80. Клей мездровый. Технические условия. Введ. 01.01.81. М.: Изд-во стандартов. 1993. 17 с.

40. ГОСТ 18251-87. Лента клеевая на бумажной основе. Введ. 05.01.88. М.: Изд-во стандартов. 1997. 7 с.

41. ГОСТ 28966.1-91, ГОСТ 28966.2-91. Клеи полимерные. Методы определения прочности при расслаивании и отслаивании. Введ. 05.04.91. М.: Изд-во стандартов. 1991. 22 с.

42. Грачева И.М., Грачев Ю.П., Мосичев М.С. Лабораторный практикум по технологии ферментных препаратов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. 240 с.

43. Григорян А.Н., Головина Г.И., Соловьев Ю.М. Биотехнология и биоинженерия. Рига: Зинатне, 1978. 210 с.

44. Громов Б.В. Строение бактерий. М.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1985. 192 с.

45. Духанин B.C., Мальцева B.C. Устойчивость водных дисперсий казеинового клея // Лакокрасочные материалы и их применение. 1994. №2. С. 5-6.

46. Егорова М.И., Ткаченко А.И., Кузнецова О.В. Состояние и перспективы использования вторичных сырьевых ресурсов // Сахарная промышленность. 1998. № 1. С. 12 14.

47. Егоров Н.С. Метаболизм микроорганизмов. М.: Из-во Моск.ун-та, 1986. 256 с.

48. Блинов Н.П. Общие закономерности строения и развития микробов — продуцентов БАВ. М.: Медицина, 1977. 287с.

49. Блинов Н.П. Некоторые микробные полисахариды и их практическое применение//Успехи микробиологии. 1982. №17. С.158-177.

50. Блинов Н.П. Химическая микробиология. М.: Высшая шк., 1989. 448 с.

51. Ермаков А.И. Методы биохимического исследования растений.- Л.: Агропромиздат, 1987.- 430 с.

52. Забродский А.Г. Опасность возникновения сахароаминной реакции при хранении мелассы // Пищевая промышленность. 1988. N7. С. 10-11.

53. Захарова И.Л., Косенко Л.В. Методы изучения микробных полисахаридов. Киев: Hayкова думка, 1982. 192 с.

54. Инструкция №3 по определению выхода нативного декстрана в производстве кровезаменителей (цех №7). ОАО "Биохимик", 1996. 120 с.

55. Калашников В.И., Карпухин В.Ф., Крымский М.В., Кантаре В.М. Утилизация модифицированных отходов производства антибиотиков для получения строительных материалов.// Антибиотики и медицинская биотехнология. 1988. №5. С.339-342.

56. Кантаре В.М., Карпухин В.Ф. Охрана окружающей среды от загрязнений отходами производства антибиотиков.// Биотехнология. 1985. №3. С.15-20.

57. Кардашов Д.А. Новые клеи и технологии склеивания. М.: Знание, 1976. 155 с.

58. Кардашов Д.А. Полимерные клеи. Создание и применение. М.: Химия, 1976. 503с.

59. Кардашов Д.А., Петрова А.П. Полимерные (?конструкционные) клеи. М.: Химия, 1983. 256 с.

60. Кардашов Д.А. Синтетические клеи. М.: Химия, 1968. 592с.

61. Карпухин В.Ф., Крымский М.Ф., Иванов H.A. Утилизация мицелиальных отходов производства антибиотиков в технологии обжиговых строительных материалов.// Антибиотики и медицинская биотехнология. 1985. №1. С.32-35.

62. Карпухин В.Ф., Кантаре В.М., Крымский М.В. Утилизация мицелиальных отходов производства антибиотиков путем добавления в строительные растворы.//Химико-фармацевтический журнал. 1980. №4. С.79-81.

63. Карпухин В.Ф., Кантаре В.М., Крымский М.В., Калашников В.И. Комплексная добавка к бетону на основе мицелиальных отходов производства антибиотиков.// Химико-фармацевтический журнал. 1979. №12. С.70-72.

64. Квасников Е.И., Нестеренко O.A. Молочнокислые бактерии и пути их использования. М.: Наука, 1975. 389с.

65. Кейгл Ч. Клеевые соединения. М.: Мир, 1981. 304с.

66. Козинер В. Б., Федоров H.A. Механизм действия полиглюкина. М.: Медицина, 1974. 190 с.68.