Механохимические реакции фенольных соединений растительного происхождения и их технологическое применение

• Автор: Ломовский, Игорь Олегович
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Оглавление

Список сокращений

Введение

1 Литературный обзор

1.1 Фенольные соединения в твердом растительном сырье, особенности конкретных

объектов исследования

1.2 Реакции окисления полифенолов, окислительная полимеризация и деградация фенольных соединений растительного происхождения
1.3 Основные механохимические эффекты и реакции, используемые в технологии фенольных соединений растительного происхождения

1.3.1 Получение частиц растительного сырья с оптимальными размерами

1.3.2 Повышение эффективности измельчения растительного сырья с помощью предварительной химической обработки
1.3.3 Изменение дефектности и повышение реакционной способности целлюлозы и лигноцеллюлозы клеточных стенок
1.4 Химические реакции низкомолекулярных веществ в процессе механической обработки, используемые в технологии переработки растительного сырья
1.5 Гидротермальные (квазиавтоклавные) условия при механической обработке
гетерофазных месей
1.6 Особенности строения биогенного сырья, важные для механохимических технологий
1.6.1 Сведения о строении и химическом составе растительных тканей
1.6.2 Разрушение растительного сырья до размера частиц около 80 микрометров
1.6.3 Сведения о строении и химическом составе клеточных стенок
1.6.4 Разрушение растительного сырья до размера частиц порядка 1 микрометра
1.7 Оптическое и электронно-микроскопическое исследование активации растительного
сырья при интенсивной механической обработке
1.8 Разрушение клеточной стенки для повышения эффективности выделения
низкомолекулярных компонентов растительного сырья
1.8.1 Кислотный гидролиз
1.8.2 Ферментативный гидролиз
1.8.3 Механоферментативный гидролиз
1.9 Механохимические реакции низкомолекулярных биологически активных компонентов с
образованием растворимых веществ
1.9.1 Механохимические реакции нейтрализации и образование растворимых солей
1.9.2 Образование растворимых комплексов
1.9.3 Реакции гликозилирования и перегликозилирования
1.9.4 Образование поверхностных комплексов с растворимыми соединениями
1.9.5 Образование биокомпозитов
1.10 Перспективы механохимического подхода в технологии фенольных соединений
растительного происхождения
1.10.1 Повышение выхода экстрагируемых веществ
1.10.2 Повышение селективности выделения
1.10.3 Изменение качественного состава экстрагируемых веществ
1.11 Реакторы для проведения механохимической активации
1.12 Цели и задачи исследования

2 Экспериментальная часть
2.1 Характеристика реагентов, материалов и методов физико-химического анализа
2.2 Методика механохимической обработки и проведения механохимических реакций
2.3 Получение модельных образцов для люминесцентно - микроскопического анализа
2.4 Получение экстрактов исходного сырья и продуктов механохимической обработки
2.4.1 Получение экстракта, обогащенного гиперицином
2.4.2 Проведение исчерпывающей экстракции для определения содержания гиперицина и катехинов в исходном растительном сырье и продуктах обработки
2.4.3 Проведение экстракции для определения выхода гиперицина и катехинов из растительного сырья
3. Результаты и обсуждение
3.1 Исследование реакций окислительной полимеризации (деградации) катехинов
3.1.1 Кинетика деградации катехинов в растворе
3.1.2 Изучение кинетики экстракции катехинов из растительного сырья
3.1.3 Окислительная полимеризация катехинов при механической обработке порошков зеленого чая
3.1.4 Окислительная полимеризация катехинов в твердой фазе до и после механохимической обработки
3.2 Изменение упорядоченности структуры растительного сырья на макро- и микроуровне при
механохимической обработке
3.2.1 Макро-уровень
3.2.2 Микро-уровень______________________________________________________________ 71'
3.3 Влияние механохимической обработки на выход катехинов из растительного сырья
3.4 Исследование реакции окислительной полимеризации гиперицина при механической обработке
3.5 Изменение структуры целлюлозосодержащей матрицы при механической обработке
3.6 Исследование условий протекания реакции нейтрализации гиперицина в твердой фазе
3.6.1 Люминесцентно-спектроскопический анализ гиперицина
3.6.2 Спектр люминесценции гиперицина, адсорбированного на целлюлозе
3.6.3 Спектр люминесценции суммы нафтодиантроновых соединений, адсорбированных на целлюлозе
3.6.4 Влияние вида разрушения растительного сырья на механохимическую реакцию нейтрализации гиперицина
3.6.5 Влияние содержания воды на реакцию нейтрализации гиперицина при механической обработке смеси порошков растительного сырья и щелочи
3.7 Эффективность применения твердофазной стадии в процессах выделения гиперицина
3.8 Технологическая схема получения гиперицин и катехин содержащих препаратов и опыт их применения
3.8.1 Технологическая схема получения порошковых препаратов механохимическим способом
3.8.2 Применение катехин- и гиперицин-содержащих порошковых препаратов
4 Заключение
5 Выводы
6 Публикации по теме диссертации

7 Литература
8 Приложения

обработки выбираются таким образом, чтобы избежать нагрева смеси выше температуры денатурации ферментов. Ультразвуковая обработка приводит к заметному разрушению кристаллической структуры целлюлозы. Данный способ по сравнению с обычными позволяет снизить расход ферментов в 2-3 раза [98]. По мнению авторов цитированных работ, ультразвуковая активация процесса может быть обусловлена дезагрегацией молекул ферментов, увеличением скорости диффузии молекул ферментов к поверхности субстрата через слой жидкости, удалением продуктов ферментативного гидролиза из зоны реакции. Отметим неожиданную особенность влияния ультразвука на процессы экстракции. Ультразвуковое облучение увеличивает активность целлюлаз в присутствии субстрата и уменьшает активность свободных целлюлазных ферментов без субстрата [99].
Механоферментативная обработка представляет собой механохимическую обработку смеси с участием ферментов в качестве реагентов. Данный вид воздействия может применяться к сложному структурированному растительному сырью, природным полимерам с супрамолекулярной структурой и индивидуальным органическим полимерам. Механоферментативную обработку проводят с целью увеличения реакционной способности субстрата, в ряде случаев возможно протекание химических реакций, катализируемых ферментами, непосредственно в момент обработки.
Под действием интенсивных механических нагрузок компоненты реакционной системы перемешиваются, размещаются в непосредственной близости друг от друга таким образом, что площадь поверхности контакта фаз увеличивается, а диффузионные пути резко сокращаются. Механическая обработка смеси твердых фаз вызывает повышение подвижности компонентов в момент обработки и обеспечивает повышение подвижности за счет разупорядочения кристаллической структуры твердых фаз.
С экономической точки зрения механическая энергия является «дорогостоящим» типом энергии. Использовать ее необходимо эффективно. В некоторых случаях механохимическая обработка твердой смеси может быть остановлена на ранней стадии превращения реагентов, а полное химическое превращение достигается в результате других, менее энергоемких процессов, как правило, с участием жидких фаз.
В случае такого подхода на стадии механохимической обработки достигается:
- введение дефектов в кристаллическую структуру реагентов;
- уменьшение степени кристалличности и аморфизация реагентов;
- образование механокомпозитов.
Механокомпозиты являются продуктом механохимической обработки твердых гетерогенных смесей и представляют собой систему, физико-химические свойства которой значительно отличаются от исходной смеси и определяются существенным изменением