Влияние надмолекулярной структуры на эффективность биоконверсии растительных материалов

• Автор: Кондратова, Елена Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Йошкар-Ола
• Количество страниц: 127 с.

1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1Л. Структурная организация целлюлозы и материалов

на ее основе.

1.2. Способы изменения надмолекулярной структуры целлюлозы.

1.3. Анализ кинетики обработки лигноцеллюлозных материалов

1.3.1. Механизм ферментативного гидролиза.

1.3.2. Механизм кислотного гидролиза

1.4. Исследование сорбционных свойств целлюлозы

1.5. Основы импульсного метода ЯМР.

1.6. Выводы из обзора литературы и задачи экспериментальной

2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Объекты исследования
2.2. Приготовление образцов
2.3. Аппаратурнопрограммный комплекс ЯМР
2.4. Методики измерения параметров ядериой магнитной
релаксации
2.5. Химические методы определения полисахаридного состава целлюлозосодержащих материалов
2.5.1. Определение содержания азота.
2.5.2. Определение влагосодержания субстратов.
2.5.3. Определение содержания редуцирующих веществ
в экстракционной жидкости субстратов.
2.5.4. Определение содержания полисахаридов
в обработанных субстратах
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1. Анализ и сравнительная характеристика изотерм сорбции различных видов целлюлозосодержащих материалов.
3.2. Изменение радиуса пор и удельной поверхности лигноцеллюлозных материалов после
гидробаротермохимической обработки
3.3. Анализ изменения надмолекулярной структуры лигноцеллюлозных материалов под воздействием термообработки методом ЯМР.
3.3.1. Анализ изменений надмолекулярной структуры соломы после гидробаротермохимической
обработки методом ЯМР.
3.3.2. Изменение надмолекулярной структуры
березового опила
3.3.3. Изменение надмолекулярной структуры технической целлюлозы
3.3.4. Изменение надмолекулярной структуры
хлопковой целлюлозы.
3.3.5. Изменение надмолекулярной структуры технического скопа.
3.4. Изменение полисахаридного состава лигноцеллюлозных материалов после гидробаротермохимической обработки
3.4.1. Изменение полисахаридного состава соломы.
3.4.2. Изменение полисахаридного состава березового
3.5. Влияние гидробаротермохимической обработки хлопковой, технической целлюлозы и скопа в присутствии ОЭДФ
на интенсификацию процесса твердофазной ферментации при выращивании 1риба Р1еигоШ овйгеаПю
3.5.1. Влияние обработки и состава питательной среды на физиологическую доступность питательных
веществ и активность роста гриба.
3.5.2. Изменение химического состава субстратов в процессе ферментации.
3.5.3. Эффективность биоконверсии и использования полисахаридов целлюлозных субстратов грибами Р1еигоШз озПеаШБ.
3.6. Влияние гидробаротермохимической обработки соломы и опила в присутствии ОЭДФ и ОЭДФ на интенсификацию процессов твердофазной ферментации при выращивании гриба РЬигоШБ озТгеаШБ
3.6.1. Влияние обработки и состава питательной среды
на физиологическую доступность питательных веществ
и активность роста гриба
3.6.2. Изменение химического состава субстратов в процессе ферментации.
3.6.3. Эффективность биоконвсрсии и использования полисахаридов лигноцеллюлозных субстратов грибами РеигоШБ ОБгеаШБ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.
ВВЕДЕНИЕ


Формирование целлюлозы представляет собой структурно обусловленный матричный процесс, когда активированные глюкозидные остатки спонтанно соединяются в длинные цепи на активных центрах, расположенных в цитоплазме. Одновременно происходит связывание макромолекул в поперечном направлении водородными связями и дисперсионными силами. В результате образуются первичные элементы надмолекулярной структуры микрофибриллы, поперечные размеры которых составляют А. Эго величина, согласно концепции Хейкенса , вероятно, определяется периодическим разупорядочением квазицепей водородных связей. Для микрофибрилл характерна агрегация в боковом направлении с образованием тонких ламмел, формирующих основную массу целлюлозных волокон вторичную стенку 6. Микрофибриллы в ламеллах взаимно ориентированны, очень однородны по длине и достигают значительных размеров. Общая взаимная ориентация микрофибрилл по отношению к оси волокна очень высока 0 у хлопка и до 5 у рами. Содержание структурно неорганизованного вещества в нативной целлюлозе незначительно, т. В природе встречается и другой тип структурной ориентации целлюлозы, когда микрофибриллы переплетаясь между собой, образуют сетчатую структуру. Такая структура первичная стенка наблюдается в реальной стадии формирования стенки клетки и обладает значительной способностью к растяжению, что обеспечивает рост волокна в длину. При делении клеток первоначально возникает протопекти новая срединная пластинка, которая служит основой первичной стенки. Сформировавшаяся первичная стенка состоит на из полисахаридов и на из белков гликопротеидов. Содержание целлюлозы в первичной стенке активно растущих тканей составляет . По мере старения клетки путем суперпозиции образуется вторичная стенка. Первичная стенка имеет сходное строение у клеток различных растительных тканей. Ригидную основу первичной стенки составляют микрофибриллы целлюлозы, в которых молекулы удерживаются водородными связями. Каждая микрофибрилла целлюлозы покрыта мономолекулярным слоем ксилоглюкана. Глюкановая часть полимера имеет строение, идентичное целлюлозе, благодаря чему возникает прочное взаимодействие с целлюлозой путем образования водородных связей. Боковые цепи ксилоглюкана направлены вовне и ориентированы перпендикулярно микрофибриллам целлюлозы. Связь ксилоглюкана с пектином рамногалакгуронаном осуществляется через молекулы арабиногалактана, которые ковалентно присоединены одним концом к боковой цепи ксилоглюкана, а другим к рамнозилыюму остатку рамногалактуронана. Каждая молекула рамногалактуронана имеет несколько рамнозильных остатков, за счет которых связывается с различными молекулами арабиногалактана и ксилоглюкана. При этом с одной молекулой рамногалактуронана связываются молекулы ксилоглюкана фиксированные на различнных микрофибриллах целлюлозы. Таким образом, рамногалактуронан выполняет роль цементирующего компонента стенки. Как наиболее гибкий из структурных полимеров стенки он обеспечивает ее эластичность. В растительной клеточной стенке гемицеллюлозы выполняют роль полимера, осуществляющего связь целлюлозы с пектином. Во вторичной стенке растительных клеток содержание целлюлозы составляет не менее . Микрофибриллы, как уже упоминалось выше, содержат области с различной степенью упорядоченности. Наиболее высокоупорядоченные области кристаллиты могут быть выделены путем гетерогенного гидролиза. Размеры кристаллитов существенно различаются в зависимости от типа целлюлозного препарата и условий биосинтеза. Схемы со складчатой конформацией цепей. И, следовательно, изучение надмолекулярной структуры целлюлозы представляет большой научный и практический интерес. Одними из перспективных и информативных методов исследования целлюлозы являются методы, основанные на явлении ядерного магнитного резонанса ЯМР. Большое количество работ посвящено изучению структуры целлюлозы импульсным методом ЯМР. В большинстве из них, изучалась система целлюлоза вода, и но состоянию сорбированной воды получали те или иные характеристики надмолекулярной структуры целлюлозы.