Механическая активация ферментативного гидролиза полимеров биомассы дрожжей

• Автор: Бычков, Алексей Леонидович
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 129 с. : ил.

Введение

1. Обзор литературы

1.1. Биополимеры клеточной стенки дрожжей

1.1.1. Химический состой и строение клеточной стоики дрожжей

1.1.2. Супримолекулярная сгруктура белков

1.1.3. Супрамолекулярния структура полисахаридов клеточной стенки

1.1.4. Пространственная организация биополимеров клеточной стенки дрожжей полисахаридов и глнкопротоннов
1.2. Роль полисахаридов в структурной организации клеточной стенки. Основные компоненты клеточной стенки
1.2.1. р1,3Глюкан и р1,6глюкан компоненты, определяющие механическую прочность клеточной стенки

1.2.2. Маинопротоины источник биологически активных миннанолитосахаридов

1.3. Физикохимические особенности полимерного состоянии всщссгоа

1.3.1. Химические особенности полимерною состояния вещества
1.3.2. Физические особенности полимерною состояния вещества
1.4. Механическая обработка биополимеров и с хпмикотсхнологнчсское применение
1.5. Химическая и механическая обработка клеточной стенки и с технологическое применение
1.6. Манналолнгоеахариды экологически чистые заменители антибиотиков в животноводстве
1.7. Цель и задачи исследования
2. Экспериментальная часть
2.1. Харак теристика реагентов, матчталов и методов физикохимического анализа
2.2. Методика проведения механической обработки и химических реакции
2.2.1. Механическая обработка
2.2.2. Проведение ферментативною гидролиза
2.2.3. Получение укрупннной партии маннанолнгосахаридиых препаратов
2.3. Исследование исходной биомассы, продуктов механической и химическом обработки физмкохшшчсски.чм методами
2.3.1. Физикохимические методы исследования
2.3.2. Исследование структуры и дс1сктности клеточной стенки методами ллектронномикроскоиическото анализа
3. Результаты и обсуждение
3.1. Гидролиз полимеров клеточной стенки Б. ссгеуинае
3.1.1. Гнлрошгз полимеров исходпой биомассы
3.1.2. Гидролиз продуктов, полученных по классической технологии
3.2. Влияние механической обработки на дефектность структуры клеточной стенки и эффективность щелочного гидролиза
3.2.1. Изменение выхода растворимых маннанолигосахаридов
3.2.2. Влияние химических реагентов и нейтральной абразивной добавки па эффективность процесса.
3.2.3. Изменение структуры и дефектноеги полимеров клеточной стейка
3.3. Влияние механической обработки целлнхлозолитическнх ферментов ни их реакционную способность
3.3.1. Устойчивость ферментов в условиях механической обработки без субстрата
3.3.2. Устойчивость ферментов условиях механической обработки в присутствии субстрат
3.4. Влияние механической обработки на структуру клеточной стенки н эффективность ферментативного гидролиза составляющих е полимеров
3.4.1. Изменение структуры и дефектности полимеров клеточной стенки, а также выхода маннаноликхгахаридов при обработке ферментами целлюлазного типа
3.4.2. Основные превращения в биополимерах клеточной степки дрожжей в результате механоферме нгативно го I ядро Лиза
3.5. Технологическая схема чеханоферментативного способа получения препаратов с повышенным содержанием маннанолигосахаридов и результаты их испытания
4. Заключение
5. Выводы
7. Публикации по теме диссертации
7. Литература
Сокращения и условные обозначения
МОС маннанолигосахарид манноолигосахарнд, маннаноолигосахарид, маннанолигосахарид
. vii дрожжи vii
ВЭЖХ высокоэффективная жидкостная хроматография
РФА рентгенофазовый анализ
ЦЭМ центробежные эллиптические мельницы
МКЦ микрокристаллическая целлюлоза
ПАВ поверхностноактивное вещество
Введение


В связи с этим, на данный момент реализованы лишь разработки, позволяющие получать дорогостоящие продукты например, обработка золотосодержащего сырья, или разработки, в которых высокие энергонапряжнности не требуются или даже противопоказаны например, переработка биогенного сырья , получение лекарственных средств . Другим фактором, сдерживающим промышленное применение лабораторных механохимических разработок, является недостаток фундаментальных знаний о протекании процессов при механическом воздействии. Долгое время большинство исследований было направлено на то, как максимально увеличить поверхность вещества при минимальных загратах энергии. В свом обзоре академик Болдырев В. В. отметил, что механохимия, как наука, находится на рубеже, когда массив первичных экспериментальных данных уже накоплен, но интерпретация эффектов механохимических процессов часто сводится к выводам типа в ходе проведения механической активации происходит накопление в кристаллах дефектов и, как следствие этого, реакционная способность увеличивается. Если в механохимии неорганических материалов изучение механизмов началось раньте и протекает более интенсивно, то интерес к механизмам механических превращений органических и биогенных соединений, молекулярных кристаллов только начинает развиваться. Несмотря на ежегодное увеличение числа опубликованных работ по данной теме, недостаток фундаментальных знаний ощущается сильно. В х годах проведены исследования по изучению процессов механической обработки синтетических полимеров и индивидуальных органических веществ 5, . Именно тогда было установлено, что при механической обработке полимеров происходит разрыв ковалентных связей с образованием свободных радикалов, установлены многие эмпирические закономерности механокрекинга полимеров 6. Работы же по изучению процессов, происходящих при механической обработке биополимеров, биогенного сырья являющегося комплексом биополимеров, в основном, направлены на достижение технологических эффектов и не раскрывают механизмов превращений. Биогенные полимеры и их комплексы биогенное сырь широко распространены и обладают огромным промышленным потенциалом. Поэтому изучение процессов, происходящих при их механической обработке, а также химических реакций, сопряжнных с механической обработкой, является приоритетной задачей не только с точки зрения фундаментальной науки, но и с точки зрения рационального использования природных ресурсов в химической технологии. Дрожжевая биомасса, а именно клеточная стенка дрожжей vii представляет собой супрамолекулярный комплекс полимеров, большинство из которых имеет важное практическое значение . Процессы, происходящие при механохимической обработке данного объекта, пракгически не изучены. Целью данной работы являегся экспериментальное изучение физикохимических процессов, протекающих при механически активированном ферментативном гидролизе полимеров клеточной стенки дрожжей, выявление возможности использования этих процессов в химической технологии для получения биологически активных препаратов. Дрожжевая клеточная стенка покрывает клетку, нарушая регулярность своего строения только в месте образования и отделения дочерних клеток. Общая масса клеточной стенки дрожжей достигает от массы клетки, а толщина колеблется в пределах 1,,5 мкм . В последние годы наметилось развитие представлений о структуре и функциях клеточной стенки. Ранее считалось, что клеточная стенка является комплексом смешанного полисахарида глюкоманнана, а выделенные вместе с фракцией клеточных стенок белки приписывались к примесям внутриклеточного содержимого. Совершенствование биохимических методов анализа позволило обнаружить в составе клеточной стенки широкий спектр белков с различной степенью гликозилирования , а также определить их свойства таб. С точки зрения современных данных , , сухая масса клеточной стенки состоит примерно на из 3глюкана и на из маннолротеинов рис. Отмечается незначительное содержание хитина, около 2. Глюкан рис. Под термином дрожжевой глюкан объединяют несколько типов молекул полисахарида, образованных в основном р1,3 и Несвязанными остатками глюкозы .