CC BY
53
Химия растительного сырья. 2012. №3. С. 49-53.
УДК 676.1+632.9
ФУНГИЦИДНЫЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ С ДОБАВКАМИ ЦЕОЛИТА
© С.А. Чуловская1', Е.Б. Гарасько2, С.М. Кузьмин1, Я.С. Семенов3, В.И. Парфенюк1
1 Институт химии растворов РАН, ул. Академическая, 1, Иваново, 153045 (Россия), e-mail: [email protected]
2Ивановская государственная медицинская академия, ул. Ф. Энгельса, 8,
Иваново, 153012 (Россия), e-mail: [email protected]
3Якутский государственный инженерно-технический институт,
ул. Строителей, 8, Якутск, 677009, (Россия)
Статья посвящена изучению фунгицидных свойств целлюлозного композита с добавками цеолита месторождения Хонгуруу (Якутия). Показаны перспективы использования композита в качестве упаковочного материала для хранения сельхозпродукции.
Ключевые слова: целлюлоза, цеолит, композиционный материал, фунгицидность.
Введение
Целлюлозные материалы находят самое широкое применение в различных областях промышленности [1, 2]. При этом в большинстве случаев к целлюлозным материалам предъявляются требования, удовлетворить которым они могут только в составе композиционного материала (КМ). Одним из применений целлюлозных композитов с давних пор является изготовление тары для хранения сельхозпродукции и продуктов питания. В связи с необходимостью повышения срока хранения пищевых продуктов при их неизменном качестве, требования к свойствам упаковки с каждым годом возрастают [3, 4]. Упаковочная тара должна защитить продукты от воздействия таких факторов, как влага, кислород воздуха, свет, различные микроорганизмы - бактерии, грибы и т.п. Поэтому возникает необходимость изготовлять упаковочные материалы из экологически безопасного, доступного и дешевого сырья. Широко применяемая практика введения консервантов различной природы в пищевые продукты, позволяющих продлевать их срок хранения за счет влияния на химический состав, не всегда оправдана, поскольку использование этих веществ может быть опасным для здоровья человека.
В качестве одного из возможных природных
Чуловская Светлана Альбертовна - научный сотрудник, компонентов, используемых при создании КМ, мо-кандидат химических наук, e-mail: [email protected]
жет применяться цеолит. Открытые более двухсот
Гарасько Екатерина Владимировна - заведующая
кафедрой микробиологии и вирусологии, доктор лет назаД минералы вулканическо-осадочного про-
медицинских наук, профессор, (4932) 32-73-90, исхождения - цеолиты - в последнее время вызы-
e-mail: [email protected] вают повышенный интерес ученых и производст-
Кузъмин СергейМихатович - научный сотрудник, венников многих стран мира [5-9].
кaндидaтxимичecкиxнayк, (4932) 33-62-64 Область практического применения цеолитов
Семенов Ян Семенович - заведующий сектором, кандидат технических наук, e-mail: [email protected] Парфенюк Владимир Иванович - заведующий лабораторией, профессор, доктор химических наук,
зависит от оценки качества таких физико-химических свойств цеолитового сырья как плотность, объемная масса, пористость, влагосодержание,
(4932) 33-62-64, e-mail: [email protected] сорбционная емкость, термическая стабильность,
* Автор, с которым следует вести переписку.
устойчивость по отношению к агрессивным веществам, а также содержание токсичных элементов. В настоящей работе исследованы высококремниевые цеолитовые породы месторождения Хонгуруу (Якутия), которые с высокой экономической эффективностью могут быть использованы для очистки и осушки при -родного газа, повышения продуктивности животноводства, клеточного звероводства и птицеводства, в растениеводстве для повышения урожайности и т.д. [10-12].
Цель данной работы - исследование фунгицидной активности композиционного материала, имеющего в своем составе целлюлозные волокна вторичной переработки и цеолит.
Экспериментальная часть
Средний химический состав цеолитовых пород месторождения Хонгуруу представлен в таблице 1.
Кроме указанных соединений, цеолит содержит ~3% элементов-примесей. По содержанию токсичных веществ цеолит удовлетворяет гигиеническим нормативам ГН 2.3.3.972-00 (Гигиена питания. Тара, посуда, упаковка, оборудование и другие виды продукции, контактирующие с пищевыми продуктами. Предельно допустимые количества химических веществ, выделяющихся из материалов, контактирующих с пищевыми продуктами).
Кристаллическая структура цеолита состоит из тетраэдров SiO2 и Al2O3, соединенных вершинами в каналы, в полостях которых находятся катионы щелочных и щелочно-земельных металлов и молекулы воды (рис. 1) [13].
Высокоразвитая внутренняя поверхность и калиброванный размер каналов позволяют цеолиту избирательно сорбировать молекулы и выступать в качестве ионообменного молекулярного фильтра.
Объектом исследований являлся композиционный материал, содержащий в качестве наполнителя бумажные отходы и цеолит, а в качестве связующего - крахмал. В процессе изготовления КМ применяли следующие технологические операции: измельчение растительных волокон в присутствии воды; введение в бумажную массу связующего и мелкодисперсного цеолита; формование бумажного полотна; прессование влажного листа для удаления избытка воды; сушка и намотка КМ в рулон.
Оценка фунгитивной активности КМ проводилась с использованием в качестве тест-микроба грибов рода Candida - типовой вид C. albicans в двух вариантах: на плотных и жидких питательных средах [14-17].
1. Посев «газоном» на мясо-пептонный агар (МПА). Испытуемые образцы помещали в чашки Петри со средой Сабуро и тест-культурой грибов Candida в посевной дозе 1000 колониеобразующих единиц (КОЕ) в 1 мл. Чашки инкубировали 24 чв термостате при 37 °С, после чего учитывали результаты по отсутствию или наличию зоны задержки роста тест-бактерий вокруг исследуемых образцов.
Таблица 1. Химический состав цеолита месторождения Хонгуруу
Оксид SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 MnO
Содержание, % 69,0-74,0 0,08-0,16 11,4-14,0 0,6-1,8 0,02-0,05
Оксид CaO MgO Na2O K2O H2O
Содержание, % 1,7-3,3 0,4-1,7 0,4-0,9 4,0-5,5 до 10%
2. Чувствительность микроорганизмов в жидкой питательной среде. Испытуемые образцы помещали в пробирки с питательным бульоном и тест-культурой взвеси грибов Candida (посевная доза 1000 КОЕ в 1 мл). Пробирки инкубировали 24 ч в термостате при 37 °С, выдерживали в течение суток при комнатной температуре и проводили высев на плотную среду Сабуро.
Для подтверждения наличия фунгицидных свойств у исследуемых образцов в жидкой питательной среде определяли коэффициент пропускания и оптической плотности раствора на колориметре фотоэлектрическом концентрационном КФК-2.
Результаты и обсуждение
Полученный КМ представляет собой картон, частицы цеолита закреплены между волокон целлюлозы при помощи связующей фракции.
На рисунке 2 отражены результаты исследования фунгицидной активности исследуемых объектов на плотной питательной среде. Для удобства восприятия образцы помечены цифрами: 1 - картон без добавки цеолита; 2, 3, 4 - КМ, содержащий цеолит в количестве 5, 10, 15 мас.% соответственно. Большее содержание цеолита начинает ухудшать механические свойства КМ.
Образцы (1, 2) не подавляли рост культуры грибов рода Candida. Композиционные материалы (3, 4) проявили противомикробную активность, но зона подавления роста тест-бактерий у образца 3 несколько меньше, чем у образца 4. Дальнейшие наблюдения показали, что бактерицидное действие КМ модифицированных цеолитом сохраняется в течение 3 недель. В зоне задержки роста и на месте удаленных КМ не отмечается дополнительный рост микробов, тогда как на месте образцов без цеолита питательная среда быстро инфицируется.
Результаты исследований на плотной питательной среде хорошо согласуются с результатами оценки биоактивности в жидкой питательной среде (табл. 2).
Как видно из представленной таблицы, образцы 3 и 4 проявили биоактивность и подавление роста тест-культуры грибов рода Candida в жидкой питательной среде. Коэффициент пропускания в пробирке с содержанием цеолита 15 масс.% максимальный, и при высеве на плотную питательную среду Сабуро рост типичных колоний грибов минимальный (рис. 3). Через три недели наблюдений высев из жидкой питательной среды с образцами 3 и 4 не выявил роста типичных колоний грибов.
Вероятно, фунгистатическое и фунгицидное действия исследованного композиционного материала на основе целлюлозы с добавками цеолита месторождения Хонгуруу связаны как с высоким содержанием диоксида кремния в составе цеолита, так и с содержанием оксидов металлов, что позволяет создать электрически заряженные коллоидные системы с белоксорбирующими свойствами. Полученные результаты бактерицидного действия цеолитов согласуются с данными исследований Иркутского института химии им. А.Е. Фаворского (Сибирское отделение Российской академии наук, ИрИХ СО РАН) [18, 19].
Таблица 2. Влияние добавок цеолита на выживаемость грибов рода Candida в жидкой питательной среде
Показатели Образцы
1 2 3 4
Коэффициент пропускания, % 72 79 85 91
КОЕ/мл 1000 <500 <100 <10
Рис. 2. Фунгицидная активность исследуемых Рис. 3. Результаты высева на плотную
образцов после воздействия на бактериальный питательную среду из пробирок после воздействия
газон со штаммами Candida на плотной образцов на штаммы Candida в жидкой
питательной среде питательной среде
Выводы
Получены композиционные материалы, обладающие фунгицидными свойствами по отношению
к грибам рода Candida. Проведенные исследования позволяют рассматривать цеолиты в качестве перспективного компонента при разработке новых упаковочных материалов для хранения сельхозпродукции.
Список литературы
1. ГальбрайхЛ.С. Целлюлоза и еепроизводные // Соровскийобразовательный журнал. 1996. №11. С. 47-53.
2. Кряжев В.Н., Широков В.А. Состояние производства эфиров целлюлозы // Химия растительного сырья. 2005. №3. С. 7-12.
3. Холмова М.А., Комаров В.И., Гурьев А.В. Целлюлоза высокого выхода. Способы получения. Свойства // Химия растительного сырья. 2007. №2. С. 5-12.
4. Тулемисова К.А., Дудикова Т.Н., Тулемисова Ж.К Микробиологические аспекты качества и безопасности сырья и продуктов питания. // Хранение и переработка сельхозсырья. 2002. №7. С. 18-19.
5. Кубасов А.А. Цеолиты в катализе: сегодня и завтра // Соровский образовательный журнал. 2000. №6. С. 44-51.
6. Гамидов М.Г. Природные цеолиты - эффективная минеральная добавка // Ветеринария. 2002. № 12. С. 46-48.
7. Колесникова Л.Г., Конфедератов В.А., Горан А.С. Исследование ионообменных свойств природных цеолитов
Амурской области // Проблемы экологии Верхнего Приамурья. Благовещенск, 2002. Вып. 6. С. 13-31.
8. Cefall E.A., Nolan J.C., MeConnel W.R., Walters D.L. Bioavailability of silicon and aluminium from zeolite A in dogs // Int. J. Pharm. 1996. N127. Pp. 147-154.
9. Schoonen M., Smirnov A., Cohn C. A perspective on the role of minerals in prebiotic synthesis // Ambio: A Journal of the
Human Environment 2004. N8. Pp. 539-551.
10. Юрков B.B., Ланкин C.B., Барышников C.B., Колесникова Л.Г., Рогулина Л.И., Серов А.В. Цеолиты Амурской области // Минеральные ресурсы. Вестник ДВО РАН. 2004. №1. С. 69-79.
11. Егоров Е.Г., Алексеев П.Е., Колодезников К.Е. Промышленное освоение цеолитов и их исследование в народном хозяйстве Якутской АССР // Развитие производительных сил Сибири и задачи ускорения научно-технического прогресса. Якутск, 1985. 32 с.
12. Колодезников К.Е., Новгородов П.Г., Степанов В.В. Типы цеолитового сырья месторождения Хонгуруу // Сб. науч. трудов ЯНЦ СО РАН. Якутск, 1993. С. 3-5.
13. Брек Д. Цеолиговые молекулярные сита. М., 1976. 781 с.
14. Справочник по микробиологическим и вирусологическим методам исследования / под ред. М.О. Биргера. М., 1982. 464 с.
15. Гарасько Е.В., Тесакова М.В., Чуловская С.А., Парфенюк В.И. Применение наноразмерных медьсодержащих порошков в качестве эффективных биоцидных препаратов // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2008. №10. С. 116-119.
16. Чуловская С.А., Гарасько Е.В., Парфенюк В.И. Электрохимическое получение и свойства ультрадисперсных порошков серебра // Журнал прикладной химии. 2009. №8. С. 1298-1302.
17. Гарасько Е.В., Шиляев P.P., Чуловская С.А., Парфенюк В.И. Применение наноразмерных частиц серебра в медицине // Вестник Ивановской медицинской академии. 2008. №4. С. 30-34.
18. Воронков М.Г., Зелчан Г.И., Луковиц Э.Я. Кремний и жизнь. Биохимия. Фармакология и токсикология соединений кремния. Рига, 1978. 588 с.
19. Воронков М.Г., Кузнецов И.Г. Кремний в живой природе. Новосибирск, 1984. 160 с.
Поступило в редакцию 23 ноября 2011 г.
Chulovskaya S.A.1, Garasko E.V.2, Kyzmin S.M.1, Semenov Y.S.3, Parfenyuk V.I.1 FUNGICIDAL PROPERTIES OF COMPOSITE MATERIAL BASED ON CELLULOSE WITH ZEOLITE ADDITIVES
institute of Solution Chemistry, Russian Academy of Sciences, Akademicheskaia st., 1, Ivanovo, 153045 (Russia), e-mail: [email protected]
2Ivanovo State Medical Academy, st. F. Engel'sa, 8, Ivanovo, 153012 (Russia), e-mail: [email protected] 3Yakutsk State University of Engineering and Technology, st. Stroitelei, 8, Yakutsk, 677009 (Russia)
Fungicidal properties of cellulose composite with the addition of zeolite deposits Honguruu (Yakutia) are studied. Prospects for the use of composites as a packaging material for storage of agricultural products are shown.
Keywords: cellulose, zeolite, composite material, fungicide.
Reerences
1. Gal'braikh L.S. Sorovskii obrazovatel'nyi zhurnal, 1996, no, 11. pp. 47-53. (in Russ.)
2. Kriazhev V.N., Shirokov V.A. Khimiia rastitel'nogo syr'ia, 2005, no. 3, pp. 7-12.
3. Kholmova M.A., Komarov V.I., Gur'ev A.V. Khimiia rastitel'nogo syr'ia, 2007, no. 2, pp. 5-12. (in Russ.)
4. Tulemisova K.A., Dudikova T.N., Tulemisova Zh.K. Khranenie i pererabotka sel'khozsyr'ia, 2002, no. 7, pp. 18-19.
(in Russ.)
5. Kubasov A.A. Sorovskii obrazovatel'nyi zhurnal, 2000, no. 6, pp. 44-51. (in Russ.)
6. Gamidov M.G. Veterinariia, 2002, no. 12, pp. 46-48. (in Russ.)
7. Kolesnikova L.G., Konfederatov V.A., Goran A.S. Problemy ekologii Verkhnego Priamur'ia, 2002, no. 6, pp. 13-31.
(in Russ.)
8. Cefall E.A., Nolan J.C., MeConnel W.R., Walters D.L. Int. J. Pharm., 1996, no. 127, pp. 147-154.
9. Schoonen M., Smirnov A., Cohn C. Ambio: A Journal of the Human Environment, 2004, no. 8, pp. 539-551.
10. Iurkov V.V., Lankin S.V., Baryshnikov S.V., Kolesnikova L.G., Rogulina L.I., Serov A.V. Mineral'nye resursy. Vestnik DVO RAN, 2004, no. 1, pp. 69-79. (in Russ.)
11. Egorov E.G., Alekseev P.E., Kolodeznikov K.E. Razvitie proizvoditel'nykh sil Sibiri i zadachi uskoreniia nauchno-tekhnicheskogo progressa. [Development of the productive forces of Siberia and the task of accelerating scientific-technical progress]. Yakutsk, 1985. 32 p. (in Russ.)
12. Kolodeznikov K.E., Novgorodov P.G., Stepanov V.V. Sbornik nauchnykh trudov IaNTs SO RAN. [Collection of scientific works of the Yakut Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences]. Yakutsk, 1993, pp. 3-5. (in Russ.)
13. Brek D. Tseolitovye molekuliarnye sita. [Zeolite molecular sieves]. Moscow, 1976, 781 p. (in Russ.)
14. Spravochnikpo mikrobiologicheskim i virusologicheskim metodam issledovaniia / ed. M.O. Birgera. [Handbook of microbiological and virological research methods: ed. M.O. Birger.]. Moscow, 1982, 464 p. (in Russ.)
15. Garas'ko E.V., Tesakova M.V., Chulovskaia S.A., Parfeniuk V.I. Izvestiia vuzov. Khimiia i khimicheskaia tekhnologiia, 2008, no. 10, pp. 116-119. (in Russ.)
16. Chulovskaia S.A., Garas'ko E.V., Parfeniuk V.I. Zhurnalprikladnoi khimii, 2009, no. 8, pp. 1298-1302. (in Russ.)
17. Garas'ko E.V., Shiliaev R.R., Chulovskaia S.A., Parfeniuk V.I. Vestnik Ivanovskoi meditsinskoi akademii, 2008, no. 4, pp. 30-34. (in Russ.)
18. Voronkov M.G., Zelchan G.I., Lukovits E.Ia. Kremnii i zhizn'. Biokhimiia. Farmakologiia i toksikologiia soedinenii krem-niia. [Silicon and life. Biochemistry. Pharmacology and toxicology of compounds of silicon]. Riga, 1978, 588 p. (in Russ.)
19. Voronkov M.G., Kuznetsov I.G. Kremnii v zhivoiprirode. [Silicon in nature]. Novosibirsk, 1984, 160 p. (in Russ.)
Received November 23, 2011
* Corresponding autor.
