Исследование активирующего влияния солей аскорбиновой кислоты на кинетику накопления аминокислот в процессе биоконверсии органического сырья Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

лигнификации от концентрации пероксида водорода при постоянном содержании катализатора имеет нелинейный характер (см. табл. 2). При содержании молибдата аммония выше 2% наблюдается снижение показателей оптимальности. Вероятно, это вызвано преобладанием процесса растворения углеводов над деструкцией лигнина в связи с одновременным увеличением концентрации серной кислоты в растворе.

Таблица 2.

Расчетные параметры.

№ СД, СУУ, Сл, ОПТ,

образца* % % % %

1 62.11 11.96 88.57 55.01

2 83.78 34.00 66.67 55.86

3 92.71 32.90 67.40 62.49

4 95.36 35.94 64.27 61.29

5 36.83 29.48 72.02 40.95

6 88.74 34.51 65.95 58.53

7 89.80 23.14 77.15 69.28

8 91.92 34.12 66.22 60.87

9 47.94 28.34 73.78 35.37

10 78.13 34.71 66.21 51.73

11 91.80 35.82 64.54 59.24

12 85.44 38.86 61.83 52.83

13 54.15 25.88 75.51 40.89

14 87.39 34.12 66.41 58.04

15 96.83 36.88 63.26 61.25

Наилучшие показатели процесса делигни-фикации льна-межеумка наблюдаются в случае содержания Н2О2 в растворе 4%. Оптимальная концентрация катализатора по каждой системе составляет 2% (см. рис.).

3

C H

, %

* - Нумерация соответствует табл. 1.

Рис. Зависимость показателей оптимальности процесса от концентрации пероксида водорода. Содержание молибдата аммония,%: 1 - 0; 2 - 1.04; 3 - 2.08; 4 - 4.16.

ЛИТЕРАТУРА

1. Пен Р. З. и др.// Химия растительного сырья. 2001. №1. С. 43-48.

2. Дейнеко И. П., Логинова Н. М.// Химия древесины. 1986. №3. С. 48-52.

3. Оболенская А. В. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы: Учебное пособие для вузов.- М.: Экология. 1991. 320 с.

0

2

4

6

8

2^2

УДК 631.861.871

В.П.МОЛЧАНОВ, Э.М.СУЛЬМАН, М.Г.СУЛЬМАН, Ю.Ю.КОСИВЦОВ

ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВИРУЮЩЕГО ВЛИЯНИЯ СОЛЕЙ АСКОРБИНОВОЙ КИСЛОТЫ НА КИНЕТИКУ НАКОПЛЕНИЯ АМИНОКИСЛОТ В ПРОЦЕССЕ БИОКОНВЕРСИИ

ОРГАНИЧЕСКОГО СЫРЬЯ

(Тверской государственный технический университет)

Исследована кинетика биоконверсии органического сырья (отходов животноводства и трудногидролизуемых растительных материалов) с добавлением биостимуляторов - солей аскорбиновой кислоты. Проанализирован аминокислотный состав ферментируемой смеси и продуктов биоконверсии. Определены кинетические параметры, отражающие динамику накопления аминокислот в ходе ферментации.

Современные методы биотехнологии дают ский интерес представляет изучение кинетических

возможность получать ценные продукты (удобре- закономерностей протекания таких процессов и

ния и кормовые добавки) методом биоконверсии поиск путей их интенсификации с целью получе-органического сырья с использованием различных ния конечных продуктов, максимально обогащен-

биологически активных веществ [1,2]. Практиче- ных ценными органическими веществами.

В рамках настоящей работы исследовалась кинетика биоконверсии смеси органических отходов животноводства и трудногидролизуемого сырья растительного происхождения с дополнительным внесением в исходную смесь в качестве биостимуляторов солей аскорбиновой кислоты следующих металлов: кальция, калия, натрия, кобальта, цинка и железа. Микро- и макроэлементы, входящие в состав аскорбинатов, способны оказывать благоприятное влияние на метаболизм микроорганизмов, осуществляющих процесс биоконверсии. Кроме того, сама аскорбиновая кислота необходима для нормальной жизнедеятельности сельскохозяйственных животных [3].

В ходе биоконверсии смеси с добавлением аскорбинатов и контрольной смеси без биостимуляторов производили отбор проб, в которых определяли наличие и изменение содержания аминокислот на автоматическом аминокислотном анализаторе типа «Amino Acid Analyzer T339». Образец, состоящий из смеси аминокислот, разделяли на отдельные компоненты на хроматографической колонке длиной 30 см, заполненной сорбентом -мелкодисперсным ионитом марки остион LGANB. После разделения образца на компоненты проводилось их детектирование нингидрином, который в соединении с аминокислотами дает характерную окраску. Измерения проводились при длине волны 520 нм. Результаты регистрировались в виде пиков абсорбции [4].

Проведенные эксперименты показали, что все использованные соли аскорбиновой кислоты существенно активизировали процесс образования аминокислот (табл.1).

Таблица 1.

Выход аминокислот при добавлении аскор-бинатов различных металлов.

Вносимый аскор-бинат Начальная концентрация аминокислот, % Конечная концентрация аминокислот, % Увеличение содержания аминокислот

Аскорбинат Со 0.0568 1.117 в 19.7 раза

Аскорбинат Na 1.132 в 19.9 раза

Аскорбинат К 1.344 в 23.7 раза

Аскорбинат Са 1.682 в 29.6 раза

Аскорбинат Zn 2.049 в 36.1 раза

Аскорбинат Fe 2.138 в 37.6 раза

Без аскорбинатов 0.832 в 14.7 раза

Особого внимания заслуживают опыты с ас-корбинатами железа и цинка, поскольку в них наблюдалось максимальное увеличение конечной концентрации аминокислот. Влияние аскорбината цинка на их синтез может быть связано с тем, что катио-

ны цинка принимают участие в формировании структуры ДНК-матрицы синтеза белка. В свою очередь железо необходимо для нормальной деятельности многих окислительно-восстановительных ферментов, для переноса кислорода и в других процессах метаболизма. Данные о качественном аминокислотном составе конечного продукта ферментации в экспериментах с добавлением аскорбинатов цинка и железа и в контрольной пробе без внесения биостимуляторов приведены на рисунке.

IIIII

fcJH

ж

111

Аминокислоты s S

Oask.Fe 0,45г □ ask.Zn 0,45г Пбез аск.

Рис. Аминокислотный состав продуктов биоконверсии.

Для описания кинетики накопления аминокислот в процессе биоконверсии было использовано степенное уравнение, сходное с уравнением химической кинетики дробного порядка [5]:

а[Р]

dt

= k • [S]n

где [Р] - концентрация аминокислот, масс.%; 1 -время от начала протекания процесса, ч; к - константа скорости реакции образования аминокислот, 1/час; [8] - концентрация субстрата, масс.%; п - порядок реакции.

На основании экспериментальных данных были определены кинетические параметры приведенного уравнения для различных условий протекания процесса. Также была решена обратная задача химической кинетики при варьировании температуры ферментации с нахождением кажущейся энергии активации (табл.2). Связь последней с температурой проведения химических реакций дается уравнением Аррениуса [5].

Таблица 2.

Параметры уравнения Аррениуса при внесении аскорбинатов цинка и железа.

Вносимый аскорбинат Предэкспоненци-альный множитель, 1/час Кажущаяся энергия активации, кДж/моль

Аскорбинат Zn 1.4-109 62.3

Аскорбинат Fe 1.7-1014 92.8

Без аскорбинатов 1.4102 25.5

Данные таблицы показывают, что при внесении биостимуляторов происходит увеличение кажущейся энергии активации, что может быть связано с изменением механизма образования аминокислот. Одновременно с этим на несколько порядков возрастает значение предэкспоненты, что говорит об увеличении числа реакционных центров, в состав которых в качестве коферментов могут входить катионы используемых металлов. Многочисленные анализы конечного продукта биоконверсии показали возможность его использования в качестве премикса при разработке рационов для крупного рогатого скота и сельскохозяйственной птицы [3].

Кафедра биотехнологии и химии

ЛИТЕРАТУРА

1. Ковалев Н.Г. и др. Способ получения кормовых добавок и удобрений из органических отходов. Патент РФ №2126779.

2. Муромцев Г.С. Методы почвенной микробиологии. М.: Колос. 1983. 312с.

3. Рабинович Г.Ю., Ковалев Н.Г., Сульман Э.М. Биоконверсия органического сырья в удобрения и кормовые добавки. Тверь: ТГТУ. 1999. 168с.

4. Лейбниц Э., Штрупке Х.Г. Руководство по газовой хроматографии. М.: Мир. 1988. 240с.

5. Молчанов В.П. и др. Система измерения параметров и автоматизации построения кинетических моделей процессов биоконверсии. Свидетельство РФ на полезную модель №21322. Бюл. №1 от 10.01.2002.

А. МАРКОВСКА, А. ЛЮБИМЦЕВ, К. ЖУРОВСКИ, А. БАРАНЬСКИ

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ [2+3] ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЯ 1Ч-ОКИСЕЙ АРОМАТИЧЕСКИХ НИТРИЛОВ С Е-р-НИТРОСТИРОЛАМИ

(Краковская Политехника, Педагогический институт г. Ченстохова)

С применением метода АМ-1/COSMO изучена термодинамика реакции [2+3] цикло-присоединения Ы-окисей ароматических нитрилов с Е-^-нитростиролами. Показано, что равновесие реакций сдвинуто в сторону продуктов реакции. Исследовано также влияние строения субстратов и растворителя на соотношение образующихся региоизомеров.

Продолжая работы по квантовохимичес-кому прогнозированию реакционной способности сопряженных нитроалкенов [1-4] в перицикличе-ских реакциях, в настоящей работе мы изучили влияние температуры, растворителя и строения субстратов на термодинамические параметры [2+3] циклоприсоединения К-окисей ароматических нитрилов 1а-д с Б-р-нитростиролами 2а-д с применением метода АМ-1/С08М0. Ранее [5,6] нами было показано, что в этой реакции, независимо от наличия заместителей в фенильных кольцах исходных веществ, образуется смесь региоизомерных диа-рилнитроизоксазолинов 3а-д и 4а-д:

Р-Р-С6И4\ ^

II-[

»NO,

CeHt-p-R

C+

N I -

O

1а-в

p-R1-C6H4

H^-NO, II

H

2a-B

Б p-R-C6H4'

'O' ^H-p-R, 3а-д

^Ht-p-R,

N

O NO2 4а-д

R=H (a, г, д), CH3O (б), NO2 (в), R^H (a - в), CH3O (г), NO2 (д)

Целью работы явилось получение информации в каких условиях реакции А и Б (схема) можно считать необратимыми, а также определение соотношения аддуктов 3 и 4 в равновесной смеси (у). Мы ограничились вычислением констант равновесия Кар и и равновесных степеней превращения а* для каждой реакции в отдельности. Такое упрощение сводит термодинамическую систему к двум независимым реакциям, что значительно облегчает расчеты.

В расчетах энтальпии (ДН0Т) и энтропии (AS°t) образования субстратов и продуктов реакции из элементов в газовой фазе использовали алгоритм АМ-1 из пакета МОРАС 93 [7]. Для учета растворителя применяли имеющуюся в пакете процедуру COSMO, которая учитывает присутствие растворителя посредством константы диэлектрической проницаемости в, эффективного радиуса сольватации Rsoi и параметра NSPA , определяющего плотность сольватации. Как и в работе [2], в данном исследовании принято Roi= 1А и NSPA = 42. В качестве

+