УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ БУТАНОЛА ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Таблица 2

Динамика численности цветков и личинок галлиц в соцветиях Bromus inermis и Alopecurus pratensis

Вид растений Численность по сравнению с исходным состоянием, %

цветков личинок

Bromus inermis

Исходное состояние 100,0 100,0

1-й год 72,0 31,7

2-й год 47,1 10,1

3-й год 66,5 18,6

Alopecurus pratensis

Исходное состояние 100,0 100,0

1-й год 98,2 90,6

2-й год 56,7 40,9

3-й год 63,5 67,1

Таблица 3

Потенциальный запас семян и численность ЦП злаков в исследованном ряду сообществ (средние данные)_

Вид Число здоровых семян на м2 Число особей (без проростков) на м2

минимальное максимальное минимальное максимальное

Agrostis gigantea 1822 33478 3,2 108,0

Phleum pratense 3112 9503 17,2 44,0

Poa palustris 106 11832 4,4 71,2

Alopecurus pratensis 334 6212 18,0 193,2

Dactylis glomerata 449 3432 0,7 15,7

Festuca pratensis 223 6506 4,8 81,6

Poa trivialis 93 4212 1,2 97,2

Poa pratensis 120 6776 6,8 232,0

Festuca rubra 65 1513 3,2 138,0

Bromus inermis 47 6567 16,0 185,2

Agropyron repens 33 1285 11,0 78,0

Итак, не только максимального, но и минимального запаса семян, при условии их реализации и формирования проростков в конкретной эколого-фитоценотиче-ской обстановке, достаточно как для поддержания исходной численности, так и ее увеличения до уровня, обеспечивающего виду доминирование или содоминирование.

Все выше рассмотренные материалы позволяют считать, что функционирование насекомых в генеративной сфере злаков - эдификаторов консорций, оказывая определенное влияние на РСП и ее погодичную динамику в эколого-антропогенных рядах сообществ, не меняет присущие им уровень плодовитости и самоподдержания ЦП. Есть основание считать, что коадаптация растений и их фитофагов осуществляется в процессе сопряженной эволюции и обеспечивает функционирование растений и животных в природных биоценозах.

Литература

1. Василевич В. И. Очерки теоретической фитоценологии. Л. 1983. 347 с.

2. Егорова В. Н. Пойменные луга Средней Оки: Мониторинг, проблемы сохранения и восстановления биоразнообразия и генофонда. М. 2013. 412 с.

3. Егорова В. Н., Мамаева Х. П., Фирсов С. Н. Структура консорций генеративной сферы злаков и возобновление их ценопопуляций в пойменных ценозах реки Оки // Бот. журн. 2001. Т. 86. № 7. С. 26-38.

4. Егорова В. Н., Гусева В.С., Литвинова Н. Ф., Мамаева Х.П., Фирсов С.Н. Некоторые аспекты организации и методика комплексных ботанико-зоологических исследований // Подходы к изучению ценопопуляций и консорций. М. 1987. С. 38 - 72.

5. Мамаева Х. П. Количественная характеристика галлиц, развивающихся в галлах на травянистых растениях // Докл. высш. школы. 1964. № 4. С. 20 - 24.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ БУТАНОЛА ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

Гарибян Цовинар Саркисовна

Аспирант, Университет Машиностроения, г. Москва

DEVICES FOR SEPARATION OF BUTANOL FROM AQUEOUS SOLUTIONS Gharibyan Tsovinar S., Graduate, University of Engineering, Moscow АННОТАЦИЯ

В статье предложено устройство, позволяющее извлечь бутанол из разбавленных водных растворов методом ультразвуковой трансформации поверхностного слоя раствора в аэрозоль, и обратной трансформацией его в жидкость.

ABSTRACT

The article proposed device allows to remove butanol from dilute aqueous solutions by ultrasonic transforming the surface layer of the solution into a spray, and its transformation back into the liquid.

Ключевые слова: альтернативное топливо. ферментационная среда. концентрирование. излучатель ультразвука. гидрозатвор.

Keywords: alternative fuel. fermentation medium. concentration. ultrasound. water media.

Самым востребованным энергоресурсом для транспортного комплекса является ископаемое топливо (нефть, бензин, дизельное топливо). По прогнозам ученых - запасов нефти в мире осталось немного, и в связи с сложившееся ситуацией, в последнее десятилетие заметна тенденция в области ужесточения требований вредных выбросов с отработавшими газами в атмосферу от двигателей внутреннего сгорания (ДВС), а также поиска альтернативных источников энергии. Экологические требования заставляют человека производить все более чистую энергию, не оказывающую влияние на качество жизни на Земле.

В связи с чем и ведется много разработок, и уже есть случаи внедрения в производство двигателей внутреннего сгорания с использованием альтернативных (от лат. alter- другой) источников энергии. К альтернативным видом топлива относится биотопливо (топливо из биологического сырья), основной задачей которого является минимизация пагубного воздействия на окружающую среду.

Именно биотопливо на сегодняшний день экологически более безопасный, так как при сгорании выделяет больше энергии и меньше вредных веществ. А возобновляемое^ делает его экономичным по сравнению с нефтепродуктами.

К весьма перспективным видам альтернативного моторного топлива относится биобутанол- бутиловый спирт, получаемый путем микробиологического синтеза, который на основе сравнения качественных характеристик превосходит бензин, и даже уже используемыми в ДВС метанола и этанола.

Известно, что бактерии вида Clostridium acetobutylicum при сбраживании биомассы синтезируют в основном три целевых продукта: бутанол, ацетон и этанол, процентное соотношение которых примерно 6:3:1 (соответственно). [1,с.128]

Бутанол, являясь представителем семейства спиртов, обладает бактерицидным действием, а бутанол- продуцирующие организмы гибнут уже при ~ 2% бутанола, чем и объясняется низкая концентрация бутанола и сопутствующих растворителей в ферментационном среде.

Повысить продуктивность ферментационного процесса можно отводя продукты метаболизма из ферментационной жидкости. [3,с. 854-861]

Сложность выделения бутанола из ферментационной среды является главным недостатком способа его получения путем ацетонобутилового брожения, в связи с чем и ведутся интенсивные разработки энергосберегающих методов разделения.

Традиционные технологии и устройства для отвода бутанола из биотехнологической среды, состоящей в основном из воды, сопряжены либо с большими затратами энергии, обусловленными высокой температурой кипения бутанола (118°С), [4,с.5-14], либо с необходимо-

стью относительно частой замены или восстановления исходных свойств функциональных элементов: мембран или сорбентов, на которых осуществляется выделение бу-танола.[6,с.71-77].

Техническое решение, выполненной в предлагаемом нами устройстве, направлено для использования, как в лабораторной, так и в промышленной практике, для концентрирования разбавленных водных растворов бутанола.

Принцип работы устройства основан на известном эффекте поверхностной сорбции [7,с.299-307] и на сепарировании обогащенной бутанолом поверхностной пленки водной среды с низкой концентрацией в объеме, формирующейся за счет поверхностной активности бутанола. [2,с.425-428]

Реализация процесса сепарирования осуществляется воздействием фокусированного ультразвука на подповерхностный слой жидкости, приводящим к образованию аэрозоля из поверхностного слоя, обогащенного бутанолом, [5,с.399] причем аэрозоль конденсируется затем в раствор, с более высокой, чем в исходной водной среде, концентрацией бутанола.

Целью данной работы является повышение эффективности метода выделения бутанола (бутилового спирта) из разбавленных водных растворов и упрощение конструкции, ультразвуковой трансформацией раствора в аэрозоль, и последующей конденсацией его в жидкость.

Заложенный принцип, и техническая реализация устройства обеспечивают:

• снижение энергопотребления, так как образование аэрозоля не сопровождается затратой энергии на разрыв практически всех межмолекулярных связей, а нагревание среды не требуется;

• исключение необходимости регенерации фильтров, сорбентов и других функциональных элементов.

Устройство (Рис.1) работает следующим образом: Рабочая камера 1 заполняется раствором 10, подлежащим концентрированию, постоянно поступающим из резервуара 2 и поддерживаемым на заданном уровне посредством задатчика уровня 3 концентрируемого раствора. С помощью фокусирующего излучателя ультразвука 4 в рабочей емкости 1 из поверхностного слоя исходного раствора формируется обогащенный выделяемым веществом аэрозоль11. По патрубку 5 в рабочую емкость 1 подается поток воздуха 12, который уносит образовавшийся аэрозоль через канал 7 в гидрозатвор 8, выполненный в виде ловушки для аэрозоля, где последний обратно конденсируется в раствор, обогащенным бутанолом. По патрубку 6, размещенному в верхнем части гидрозатвора 8, отводят воздух из гидрозатвора, а по патрубку 9 снабженному краником и размещенному в нижней части гидрозатвора 8 отводят полученный раствор 13(конденсат) с повышенной концентрацией бутанола.

Рисунок 1 Общий вид устройства

1.рабочая камера, 2.резервуар, 3.задатчик уровня, 4. излучатель ультразвука, 5.патрубка для подачи воздуха,

б.патрубка для отвода воздуха, 7. канал, для перемещения образовавшийся аэрозоля, 8.гидрозатвор, 9.патрубка с краником- для отвода конденсата из гидрозатвора, 10.концентрируемый раствор, 11.аэрозоль,

12.паток воздуха, 13.полученный раствор(конденсат).

Эффективность устройства подтверждается результатами проведенных на нём экспериментов и выраженных в виде диаграммы (рис.2), где показана зависимость коэффициента концентрации бутанола (коэффициентом концентрирования Кс) в исходном растворе Сисх

(температура исходного раствора 20°С), и в конечном растворе, полученном обратной трансформацией аэрозоля Скон.

Кс = Сисх / Скон

Рисунок 2

Зависимость коэффициента концентрирования бутанола от исходной концентрации раствора

3,5

3

0,5

1,5 2 2,5

Концентрация C исх, %

3

1

1

Из полученных данных следует, что чем выше концентрация раствора бутанола в воде, тем ниже коэффициент концентрирования. Такой характер зависимости не противоречит представлению о поверхностной сорбции, при которой разность концентраций поверхностно активного вещества у поверхности и в объеме, тем больше, чем ниже концентрация этого вещества в объеме.

Таким образом, совокупность отличительных признаков описываемого технического решения обеспечивает достижение указанного результата.

Полезная модель позволяет повысить эффективность метода выделения бутанола из разбавленных водных растворов, а бутанол (бутиловый спирт) использовать в различных отраслях промышленности, например, в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания.

«Список литературы»

1. Hongjun Dong, Wenwen Tao, Zongjie Dai, Liejian Yang, Fuyu Gong, Yanping Zhang, Yin Li. Biobutanol. Adv Biochem Engin/Biotechnol, 2011,10, p.128.

2. Акопян В. Б., Бамбура М. В., Давидов Е. Р., Ступин А. Ю., Чубатова О. И. «Ультразвуковой метод концентрирования поверхностно-активных веществ из водных растворов.» Ж Ф Х., 2010, 84, № 3, с. 425428.

3. Бехтерева М.Н. «Ацетонобутиловое брожение при непрерывном удалении образующихся продуктов путем экстракции» /Микробиология. 1939. Т. VIII, вып. 7, с. 854-861.

4. Сушкова В.И., Яроцкий С.В. «Эффективность методов выделения продуктов ацетонобутиловой ферментации. Химия растительного сырья», 2011, № 3, с. 5-14.

5. «Ультразвук», Маленькая энциклопедия. Главн, ре-дакт. И.П. Голямина. Изд. «Советская энциклопедия» М. 1989 г. с.399

6. Шапошник В.А. «Мембранная электрохимия». Со-росовский Образовательный Журнал, 1999, № 2, с. 71-77

7. Шелудко А. «Коллоидная химия». М., Издатинлит, 1960 г. с. 299-307

ВНУТРИВИДОВАЯ СТРУКТУРА ГРИБА COLLETOTRICHUM LAGENARIA _НА СЕВЕРНОМ КАВКАЗЕ

Гринько Нина Николаевна

доктор биологических наук, главный научный сотрудник, Адлерская опытная станция ВИР, г. Сочи

INTRASPECIFICSTRUCTURE OF THE FUNGUS COLLETOTRICHUM LAGENARIA IN THE NORTH CAUCASUS Grinko Nina, Doctor of biological Science, chief researcher Adler experimental station VIR, Sochi

АННОТАЦИЯ

Впервые дана оценка внутривидового разнообразия гриба Colletotrichum lagenaria (Pass.) Ellis & Halst. - возбудителя антракноза тыквенных культур на Северном Кавказе. Выделены 5 морфотипов и доказаны их различия по паразитическим признакам. Установлены уровни сходства локальных популяций гриба.

Ключевые слова: виды Cucurbitaceae; болезнь; антракноз; Colletotrichum lagenaria; локальные популяции; мор-фотипы; изменчивость; агрессивность.

ABSTRACT

The estimation of intraspecific diversity of the fungus Colletotrichum lagenaria (Pass.) Ellis & Halst. - anthracnose pathogen pumpkin cultures in the North Caucasus. 5 morphotypes isolated and proved their differences in parasitic characteristics. The levels of similarity of local populations of the fungus.

Keywords: species of Cucurbitaceae; disease; anthracnose; Colletotrichum lagenaria; local populations; the morphotypes; variability; aggressiveness.

В последние годы на видах семейства Cucurbitaceae Juss. в Северокавказском регионе прогрессирует антракноз, вызываемый грибом Colletotrichum lagenaria (Pass.) Ellis & Halst. (1893) [syn. C. orbiculare (Berk. et Mont.) Arx (1957)]. Антракноз существенно снижает товарную и семенную продуктивность тыквенных культур в результате поражения листьев - округлой формы хлорозы и некрозы, усыхание, растрескивание и выкрашивание ткани; стеблей и черешков - продольные коричневые пятна с капельками эксудата; плодов - одиночные, впоследствии сливающиеся язвы, покрытые ацервулами розового цвета и черными микросклероциями гриба [12, 13].

К настоящему времени отсутствуют сведения о микроэволюционных процессах в природных популяциях C. lagenaria, позволяющие контролировать развитие патогена и, как следствие, оптимизировать фитосанитарную ситуацию в агроценозах тыквенных культур в России. Цель исследований - анализ внутривидовой структуры гриба C. lagenaria на Северном Кавказе.

Материал и методы

В 2012-2014гг. оценивали внутри - и межпопуляци-онную изменчивость гриба C. lagenaria, анализируя пораженные антракнозом листья, плоды и семена тыквенных культур, произрастающих на Черноморском побережье Кавказа [2, 3, 4, 12, 13]. Локальные популяции обозначали согласно выборкам инфекционного материала начальными буквами латинских названий растений-хозяев: Cs (Cucumis sativus L. - огурец), Lc (Luffa cylindrica L. - люффа), Ls (Lagenaria siceraria L. - лагенария), Ca (Cucumis anguria L.

- ангурия). Гриб в чистую культуру выделяли со стерильных отрезков пораженной ткани, инкубированных при 25±2°С в течение 5-7 сут. на картофельно-глюкозном агаре (КГА) [10, с. 423]. Число анализируемых по основным морфологическим (окраска и топография колоний) и паразитическим (радиальная скорость роста - Kr, агрессивность - Agr, фитотоксичность - Fit) признакам изоля-тов, составило соответственно 237 и 110. Колонии описывали на 10-12 сут. культивирования изолятов на КГА - по Неегарду [6, с.114], а пигментацию - по модифицированной шкале Бондарцева [9, с.192]. Агрессивность (Agr) изолятов тестировали на листьях вышеозначенных растений-хозяев и завязях люффы [1, 11]. На вырезанные из листьев пробочным сверлом диски, диаметром 1-1,5 см, наносили по 5 капель инокулюма изолята в концентрации 5х105 спор/мл. Завязи люффы инокулировали под эпидермис. Диаметр некрозов учитывали на 3-е сут. после инокуляции [10, с. 428]. Фитотоксичность (Fit) изолятов определяли на проростках семян огурца и кукурузы по методике Берестецкого [10, с. 321, 14]. В работе использовали неочищенные культуральные метаболиты, полученные при инкубировании изолятов в течение 10-14 сут. на жидкой картофельно-глюкозной среде. Значения паразитических признаков ранжировали в баллах (b) по шкалам: [Kr (мм/сут./ балл): минимальный (0-1/ 0-1), низкий (1,13/ 1,1-2), средний (3,1-4/ 2,1-3), высокий (4,1-5/ 3,1-4), максимальный (5,1-6/ 4,1-5); Agr (см2/ балл): минимальный (0-1/ 0-1), низкий (1,1-1,5/ 1,1-2), средний (1,6-2/ 2,1-3), высокий (2,1-2,5/ 3,1-4), максимальный (2,6-3/ 4,1-5); Fit (%/ балл): минимальный (10-20/ 0-1), низкий