Целью работы являлось установление закономерностей формирования и защитного действия кремнийорганических покрытий на основе акрилатных триалкоксисиланов в зависимости от условий гидролиза и состава рабочих растворов. В качестве объектов исследования использованы функциональные триалкоксисиланы с различной природой акрилатного заместителя и стальные подложки, на поверхность которых наносились покрытия. Для формирования покрытий использовали растворы органосиланов, полученных в условиях кислотного гидролиза. Процесс гидролиза контролировали методом тонкослойной хроматографии с использованием пластин с закрепленным слоем диоксида кремния. Морфологию и элементный состав сформированных покрытий исследовали методами сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа. Защитные свойства покрытий исследовали методом капельной пробы по Акимову. Изучено влияние кислотности среды, концентрации рабочих растворов и введения этанола на протекание гидролиза и формирование силоксанового слоя через связи металл – кислород – кремний. Наиболее эффективное протекание гидролиза наблюдается при pH 3, что обеспечивает получение стабильных растворов и однородность и равномерность покрытий. Показано, что оптимальная концентрация органосиланов в растворе составляет 4–7% – при ней формируется наиболее однородное покрытие. Выявлена взаимосвязь между условиями гидролиза, морфологией покрытий и их антикоррозионной стойкостью. Установлено, что нанесение покрытий способствует увеличению времени протекания коррозионной реакции по сравнению с необработанной поверхности. Наиболее высокие защитные способности наблюдаются при концентрации органосиланов в растворах 4–7% и pH 3. Полученные результаты подтверждают перспективность применения исследованных органосиланов для создания эффективных праймерных покрытий.

Целью проведенного исследования являлось изучение воздействия различных растворителей на структурные характеристики оксида графита. Оксид графита был синтезирован с применением модифицированного метода Хаммерса. Полученные образцы оксида графита были высушены методами термической обработки и сублимации. Для характеристики образцов использовали результаты рентгенофазового анализа, инфракрасной и ультрафиолетовой спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии, динамического светорассеяния и фотонно-корреляционной спектроскопии. Количество кислородсодержащих групп оксида графита определяли из результатов титрования по Боэму. Согласно данным рентгенофазового анализа, использование изопропилового спирта в процессе промывки позволяет достичь более эффективной очистки продукта от примесей непрореагировавшего графита и восстановленного оксида графита по сравнению с традиционным применением дистиллированной воды. Были выявлены существенные различия в размерах частиц полученных образцов. Наибольший размер агломератов в водных растворах характерен для оксида графита, промытого изопропиловым спиртом (6,5 мкм), а наименьший – для оксида графита, промытого диметилсульфоксидом (1,2 мкм). Согласно результатам титрования по Боэму, образец оксида графита, промытый изопропиловым спиртом, имеет наибольшее количество карбоксильных и лактонных групп по сравнению с другими образцами, что согласуется с данными ультрафиолетовой и инфракрасной спектроскопии. Использование разных промывающих растворителей дает возможность получить оксид графита разной морфологии, что может быть полезным для получения материалов с различными механическими и сорбционными свойствами. Полученные результаты дают основание предполагать, что изопропиловый спирт может стать перспективной заменой воде на стадии промывки оксида графита. Его применение может открыть новые возможности для оптимизации технологического процесса получения оксида графита и его функционализации.

В статье приведены данные по использованию растительных экстрактов в рецептурах хлебобулочных изделий с целью улучшения физико-химических и органолептических свойств данной категории продуктов питания. Возросший спрос на продукты функционального назначения заметно расширил ассортимент хлеба с биологически активными добавками. При этом в качестве таких добавок наиболее целесообразно применение растительного сырья, а процесс экстрагирования помогает извлечь из него все ценные вещества. В работе рассмотрено положительное влияние растительных экстрактов в рецептурах хлеба на здоровье людей, а также описаны эффекты применения экстрактов в хлебе, булочках и хлебных изделиях пониженной влажности (хлебцах, сухарях, хлебных палочках). Растительные экстракты способны повысить пищевую и биологическую ценность безглютеновых изделий, снизить усвояемость крахмала, что актуально для пациентов с диабетом, улучшить работу желудочно-кишечного тракта, а также снизить уровень акриламида в готовой продукции. Их применение в хлебе и булочках улучшает реологические свойства теста и интенсифицирует процессы его брожения и созревания, позволяет улучшить клейковину муки и увеличить удельный объем изделий, повышает количество макро- и микроэлементов, витаминов и фенольных соединений. В хлебцах, сухарях и хлебных палочках за счет использования экстрактов, богатых веществами фенольной природы, повышается антиоксидантная активность, что способствует их длительному хранению, а также снижается общее количество микроорганизмов. Все это позволило сделать вывод, что растительные экстракты являются перспективными добавками для хлебопечения.

В связи с постоянным расширением областей применения нитратов целлюлозы требуются новые прекурсоры – высоковязкие образцы целлюлозы. Данное направление обусловлено тем, что высокая вязкость целлюлозы обеспечивает возможность получения целого ряда марок нитратов целлюлозы, востребованных различными областями применения в экономике и медицине. Мискантус гигантский является дешевым многолетним сырьем с высоким потенциалом для химической трансформации. В ходе проведенного исследования из образцов мискантуса гигантского с массовой долей целлюлозы 49,4–52,8%, выращенных в Московской, Калужской и Пензенской областях Российской Федерации, выделены образцы целлюлозы со степенью полимеризации в диапазоне 1600–1890. Выход образцов целлюлозы составил 34% в пересчете на сырье или 64% в пересчете на нативную целлюлозу. Полученные образцы целлюлозы характеризуются высоким качеством: массовая доля α-целлюлозы достигает 93,8–96,6%, при этом сумма нецеллюлозных компонентов составляет 2,90–4,22%. Сравнение полученных результатов с опубликованными данными о качестве целлюлозы из различных источников целлюлозосодержащего сырья указывает на лидирующую позицию мискантуса гигантского по степени полимеризации целлюлозы. Таким образом, установлена возможность получения из стеблей мискантуса гигантского качественной целлюлозы с предельно высокой степенью полимеризации 1890. Высокие значения массовой доли α-целлюлозы и степени полимеризации целлюлозы из отечественного мискантуса гигантского могут гарантировать необходимые прочность, термостабильность, пленкообразующую способность и сродство к белкам нитратов целлюлозы, причем аналогично импортной хлопковой целлюлозе.

Цель проведенного исследования заключалась в изучении аминокислотного состава и биологической ценности белков горохового изолята и вторичного крахмало-белкового продукта, полученных биотехнологической экстракцией белков с использованием отечественных ферментных препаратов. Аминокислотный состав образцов определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с постколоночной дериватизацией нингидрином на анализаторе LC-20 Prominence (Shimadzu, Япония). Аминокислотный скор и биологическую ценность белков с учетом их усвояемости и аминокислотного скора (PDCAAS) рассчитывали по методике Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН и Всемирной организации здравоохранения 2011 года. Перевариваемость белков in vitro определяли по методу А.А. Покровского и И.Д. Ертанова. В ходе исследований установлено содержание в ферментативно-гидролизованном изоляте и вторичном крахмало-белковом продукте 17 аминокислот (без учета триптофана), включая 8 незаменимых. Сумма общих (884,65 мг/г) и незаменимых (327,74 мг/г) аминокислот ферментативно-гидролизованного изолята была выше в 4,52–4,66 раза по сравнению с гороховой мукой и на 9,83–16,39% выше относительно изолята, полученного традиционной щелочной экстракцией белков. Аминокислотный скор ферментативно-гидролизованного изолята составил 87–174%. Перевариваемость и биологическая ценность его белков (PDCAAS) составили 98,92% и 0,86 ед. соответственно, что на 5,64–7,50% выше аналогичных показателей гороховой муки и на 3,62–10,55% больше по сравнению с изолятом, экстрагированным щелочью. Белки крахмало-белкового продукта обладали наибольшим соотношением незаменимых аминокислот к их общему количеству (40,55%) с аминокислотным скором 112–197%, перевариваемостью 96,27% и биологической ценностью 1,00 ед., что доказывает их высокое качество. Полученные результаты могут быть полезны для разработки продуктов питания с повышенным содержанием биологически ценных растительных белков.

Проблемы накопления отходов переработки древесины носят биосферный характер из-за непостоянства состава биомассы и сложности коммерциализации их переработки. Наиболее перспективными являются биологические методы компостирования древесных отходов базидиомицетами. Однако они требуют применения большого количества жизнеспособного мицелия таких грибов. В данной работе исследованы кинетические и продукционные показатели роста и накопления биомассы мицелия в стационарных и динамических условиях глубинного культивирования для пяти грибов: Paecilomyces variotii sp. Ирк 52, Phanerochaete chrysosporium Ирк 2, Phanerochaete chrysosporium Ирк 10, Sporotrichum pulverulentum Ирк 1766, Sporotrichum pulverulentum Ирк 1767, выделенные из зараженной древесины Восточной Сибири и используемые нами в технологии переработки древесных отходов. Показано, что радиальная скорость роста базидиомицетов на агаризованной среде значительно превышала показатели Paecilomyces variotii. Культивирование на жидких питательных средах привело к обратному результату. Это связано с различием в структуре колоний. Выбор условий культивирования выявил, что наиболее перспективными являются глюкозо-дрожжевая среда и динамические условия. В этих условиях штаммы продемонстрировали высокие выходы биомассы – 6,3–8,3 г/л. Изучены кинетика роста, динамика утилизации глюкозы и изменение рН исследуемых культур в выбранных условиях. При полупромышленном культивировании определены расход воздуха и скорость перемешивания, которые составили 1,0–1,3 л/(л×мин) и 0,3–0,5 м/с соответственно. Проведенные исследования позволили подобрать оптимальные условия культивирования отдельных штаммов. Это даст возможность масштабировать биотехнологический процесс получения жизнеспособного мицелия.

При моделировании влияния света на скорость роста оптически плотных культур микроводорослей большинство авторов используют классический закон Бугера – Ламберта – Бера, при этом недостаточную точность описания экспериментальных данных компенсируют посредством введения эмпирических поправочных коэффициентов. Такие коэффициенты учитывают светорассеяние с ростом плотности культуры, но лишены биологического смысла. В качестве альтернативы предложена аналитическая модель, описывающая пространственное распределение светового потока в культуре микроводорослей. Модель основана не на физике поглощения и рассеяния света в коллоидных растворах, а на экспериментально наблюдаемом линейном росте микроводорослей: интенсивность светового потока гиперболически снижается с ростом биомассы и экспоненциально – при увеличении оптического пути. Для верификации проведен эксперимент по выращиванию Tetraselmis viridis в накопительном режиме в фотобиореакторах с различной толщиной слоя при одинаковой поверхностной облученности. Установлено, что в каждом опытном варианте присутствует продолжительная линейная фаза роста, обусловленная световым лимитированием. Получены зависимости коэффициента пропускания от оптического пути и биомассы. Экспериментальные данные фитированы предлагаемой моделью и уравнением Бугера – Ламберта – Бера – обе модели показали достаточную точность. Получена количественная взаимосвязь продуктивности культуры Tetraselmis viridis на линейном участке кривой роста от толщины рабочего слоя культиватора. Предложенные выражения справедливы только для условий светолимитирования. Результаты моделирования свидетельствуют об адекватности предлагаемого теоретического подхода, имеют как научную, так и практическую значимость, заключающуюся в возможности прогнозирования урожая тетраселмиса при его промышленном культивировании.

Целью проведенного исследования являлось получение новых полифункциональных гемостатических материалов с широким спектром биоцидных свойств путем модификации окисленных полисахаридов (целлюлозы, крахмала) синтетическим линейным поликатионным полигексаметиленгуанидин гидрохлоридом и изучение их гемостатических и антибактериальных свойств. На основе окисленных природных полисахаридов и полигексаметиленгуанидин гидрохлорида получены новые композитные материалы, обладающие гемостатическими свойствами и расширенной антибактериальной активностью. Методом сканирующей электронной микроскопии показано, что размер частиц полученных порошков окисленных полисахаридов и их комплексов с поликатионным полигексаметиленгуанидин гидрохлоридом варьируется от 3×10 до 20×50 мкм. Максимальный гемостатический эффект выявлен для композитного материала на основе окисленного крахмала и полигексаметиленгуанидин гидрохлорида. В экспериментах in vivo для него наблюдается снижение времени свертывания крови в 5 раз, в экспериментах in vitro время остановки кровотечения и масса излившейся крови сокращаются в 1,5 и 3 раза соответственно по сравнению с окисленной целлюлозой. Получены данные об антибактериальных свойствах композитного материала на основе окисленного крахмала и полигексаметиленгуанидин гидрохлорида на штаммах полирезистентных микроорганизмов Escherichia coli и Bacillus cereus. Полученные композитные материалы могут рассматриваться как перспективные полифункциональные гемостатические средства с широким спектром биоцидных свойств для остановки кровотечений, возникающих при травматических повреждениях различных органов в экстремальных ситуациях и во время хирургических операций.

Специфика процессов продленной аэрации промышленных стоков диктует целесообразность изыскания и внедрения в практику более чувствительных и экспрессных показателей, достоверно описывающих состояние активного ила в процессе биологической очистки, что необходимо для обеспечения эффективного контроля и управления процессом водоочистки. Возможное перспективное решение проблемы – использование ферментативной активности ила, что требует экспериментального подтверждения. В работе приведены результаты исследования влияния ряда технологических факторов, включая возраст активного ила, условия его регенерирования на каталазную активность. Выбор каталаз в качестве объекта исследования был обусловлен низкой активностью дегидрогеназ в процессах продленной аэрации и их инактивацией при наличии токсичных загрязнителей в сточных водах, что затрудняет достоверную оценку изменения их активности в динамике, особенно для зрелых илов. Что касается каталаз, относящихся к основным компонентам защитной клеточной системы, участвующих в нейтрализации избыточной перекиси водорода, образующейся при стрессировании активного ила при воздействии негативных экофакторов и изменении условий функционирования биостанции, следовало ожидать их более высокой чувствительности, что получило экспериментальное подтверждение. В результате проведенных исследований установлено снижение активности каталаз при увеличении возраста ила. Анализ каталазной активности показал, что активность проб нерегенерированных илов была ниже по сравнению с соответствующими пробами активного ила, прошедшего регенерацию, независимо от аппаратурного оформления узла регенерации, но при этом для илов, формирующихся в системах с отдельно стоящими регенераторами, характерно более глубокое изменение активности каталаз.

Использование глубоких эвтектических растворителей для процессов предварительной обработки растительной биомассы вызвало широкий научный интерес вследствие их экологичности и возможности варьирования состава с целью получения заданных свойств. Целью проведенного исследования являлась оценка влияния ультразвукового воздействия на эффективность конверсии соломы пшеницы при термообработке в среде глубокого эвтектического растворителя. Использован растворитель состава хлорид триэтиламмония / щавелевая кислота (молярное соотношение 1:1). Комбинированную обработку смеси соломы и глубокого эвтектического растворителя (массовое соотношение 1:20) проводили при температуре 90, 100, 110 и 120 °С в течение 10 мин. Использовали ультразвук с частотой 44 кГц и мощностью 50 Вт. Установлено, что повышение температуры обработки в интервале 90–120 °С способствует извлечению лигнина и гемицеллюлоз из биомассы соломы. Степень делигнификации соломы после обработки при 120 °С составила 64,2%, а степень извлечения гемицеллюлоз – 67,5%. Целлюлоза в условиях обработки более устойчива к гидролитическим процессам по сравнению с гемицеллюлозами и лигнином. В условиях обработки степень гидролиза целлюлозы не превышает 15%. Использование ультразвукового облучения позволило сократить продолжительность термообработки до 10 мин и повысить эффективность ферментолиза целлюлозы соломы. При ферментолизе фракции технической целлюлозы, выделенной из продуктов термообработки соломы при 100 °С, получен выход сахаров в количестве 40,8% а.с.м., что составляет 83% от теоретически возможного и превышает выход сахаров из исходной соломы в 4,5 раза.

Одной из важнейших проблем, требующих решения для улучшения экологической обстановки в Прибайкалье, остается утилизация шлам-лигнина – крупнотоннажного отхода, накопленного за многие годы работы Байкальского целлюлозно-бумажного комбината и хранящегося в картах-накопителях на южном побережье озера Байкал. Многочисленные предложения по утилизации содержимого карт не были реализованы либо закончились неудачно. Целью проведенного исследования являлась разработка способа утилизации шлам-лигнина посредством термохимической переработки с получением модифицированной лигнин-содержащей фенолформальдегидной смолы резольного типа. Рассмотрены причины накопления этого отхода, состав и свойства шлам-лигнина. Модифицированные лигнинфенолформальдегидные смолы получали в жидком состоянии путем конденсации шлам-лигнина, едкого натра, фенола и формалина в заданных соотношениях при нагревании до 85–95 °С в течение 0,5–1,5 ч. Для полученных смол определены качественные характеристики: вязкость, содержание нелетучих веществ, щелочи, свободного фенола, свободного формальдегида. Выявлены наиболее выгодные условия процесса синтеза, описаны свойства модифицированных смол. Показано, что новые лигнинфенолформальдегидные смолы не уступают по ряду характеристик традиционным фенолформальдегидным смолам. Предлагаемый способ синтеза модифицированной фенолформальдегидной смолы, содержащей шлам-лигнин, основан на использовании в качестве модификатора шлам-лигнина Байкальского целлюлозно-бумажного комбината, взятого непосредственно из карт-осадконакопителей, при этом процесс протекает в одну стадию без изменения температурного интервала. Такие смолы могут применяться в качестве компонентов клеевых композиций, стеклопластиков, герметиков и т.д.

Целью работы являлось изучение возможностей повышения эффективности воздействия ультразвуковыми колебаниями на жидкие среды при повышенной температуре. Проведены исследования функциональных возможностей технологического аппарата при повышении эффективности процессов в жидких средах, граничащих с газовой фазой, за счет обеспечения кавитационного ультразвукового воздействия при повышенных температурах до 60 °С и более (вплоть до 75 °С). Показана необходимость согласования выходных параметров электронного генератора с колебательной системой с учетом влияния температуры на свойства обрабатываемых сред для обеспечения максимального ультразвукового воздействия. Результаты исследования влияния повышенных температур обрабатываемых сред на изменения основных параметров аппарата позволили установить оптимальные режимы согласования электронного генератора и ультразвуковой колебательной системы и обеспечить возможность применения ультразвуковой технологии для решения задач повышения эффективности процессов в лабораторных и производственных условиях. Экспериментально подтверждена возможность увеличения межфазной поверхности границы жидкой и газовой фаз в вязких средах за счет снижения затухания капиллярных волн при повышении температуры. Проведенные исследования подтвердили возможность практического применения ультразвуковых технологий как интенсифицирующего фактора при повышенных температурах для обеспечения максимальной эффективности интенсификации процессов, протекающих в жидких средах в кавитационном режиме с интенсивностью от 15 Вт/см² при температурах в диапазоне 55–75 °С, что открывает перспективы для дальнейшего совершенствования подходов к реализации технологических процессов.

В работе изучено влияние различных концентраций нефти на критическую концентрацию мицеллообразования поверхностно-активных веществ: анионного – додецилсульфата натрия, неионогенного – твин-80 и катионного – цетилтриметиламмония бромида. Критическую концентрацию мицеллообразования определяли по скачку мутности и удельной электропроводности растворов поверхностно-активных веществ. Показано, что добавление нефти (10–50 мг/дм³) изменяет положение критической концентрации мицеллообразования: для додецилсульфата натрия наблюдается снижение при низкой концентрации нефти и повышение при более высокой, тогда как для цетилтриметиламмония бромида и твин-80 зафиксировано устойчивое смещение критической концентрации мицеллообразования к большим концентрациям. Показано, что нефть может выступать как ко-сурфактант или гидрофобная добавка, влияя на процессы мицеллообразования: может повышать требуемую концентрацию поверхностно-активных веществ для инициирования самосборки за счет стабилизации эмульсии «масло в воде» и изменения микросреды полярных групп (цетилтриметиламмония бромид, твин-80; а также додецилсульфат натрия при средних и высоких навесках нефти). Сформулированы практические рекомендации: 1) при инженерных расчетах доз поверхностно-активных веществ для солюбилизации углеводородов и формирования микрoэмульсий необходимо учитывать возможный немонотонный отклик критической концентрации мицеллообразования на низкие/умеренные содержания нефти, особенно для анионных систем; 2) для ионных поверхностно-активных веществ целесообразно контролировать ионную силу/жесткость воды, чтобы не «маскировать» нефте-индуцированный сдвиг; 3) для неионных этоксилатов присутствие нефти может повышать требуемую дозу поверхностно-активных веществ для достижения мицеллообразования. Результаты имеют практическую значимость для разработки технологий биоремедиации нефтезагрязненных экосистем и интенсификации нефтедобычи.

Митохондрии основных систематических групп организмов обладают способностью импортировать ДНК из окружающей среды, однако роль этого процесса для клетки не до конца ясна. Совокупность всех митохондрий клетки формирует ее хондриом, структура которого важна для взаимодействия органелл и поддержания клеточного гомеостаза. В настоящий момент нет данных о влиянии изменений динамики процессов слияния и деления митохондрий, приводящих к нарушению структуры хондриома, на импорт ДНК в митохондрии. Целью проведенного исследования являлось изучение взаимосвязи между структурой хондриома и импортом чужеродной ДНК в митохондрии с использованием нокаутных линий арабидопсиса, характеризующихся нарушением процессов слияния/деления митохондрий (drp3, friendly). Инактивация изоформы белка митохондриального деления DRP3B, приводящая к образованию чрезвычайно удлиненных митохондрий, вызывала снижение активности импорта фрагмента размером 2,7 т.п.н. Кластеризация митохондрий, характерная для нокаут-мутанта по цитоплазматическому белку FRIENDLY, также приводила к снижению уровня импорта этого фрагмента, при этом активность импорта короткого фрагмента ДНК (0,27 т.п.н.) не менялась. Таким образом, для нормального функционирования механизма импорта фрагментов ДНК более крупного размера важно сохранение баланса между процессами слияния и деления митохондрий. Обнаруженная взаимосвязь между активностью импорта ДНК и изменением структуры хондриома позволила приблизиться к пониманию роли импорта ДНК и его места в устойчивости клетки.

Целью проведенной работы являлось изучение тандемной азиновой гетероциклизации с участием карбонильных соединений и 3-аминофенола, в результате которой образуется потенциально биологически активное вещество. Посредством конденсации эквимолярных количеств 2-ацетонафтона с дибутилоксалатом в присутствии натрия с дальнейшей обработкой реакционной смеси уксусной кислотой и введением 3-аминофенола с препаративным выходом синтезирована новая 7-гидрокси-4-(2´-нафтил)хинолин-2-карбоновая кислота. Структура выделенного соединения комплексно подтверждена инфракрасной спектроскопией, спектроскопией ядерного магнитного резонанса (¹H, ¹³C) и масс-спектрометрией высокого разрешения. Интерпретация инфракрасного спектра синтезированной кислоты позволила выявить по уширенным интенсивным полосам поглощения фенольную гидроксильную группу и гидроксигруппу в составе карбоксильной функции, а также по характерной полосе поглощения подтвердить наличие карбонильной группы. В спектре ядерного магнитного резонанса ¹Н, записанном в растворе дейтерированной формы диметилсульфоксида (ДМСО-d₆), присутствуют ожидаемые мультиплетные, дублетные и синглетные сигналы ароматических протонов. В слабом поле обнаружен уширенный синглетный сигнал, принадлежащий протонам фенольной и карбоксильной гидроксигрупп. В спектре ядерного магнитного резонанса ¹³С, зарегистрированном в растворе ДМСО-d₆, в слабопольной области находятся сигналы карбоксильной группы (COOH) и С⁷ОН фрагмента. Масс-спектрометрия с электрораспылением (в ацетонитриле с добавлением диметилсульфоксида) подтвердила структуру, выявив пики [M+H]⁺ и [M+Na]⁺. Разработанный подход открывает перспективы синтеза разнообразных биологически активных 4,7-дизамещенных хинолин-2-карбоновых кислот путем варьирования исходных метилкетонов и нуклеофилов.