Экологические проблемы промышленной биотехнологии

     2.1 Характеристика ферментов для биообработки льняных тканей

     Из промышленных ферментов, выпускаемых в России, для облагораживания текстильных материалов из льна интерес представляют

целлюлазы. Это комплекс целлюлолитических ферментов, результатом действия которых является деструкция целлюлозы и ее производных до глюкозы и олигосахаридов. Основные виды:

1. «Целловиридин Г20Х»комплексный препарат целлюлолитических ферментов и гемицеллюлаз. В состав комплекса входят: эндо-1,4-глюканаза, целлобиогидролаза, целлобиаза, 1,3--глюканаза, ксиланаза. Препарат стандартизируется по целлюлазной активности, которая составляет по группам:2000,1500,1000,500 и 200 ед./г.

2. «Целлоконингин П102Х», «целлолигнорин П10Х»препараты целлюлазы из культур грибов. В комплексе присутствуют эндо- и экзо-1,4--глюканазы, целлобиогидролаза, целлобиаза. Стандартная активность целлюлазы -50 ед./г. Оптимальные условия действия: рН 4,5-5,5, температура 50-60°С.

3. «Целлобранин Г3Х». В комплекс входят:эндо-1,4-- глюканаза, целлобиаза, ксиланаза. Стандартная активность целлюлазы-50 ед./г.

4. «Целлюлаза-100»комплексный цитолитический ферментный препарат, выделяемый из смешанной культуры грибов. Обладает активностью эндо-1,4-глюканазы, целлобиогидролазы, 1,3--глюканазы, ксиланазы, пектинэстерезы. Сопутствующие ферменты – хитиназа ,кислая протеаза.

5. «Целлюсофт L» является продуктом микробиологического синтеза и имеет стандартную активность 750 ед./г. Белка. Препарат представляет собой жидкость бурого цвета со слабым запахом брожения, содержащий целлюлазу. Оптимум действия: рН 4,5-5,5, температура 40-55°С.

6. «Керазим»  целлюлаза, продукт генетически модифицированного Aspergillus, производится в гранулированной и жидкой формах.

     2.2 Применение фермента «Целловиридина Г2Х» в льноотделочном производстве

     Выбор фермента для обработки текстильного материала определяется набором химических реакций, которые должны быть ускорены (гидролиз крахмала, целлюлозы, кератина, пероксидов и т. д.). Из промышленных

ферментов, выпускаемых в России, для облагораживания текстильных материалов из льна интерес представляют целлюлазы. Целлюлазы — это комплекс целлюлолитических ферментов, результатом действия которых является деструкция целлюлозы и ее производных до глюкозы и олигосахаридов. Различают «кислые целлюлазы», максимально активные при рН = 4,5–5,5 и 45–55 ◦C, и «нейтральные целлюлазы», активные при рН = 5,5–8,0 и 50–60 ◦C Целлюлозные материалы представляют собой аморфно-кристаллические полимеры, в которых более доступны для фермента целлюлазы аморфные области. С них и начинается гидролиз. Во всех процессах обработки текстильных материалов целлюлазой необходимо тщательно контролировать потерю массы (не более 3–5 %) материала, чтобы сохранить прочность. Воздействие «Целловиридина Г2Х» изучали на несколько льносодержащих тканей: чистольняной и полульняной ткани. Первоначально определяли оптимальные параметры обработки льносодержащих тканей «Целловиридином Г2Х». В качестве регулируемых параметров жидкостной обработки были выбраны концентрации «Целловиридина Г2Х» 1,0; 3,0; 5,0 (% от массы ткани); температура рабочего раствора 40 и 50 ◦C и продолжительность обработки 30, 60 и 120 мин. Обработку проводили на водяной бане со встряхивателем, имитируя процесс механического воздействия рабочего раствора на ткань в производственных условиях.В качестве параметра, контролирующего воздействие «Целловиридина» на ткань, использовали потерю массы ткани после обработки рабочим раствором, содержащим «Целловиридин» — Х%; неионогенный смачиватель— 1 г/л; уксусную кислоту (80 %-ю) — 2 мл/л; комплексон —  0,1 г/л. Комплексон вводили для устранения жесткости водопроводной воды, влияющей на активность фермента. На чистольняную ткань «Целловиридин Г2Х» действует эффективнее, чем на полульняную, повышение температуры с 40 до 50 ◦C значительно ускоряет действие фермента; оптимальная концентрация фермента при обработке чистольняных тканей — 3% (от веса

ткани), а для полульняных тканей  лежит в пределах 5% (в зависимости от структуры ткани).С ростом продолжительности обработки с 30 до 60 мин происходит резкое (почти в 2 раза) увеличение потери массы, что свидетельствует о наличии «инкубационного периода» при воздействии фермента на ткань, поэтому оптимальной следует считать обработку в тече-

ние 1–2 ч.Так же была исследована эффективность введения операции обработки «Целловиридином» на разных этапах многостадийного технологического процесса подготовки льняных тканей. С этой целью льняную ткань, предварительно подготовленную тремя способами, обрабаты-

вали в растворе, содержащем 3% «Целловиридина Г2Х»(от массы ткани) при 50◦C в течение 2 ч.После описанной обработки определяли потерю массы ткани (%), капиллярность, жесткость на приборе ПТ-2, разрывную нагрузку, белизну и накрашиваемость активным ярко-красным 5СХ .

Обработка «Целловиридином Г2Х» влияет на свойства льняной ткани после каждого технологического перехода. Так, после расшлихтовки обработка Цел ловиридином вызывает потерю массы 3,3%, увеличивается капиллярность ткани, наблюдается эффект подбеливания и улучшения оттенка окрашенной ткани. Наибольший эффект от ферментной обработки наблюдается для тканей, предварительно отваренных или отбеленных.Серьезным недостатком льносодержащих тканей отечественного производства является сухой гриф и повышенная жесткость. Поэтому особый интерес представляет проведение контролируемой эрозии поверхности ткани и придание ей мягкого грифа с помощью ферментной обработки.

     3 Экологические проблемы промышленной биотехнологии

     Биотехнология, как всякое направление промышленной деятельности человека создает определенные экологические проблемы. Однако ряд принципиальных особенностей микробиологической промышленности позволяет отнести биотехнологию к одной из экологически безопасных отраслей народного хозяйства, которая возможно станет первым типом производств, действительно не имеющих отходов. Экологические проблемы промышленной биотехнологии определяются тем, что эта область производства связана с использованием огромных масс технологической воды и воздуха, то есть могла бы стать источником большого количества воздушных и водных выбросов. Экологическая опасность этих выбросов определяется почти исключительно лишь присутствием в них живых или убитых клеток микроорганизмов. Хотя в биотехнологии имеют дело только с непатогенными формами микроорганизмов, но даже их попадание в окружающую среду может в принципе вызвать в ней нежелательные и неконтролируемые изменения. Поэтому в микробиологических производствах особо жесткие требования относительно охраны окружающей среды. С экологическими проблемами биотехнологии тесно связана предварительная биологическая очистка промышленных и сельскохозяйственных сточных вод. Методы такой очистки основаны на использовании активного ила. Так как состав сточных вод сложен и часто меняется, в активном иле используются сложные сообщества микроорганизмов - бактерии, водоросли, простейшие и т. д.Биохимические способы очистки сточных вод относится к процессам биотехнологии, они получили широкое распрстранение в тех отраслях промышленности, где в сточных водах содержится значительное количество различных загрязнений, каждое из которых присутствует в небольших концентрациях. Микроорганизмы в этом случае используют в качестве питательных веществ, а органические и неорганические соединения, содержащиеся в сточных водах, в качестве источников энергии.

     Заключение

     Использование биохимических катализаторов (ферментов)−один из возможных путей комплексного решения  проблемы получения текстильных материалов улучшенного качества более рентабельным  и экологически безопасным путем. В настоящее время наблюдается оживление в льняной отрасли России: главная причина - бурный рост спроса на продукцию изо льна во всем мире. И дело тут не только в моде, хотя лен используют в своих коллекциях известные модельеры. Научными исследованиями установлено, что лен наделен уникальными свойствами. Изделия из него традиционно считались наиболее «удобными» для человека. Лен превосходит хлопок по способности поглощать влагу - гигроскопичности и влагоемкости, он более прочен, обладает более высокой, чем у хлопка, воздухо- и теплопроводностью, а также низкой электризуемостью. Лен задерживает рост и размножение болезнетворных бактерий и плесневых грибов. Поэтому льняное волокно и другие продукты льноводства широко используют во многих отраслях промышленности В XXI веке, для которого характерны мощное развитие техники и ухудшение экологии, благоприятное для человека жизненное пространство неумолимо сужается. Текстильная промышленность является одной из отраслей, значительно загрязняющей окружающую среду, в особенности воду. Применяя ферментные композиции для облагораживания льносодержащих текстильных материалов, обладающих уникальными медико-биологическими и гигиеническими свойствами, можно значительно повысить их качество, которое будет способствовать увеличению спроса на российские товары изо льна.

     Список использованных источников

1 Чешкова А.И. Ферменты и технологии для текстиля, моющих средств,кожи,меха: Учебное пособие вузов.-И.: ГОУВПО ИГХТУ,2007.-282с.

2 Чешкова А. Е., Кундий С. А., Лебедева В.И., Мельников Б. Н.

Льняное дело. 1996. №1. С. 35–38.

3 Чешкова А. В., Мельников Б. Н. Изв. высш. учеб. заведений.

Химия и химическая технология. Иваново. 1993. Вып. 5.

Т. 36. С. 112–115.

4 Новорадовский А. Г. Текстильная химия. 1998. №2. (14).

5 Елинов Н.П. Основы биотехнологии. Для студентов институтов, аспирантов и практических работников. Издательская фирма «Наука» СПБ 1995 г.с.,600 стр.166 ил..

6  Биотехнология: Учебное пособие для вузов. В 8 кн./ Под ред. Н. С. Егорова, В. Д. Самуилова. - М.: Высшая школа, 1987 г.

7 Баев А. А., Быков В. А. Биотехнология - союз науки и производства. - М.: Советская Россия, 1987 - 128 с.

8 Сайт интернета: chem.msu.su›

9   Сайт интернета: msta.ac.ru›web2/autoreferat/getfile.aspx

10 Сайт интернета: dissercat.com›content…otdelki-lnyanykh-tkanei

3