Клеточная стенка грибов – оптимальная структура для биосорбции

Ряд проблем Чернобыльской аварии наиболее успешно можно решать с использованием биосорбентов на основе грибного хитина. Новые хитиновые сорбенты "Микотон" полученные из клеточных стенок высших грибов, показали уникально высокие сорбционные свойства по отношению к урану, плутонию, америцию,...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Биополимеры и клетка
Дата:	1996
Автори:	Горовой, Л.Ф., Косяков, В.Н.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 1996
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154087
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Клеточная стенка грибов – оптимальная структура для биосорбции / Л.Ф. Горовой, В.Н. Косяков // Биополимеры и клетка. — 1996. — Т. 12, № 4. — С. 49-60. — Бібліогр.: 25 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-154087
record_format	dspace
spelling	Горовой, Л.Ф. Косяков, В.Н. 2019-06-15T07:40:37Z 2019-06-15T07:40:37Z 1996 Клеточная стенка грибов – оптимальная структура для биосорбции / Л.Ф. Горовой, В.Н. Косяков // Биополимеры и клетка. — 1996. — Т. 12, № 4. — С. 49-60. — Бібліогр.: 25 назв. — рос. 0233-7657 DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.000439 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154087 582.281 Ряд проблем Чернобыльской аварии наиболее успешно можно решать с использованием биосорбентов на основе грибного хитина. Новые хитиновые сорбенты "Микотон" полученные из клеточных стенок высших грибов, показали уникально высокие сорбционные свойства по отношению к урану, плутонию, америцию, цезию и токсичным тяжелым металлам. Испытания на реальных радиоактивных отходах Чернобыльской АЭС доказали, что хитиновые сорбенты способны в 1000 раз снижать активность жидких радиоактивных отходов. Биосорбенты с ферромагнитными свойствами можно применять для дезактивации почв и донных отложений водоемов. Ряд проблем Чорнобильської аварії найуспішніше можна вирішувати з використанням біосорбентів на основі грибного хітину. Нові хітинові сорбенти «Мікотон», одержані з клітинних стінок вищих грибів, показали унікально високі сорбційні властивості відносно до урану, плутонію, америцію, цезію та токсичних важких металів. Випробування на реальних радіоактивних відходах Чорнобильської АЕС довели, що хітинові сорбенти здатні в 1000 разів знижувати активність рідких радіоактивних відходів. Біосорбенти з феромагнітними в.шстивостями можна застосовувати для дезактивації грунтів та донних відкладень водойм. Number of problems of Chernobyl accident can be most succesfully solved with chitin biosorbents «Mycoton» maden from cell walls of the higher fungi. «Mycoton» have showed unically high sorption Qualities for uranium, plutonium, americium, caesium and toxic heavy metals. Tests on real radioactive wastes departured of Chernobyl NPP shows that chitin sorbents are capable to reduce in 1000 times activity of liquid radioactive wastes. Biosorbents with ferromagnetic properties can be used for decontamination of soil and bottom sediments of water bodies. Выражаем искреннюю благодарность JI. А. Нудьге (Институт высокомолекулярных соединений РАН, Санкт-Петербург) за помощь в анализе химического состава наших материалов; начальнику радиохимической лаборатории Чернобыльской АЭС В. П. Сулимову — за проведение радиохимических испытаний сорбентов «Микотон». ru Інститут молекулярної біології і генетики НАН України Биополимеры и клетка Клеточная стенка грибов – оптимальная структура для биосорбции Клітинна стінка грибів – оптимальна структура для біосорбції Cell wall of fungi – optimal structure for biosorption Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Клеточная стенка грибов – оптимальная структура для биосорбции
spellingShingle	Клеточная стенка грибов – оптимальная структура для биосорбции Горовой, Л.Ф. Косяков, В.Н.
title_short	Клеточная стенка грибов – оптимальная структура для биосорбции
title_full	Клеточная стенка грибов – оптимальная структура для биосорбции
title_fullStr	Клеточная стенка грибов – оптимальная структура для биосорбции
title_full_unstemmed	Клеточная стенка грибов – оптимальная структура для биосорбции
title_sort	клеточная стенка грибов – оптимальная структура для биосорбции
author	Горовой, Л.Ф. Косяков, В.Н.
author_facet	Горовой, Л.Ф. Косяков, В.Н.
publishDate	1996
language	Russian
container_title	Биополимеры и клетка
publisher	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
format	Article
title_alt	Клітинна стінка грибів – оптимальна структура для біосорбції Cell wall of fungi – optimal structure for biosorption
description	Ряд проблем Чернобыльской аварии наиболее успешно можно решать с использованием биосорбентов на основе грибного хитина. Новые хитиновые сорбенты "Микотон" полученные из клеточных стенок высших грибов, показали уникально высокие сорбционные свойства по отношению к урану, плутонию, америцию, цезию и токсичным тяжелым металлам. Испытания на реальных радиоактивных отходах Чернобыльской АЭС доказали, что хитиновые сорбенты способны в 1000 раз снижать активность жидких радиоактивных отходов. Биосорбенты с ферромагнитными свойствами можно применять для дезактивации почв и донных отложений водоемов. Ряд проблем Чорнобильської аварії найуспішніше можна вирішувати з використанням біосорбентів на основі грибного хітину. Нові хітинові сорбенти «Мікотон», одержані з клітинних стінок вищих грибів, показали унікально високі сорбційні властивості відносно до урану, плутонію, америцію, цезію та токсичних важких металів. Випробування на реальних радіоактивних відходах Чорнобильської АЕС довели, що хітинові сорбенти здатні в 1000 разів знижувати активність рідких радіоактивних відходів. Біосорбенти з феромагнітними в.шстивостями можна застосовувати для дезактивації грунтів та донних відкладень водойм. Number of problems of Chernobyl accident can be most succesfully solved with chitin biosorbents «Mycoton» maden from cell walls of the higher fungi. «Mycoton» have showed unically high sorption Qualities for uranium, plutonium, americium, caesium and toxic heavy metals. Tests on real radioactive wastes departured of Chernobyl NPP shows that chitin sorbents are capable to reduce in 1000 times activity of liquid radioactive wastes. Biosorbents with ferromagnetic properties can be used for decontamination of soil and bottom sediments of water bodies.
issn	0233-7657
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154087
citation_txt	Клеточная стенка грибов – оптимальная структура для биосорбции / Л.Ф. Горовой, В.Н. Косяков // Биополимеры и клетка. — 1996. — Т. 12, № 4. — С. 49-60. — Бібліогр.: 25 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT gorovoilf kletočnaâstenkagribovoptimalʹnaâstrukturadlâbiosorbcii AT kosâkovvn kletočnaâstenkagribovoptimalʹnaâstrukturadlâbiosorbcii AT gorovoilf klítinnastínkagribívoptimalʹnastrukturadlâbíosorbcíí AT kosâkovvn klítinnastínkagribívoptimalʹnastrukturadlâbíosorbcíí AT gorovoilf cellwalloffungioptimalstructureforbiosorption AT kosâkovvn cellwalloffungioptimalstructureforbiosorption
first_indexed	2025-11-24T11:38:37Z
last_indexed	2025-11-24T11:38:37Z
_version_	1850845754810171392
fulltext	ISSN 0233-7657. Биополимеры и клетка. 1996. Т. 12. № 4 Клеточная стенка грибов — оптимальная структура для биосорбции Л. Ф. Горовой, В. Н. Косяков1 Институт клеточной биологии и генетической инженерии НАН Украины 252143, Киев, ул. Академика Заболотного, 148 Российский научный центр «Курчатовский институт» 123182, Москва, ир. Курчатова, 1 Ряд проблем Чернобыльской аварии наиболее успешно можно решать с использова- нием биосорбентов на основе грибного хитина. Новые хитиновые сорбенты " " """"Ми- котон" полученные из клеточных стенок высших грибов, показали уникально вы- сокие сорбционные свойства по отношению к урану, плутонию, америцию, цезию и токсичным тяжелым металлам. Испытания на реальных радиоактивных от- ходах Чернобыльской АЭС доказали, что хитиновые сорбенты способны в 1ООО раз снижать активность жидких радиоактивных отходов. Биосорбенты с ферромаг- нитными свойствами можно применять для дезактивации почв и донных отло- жений водоемов. Введение. Чернобыльская авария поставила перед наукой ряд проблем, которые важны не только для ликвидации последствий взрыва ядерного реактора на ЧАЭС, но и в более глобальном экологическом аспекте. В этой связи решение задач очистки природных и техногенных объектов от загрязнений тяжелыми металлами, в том числе радиоактивными, является очень актуальным. Острота проблемы состоит в том, что тяжелые металлы не разлагаются, а в результате интенсивной деятельности человека посто- янно накапливаются в природных экосистемах. В увеличивающихся масш- табах они включаются в биологический круговорот веществ и в конечном счете оказывают самое негативное влияние на здоровье человека. Все это осложняется тем, что многие тяжелые металлы и радионуклиды опасны даже в очень низких концентрациях, составляющих миллиграммы или их доли на килограмм пищевых продуктов или воды. Удаление подобных загрязнений возможно только сорбционными методами. В настоящее время известно много минеральных, синтетических и органических сорбентов. Каждая группа имеет как положительные, так и отрицательные качества. Минеральные сорбенты дешевые, но при использовании их в больших масштабах возникают проблемы утилизации отработанных сорбентов. Син- тетические сорбенты более дорогие, в большинстве своем их применение очень ограничено и во многих случаях также сопряжено с трудностями утилизации отходов. Важным преимуществом органических сорбентов (в основном биологического происхождения) является широкий спектр дейст- вия и низкая зольность. Это позволяет решать задачи очистки от широкого Correspondence address. © Л. Ф. ГОРОНОЙ, В. н. КОСЯКОВ, 1996 49 ГОРОВОЙ Л. Ф. , к о с я к о в в. н. круга загрязнений, а при сжигании отработанных сорбентов удается эффек- тивно компактировать или перерабатывать опасные остатки. Особое место среди сорбентов биологического происхождения занима- ет хитин. Это единственный полисахарид, в молекуле которого имеется азот, входящий в ацетиламидную группу. Благодаря этому хитин и ряд его производных обладают мощными сорбционными способностями. Основным механизмом сорбции у хитина является хелатирование, поэтому он сорби- рует практически все тяжелые металлы, в том числе и актиниды, и почти индифферентен к легким металлам, например, к таким биогенным элемен- там, как калий, натрий, кальций и др. Из научной и патентной литературы известна широкая сфера примене- ния хитиновых сорбентов. Они эффективны для извлечения урана из растворов и морской воды [1—4], удаления примесей плутония 15], очистки воды из системы охлаждения ядерного реактора от различных радионукли- дов [6], а также для извлечения подавляющего большинства тяжелых металлов — свинца, ртути, кадмия, мышьяка, висмута и др. [7—9 ]. Тем не менее, следует отметить, что совсем мало внимания уделяется изучению организации хитинсодержащих структур у организмов, обладающих высо- кой естественной способностью к биосорбции. Общеизвестно свойство высших базидиальных грибов накапливать тя- желые металлы и радионуклиды. При произрастании этих грибов на загрязненных почвах содержание тяжелых металлов в плодовых телах может в 100—500 раз превышать их концентрацию в субстрате. Основной структурой грибов, обеспечивающей сорбцию, является клеточная стенка, содержащая значительное количество хитина. Изучение ультратонкого строения показывает, что она имеет оптимальную структуру для биосорб- ции. Можно с уверенностью утверждать, что эта структура выработалась для защиты живого протопласта клетки в результате длительной эволюции грибов в условиях обитания в средах, насыщенных тяжелыми металлами. Микрофибриллярное строение хитина в клеточной стенке создает огромную сорбционную поверхность. Геометрическая площадь поверхности микрофиб- рилл достигает 1000 м2 в 1 г клеточных стенок. Электронно-микроскопиче- ские исследования показали, что микрофибриллы хитина образуют про- странственную решетку благодаря наличию между ними аморфного глюка- нового матрикса. Это обеспечивает свободный доступ водных растворов солей ко всей поверхности хитиновых микрофибрилл. Небольшое расстоя- ние между микрофибриллами 5—10 нм) гарантирует высокую вероят- ность захвата ионов тяжелых металлов, проходящих в растворе через клеточную стенку. Изучение ультраструктурного строения клеточной стен- ки грибов позволяет понять систему биосорбции у этих организмов и предложить пути использования уникально высоких сорбционных способно- стей для решения практических задач очистки техногенных и природных объектов от загрязнений радионуклидами и тяжелыми металлами. Грибной хитин и его преимущества. Большинство исследователей, работающих над разными вопросами хитиновой проблематики, основное внимание уделяют хитину ракообразных. Грибной хитин привлекает значи- тельно меньше внимания. Это объясняется, вероятно, тем, что грибной хитин сильно рассеян в природе и нет легкодоступного источника для его получения в промышленных масштабах. Кроме того, получение чистого хитина из грибов является более сложной проблемой, чем его получение из крабов. Тем не менее, многие понимают перспективы развития исследова- ний, направленных на производство хитина и его производных из грибов. Главные преимущества грибного источника хитина перечислены ниже. 1. Из всех групп организмов, продуцирующих хитин, грибы обладают самой высокой скоростью роста. Время удвоения биомассы грибов при 50 КЛЕТОЧНАЯ СТЕНКА ГРИБОВ — СТРУКТУРА ДЛЯ БИОСОРБЦИИ оптимальных условиях культивирования может составлять 1—3 ч. По потенциальной биологической продуктивности грибы превосходят ракооб- разных в сотни и тысячи раз. 2. Грибную биомассу можно нарабатывать биотехнологическими мето- дами на промышленной основе. Благодаря этому имеется принципиальная возможность сделать производство хитина независимым от природных источников и добиться стабильности показателей качества продукции. 3. Для биотехнологического производства грибов — продуцентов хитина можно использовать субстраты, являющиеся отходами сельскохозяйственно- го производства, целлюлозо-бумажной или пищевой промышленности. 4. Грибы не содержат заметных количеств карбоната кальция и для получения хитиновых продуктов требуется значительно меньшее количест- во кислоты. Производство хитина из грибов может быть чистым в экологи- ческом отношении. Эти и другие очевидные преимущества грибов побудили некоторых исследователей к реализации перечисленных возможностей. Одной из пер- вых попыток можно считать работу Циммерманн [10]. В описании патента предлагается для получения ксантогената хитина использовать биомассу таких низших грибов, как виды родов Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Phycomyces и др. На примерах гриба Fusarium sambucinum показано получение нитей и пленок из ксантогената хитина. Выдающийся вклад в решение проблем использования грибного хитина внес Музарелли [11—15]. Для получения хитозан-глюканового комплекса он предложил использовать широкий круг низших грибов родов Allomyces, Aspergillusу Penicillium, Mucor, Phycomyces, Choanephora, Zygorrhynchus и других плесневых грибов. Основное внимание было уделено грибам, широко применяющимся в микробиологической промышленности, в частности, Aspergillus niger и Mucor rouxii, значительное количество биомассы которых после ферментации сбрасывается в отходы. Для получения конечного продукта — хитозан-глюканового комплек- са — Музарелли предложил использовать обработку грибной мицелиальной массы концентрированными растворами щелочей при высоких температурах и показал, что полученный комплекс биополимеров превосходит хитозан животного происхождения по сорбционным и другим ценным свойствам. Использовать хитозан-глюкановый комплекс предлагалось в виде порошка или отливать из него пленки. Основным недостатком хитиновых материалов из низших грибов явля- ется их слабая механическая прочность. Мицелиальные волокна при высы- хании склеиваются между собой. В сухом состоянии такие материалы хрупкие, легко растрескиваются и порошат. Поэтому во всех случаях содержащую хитин мицелиальную массу использовали как добавку к другим волокнам или же ее наносили на различные подложки [16—19]. В отмеченных выше работах речь шла о низших грибах. Большая группа высших грибов — Higher Basidiomycetes — оставалась практически без внимания. В то же время известно, что именно среди последних встречаются виды с уникально высоким содержанием хитина в клеточной стенке [20]. Почти у половины изученных видов содержание хитина в клеточной стенке более 50 %, а у гриба Fomes endopolus достигает 65 %. Таким образом, по этому важному показателю высшие грибы значительно превосходят низшие. Анализируя возможности практического использования хитина для приготовления сорбентов, можно отметить, что применение хитина или его производных в виде порошка или чешуек является нетехнологичным. Поэтому усилия многих исследователей были направлены на получение пленок или волокон. Все эти работы проводились по традиционной схеме: 51 ГОРОВОЙ Л. Ф., к о с я к о в в. н. вначале получают вязкие растворы хитина, хитозана или их производных, затем формируют пленки или вытягивают нити и в конечном счете регенерируют хитин или хитозан в твердое состояние. Отмеченные недостатки низших грибов и традиционные способы обра- ботки, вероятно, являются основными причинами, ограничивающими потре- бительские качества хитиновых материалов и рентабельность их производ- ства. Из этого следует, что для реализации потенциальных возможностей грибов как источника хитиновых материалов необходимо искать более совершенные технические решения. Начав работы над хитиновой тематикой, мы положили в основу своего подхода две главные идеи: 1. Создать волокнистые хитинсодержащие материалы можно простым способом, сохраняя природное строение соматических структур грибов — гиф. 2. Из высших грибов можно подобрать грибы-продуценты, имеющие высокое содержание хитина в клеточных стенках гиф и хорошие физико- механические качества мицелиальных волокон. При этом можно соблюсти требование, чтобы грибы-продуценты хорошо росли в культуре и могли выращиваться в промышленных масштабах. Эти идеи базировались на хорошо известных представлениях о том, что вегетативные гифы грибов — это линейные или разветвленные нити, имею- щие цилиндрическую форму с гладкой поверхностью. Для получения волокнистого хитинсодержащего материала из гиф необходимо удалить живой протопласт и убрать другие растворимые компоненты клеточной стенки. Нерастворимая часть клеточной стенки высших грибов представляет собой комплекс двух полисахаридов — хитина и глюканов [20 ]. У некото- рых видов имеются также пигменты — меланины. Хитин в клеточной стенке грибов имеет микрофибриллярную форму с толщиной микрофибрилл 15—25 нм и длиной до 1—2 мкм. Микрофибриллы представляют собой линейные пучки макромолекул хитина. Глюканы являются аморфным матриксом, обеспечивающим связь между микрофибриллами. Такое сочета- ние компонентов придает клеточной стенке хорошие физико-механические свойства и обеспечивает сохранение ее цилиндрической формы. Меланины в основном растворены в глюкановом матриксе, но могут находиться и в виде микрокристаллов. Биологическая роль меланинов заключается, веро- ятно, в обеспечении устойчивости клеточной стенки к действию литических ферментов и других химических агентов окружающей среды. Кроме того, меланиновые пигменты защищают живую клетку от действия УФ-радиации и проникающего излучения. Поэтому мы сочли полезным не удалять полностью меланины из клеточной стенки. Для сохранения нативного волокнистого строения были разработаны способы механической и химической обработки биомассы грибов [21 ]. В результате удалось получить волокнистый хитинсодержащий материал с толщиной волокон 3—5 мкм и длиной до нескольких миллиметров (рис. 1, 2). Такие материалы на основе хитина получили название «Микотон». Эти волокна имеют полое строение с толщиной стенки от 0,2 до 1 мкм (рис. 3). В зависимости от заданных требований химический состав волокон можно варьировать в широких пределах путем обработки сырья: содержание хитина может задаваться от 60 до 95 %, глюканов — от 5 до 35 % и меланинов — от 0 до 10 %. Рентгеновские и ИК-спектры полученных препаратов показывают характерные для хитина максимумы (рис. 4, а, б). Рентгеновские рефлексы наблюдаются при углах дифракции 2© 9°; 13°; 19°30'; 21°; 24° и 26°. ИК-спектры имеют специфические линии при длинах 1080, 1380, 1560, 2930 и 3400 см1 [22]. В сухом состоянии материал обладает высокой пористостью. Преобладают поры размером 5 нм (рис. 5). 52 КЛЕТОЧНАЯ СТЕНКА ГРИБОВ — СТРУКТУРА ДЛЯ БИОСОРБЦИИ Рис. 2. Поверхность хи- тинсодержащих волокон, СЭМ, х 2000 Базовый материал на основе хитина имеет индекс «СЬ» — «Микотон- Ch». Используя метод, разработанный Музарелли [11], хитин базового материала можно модифицировать и перевести в хитозан, получив хитозан- глюкановые или хитозан-глюкан-меланиновые волокна. В зависимости от времени обработки и концентрации щелочи хитозан будет иметь разную степень деацетилирования. Волокнистый материал на основе хитозана имеет индекс «СЬз» — «Микотон-Chs». Материал также поддается модифи- 53 ГОРОВОТІ л. ф. . КОСЯКОВ В. її. Рис. 3. Полое хитинсодержащее волокно, СЭМ, X 10000 Рис. 4. Рентгеновские (а) и инфракрасные (б) спектры «Микотон-Ch», полученного из разных видов грибов: / — Daedalea qaercina L: Fr2 — Polyporus brwnalis PersFr.; 3 — 'Laetiporus sulpkureus (Bull.: Fr.) Bond, et Sing.; 4 — Fomes fomentarius (L.: Fr.) Gill; 5 — Irpex lacteus Fr.; 6 P/iellinus igniarius (L.: Fr.) Quel.; 7 — Lenzites betulina (L.: Fr.) Fr. кадиям за счет введения в него различных химических радикалов или соединений. В частности, для усиления сорбционных свойств по отношению к цезию был разработан устойчивый комплекс хитинсодержащих волокон с ферроцианидом меди. Этот сорбент получил название «Микотон-Cs». Ис- пользуя полое строение волокон, мы разработали способы придания мате- риалу магнитных свойств [21 ]. Кристаллы ферромагнитных материалов 54 КЛЕТОЧНАЯ СТЕНКА ГРИБОВ — СТРУКТУРА ДЛЯ БИОСОРБЦИИ Рис. 5. Диаграмма распределе- ния пор по размерам в препарате «Микотон-Ch» вводятся внутрь волокон, и последние приобретают способность притяги- ваться к магниту. Такая модификация имеет название «Микотон-М». Была также разработана комплексная модификация «Микотон-Cs-M», имеющая повышенные сорбционные свойства к цезию и обладающая магнитными свойствами. Разработаны также другие модификации. Сорбенты тяжелых металлов и радионуклидов. Наши исследования сорбционных свойств имеют экологическую направленность с учетом перс- пектив использования таких сорбентов для решения задач ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС и для очистки индустриальных сбросов тяжелых металлов [23 ]. Поэтому основное внимание было уделено трансурановым элементам и изотопам цезия. Сорбционные свойства изуча- ли как на модельных системах, так и на реальных технологических отходах или загрязненных природных объектах. В качестве основного сорбционного показателя использовали коэффициент распределения Kd. Рис. 6. Влияние рН раствора на сорбционные свойства «Микотон-Ch» (а) и «Микотон-Chs» (б): 1 — уран; 2 — плутоний; 3 — америций; 4 — кюрий 55 где Ах — активность пробы раствора до сорбции, имп/с; Л2 — активность пробы раствора после обработки сорбентом, имп/с; V — объем раствора, мл; т — масса сорбента, г. Изучено влияние различных значений рН минеральных и органических кислот на сорбционные показатели. Оптимум рН находится в пределах значений 5—6 как для сорбента на основе хитина «Микотон-Ch», так и для сорбента на основе хитозана «Микотон-Chs». При этом первый проявил более высокие качества (рис. 6, а, б). Наилучшие сорбционные свойства показаны в растворах органических кислот (рис. 7, а—г). ГОРОВОЙ Л. Ф., к о с я к о в в. н. Кинетические характеристики сорбентов «Микотон-Ch» и «Микотон- Cs» представлены на рис. 8, а, б. Область равновесия для трансурановых элементов и большинства тяжелых металлов, сорбция которых идет по хелатному механизму, достигается за 120—150 мин. Сорбция цезия проис- ходит по ионно-обменному механизму и поэтому уже в первые 5 мин коэффициент распределения достигает очень высоких значений. Для боль- шинства тяжелых металлов сорбент «Микотон-Ch» показал высокие значе- ния коэффициентов распределения — от 103 до 105 (рис. 9). При наличии в растворах различных кислот больших изменений сорбционных свойств не происходит (рис. 10). Важной особенностью сорбентов «Микотон» является их индифферент- ность к основным биогенным металлам — К, Na, Са и другим легким элементам. Концентрация солей этих металлов до 400 г/л не оказывает существенного влияния на сорбционные показатели. Кроме того, сорбенты устойчиво работают в растворах с высоким содержанием поверхностно-ак- тивных веществ и нефтепродуктов. Высокие сорбционные и технологические показатели сорбента «Мико- тон-Cs» позволили предложить его для очистки жидких радиоактивных отходов ЧАЭС [24—25]. Испытания на различных радиоактивных отходах с высоким солесодержанием показали, что этот сорбент обеспечивает снижение уровня активности не менее чем в 1000 раз (табл.1 ). Такие же высокие коэффициенты очистки сорбент обеспечивает при дезактивации различных вод, загрязненных в результате аварии на ЧАЭС (табл. 2). Большая емкость сорбентов позволяет очищать до 1000 объемов жидких радиоактивных отходов на 1 объеме сорбента. Благодаря этому технология дезактивации с использованием хитинового сорбента «Микотон-Cs» в 100— 200 раз уменьшает объемы радиоактивных отходов, идущих на захоронение, что может дать большой экономический эффект и повысить радиационную безопасность. Хитиновые сорбенты с ферромагнитными свойствами «Микотон-М» и «Микотон-Cs-M» открывают широкие перспективы для решения наиболее сложных задач улучшения экологии. Они позволяют очищать донные отложения различных водоемов и сельскохозяйственные почвы от накопив- шихся там тяжелых металлов и радионуклидов (табл. 3). Сорбенты «Микотон» могут быть использованы также для доочистки питьевой воды, молока, соков и других жидких пищевых продуктов. Ведутся исследования медико-биологических эффектов энтеросорбентов на основе Таблица 1 Дезактивация жидких радиоактивных отходов (кубовых остатков) Чернобыльской АЭС (сорбент «Микотон-Cs») 56 КЛЕТОЧНАЯ СТЕНКА ГРИБОВ — СТРУКТУРА ДЛЯ БИОСОРБЦИИ Рис. 7. Влияние концентрации соляной (а, 6) и уксусной (в, г) кислот в растворе на сорбционные свойства «Микотон-Ch» (а, б) и «Микотон-Chs» (б, г): 1 — уран; 2 — плутоний; 3 — америций (по оси абсцисс — моль/л) Рис. 8. Кинетика сорбции плутония (7) и америция (2) на сорбенте «Микотон-Ch» (а) и цезия (б) на сорбенте «Микотон-Cs» в 0,01 М азотной кислоте 57 ГОРОВОЙ Л. Ф., к о с я к о в в. н . Таблица 2 Дезактивация жидких радиоактивных отходов из объекта «Укрытие» ЧАЭС (сорбент «Микотон-Cs» ) Таблица З Очистка донных отложений реки Днепр от загрязнений тяжелыми металлами (ферромагнитный сорбент «Микотон-Cs-M» ) Рис. 9. Влияние рН раствора на сорбцию тяжелых металлов сорбентом «Микотон Ch»: 1 - свинец; 2 — ртуть; 3 — хром; 4 — кадмий; 5 — висмут Рис. 10. Влияние ионного состава растворов на сорбцию тяжелых металлов: 1 — Н20; 2 - С15-0; 3 - NO3"; 4 — S04"2; 5 — Ас" 58 КЛЕТОЧНАЯ СТЕНКА ГРИБОВ — СТРУКТУРА ДЛЯ БИОСОРБЦИИ хитинсодержащих материалов «Микотон». Препараты помогают выведению из организма радионуклидов и тяжелых металлов. Они оказывают положи- тельное действие при заболеваниях печени, почек, желудочно-кишечного тракта. Высокую эффективность препараты показали при некоторых инфек- ционных заболеваниях. Заключение. Настоящее сообщение раскрывает перспективы изучения и использования новых волокнистых хитинсодержащих материалов, получа- емых из грибов. Его основной целью является привлечение внимания широкого круга исследователей и промышленников к нетрадиционному взгляду на грибы как на источник хитинового сырья и хитиновой продукции для разных областей применения. Ряд изделий можно уже сейчас предложить для промышленного освое- ния и широкого использования, в их числе сорбенты «Микотон»; другие продукты находятся на завершающих стадиях лабораторных и опытно-про- мышленных исследований. Однако еще больше перспектив остатюся пока не реализованными. Для этого требуются фундаментальные и прикладные исследования широкого круга специалистов. Мы готовы к самым разным формам сотрудничества в этой области. Выражаем искреннюю благодарность JI. А. Нудьге (Институт высокомо- лекулярных соединений РАН, Санкт-Петербург) за помощь в анализе химического состава наших материалов; начальнику радиохимической ла- боратории Чернобыльской АЭС В. П. Сулимову — за проведение радиохи- мических испытаний сорбентов «Микотон». Л. Ф. Горовий, В. М. Косяков Клітинна стінка грибів — оптимальна структура для біосорбції ' Резюме Ряд проблем Чорнобильської аварії найуспішніше можна вирішувати з використанням біосорбентів на основі грибного хітину. Нові хітинові сорбенти «Мікотон», одержані з клітинних стінок вищих грибів, показали унікально високі сорбційні властивості відносно до урану, плутонію, америцію, цезію та токсичних важких металів. Випробування на реальних радіоактивних відходах Чорнобильської АЕС довели, що хітинові сорбенти здатні в 1000 разів знижувати активність рідких радіоактивних відходів. Біосорбенти з феромагнітними в.шстивостями можна застосовувати для дезактивації грунтів та донних відкладень водойм. L. F. Gorovoj, V. N. Kosyakov Cell wall of fungi — optimal structure for biosorption Summary Number of problems of Chernobyl accident can be most succes-fully solved with chitin biosorbents «Mycoton» maden from cell walls of the higher fungi. «Mycoton» have showed unically high sorption qualities for uranium, plutonium, americium, caesium and toxic heavy metals. Tests on real radioactive wastes departured of Chernobyl NPP shows that chitin sorbents are capable to reduce in 1000 times activity of liquid radioactive wastes. Biosorbents with ferromagnetic properties can be used for decontamination of soil and bottom sediments of water bodies. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Андреев П. Ф., Плиско Е. А., Рогозина Э. М. Взаимодействие разбавленных растворов солей уранила с хитином и некоторыми эфирами целлюлозы / / Геохимия.—1962.— № 6.—С. 536—539. 2. Sakaguchi Т., Horikoshi Т., Narajima A. Studies on the accumulation of heavy metal elements in biological systems. Pt YH. Adsorption of heavy metal ions by chitin phosphate and chitosan phosphate / / Nippon Nogei Kagaku Kaishi.—1979.—53.—P. 149—156. 3. Sakaguchi Т., Nakajima A.. Recovery of uranium by chitin phosphate and chitosan phosphate 59 ГОРОВОЙ Л. Ф., к о с я к о в в. н. / / Proc. 2nd Int. conf. «Chitin and chitosan» (Sapporo, Japan, July, 12—14, 1982).— Sapporo, 1982.—P. 177—182. 4. Muzzarelli R. A. A., Tanfani F.f Emanuelli M. Chelating derivatives of chitosan obtained by reaction with ascorbic acid 11 Carbohydr. Polym.—1984.—4, N 2.—P. 137—151. 5. Pat. US N 4120933 Decontamination of plutonium-containing water with chitin / / G. L. Silver, 1978. 6. Muzzarelli R. A. A., Rocchetti R.t Marangio G. Separation of zirconium, niobium, cerium and ruthenium for the determination of caesium in nuclear fuel solution / / J. Radioanal. Chem.—1972.—10.—P. 17—26. 7. Muzzarelli R. A. A Natural chelating polymers.—1973.—55.—P. 83. 8. Onsoyen E., Skaugrud O. Metal recovery using chitosan 11 J. Chem. Technol. and Biotechnol.—1990.—49, N 4.—P. 395—404. 9. Roberts G. A. F. Chitin chemistry.— Basingstoke: Macmillan press, 1992.—352 p. 10. Pat FRG N 856146 Verfahren zuf Herstellung von Chitinxanthogenat / / A . Zimmermann, 1952. 11. Pat Ger. 2923802 Chitosan-glucan complex / / R. A. A. Muzzarelli.—1979. 12. Muzzarelli R. A. A , Tanfani F., Scarpini G. Chelating, film-forming and coagulating ability of the chitosan-glucan complex from Aspergillus niger industrial wastes / / Biotechnol. Bioeng.— 1980.—22, N 4.—P. 885—896. 13. Muzzarelli R. A. A., Tanfani F.. Scarpini G., Tucci E. Removal and recovery of cupric and mercuric ions from solutions using chitosan-glucan from Aspergillus niger / / J. Appl. Biochem.—1980.—2.—P. 54—59. 14. Muzzarelli R. A. A , Tanfani F.tEmanuelli M. The chelating ability of chitinous materials from Streptomyces, Mucor rouxii, Phycomyces blakesleeanus and Cfioanephora cucurbitarum / / . Ibid.—1981.—3, N 4.—P. 322—327. 15. Muzzarelli R. A A , Tanfani F. The chelating ability of chitinous materials from Aspergillus niger, Streptomyces, Mucor rouxii, Phycomyces blakesleeanus and Choanephora cucurbitarum 11 Proc. 2nd Int. conf. «Chitin and chitosan»: Abstr (Sapporo, Japan, July, 12—14, 1982).— Sapporo, 1982.—P. 183—186. 16. Pat GB N 2165865 Nonwoven fabric / B. Sagar, P. Hamlyn, D. Walas.—1986. 17. Wales D. S., Sagar B. F. Recovery of metal ions by microfungal filters / / J. Chem. Technol. and Biotechnol.—1990. —49, N 4.—P. 345—356. 18. Jonson M. A., Carlson J. A Mycelial paper: A potential resource recovery process? / / Biotech, and Bioeng. J.—1978.—20.—P. 1063—1084. 19. Pat. EP N 460774 Manufacture of wound dressings from microfungal fibers / B. Sagar, P. Hamlyn, D. Wales.— 1991. 20. O'Brien R. W.j Ralph B. J. The cell wall composition and taxonomy of some Basidiomycetes and Ascomycetes 11 Ann. Botany. New series.—1966.—38, N 120.—P. 831—846. 21. Пат. N 5005005/04 72820 Россия. Способ получения хитинсодержащего материала / Л. Ф. Горовой, В. Н. Косяков.—1991. 22. Даниляк М. /., Горовий Л. Ф., Баглай В. О. Фізико-хімічні особливості хітин-глюканового комплексу клітинних стінок вищих базидіальних грибів 11 Укр. бот. журн.—1992.—49, № 1.—С. 68—71. 23. Кулаков В. М., Величко Б. А , Горовой Л. Ф., Косяков В. Н. Хитинсодержащие биосорбенты для дезактивации загрязненных природных объектов 11 Экология пром. пр-ва.—1993.— № 2.—С. 31—34. 24. Косяков В. М., Горовий Л. Ф. Сорбційні властивості хітинових сорбентів «Мікотон» / / Чорнобильська аварія, її наслідки та проблеми їх подолання: Тез. доп. (Київ, 20—21 квітня 1994 р).— Київ, 1994.—С. 97. 25. Горовий Л. Ф., Косяков В. М., Сулімов В. П. Сорбційна технологія дезактивації і компактування рідких радіоактивних відходів / / Там же.—С. 92. удк 582.281 Поступила в редакцию 01.04.96 60

Клеточная стенка грибов – оптимальная структура для биосорбции

Репозитарії

Схожі ресурси