новые химические технологии
АНАЛИТИЧЕСКИЙ ПОРТАЛ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ПОИСК    

НА ГЛАВНУЮ 

СОДЕРЖАНИЕ:

НАУКА и ТЕХНОЛОГИИ

Базовая химия и нефтехимия

Продукты оргсинтеза ............

Альтернативные топлива, энергетика ...........................

Полимеры ...........................

ТЕНДЕНЦИИ РЫНКА

Мнения, оценки ...................

Законы и практика ...............

Отраслевая статистика .........

ЭКОЛОГИЯ

Промышленная безопасность

Экоиндустрия .......................

Рециклинг ............................

СОТРУДНИЧЕСТВО

Для авторов .........................

Реклама на сайте ................

Контакты .............................

Справочная .........................

Партнеры ............................

СОБЫТИЯ ОТРАСЛИ

Прошедшие мероприятия .....

Будущие мероприятия ...........

ТЕНДЕРЫ

ОБЗОРЫ РЫНКОВ

Исследование рынка кукурузных отрубей в России
Исследование рынка кукурузного зародыша в России
Исследование рынка кукурузного глютена в России
Исследование рынка тканого геотекстиля в России
Исследование рынка геокомпозитных материалов в России
Исследование рынка геомембран в России
Исследование рынка геосеток в России
Исследование рынка георешеток в России
Исследование рынка геотканей в России
Исследование рынка надувных бассейнов в России

>> Все отчеты

ОТЧЕТЫ ПО ТЕМАМ

Базовая химия и нефтехимия
Продукты оргсинтеза
Синтетические смолы и ЛКМ
Нефтепереработка
Минеральные удобрения
Полимеры и синтетические каучуки
Продукция из пластмасс
Биохимия
Автохимия и автокосметика
Смежная продукция
Исследования «Ad Hoc»
Строительство
In English
  Экспорт статей (rss)

Экоиндустрия

ПОЛИСАХАРИД КСАНТАН: свойства и потенциал применения


Сегодня микробные полисахариды находят широкое применение в самых различных сферах человеческой деятельности: от медицины до металлургии. Наибольшую популярность приобрели продукты на основе ксантана, внеклеточного полисахарида бактерии Xanthomonas Campestris


В начале 60-х годов успехи биотехнологии обеспечили широкое применение микробных полисахаридов, часто называемых биополимерами, и промывочных жидкостей на их основе. В настоящее время микробные полисахариды находят широкое применение в самых различных сферах человеческой деятельности: медицине, фармацевтической, пищевой, химической промышленности, в сельском хозяйстве и даже в таких «тяжелых» отраслях, как гидрометаллургия, добыча нефти, обогащение руд цветных и редких металлов.


Важнейшая группа биополимеров
К природным высокомолекулярным соединениям, входящим в состав тканей животных, растений и микроорганизмов, относятся белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и смешанные биополимеры. Полисахариды — макромолекулярные углеводы общей формулы CnOnH2m, не содержащие неуглеводные компоненты и построенные из остатков моносахаридов.
В растениях углеводы образуются из углекислого газа и воды за счет реакции фотосинтеза. Животный организм не способен сам к фотосинтезу углеводов и поэтому полностью зависит от растений как поставщиков углеводного питания. Микроорганизмы, за некоторым исключением, тоже не способны к фотосинтезу углеводов и вынуждены получать этот вид питания из внешней среды. Следует отметить, что химический синтез углеводов был осуществлен в начале прошлого века полимеризацией формальдегида и альдольной конденсацией смеси глицеринового альдегида и диоксиацетона.
Полимерные углеводы, состоящие из более чем десяти моносахаридных единиц, относят к полисахаридам или гликанам. Они могут состоять из одного типа моносахарида (гомополисахариды) или нескольких различных сахаров (гетерополисахариды). Полисахариды — обязательные компоненты всех организмов и составляют основную часть природных углеводов. Полисахариды являются преобладающим материалом растительного мира и поэтому составляют основную массу органического вещества на земле, за исключением «минеральной» органики (нефть и газ).
Некоторые микробные полисахариды близки или даже идентичны полисахаридам растений или животных, но подавляющее большинство из них имеют уникальную структуру, специфичную только для данного вида. В микробных гликанах и по сей день обнаруживаются ранее неизвестные полисахариды и моносахариды, которые обладают определенной биологической активностью и не встречаются ни у животных, ни у растений.
Полисахариды микроорганизмов делятся в соответствии с локализацией на внутриклеточные (эндогликаны) и внеклеточные (экзогликаны).
Большую роль в добыче, обогащении и переработке руд, отделении и концентрировании металлов из сточных вод как вторичного сырья, экстракции остаточных порций нефти из иссякающих месторож-дений играют микроорганизмы, способные жить в недрах Земли и осуществлять там химические превращения.
Способностью переводить металлы в растворимые соединения (выщелачивание металлов из руд) обладают, например бактерии Thiobacillusferrooxydans. Они выщелачивают железо, медь, цинк, уран и другие металлы, окисляя их серной кислотой, которая образуется этой бактерией из сульфида; Chromobacteriumviolaceum растворяет золото по схеме Au-vAu(CN)2.
Если речь идет об извлечении металлов из сточных вод, то большое значение придается таким микроорганизмам, как Citrobacter sp., Zoogloearamigera, клетки и внеклеточные полисахариды которых извлекают уран, медь, кадмий. Бактерии–деэмульгаторы, например Nocardiasp, Rhodococcus rhodochrous, разделяют водную и нефтяную фазы, что может быть использовано как для концентрирования нефти, так и для очистки сточных вод от нефтяных примесей, создающих угрозу для окружающей среды.
Наибольшую популярность приобрели продукты на основе ксантана, внеклеточного полисахарида бактерии Xanthomonas Campestris, выпускаемые под разными торговыми марками: Rhodоро1-23Р, Zibozan, Flowzan, Flo-Vis и др. Ксантан (ксантановая смола, ксантановая камедь, ксантановая резина), вырабатываются микробиологическим способом в гидрокарбонатной среде с добавкой протеина и неорганического азота. Этот биополимер — внеклеточная слизь, образующаяся на поверхности ячейки. Сброженную питательную среду пастеризуют для удаления микробов, осаждают спиртом, или очищают методом микрофильтрации.

Строение и свойства микробных экзополисахаридов
Полисахариды — бесцветные, обычно аморфные вещества. Нерастворимые в воде их разновидности, главным образом, выполняют в организме структурные функции, а растворимые — образуют вязкие растворы даже при очень низких концентрациях, выступают в роли запасных и энергетических веществ. Свободные гидроксильные группы полисахаридов ацилируются и алкилируются. Гликозидные связи полисахаридов гидролизуются под влиянием кислот и специфических ферментов.
Уникальные биологические и реологические свойства водорастворимых полисахаридов во многом определяются свойствами упорядоченного строения их цепей в растворах. Такие высокополимеры имеют как первичную, так и высшие пространственные структуры. Это обусловлено слабыми внутримоле-ку-лярными взаимодействиями, среди которых основную роль играют водородные связи и комплексообразование.
Первичная структура микробного экзополисахарида ксантана показана на рисунке 1.

Рис. 1. Первичная структура ксантана


Основная цепь ксантана (кор) построена аналогично целлюлозе (1-4–β-гликопираноза), а в ответвлениях кора — трисахарид, состоящий из β-D-маннозы, β-D-глюкуроновой кислоты и α-D-маннозы. Остатки глюкуроновой кислоты и кислые пировиноградные группы придают молекулам ксантана анионный характер.

Камедь ксантана Е 415 (ксантан) (компания «Макгель») Стабилизатор и загуститель в косметической промышленности
 Вязкость 1300 – 1800 сПа•с, повышается в горячем состоянии. При взаимодействии с другими коллоидами создает эффект синергизма. Достаточно высокая вязкость при низком сдвиговом усилии, псевдопластичная реология, температурная нечувствительность и совместимость с кислотами, щелочами и солями. Является стабилизатором эмульсий, суспензий и муссов, контролирует синерезис, удерживает влагу. Обладает свойствами создавать пленку.

В результате взаимодействия боковых цепочек между собой и с кором образуются высшие структуры ксантана, обусловливающие его свойства. В неионизованых растворах или при температурах выше 75оС молекулы ксантана приобретают скрученную конформацию (рис. 2а), в которой боковые звенья завернуты вокруг основной цепи. Введение в такой раствор даже незначительного количества катионов приводит к формированию молекулами ксантана двойной спирали с ионами металла внутри (рис. 2б и рис. 3б).

a) б)
Рис. 2. Зависимость вязкость 0,5% водный растворов кстантана оттемпературы а) деионизированный раствор (1); раствор содержащий 0,5% KCl (2) и конформация двойной спирали ксантана с захваченными катионами металла б)


Молекулы ксантана в водных растворах склонны к самоассоциации и с повышением ионной силы раствора или концентрации полисахарида формируется гель. Он представляет собой трехмерную сетку, образованную из двойных спиралей ксантана, связанных межмолекулярными водородными связями [1]. Уже при концентрации полисахарида 0,1% вязкость системы возрастает на порядок, а при 1,0% — в водном растворе формируется гель.
Наличие остатков жирных и уроновых кислот в составе биополимера обусловливает зависимость реологических свойств раствора от состава и концентрации солей и других ингредиентов. Именно с этим связана возможность, путем подбора различных добавок создавать композиции с широким спектром свойств (табл. 1).

Табл. 1. Потенциальные свойства композиций

Загущающая способность водных систем Повышение вязкости раствора уже при 0,1% растворе ксантана. 1,0% раствор ксантана формирует гель, с вязкостью 2,8 Па при скорости сдвига 5,4 сек-1
Стабилизация сдвига Неизменный динамический предел текучести, низкий статический предел текучести, который для 1,0% раствора составляет 20 Па, ниже него система не течет
Псевдопластичность При превышении статического предела текучести растворы псевдопластичны. Происходит разрушение сетки, двойные спирали вытягиваются в направлении усилия. Со снятием напряжения сетка быстро восстанавливается
Влияние температуры Ниже 75оС реологические свойства растворов слабо зависят от температуры, вследствие конформационного перехода макромолекул ксантана происходит обратимое снижение вязкости и свойства сохраняются при многократной заморозке и оттаивании
Влияние рН среды Эффективен для высоковязких кислых и щелочных композиций. Сохраняет реологические свойства в пределах рН от 2 до 12
Синергизм С водонабухающими глинами, наблюдается увеличение вязкости и суммарного предельного напряжения выше аддитивного
Совместимость Совместим с анионными и неионными соединениями. Осаждается катионными соединениями
Совместимость с органическими растворителями Совместим с водными растворами органических соединений. Осаждается 80% этиловым спиртом и изопропанолом. Растворы ксантана устойчивы в присутствии 30% глицерина, гликолей, этилового и изопропилового спирта
Совместимость с кислотами и основаниями Совместим с органическими и минеральными кислотами, соляная кислота разрушает ксантан. Выдерживает длительное присутствие 10% лимонной кислоты, 20% и 10% — уксусной, 5% серной кислот. Растворы сохраняют реологические свойства в присутствии гидроксида натрия и силиката натрия
Совместимость с солями металлов Загущает большинство солевых растворов. В присутствии 5–20% NaCl, KCl, CaCl2 или MgCl2 вязкость 0,5% раствора ксантана возрастает на 10%. Двухвалентные соли образуют гели при рН>10.Трехвалентные соли алюминия, железа, хрома образуют гели с 0,15–0,25% растворами ксантана

Области и перспективы применения микробных экзополисахаридов
Практический интерес для промышленности представляют полимеры, полученные в результате жизнедеятельности безвредных для человека, микроорганизмов. Такие полимеры являются экологически «чистыми», а их производство — экологически «безопасным». Лидерами в производстве микробных полисахаридов являются компании: «Рон Пуленк», «Статойл», «Келко Мерк».

a) б)
в)
Рис. 3. Конфигурация макромолекул ксантана в первичной и высших структурах: неионизированный раствор (а); в присутствии ионов металлов (б); самоассциация макромолекул с использованием трехмерной сетки (в)

Наиболее известный микробный полисахарид — ксантан (C35H49O29)n). В течение последних 40 лет он занимает ведущие позиции как добавка, улучшающая качество самых различных продуктов и технологических операций (повышение нефтедобычи, буровые работы, повышение урожайности, пищевая, фармацевтическая и косметическая промышленность, сельское хозяйство и т. д.).

Смола ксантана (компания AquaSource)
Косметическая и фармацевтическая промышленность

Позволяет освежать кожу, поддерживает ее упругость, влажность, сокращает поры. Сильный антиоксидант. Применяется в составе оболочки для лекарственных капсул.

Очищенные микробные полисахариы
Медицина

Применяются в медицине в качестве кровезаменителей, иммуностимуляторов, антикоагулянтов и в фармацевтической промышленности для изготовления готовых лекарственных форм, включая капсулы и микрокапсулы.

Ксантан, этаполан, полимиксан
Пищевые добавки
Образуют белково-полисахаридные комплексы. В количестве от 0,2 до 0,5% улучшает характеристики муки с низким содержанием клейковины

Ронда Гам Х 200 Е 410 (ксантан)
Гидроколлоиды и загустители

Используется как загуститель для заливки тортов, фруктовых начинок, повидла, джема, варенья, фруктовых напитков, для связывания влаги в мучных кондитерских и хлебобулочных изделиях

Ксантан Е 415 (компания VanHees)
Желирующие средства

Устойчивость в условиях цикла замораживание/разморозка допускает его применение в широком наборе пищевых продуктов: от замороженных изделий до закусок, приготовляемых в микроволновой печи.

Ксантан Е 415 (компания VanHees)
Желирующие средства

Устойчивость в условиях цикла замораживание/разморозка допускает его применение в широком наборе пищевых продуктов: от замороженных изделий до закусок, приготовляемых в микроволновой печи.

Сараксан (ксантан) (компания «Ресхил»)
Сельское хозяйство

Используется для повышения урожайности и экономии удобрений.

Ксантан может применяться для извлечения нефти из иссякающих месторождений. Остаточные порции нефти обычно адсорбируются на различных породах, содержащихся в нефтеносных пластах, и не вымываются из них водой. Раствор ксантана в воде обладает высокой вязкостью и при закачке в пласты под повышенным давлением высвобождает капли нефти из всех трещин и углублений нефтеносных пород.

Требования, предъявляемые к полимерам, используемым в процессах повышения нефтеотдачи:
• хорошая загущающая способность;
• высокая растворимость в воде при различных температурах, составах электролита и в присутствии стабилизирующих агентов;
• низкая степень удерживания (менее 20 µг/г). Все полимеры адсорбируются на породу пласта в той или иной степени, удерживание может быть обусловлено закупоркой, улавливанием, фазовым разделением или другими механизмами;
• стойкость к сдвиговой деструкции;
• химическая стойкость;
• биологическая устойчивость (частично гидролизованные поли-акриламиды и полисахариды, могут разрушаться под действием бактерий);
• хороший перенос в проницаемой среде (способность распространять полимер в неповрежденной породе без чрезмерного перепада давления или закупорки).
Большинству из этих требований удовлетворяют микробные экзополисахариды.

Микроорганизмы культивируют в специальных ферментаторах (биореакторах), где создают для них все необходимые условия (питательная среда, аэрация или анаэробные условия, температура, рН, удаление продуктов метаболизма, отсутствие конкурентов, паразитов и хищников). Микроорганизмы используют субстраты питательной среды, синтезируют вещества (метаболиты), растут и размножаются. В зависимости от целей культивирования конечным продуктом может быть биомасса клеток или какой-либо внеклеточный метаболит [2].
Недостатком производства ксантана является высокая требовательность микроорганизмов к условиям и питательной среде. Сотрудниками института микробиологии НАН Украины совместно с Национальным университетом пищевых технологий получены штаммы, способные осуществить синтез экзополисахаридов на дешевых средах с широким набором углеродных субстратов. Они утилизируют спирты, углеводы, органические кислоты и отходы пищевого производства — патоку, послеспиртовую барду и др.
Пересечение различных сфер применения биотехнологии (в данном случае, биогеотехнологической и природоохранной) составляет характерную особенность ее современного этапа развития. Разработанные штаммы допускают, по меньшей мере, две сферы применения: получение биомассы на базе дешевого сырья и предотвращение загрязнения окружающей среды.

Литература:
1. Jaffrey G. Southwick, Hoosung Lee, Alexander M. Jameson, and John Blackwell. Self-Association of xanthan in aqeous solvent-systems//Carbohydrate Research. – 1980. – Vol. 84. – Р. 287–295.
2. Микробные препараты в растениеводстве Дятлова К.Д. // Сросовский Образовательный журнал. – 2001. – №5. – С. 17–22.
3. J.G.Southwick, M.E.McDonnel, A.M.Jamieson, J.Blackwell. Solution studies of Xantan Gum Emploing Quasielastic light Scattering 


 Наталия Козак, к.х.н.,
Институт химии высокомолекулярных соединений НАН Украины,

 

Полимеры-Деньги

Версия для печати | Отправить |  Сделать стартовой |  Добавить в избранное

Куплю

19.04.2011 Белорусские рубли в Москве  Москва

18.04.2011 Индустриальные масла: И-8А, ИГНЕ-68, ИГНЕ-32, ИС-20, ИГС-68,И-5А, И-40А, И-50А, ИЛС-5, ИЛС-10, ИЛС-220(Мо), ИГП, ИТД  Москва

04.04.2011 Куплю Биг-Бэги, МКР на переработку.  Москва

Продам

19.04.2011 Продаем скипидар  Нижний Новгород

19.04.2011 Продаем растворители  Нижний Новгород

19.04.2011 Продаем бочки новые и б/у.  Нижний Новгород

Материалы раздела

ТОРГОВЛЯ ЕСВ: отечественная практика
СИСТЕМА ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СЕПАРАЦИИ PREBILGE
БИОГАЗОВАЯ СТАНЦИЯ НА СВИНОМ НАВОЗЕ
ОЧИСТКА ФЕНОЛЬНЫХ СТОЧНЫХ ВОД КОКСОХИМПРОИЗВОДСТВА МЕЧЕЛ-КОКС
КОНТРОЛЬ СОДЕРЖАНИЯ ДИОКСИНОВ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА
БИОГАЗОВАЯ СТАНЦИЯ ЗАПУЩЕНА ВО ВЛАДИМИРСКОЙ ОБЛАСТИ
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И ПОЛИТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ХРАНЕНИЯ И ЗАХОРОНЕНИЯ ЯДЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ БУРЕНИЯ
НОВАЯ СИСТЕМА ОЧИСТКИ СТОКОВ НА «ЕВРОХИМ-БЕЛОРЕЧЕНСКИЕ МИНУДОБРЕНИЯ»
ПРОБЛЕМА УТИЛИЗАЦИИ БУРОВЫХ ОТХОДОВ
В МОСКВЕ БУДУТ СОБИРАТЬ ОТРАБОТАВШИЕ БАТАРЕЙКИ
BASF ВОШЕЛ В СОВЕТ ПО ЭКОЛОГИЧЕСКОМУ СТРОИТЕЛЬСТВУ РОССИИ
«ГАЗПРОМ НЕФТЕХИМ САЛАВАТ» - РОСПРИРОДНАДЗОР
СИБУР ОБЯЗАЛИ ЛИКВИДИРОВАТЬ "БЕЛОЕ МОРЕ"
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ВРЕД ОТ СЖИГАНИЯ ПОПУТНОГО ГАЗА
ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ
ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР ДЛЯ УНИЧТОЖЕНИЯ ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ
ПРАВДА «БЕЛОГО МОРЯ» В ДЗЕРЖИНСКЕ
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОГРАММА ФГУП «ПО «ЗАВОД ИМЕНИ СЕРГО»
НОВЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСТЫ НА «НЕВИННОМЫССКОМ АЗОТЕ»
ПРОЕКТ PHYSALIA ДЛЯ ОЧИСТКИ ГОРОДСКИХ РЕК
ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОТХОДОВ АЛЮМИНИЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
УПРАВЛЕНИЕ БИООТХОДАМИ В ПРИМОРСКОМ КРАЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОЛИГОНОВ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ОТХОДОВ
РЕЗУЛЬТАТЫ МОНИТОРИНГА ПОЧВЫ САО Г.МОСКВЫ
МОДЕРНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ НА «ФОСФОРИТЕ»
О ВРЕДЕ ЧИСТЯЩИХ И МОЮЩИХ СРЕДСТВ
ПРИЧИНЫ ВТОРОГО БЕРЕЗНЯКОВСКОГО ПРОВАЛА
«СИБУР» ОБ ЭКОЛОГИИ
ОБРАЩЕНИЕ С ОТХОДАМИ в САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ
УКРАИНСКИЙ ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ШЛАКОВ
ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА
ADAPTIVEARC – технология плазменной утилизации ТБО
ВЛИЯНИЕ СТИРАЛЬНЫХ ПОРОШКОВ НА ЭКОЛОГИЮ
ЭКОБИОСОРБЕНТЫ ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ НЕФТЕРОЗЛИВОВ
УПРАВЛЕНИЕ ТБО В ТУРИСТИЧЕСКОЙ ЗОНЕ ОЗЕРА БАЙКАЛ
ТЕХНОЛОГИИ IPCO ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТОПЛИВНЫХ ПАРОВ
РЕГЛАМЕНТАЦИЯ ХРАНЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ В МОСКВЕ
ФОСФОГИПС ВМУ - безопасен
НОВЫЙ ПОЛИГОН ДЛЯ ОТХОДОВ КОВДОРСКОГО ГОКА
«БЕЗОПАСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»: комплекс термического обезвреживания медицинских отходов
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОСВОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЯ «ПАРТОМЧОРР»
МОДЕРНИЗАЦИЯ АММИАЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА КЧХК
О ХОДЕ КАПРЕМОНТА НА ВМУ
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ «НЕВИННОМЫССКОГО АЗОТА» ВЫРАСТЕТ В 3 РАЗА

>>Все статьи

Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru
Copyright © Newchemistry.ru 2006. All Rights Reserved