U radu je sustavno obrađena enzimatska hidroliza poliestera, ekološki prihvatljivog
procesa koji se odvija pri atmosferskom tlaku, umjerenim temperaturama
i blagim pH uvjetima, čime se smanjuju ...troškovi proizvodnje, potrošnje
energije, jača svjesnost ekološkoj prihvatljivosti i poboljšava
kvaliteta i funkcionalnost proizvoda. Prednosti enzimatske obrade na tekstilnim
supstratima u odnosu na alkalnu hidrolizu je poboljšan površinski izgled,
smanjene tendencije stvaranja pilinga, poboljšan opip i mekoća. Prema istraženoj
literaturi kutinaze bi bile najbolji izbor za hidrolizu površine poliesterskih
materijala jer pokazuju svojstva slična lipazama (hidroliza netopljivih
supstrata) i esterazama (hidroliza topljivih supstrata) što im omogućava
djelovanje na različite vrste topljivih i netopljivih estera.
Farmaceutici u okolišu Periša, Martina; Babić, Sandra
Kemija u industriji; časopis kemičara i tehnologa Jugoslavije,
9/2016, Letnik:
65, Številka:
9-10
Journal Article
Recenzirano
Odprti dostop
Farmaceutici su spojevi koji se upotrebljavaju za liječenje ili sprječavanje bolesti ljudi i životinja te kao promotori rasta u veterinarskoj medicini. Posljedica upotrebe farmaceutika je njihova ...prisutnost u okolišu gdje se zbog različitih fizikalno-kemijskih svojstava vežu na tlo i sediment ili podliježu abiotičkim (hidroliza i fotoliza) ili biotičkim (biološka razgradnja bakterijama i gljivicama) procesima razgradnje. Rezultat navedenih procesa vodi smanjenju koncentracije početne molekule farmaceutika te nastanku novih spojeva koji mogu biti više ili manje stabilni i toksični u odnosu na početnu molekulu farmaceutika. U većini dosadašnjih istraživanja određivane su koncentracije farmaceutika u okolišu, a još uvijek se malo zna o njihovu ponašanju i sudbini u okolišu. Stoga su kroz pojedina poglavlja u ovom radu objašnjeni procesi kojima su farmaceutici podvrgnuti u okolišu.
Zbog klimatskih promjena i iscrpljivanja zaliha fosilnih goriva postoji velika potreba za pronalaskom alternative nafti kao pogonskom gorivu. U ovom je radu dan pregled proizvodnje druge generacije ...bioetanola, koja se od prve generacije te narednih generacija razlikuje u iskorištavanju lignoceluloze kao sirovine. Opisani su sastojci lignocelulozne biomase, kao što su celuloza, hemiceluloza i lignin, te koraci u tehnološkom postupku, uključujući prethodnu obradu, enzimsku hidrolizu, fermentaciju, destilaciju i dehidraciju. Prethodnom obradom povećala se površina ugljikohidrata potrebna za enzimsku saharifikaciju, te se smanjilo nastajanje inhibitora. Enzimskom se hidrolizom oslobađaju fermentabilni šećeri, koji se djelovanjem mikroorganizama prevode u etanol. Hidrolizati dobiveni prethodnom obradom i enzimskom hidrolizom sadržavaju različite šećere, a najviše glukoze i ksiloze. Za fermentaciju oba šećera neophodni su genetički modificiranimikroorganizmi. Suvišak štetnih inhibitora poput slabih organskih kiselina, derivata furana i fenolnih spojeva može se ukloniti iz hidrolizata detoksikacijom prije fermentacije. Za učinkovitu provedbu saharifikacije potrebno je omogućiti istodobnu aktivnost egzogenih hemicelulaza i enzima što razgrađuju celulozu. Konvencionalni sojevi destilerijskog kvasca ne mogu fermentirati pentozu u etanol, a samo nekoliko prirodnih mikroorganizama, uključujući sojeve kvasaca Candida shehatae, Pichia (Scheffersomyces) stipites i Pachysolen tannophilus, imaju sposobnost razgradnje ksiloze u etanol. Enzimska hidroliza i fermentacija mogu se provesti na nekoliko načina, uključujući zasebnu saharifikaciju i fermentaciju, te simultanu saharifikaciju i fermentaciju. Mikroorganizmi koji fermentiraju pentozu mogu se proizvesti genetičkim inženjerstvom, i to umetanjem gena za kodiranje ksiloze u metabolizam odabranog mikroorganizma radi optimiranja iskorištenja ksiloze iz hidrolizata.
Pozadina istraživanja. Mikrobne β-fruktofuranozidaze imaju široku primjenu u prehrambenoj industriji, i to u proizvodnji invertnog šećera ili fruktooligosaharida. U ovom je radu korišten novi soj ...gljivice Aspergillus carbonarius PC-4 za optimiranje ekonomski isplativog postupka proizvodnje β-fruktofuranozidaze, te je ispitana hidroliza saharoze radi dobivanja invertnih šećera.
Eksperimentalni pristup. Sastav hranjive podloge optimiran je primjenom simpleks-metode tijekom 72 i 420 h pri 28 °C. Jednofaktorskom su metodom optimirani fizikalno-kemijski uvjeti proizvodnje enzima. Sirovi je enzim korišten za hidrolizu saharoze pri različitim koncentracijama.
Rezultati i zaključci. Optimirani su uvjeti proizvodnje enzima dobivenog uzgojem na podlozi s krunom ploda ananasa (1,3 % m/V) i ekstraktom kvasca (0,3 % m/V) nakon 72 h, pri čemu je aktivnost enzima iznosila 9,4 U/mL, s R²=91,85 %, R²adj=85,06 %, najvišom F-vrijednosti (13,52) i niskom p-vrijednosti (0,003). Jednofaktorskom su metodom određeni sljedeći optimalni fizikalno-kemijski uvjeti: temperatura od 20 °C; pH-vrijednost od 5,5; brzina miješanja od 180 okretaja u minuti i trajanje postupka od 72 h, pri čemu je proizvedena trostruko veća količina enzima. Najveći prinos reducirajućih šećera pri hidrolizi saharoze pomoću invertaze s početnom količinom od 10 % saharoze bio je 3,45 mmol. Veće količine saharoze inhibirale su aktivnost invertaze, vjerojatno zbog zasićenja podloge ili formiranja nakupina šećera koje su enzimu otežale pristup molekulama saharoze. Zaključeno je da je razvijen ekonomski isplativ postupak proizvodnje invertaze iz agroindustrijskog otpada, a da se dobiveni enzim može učinkovito upotrijebiti za dobivanje invertnog šećera pri većim količinama saharoze.
Novina i znanstveni doprinos. U radu je prikazan djelotvoran način iskorištenja krune ploda ananasa kao biootpada u proizvodnji invertaze s pomoću novog soja gljivice Aspergillus carbonarius PC-4. Dobiveni je enzim pokazao potencijal za proizvodnju invertnog šećera pri velikoj početnoj količini saharoze, što je korisno za industrijsku primjenu.
S ciljem procjene učinka irinotekana (IRI) na eliminaciju delta-9-tetrahidrokanabinola (THC) mokraćom u eksperimentalnom modelu štakora, razvili smo analitičku metodu za određivanje masene ...koncentracije THC-a i njegovih metabolite 11-hidroksi-delta-9-tetrahidrokanabinola (THC-OH) i 11-nor-9-karboksi-delta-9-tetrahidrokanabinola (THC-COOH) u mokraći štakora tretiranih samo THC-om i tretiranih istodobno s THC-om i IRI-jem. U tu svrhu optimizirani su uvjeti hidrolize i ekstrakcije na čvrstom nosaču za ispitivane analite i razvijena je metoda plinske kromatografije-spektrometrije masa (GC-MS) kako bi se kvantificirala sva tri analita u mokraći štakora. Najučinkovitija metoda hidrolize za konjugate THC, THC-OH i THC-COOH bila je tandemska hidroliza enzimom β-glukuronidazom iz Escherichia coli na 50 ° C u trajanju od 2 sata koju je slijedila alkalna hidroliza. Predložena metoda je primijenjena za određivanje masene koncentracije analita u 24-satnom urinu štakora. THC nije detektiran ni u jednom uzorku, THC-OH je kvantificiran u 50 % uzoraka, a THC-COOH u svim uzorcima. Uočeno je povećano izlučivanje THC-COOH u mokraći štakora koji su tretirani kombinacijom THC-a i IRI-ja u usporedbi sa štakorima tretiranim samo THC-om. Opisana metoda bila je pogodna za određivanje masene koncentracije metabolita THC-a u mokraći štakora zbog njene osjetljivosti (granice detekcije: 0,8-1,0 μg/L), točnosti (> 96%) i preciznosti (RSD <6%).
U radu je ispitana učinkovitost proizvodnje mliječne kiseline tehnikama odvojene hidrolize i fermentacije, te istodobne saharifikacije i fermentacije pulpe šećerne trske, nusprodukta proizvodnje ...šećera. Pulpa šećerne trske hidrolizirana je s pomoću pet komercijalnih enzima, te je proveden niz pokusa na tresilici s pet odabranih sojeva bakterija mliječno-kiselog vrenja. Postignuti su različiti prinosi ukupnih reducirajućih šećera, ovisno o aktivnosti enzima prilikom razgradnje glavnih sastojaka pulpe. Najveći prinos nakon hidrolize i najmanji talog dobiveni su primjenom mješavine komercijalnih enzima Viscozyme® i Ultraflo® Max u omjeru 1:1. U postupku odvojene hidrolize i fermentacije bakterije mliječno-kiselog vrenja iskoristile su samo dio ugljikohidrata oslobođenih enzimskom hidrolizom za rast. U postupku se istodobne saharifikacije i fermentacije pri maloj dozi enzima smanjila akumulacija šećera. Smanjila se i opasnost od kataboličke represije ugljikom. Dobiveni rezultati pokazuju da je istodobna saharifikacija i fermentacija bolja od tehnike odvojene hidrolize i fermentacije, između ostalog i zbog manjih troškova i većeg prinosa. Prinos mliječne kiseline dobiven istodobnom saharifikacijom i fermentacijom (oko 30 g/L) bio je 80-90 % veći nego onaj dobiven odvojenom hidrolizom i fermentacijom.
Većinu formulacija pesticida je potrebno pomiješati s vodom prije njihove primjene radi pripreme škropiva potrebne koncentracije. Na učinkovitost aktivne tvari u škropivu može utjecati kvaliteta ...vode, jer sastav vode može varirati ovisno o izvoru vode (npr. kišnica, rijeka, potok, jezero, voda iz slavine i podzemna voda) i vremenu uzorkovanja (proljeće-jesen). Temperatura i pH vrijednost te drugi parametri kvalitete vode mogu utjecati na stabilnost pesticida u škropivu poticanjem razgradnje u vodi. Pregledni rad ima za cilj sažeti i raspraviti podatke o razgradnji triju često korištenih organofosfornih insekticida (malationa, diazinona i klorpirifosa) u različitim vrstama voda, te naglasiti utjecaj različitih vrsta voda na njihovu razgradnju. Ovaj pregledni rad također otkriva nedostatak studija koje bi mogle potvrditi učinak drugih parametara kvalitete vode, osim temperature i pH, na stabilnost pesticida koji podliježu hidrolizi.
Bioethanol is a biofuel that is mostly used as a replacement for fossil fuels worldwide. Trends of producing this alternative fuel are rising and maize is one of the best renewable raw materials for ...the production of fuel ethanol due to the high content of starch in the grain. Major by-product that arises from the fermentation process of corn is dried distillers’ grains with solubles (DDGS). Due to its high feeding value, high protein and other valuable nutrients it represents an excellent component for livestock feed mixtures. Corn grain wet milling process produces apart from corn starch, which is the main product of great importance to the food and other industries, valuable by-products, which may also find their applications in human and animal nutrition. In the theoretical part of this dissertation a comprehensive overview of global trends in the production of bioethanol was made. State of the art technologies of corn grain processing used in the production of this alternative fuel and starch, as well as innovations that are being developed in order to improve the efficiency and cost-effectiveness of these production processes were introduced. Hybrids created in the Maize Research Institute "Zemun Polje" represent unique starting material for research of the possibilities of bioethanol, starch and animal feed production. The aim of this study was to, starting from different physical properties and chemical composition of standard and specialty hybrids of different genetic background, determine how and in which level do the grain characteristics affect the yield and quality of the final products. The physical and chemical properties of grain corn hybrids were investigated. The optimization process of enzymatic hydrolysis and fermentation of whole grain flour obtained from the selected maize hybrids by using thermostable enzyme α-amylase Termamyl SC and glucoamylase SAN Extra L, as well as the production microorganism - yeast Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoideus was conducted. Under optimal reaction conditions (ratio of corn flour and water 1:3, the concentration of α-amylase Termamyl SC 0.02% (v/w), glucoamylase SAN Extra L 0.12% (v/w) and inoculum concentration of Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoideus 2% (v/v), fermentation temperature 30˚C) adequate fermentation time for the modified process of simultaneous saccharification and fermentation (SSF) was determined (36h) in order to obtain a higher yield of ethanol as well as electricity savings. Maximum ethanol yields that can be achieved by fermentation of certain hybrids were determined. Highest ethanol yield (94.5% of theoretical content) was obtained from whole grain flour of hybrid ZP 434 in the separate hydrolysis and fermentation process (SHF), and it was concluded that higher bioethanol yields can be achieved on standard hybrids in regard to the specialty hybrids. Statistical analysis based on calculated correlation coefficients examined a link between certain physical and chemical parameters and ethanol yield. It was concluded that bioethanol yield was influenced by different factors. Chemical composition and physical properties of the whole kernel as well as other process parameters influenced the overall bioethanol yield. According to chemical composition and digestibility analysis of dried distillers’ grains with solubles (DDGS), it was found that all samples meet the quality requirements of the components of animal feed and can be used in complete and concentrated feed mixtures. Technological characteristics of corn grain wet milling process of the selected hybrids, i.e. the yield and quality of starch, as well as by-products (bran, gluten, germ, steep water and process water). In addition, amylose and amylopectin content, i.e. amylose and amylopectin ratio of the starches yield isolated from different maize genotypes were determined. Based on calculations, energy values of ethanol that can be obtained from one kilogram of maize, or combustion energy, of whole grain, certain components of grain, corn cobs and DDGS, it was determined that these products are rich in energy which indicates their quality and potential use of maize as energy source. Based on the average costs of production per acre of corn grain, and total ethanol production costs, potential incomes from the sale of by-products of this fuel, evaluation the feasibility of bioethanol production compared to corn per hectare of arable land and per kilogram of maize in Serbia was conducted. It was found that profit from one liter of ethanol would be higher than from one kilogram of corn grain. However, because production of one liter of ethanol requires on average 2.5 kg of corn grain, according to calculations it can be concluded that production of corn grain per hectare of arable land would be more profitable in our country.
Bioetanol je biogorivo koje se širom sveta najviše koristi kao zamena za fosilna goriva. Trend proizvodnje ovog goriva je rastući, a kukuruz predstavlja jednu od najboljih obnovljivih sirovina za njegovu proizvodnju zahvaljujući visokom sadržaju skroba u zrnu. Suva džibra sa rastvorenim materijama (SDžSRM) je najznačajniji sporedni proizvod procesa proizvodnje bioetanola iz kukuruza. Zahvaljujući visokoj hranljivoj vrednosti, sadržaju proteina i drugih hranljivih materija, predstavlja kvalitetno hranivo koje može naći primenu kao komponenta u smešama koje se koriste za ishranu životinja. Procesom mokrog mlevenja zrna kukuruza se osim skroba, koji je osnovni proizvod od velikog značaja za prehrambenu i druge industrije, dobijaju vredni sporedni proizvodi koji takođe mogu naći primenu u ishrani ljudi i životinja. U teorijskom delu ove disertacije dat je sveobuhvatni prikaz svetskih trendova u proizvodnji bioetanola. Predstavljene su savremene tehnologije prerade kukuruza koje se koriste u proizvodnji ovog alternativnog goriva i skroba kao i inovacije koje se razvijaju u cilju poboljšanja efikasnosti i ekonomske isplativosti ovih postupaka. Hibridi kukuruza stvoreni u Institutu za kukuruz "Zemun Polje" predstavljaju jedinstven polazni materijal za istraživanja mogućnosti proizvodnje bioetanola, skroba i hrane za životinje. Cilj ovih istraživanja bio je da se polazeći od drugačijih fizičkih karakteristika i hemijskog sastava hibrida standardnog kvaliteta zrna i hibrida specifičnih svojstava različite genetičke osnove utvrdi na koji način i u kojoj meri ova svojstva zrna utiču na prinos i kvalitet finalnih proizvoda. Određena su fizička svojstva i hemijski sastav zrna ispitivanih hibrida kukuruza. Izvršena je optimizacija procesa enzimske hidrolize i alkoholne fermentacije brašna celog zrna odabranih hibrida kukuruza primenom enzima termostabilne α-amilaze Termamyl SC i glukoamilaze SAN Extra L, kao i proizvodnog mikroorganizma - kvasca Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoideus. Pri optimalnim reakcionim uslovima (odnos kukuruznog brašna i vode 1:3; koncentracija α-amilaze Termamyl SC 0,02% (v/w), glukoamilaze SAN Extra L 0,12% (v/w) i koncentracija inokuluma kvasca Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoideus 2% (v/v); temperatura fermentacije 30˚C) utvrđeno je adekvatno vreme trajanja fermentacije u cilju dobijanja što većeg prinosa etanola i uštede električne energije koji za modifikovani proces simultane saharifikacije i fermentacije iznosi 36h. Određeni su maksimalni prinosi bioetanola koji se mogu ostvariti fermentacijom ispitivanih hibrida. Ustanovljeno je da je hibrid ZP 434 dao najveći prinos bioetanola (94,5% od teorijskog sadržaja) u procesu odvojene hidrolize i fermentacije (SHF), kao i da veće prinose bioetanola mogu ostvariti hibridi standardnog hemijskog sastava zrna u odnosu na hibride specifičnih svojstava. Statističkom analizom, na osnovu izračunatih koeficijenata korelacije ispitano je postojanje veze između pojedinih fizičkih i hemijskih parametara zrna i prinosa etanola. Zaključeno je da je prinos bioetanola iz celog zrna ispitivanih ZP hibrida kukuruza posledica delovanja više različitih faktora. Hemijski sastav i fizičke karakteristike zrna, kao i drugi parametri procesa proizvodnje uticali su na prinos bioetanola. Analizom hemijskog sastava i svarljivosti suve kukuruzne džibre sa rastvorenim materijama ustanovljeno je da su sve džibre bile dobrog kvaliteta i da se kao takve mogu koristiti kao hranivo za pripremu potpunih i koncentrovanih smeša za ishranu životinja. Ispitivane su i tehnološke karakteristike mokrog mlevenja zrna odabranih hibrida, odnosno prinos i kvalitet skroba kao i prinos sporednih proizvoda procesa mokrog mlevenja kukuruza (mekinje, gluten, klice, voda od močenja i procesna voda). Pored toga, određivan je sadržaj amiloze i amilopektina, odnosno odnos amiloze i amilopektina u skrobovima izolovanim iz različitih genotipova kukuruza. Na osnovu proračuna energetskih vrednosti bioetanola koji se može dobiti iz kilograma kukuruza, odnosno energije sagorevanja celog zrna, pojedinih komponenata zrna, kukuruznog oklaska i suve kukuruzne džibre sa rastvorenim materijama ustanovljeno je da su ovi proizvodi bogati energijom što ukazuje na njihov kvalitet i potencijalnu primenu kukuruza kao energenta. Na osnovu prosečnih troškova proizvodnje kukuruza po hektaru, strukture i ukupnih troškova proizvodnje bioetanola, mogućih prihoda od sporednih proizvoda i prodaje ovog goriva u Srbiji izvršena je procena isplativosti proizvodnje bioetanola od kukuruza, po hektaru obradive površine kao i po kilogramu kukuruza. Utvrđeno je da bi se prodajom jednog litra etanola mogao ostvariti veći profit od onog koji se ostvaruje prodajom kilograma merkantilnog kukuruza. Međutim, s obzirom da je za proizvodnju jednog litra etanola u proseku potrebno 2,5 kg zrna kukuruza, na osnovu ovog proračuna se zaključuje da je u našoj zemlji po hektaru obradive površine veća isplativost od prodaje merkantilnog kukuruza.
Hipoalergeni antibakterijski peptidi male molekularne mase proizvedeni su iz nemasne sojine sačme u membranskom bioreaktoru. U prvom su koraku proteini sojine sačme razgrađeni pomoću tripsina u ...šaržnom bioreaktoru. Optimalni uvjeti za razgradnju tripsinom bili su: koncentracija sojine sačme od 75 g/L, temperatura od 40 °C i pH=9. Nakon toga su peptidi male molekularne mase pročišćeni pomoću „cross-flow“ membrane (veličina pora 100 μm), a zatim pomoću keramičke cjevaste membrane (veličine pora koja ne propušta molekule veće od 5 kDa). Ispitan je utjecaj transmembranskog pritiska i primjene statičkih promotera turbulencije na smanjenje koncentracijske polarizacije blizu površine ultrafiltracijske membrane, te je potvrđen njihov pozitivan učinak. Transmembranski pritisak od 3•105 Pa i diskontinuirana dijafiltracija provedena u tri koraka bili su optimalni za filtraciju pomoću ultrafiltracijske membrane. Distribucija molekularne mase peptida pročišćenih pomoću ultrafiltracijske membrane utvrđena je pomoću metode LC-ESI-Q-TOF-MS. Više od 96 % peptida (izraženih kao relativna frekvencija) iz permeata ultrafiltracijske membrane imalo je molekularnu masu manju od 1,7 kDa, a najveća je molekularna masa bila 3,1 kDa. Smanjenje alergenih svojstava proteina za više od 99,9 % nakon obrade tripsinom i membranske filtracije utvrđeno je imunoenzimskim testom. Također je zaključeno da peptidi pročišćeni pomoću ultrafiltracijske membrane pozitivno djeluju na rast bakterije Pediococcus acidilactici HA6111-2, te sprečavaju rast bakterije Bacillus cereus.
Postoji veliki interes za skraćivanjem procesa proizvodnje ribljeg umaka. Jedno je od mogućih rješenja ubrzavanja tog postupka dodatak proteaza. U ovom je radu ispitan učinak dvaju komercijalnih ...enzima (Protamex i Protex 51FP) na proteolizu dvije vrste riba koje se tradicionalno koriste za proizvodnju ribljeg umaka, i to sardina i inćuna, te su rezultati uspoređeni s onima dobivenim autolizom proteina. Hidroliza svježih riba provedena je na temperaturi od 30 °C i pri različitim udjelima soli (od 0 do 30 %). Tijekom postupka praćeni su stupanj hidrolize i likvefakcija sirovine. Prema očekivanjima, pri većim je udjelima soli stupanj hidrolize bio manji. Veća likvefakcija uzorka te veći stupanj hidrolize dobiveni su proteolizom inćuna. Primjenom enzima Protex 51FP postignuti su bolji rezultati s obje vrste riba. Rezultati rada pokazuju da dodatak komercijalnih proteaza može povoljno djelovati na likvefakciju ribe i kidanje peptidnih veza tijekom proizvodnje ribljeg umaka, te na taj način ubrzati proces proizvodnje.
PDF
