У 95 Микроорганизмдердің иммобилизденген клеткалары: Оқу құрал



Pdf көрінісі
бет14/47
Дата30.09.2021
өлшемі1.65 Mb.
#83219
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   47
Байланысты:
ПОСОБИЕ ИК МО Кайырманова

E.  coli,  Bacillus  sp.,  Rhodococcus  sp.  бактериялар  клеткаларына  байланысты 
көміртекті-минералды  тасушылардың,  соның  ішінде  әр  түрлі  технологиялар 
арқылы  алынған  көміртекті  материалдардың  оптималды  адсорбциялық 
қасиеттері  көрсетілді.  Мысалы  макроқұрылымды  торшалы  көміртектегі 
Bacillus  sp.  адсорбция  көлемі  1  г  сорбентке  500  мг  құрғақ  клеткаларды 
құрады.  Көміртекті  -  минералды  тасымалдаушыларға  адсорбцияланған 
клеткалар  мөлшері,  көміртекті  материалдармен  салыстырмалы  төмен,  бірақ, 
минералды 
матрицаларына 
байланысты 
көміртекті-минералды 
тасымалдаушылар механикалық төзімділігі жоғары.  
Белсендірілген  көмір  өндірісі  келесі  сатылардан  тұрады:  шикізатты 
дайындау (ұсақтау, бөлшектеу, пішіндендіру), карбонизация және активация. 


34 
Осының  нәтижесінде,  олар  сұйық  және  газды  фазадан  түрлі  заттарды 
адсорбциялайды, өндірістерде, экологиялық, медициналық т.б. қолданылады.  
Белсендірілген  көмір  алу  үшін  оптималды  жағдайда  іздеу,  физико  – 
химиялық  жағынан  қиын  болып  есептеледі.  Қатты  денелер  негізінен 
қаңқалар  мен  бос  аймақтар  жүйесінен  тұрады.  Түрлі  материалдардың 
кеуектілігін  сипаттау  үшін  әртүрлі  құрылыстық  модельдер  қолданылады. 
Куекті  көміртекті  материалдар  құрылысы  күрделі,  негізінен  көміртекті 
мирокристалиттерден  құрылады.  Шығу  тегі  табиғи  және  синтетикалық 
көмірлерде көміртектің микрокристалиттері ретсіз орналасады.  
Әртүрлі  қатты  сорбенттердің  бетінде  көмірсутек  пиролизі  процесі 
кезінде  каталитикалық  көміртек  түзілуі  соған  ғана  тән  қасиеттері  бар  жаңа 
сорбенттерді  қарастыруға  мүмкіндік  береді.  Көміртектендіру    процесі 
арқылы  бастапқы  нұсқаға  қарағанда,  бетінде  активті  орталығы  көп  сорбент 
алуға  болады.  Бұл  көміртек  шөгуі  процесінің  нәтижесінде  нұсқа  бетінде 
талшықты  көміртек  түзілуімен  түсіндіріледі.  Алынған  көміртекті  нұсқалар  2 
типті  активті  орталығы  бар    (қышқылдық  және  металдық)  катализатор 
есебінде  жүреді.  Көміртектендіру  процесінің  нәтижесінде,  көміртекті 
талшықтардың 
түзілуі 
тасымалдаушылар 
бетінің 
меншікті 
сыйымдылығының  жоғарылауына  әкеледі.  Көміртекті  сорбенттердің  ауыр 
металдардың иондарын жұту қабілеті зерттелген.  
Қазіргі  кезде  механикалық  берік,  саңылаулы,  беттің  химиялық 
қасиеттері  бар  жаңа  көміртекті  материалдарды  жасауда  зерттеулер 
жүргізілуде. 
Бұл 
биотехнологияда 
әртүрлі 
процестерге 
гетерогенді 
биокатализаторлар  жасауға  жол  ашады  және  биологиялық  объектілердің 
адсорбциялық  иммобилизациясының  заңдылықтарын  зерттеуге  мүмкіндік 
береді.  
Қазіргі кезде, белсендірілген көмір негізіндегі бағасы арзан сорбенттерді 
дайындауға  көп  көңіл  бөлінуде.  Белсендірілген  көмірге  шикізат  көзі  ретінде 
көмір кенін, ауыл шаруашылық қалдықтарын, оның ішінде грек жаңғағының 
қабығын,  жүзім  сүйектері,  алуға  болады.  Бұл  тасымалдаушылар  басқаларға 
қарағанда,  экологиялық  жағынан  таза  болып  есептеледі.  Грек  жаңғағының 
қабығының саңылаулы құрылысы оларды арзан көміртекті сорбенттер жасау 
өндірісінде  болашағы  бар  материал  ретінде  қарауға  мүмкіндік  етеді.  Бірақ, 
микроб  клеткалар  негізінде  алынған  иммобилизденген  биокатализатор 
эффективті  болу  үшін,  яғни  дайын  өнім  шығуының  жолдарын  жоғарлату, 
тасымалдаушының  -  активті  көмірдің  құрылымдық  –  сорбциялық  сипатын 
жоғарлату  өзекті  мәселе  болып  қалады.  Көміртекті  сорбенттердің  қасиетін 
жақсарту,  активті  көмірдің  құрылысының  кеуектілігін  жоғарлату  үшін 
бастапқы материалдарды карбониздеу процесін жүргізеді. 
Еуропада  белсендірілген  көмір  алу  үшін  қолданылатын  маңызды 
шикізат  көздері  ретінде:  сүрлем  (жоңышқа  түрінде),  торф,  торфты  кокс, 
кейбір тасты көмірлер, АҚШ – да лигнин көмір, сондай-ақ, мұнай химиялық 
өнімдер  қолданылады.  Сонымен  қатар,  сорбенттер  ретінде  әртүрлі 
жаңғақтардың  қабықтарын,  жемістердің  сүйектерін,  металл  карбиттерін, 
көміртек құрамды қалдықтарды және т.б. атап айтуға болады.  


35 
Белсендірілген көмірді өндірудің тарихы ежелгі Үндістаннан басталады. 
1773  ж.  неміс  ғалымы  ағаш  көмірінде  газдарды  адсорбциялық  қабілеті  бар 
екендігін  хабарлады,  1785  ж.  академик  Ловиц  ең  алғаш  көмірлердің 
спирттерді  тазалауға  қабілеттілігін  байқады,  1794  ж  .  ең  алғаш  америкалық 
қант  заводында  қолданды,  1808  ж.  қант  сиропын  өндірісінде  Францияда 
қолданды,  1811  ж.  ең  алғаш  аяк  киім  кремін  көмірден  жасады,  1830  ж. 
дәріханашы стихинді ішіп өмірін сақтап қалған, стихин құрамында 1 г көмір 
болғандықтан, 1915 ж. ең алғаш фильтрлейтін көмірден жасалған противогаз 
жасалып,  1916  ж.  Антанта  армиясынын  каруы  ретінде  қабылданды.  Қазіргі 
кезде белсенді көмірді ең фильтлеуші материалдын бірі болып табылады. 
Қазіргі кезде өндірісте көміртекті сорбенттер газдардан да, ерітінділерден 
де  түрлі  заттарды  сіңіру  қабілеттеріне  байланысты  кең  қолданылуда. 
Көміртекті  тасымалдаушылар  ағаштан,  әр  түрлі  көмірлерден,  кокос,  грек 
жаңғағының қабығынан және жеміс дәнектерінен жасалады. Бірнеше жылдар 
бойы  көміртекті  сорбенттер  Қазақстанға  шет  елдерден  әкелінді.  Алайда, 
көміртекті  материалдар  бағасының  артуына  байланысты  арзан    шикізат  
көздері іздестірілуде. Ондай шикізат ретінде ауыл шаруашылық қалдықтары, 
мысалы: сары өрік дәнектері, күріш қауызы болуы мүмкін. 
З.А.  Мансуров  және  Р.М.  Мансуровалардың  жұмысында  грек  жаңғағы 
мен  кедр  жаңғағының  қабықтары,  жүзім  дәнектеріне  карбонизация  процесі 
жүргізілген.  Жоғары  кеуекті  және  арзан  карбонизделген  үлгілерді  алу  үшін, 
бастапқы  үлгілерді  езіп,  термоөңдеуге  ұшыратқан.  Карбонизация  аргон 
ағынында 
200-900
0
С 
температураларда 
карбониздеу 
жүргізілген. 
Карбониздеу  кезінде  грек  жаңғағының  қабығы,  жүзім  дәнектерінің  масса 
жоғалтуына 
температураның 
әсерін 
зерттеу 
кезінде, 
карбониздеу 
нәтижесінде  негізгі  масса  жоғалту  200-500

С  температурада  карбониздеу 
нәтижесінде  байқалған.  100-250 
0
С  көптеген  ұшқыш  заттардың  бөлінетіні 
байқалған. Карбониздеу температурасының жоғарлауымен көмір үлгілерінде 
көміртегі  көбейіп,  сутек  пен  оттегі  азаятыны,  сондай-ақ  шайыр  тәрізді 
өнімдердің  бөлінетіні  анықталған.  Үлгілерді  карбониздеу  нәтижесінде, 
олардың  меншікті  беттік  ауданы  мен  кеуектіліктерінің  жоғарлайтыны  және 
тығыздығы азаятындығы дәлелденген.  
Сондай-ақ,  өндірістік  қолдануға  жарамды  көмір  мен  графитирленген 
күйде 
болуы 
мүмкін. 
Көмір 
адсорбциялық, 
сондай-ақ 
ковалентті 
иммобилизацияда  тасымалдаушылар  ретінде  қолданылады.  Графитирленген 
күйде  құндылығына  олардың  бетінің  жоғарғы  біртектілігі  мен  электрлік 
өткізгіштігін  жатқызуға  болады.  Бұл  тасымалдаушылардың  кемшілігі  -  
төмен механикалық беріктілігі, олардың қолданылуын шектеуі.  
Белсендірілген  көмір  негізіндегі  өндірістік  адсорбенттерді  әртүрлі 
органикалық шикізат түрінде алады, тасты және қоңыр көмір, антрацит, ағаш 
және  оның  өңделген  өнімдері,  жемістердің  қабығы  т.б.  Соңғы  кездері 
көміртекті  адсорбенттер  медицинада  қанды  эндо-,  экзотоксиндерден 
тазалауда, ас – қорыту жүйесінің детоксикациясы үшін және т.б. мақсаттарға 
қолданылып келеді.  


36 
Өсімдік  негізінде  алынған  белсендірілген  көмірлер  медицинада  көптен 
бері  пайдаланылап  келеді.  Шет  елдерде  қанды  тазарту  және  диализді 
сұйықтықты  регенерациялау  үшін  кокос  жаңғағының  қабығынан  алынған 
адсорбенттер  қолданыс  табуда.  Соңғы  кездері  көміртектендірілген  грек 
жаңғағы негізіндегі адсорбенттерді зерттеу нәтижелеріне көп көңіл бөлінуде. 
Оларды  қолдану  кезінде,  төмен  молекулалы  өсімдік  пигменті  –  каротинді 
сіңірушілік  мүмкіндігі  байқалған.  Бұл  зерттеудің  нәтижесінде  грек  жаңғағы 
негізіндегі  көміртектендірілген  сорбенттің  жоғары  сорбциялық  қасиеті  және 
сулы ерітіндіден каротинді жақсы сіңіретіні байқалған.  
Ферменттер мен клеткалардың байланысуымен ғалымдар Джек пен Заяц 
айналысқан  болатын.  Олар  байланысу  тәсілдерін  негізгі  төрт  топқа  бөледі: 
инертті материалға жинақталу, инертті тасушыға адсорбциялану, тасушымен 
ковалентті 
байланысу, 
байланысқан 
макромолекулалармен 
әсерлесу. 
Байланыстырудың  ең  қарапайым  тәсілі  -  тасушы  бөлшегімен  клетка 
суспензиясын  араластыру  нәтижесінде  тасушыға  клетка  адсорбциясының 
жүруі  болып  табылады.  Тасымалдаушы  бөлшегінің  бетінде  клетканың 
полярлы  немесе  физикалық  адсорбциясы  микроорганизм  белсенділігі, 
нәтижесінде  байланыс  пайда  болуының  есебінен  жүреді.  Катионды  және 
анионды  иониттерге  адсорбция  жүруі  клетка  қабырғасының  химиялық 
құрылысына  байланысты  жүреді.  Ұяшықты  адсорбенттің  ішкі  саңылаулы 
кеңістігі  микроорганизмдердің  еркін  енуіне  жол  береді  және  барлық  бетті 
адсорбция 
үшін 
тиімді 
етеді. 
Зерттеулерге 
қарағанда, 
осындай 
тасымалдаушыларға  адсорбцияланған  родококтардың  жеке  клеткаларымен 
қатар,  екі  және  одан  көп  клеткалардың  ассоциясы  байқалған,  сондай-ақ 
клеткалардың 
колониялары 
көрінген. 
Соңғы 
кезде 
бейорганикалық 
тасушыларға  көп  көңіл  бөлінуде.  Тасымалдаушылар  ретінде  графит  пен 
көміртекті материалдар қолданылады.  
Осыған байланысты, тасымалдаушылардың сорбциялық сыйымдылығын 
ұлғайту,  клетка  –  тасымалдаушы  байланысының  біртектілігін  жоғарлату 
мақсатында клеткаларға улы емес және арзан, шығу тегі табиғи сорбенттерді 
алуға көп көңіл бөлінеді.  
 
Микроорганизм 
клеткалары 
негізіндегі 
биосорбенттер 
мен 
биокатализаторларды  әртүрлі  өндіріс  салаларында  қолдануға  болады.  Оның 
ішінде  сусындар  дайындауда,  спирт  және  шарап  өнімдерін  жасауда 
пайдаланылады.  Сонымен  қатар,  экологиялық  мәселердің  шиеленісуіне 
байланысты  микроб  клеткалары  негізіндегі  биосорбенттер  түрлі  улы 
заттарды  тазалауда,  ағын  суларды  ауыр  металл  иондарынан  сорбциялауға 
қолдану  өзекті  мәселе  болып  табылады.  Көміртектендіру  температурасы 
жоғарылаған  сайын,  мезо-,  микро-,  макросаңылаулар  көлемі  жоғарылайды, 
жаңа  саңылаулар  түзіледі,  екі  немесе  бірнеше  саңылаулар  қосылады, 
сорбенттің беті мен көлемі өзгереді.  
Көміртектендірілген  сорбенттің  қасиеті  шикізаттың  сипаттамасына 
байланысты.  Көміртектендірілмеген  бастапқы  материалдан  химиялық 
активтендіру  процессі  арқылы  біршама  кең  микросаңылау  мен  жоғары 


37 
белсенді  көмір  алады,  бірақ  жасау  процесінде  қолданылатын  лас 
неорганикалық  қоспамен  алдымен  пиролизге  ұшыратады,  сосын  су  буы  мен 
белсендірілген бастапқы материал көптеген саңылауы бар ешқандай қоспасы 
жоқ өнім алынады. 
Күріш 
қауызы 
мен 
өрік 
дәнегінің 
жоғары 
температурада 
көміртектендіруде бастапқы шикізаттың массасының өзгеруі мен көміртектің 
құрамының өзгеруіне әсері де белгілі. 
Біздің зерттеулер нәтежесінде, 100

С бастап күріш қауызының массасын 
жоғалтуы  3%  құраса,  ал  өрік  дәнегі  үшін  5  -  7  %  тең,  бұл  көрсеткіш 
көміртектендірудің 200

С температурасында да жоғарылайды, күріш қауызы 
үшін  –  17  %,  ал  өрік  дәнегі  үшін  7,3  %  құрайды.  Негізгі  массаны  жоғалту 
200-700

С  температура  аралығында  жүреді.  Температура  300

С-қа  дейін 
көтерілгенде, материал (күріш қауызы, өрік дәнегі) массасы 21-26  % кемиді. 
400-700

С температура аралығында бұл көрсеткіш күріш қауызы үшін 23-43 
%  құраса,  ал  өрік  дәнегі  үшін  43-66  %  құрайды.  800-900

С  температура 
аралығында  күріш  қауызының  массасын  жоғалтуы  48  %  құраса,  ал  өрік 
дәнегі  үшін  –  67  %,  көміртектендірілген  сорбенттің  массасының 
стабилизациясына  тенденция  бақыланады.  700
-
750

С  температурада  күріш 
қауызының  негізіндегі  сорбенттің  көміртек  мөлшері  61,2-61,9  %  құраса,  ал 
өрік  дәнегі  үшін  бұл  мән  61,2-63,3  %  тең.  Көміртектендіру  кезінде  көміртек 
мөлшері  жоғарылайды  және  800

С  температурадағы  көміртектендіру  күріш 
қауызы үшін 62,3 % құраса, өрік дәнегі үшін - 64,5 % құрайды. 
Температура  жоғарылаған  сайын,  сорбент  массасы  төмендейді,  ал 
көміртек көлемі, меншікті беткей мен саңылаулығы жоғарылайды. 
Биообъектілерді  иммобилиздеу  барысында  тасымалдаушылар  келесі 
негізгі талаптарға лайықты болуы қажет: 
1) жеңіл  активация  (микроорганизм  клетка  беттерімен  сорбенттердің 
өзара әсері тұрақты байланысты түзу қажет); 
2) фермент/клетка  үшін  субстратты,  массаны  -  және  газ  алмасудың 
диффузды қол жетімділігі; 
3) беттік тасымалдаушының саңылаулығы; 
4) микроорганизм  клеткасына  тасымалдаушылар  токсикалық  әсер  етпеу 
қажет (клетка және микроб метобализміндегі алдағы толық өнімді алу 
үшін тасымалдаушы инертті зат болған жөн); 
5) тасымалдаушы  технологиялық  процестерге  бейім  болу  қажет, 
технологиялық 
жүктемеге 
қабілеттілігі 
(араластыру, 
ортаны 
дақылдауға әсері - жоғары химиялық және биологиялық табандылық) 
және  форманы  (гранула,  мембрана)  технологиялық  қатынаста 
ынғайлы түрде алуға мүмкіншілігі; 
6) тасымалдаушының арзандылығы (нысанның толықтай қатысы). 
Сонымен,  клеткалық  иммобилизацияға  пайдаланатын  тасмалдаушылар 
келесі  параметрлер  жиынтығымен  сипатталады:  геометриялық  пішіні, 
гранула мөлшері, меншікті бет, көлемді масса, саңылаудың орташа диаметрі. 
Мезо-  және  макросаңылаулары  бар  заттар  тасымалдаушыларға,  ал  микро-, 
мезо-  және  макросаңылаулары  бар  тасымалдаушылар  сорбенттерге  жатады. 


38 
Сорбенттерге,  сонымен  қатар,  қоршаған  ортадан  клеткадан  басқа  да  заттар 
адсорбцияланады.  
Қазіргі  уақытта  иммобилизация  микроорганизмдердің  физиологиялық 
қасиеттеріне  әсер  ететіні  байқалды:  өсу  кинетикасында  лаг-фаза  қысқарады, 
өсу жылдамдығы жоғарылайды, иммобилизденген клеткалардың өнімділігі 4 
есе 
артқан, 
сондай-ақ 
адсорбентте 
ұзақ 
уақыт 
сақталғанда 
микроорганизмдердің өмір сүруі жоғарылайтындығы анықталған.  
Қатты  фазаның  микроб  метаболизміне  әсері  былай  түсіндіріледі: 
қоректік  заттардың  тасымалдаушылардың  бетіне  адсорбциялануы  сұйықтық 
қабатында  олардың  концентрациясының  жоғарылауына  әкеліп  соғады,  бұл 
клеткаға қолайлы жағдай туғызады. 
 


Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   47




©www.melimde.com 2022
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет
Сабақтың тақырыбы
бойынша жиынтық
жиынтық бағалау
Сабақтың мақсаты
Сабақ тақырыбы
ғылым министрлігі
тоқсан бойынша
рсетілетін қызмет
бағалауға арналған
Жалпы ережелер
Сабақ жоспары
Қазақстан республикасы
қызмет стандарты
бекіту туралы
жиынтық бағалауға
жиынтық бағалаудың
республикасы білім
тоқсанға арналған
бағалау тапсырмалары
Қазақстан республикасының
Реферат тақырыбы
арналған тапсырмалар
арналған жиынтық
білім беретін
бағдарламасына сәйкес
Әдістемелік кешені
болып табылады
мерзімді жоспар
бағалаудың тапсырмалары
туралы хабарландыру
Қазақстан тарихы
арналған әдістемелік
пәнінен тоқсанға
республикасының білім
сәйкес оқыту
Қазақ әдебиеті
Мектепке дейінгі
оқыту мақсаттары
қазақ тілінде
нтізбелік тақырыптық
жалпы білім
Жұмыс бағдарламасы
оқыту әдістемесі
білім берудің
Республикасы білім
әдістемелік ұсыныстар
Инклюзивті білім
пәнінен тоқсан
туралы анықтама
тақырыптық жоспар
мамандығына арналған