AGRIS - 

2024

Сырчина, Надежда Викторовна | Пилип, Лариса Валентиновна | Ашихмина, Тамара Яковлевна

The optimal content of trace elements in green feeds is of fundamental importance for ensuring high productivity of cattle. For the production of green fodder, corn grown in fields located near livestock complexes and fertilized by by-products of animal husbandry (BPA) is used. In conditions of a high load of BPA (manure, manure runoff), the accumulation of trace elements in the green mass of corn (GMC) occurs more intensively than when using fertilizers in mineral form. Corn cultivation promotes active removal of Fe, Zn, Mn from the soil and weak removal of Cu. The accumulation of trace elements in plants grown on acidic soils fertilized by BPA is higher than when grown on neutral soils. According to the absolute content in GMC, trace elements are arranged in the following sequence: Mn>Fe>Zn>Cu. The corresponding series coincides with the sequence of decreasing concentrations of mobile forms of elements in agro-ecosystems, but differs from the sequence of changes in the indices of accumulation (IA) of trace elements. The IA values calculated on the basis of experimental data are arranged as follows: Fe>Zn>Mn>Cu. The IA of all trace elements, except Cu, in the GMC was higher than one, so corn can be classified as battery plants. IA Cu in different agro-ecosystems was below 1 and practically did not depend on the level of metabolic acidity. The weak accumulation is probably due to the low Cu content in sod-podzolic soils, the high stability of Cu complexes with organic ligands and the significant content of nitrogen available to plants in soils fertilized by BPA. | Оптимальное содержание микроэлементов в зеленых кормах имеет принципиальное значение для обеспечения высокой продуктивности крупного рогатого скота. Для производства зеленых кормов используется кукуруза, выращиваемая на полях, расположенных вблизи животноводческих комплексов и удобряемых побочными продуктами животноводства (ППЖ). В условиях высокой нагрузки ППЖ (навозом, навозными стоками) аккумуляция микроэлементов в зеленой массе кукурузы (ЗМК) происходит более интенсивно, чем при использовании удобрений и микроудобрений в минеральной форме. Выращивание кукурузы способствует активному выносу из почвы Fe, Zn, Mn и слабому выносу Cu. Накопление микроэлементов в растениях, выращиваемых на кислых, удобряемых ППЖ почвах, выше, чем при выращивании на нейтральных. По абсолютному содержанию в ЗМК микроэлементы располагаются в следующей последовательности: Mn>Fe>Zn>Cu. Соответствующий ряд совпадает с последовательностью уменьшения концентраций подвижных форм элементов в агроземах, но отличается от последовательности изменения индексов аккумуляции (ИА) микроэлементов. Рассчитанные на основе экспериментальных данных значения ИА располагаются следующим образом: Fe˃Zn˃Mn˃Cu. ИА всех микроэлементов, кроме Cu, в ЗМК были выше единицы, поэтому кукурузу можно отнести к категории растений-аккумуляторов. ИА Cu в разных агроземах были ниже 1 и практически не зависели от уровня обменной кислотности. Слабая аккумуляция вероятно обусловлена низким содержанием Cu в дерново-подзолистых почвах, высокой устойчивостью комплексов Cu с органическими лигандами и значительным содержанием доступного для растений азота в удобряемых ППЖ почвах.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2024

Мударисова, Роза Ханифовна | Куковинец, Ольга Сергеевна | Сагитова, Алина Фаиловна

Sorption materials based on apple pectin modified with biologically active organic acids (salicylic, anthranilic, 5-aminosalicylic, nicotinic) capable of effectively extracting Cu2+, Co2+ and Mn2+ ions from aqueous solutions of their salts have been obtained. The regularities of the sorption kinetics of Cu2+, Co2+ and Mn2+ ions by modified pectin samples were studied. An increase in the efficiency of extraction of d-metal ions by modified pectin sorbents compared to the original polysaccharide was revealed. Sorption isotherms of Cu2+, Co2+, Mn2+ ions by modified pectins have been obtained and analyzed for compliance with known theoretical models. Integral kinetic curves have been obtained, and the values of the experimental sorption capacity of biosorbents have been calculated. It was found that the process of sorption of Cu2+, Co2+ and Mn2+ ions on the studied biosorbents proceeds in the diffusion mode. The predominance of the external diffusion nature of the limiting stage of the process of extracting transition metal ions with modified pectins was established. The rate constants of sorption processes are calculated. The values of the apparent activation energy of the sorption process are determined. The thermodynamic parameters of the extraction of Cu2+, Co2+ and Mn2+ ions by pectin sorbents have been calculated. It has been established that the sorption of Cu2+, Co2+, and Mn2+ ions by modified polysaccharide materials is an exothermic process, which can be considered as physical adsorption of metal ions due to solvation and complex formation with the participation of sorbent sorption centers and solvent (water) molecules. The obtained new highly active biosorbents can be recommended as enterosorbents for detoxification of the human body. Keywords: sorption, d-metal ions, pectin, modification, kinetic curves, thermodynamic parameters. | Получены сорбционные материалы на основе яблочного пектина, модифицированного биологически активными органическими кислотами (салициловой, антраниловой, 5-аминосалициловой, никотиновой), способные эффективно извлекать ионы Cu2+, Co2+ и Mn2+ из водных растворов их солей. Исследованы закономерности кинетики сорбции ионов Cu2+, Co2+ и Mn2+ модифицированными образцами пектина. Выявлено увеличение эффективности извлечения ионов d-металлов модифицированными пектиновыми сорбентами по сравнению с исходным полисахаридом. Получены изотермы сорбции ионов Cu2+, Co2+, Mn2+ модифицированными пектинами и проанализированы на соответствие известным теоретическим моделям. Получены интегральные кинетические кривые, рассчитаны значения экспериментальной сорбционной емкости биосорбентов. Обнаружено, что процесс сорбции ионов Cu2+, Co2+ и Mn2+ на изучаемых биосорбентах протекает в диффузионном режиме. Установлено преобладание внешнедиффузионного характера лимитирующей стадии процесса извлечения ионов переходных металлов модифицированными пектинами. Рассчитаны константы скорости сорбционных процессов. Определены значения кажущейся энергии активации сорбционного процесса. Рассчитаны термодинамические параметры процесса извлечения ионов Cu2+, Co2+ и Mn2+ пектиновыми сорбентами. Установлено, что сорбция ионов Cu2+, Co2+ и Mn2+ модифицированными полисахаридными материалами представляет собой экзотермический процесс, который можно рассматривать как физическую адсорбцию ионов металлов за счет сольватации и комплексообразования с участием сорбционных центров сорбента и молекул растворителя (воды). Полученные новые высокоактивные биосорбенты могут быть рекомендованы в качестве энтеросорбентов для детоксикации организма человека.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2024

Коломиец, Наталья Эдуардовна | Боев, Роман Сергеевич | Жалнина, Людмила Владимировна | Али, Абдуджалил Каид Хасан

Burdock is an ingredient of official and traditional medicines in different countries, its roots are used for food, biologically active additives, functional nutrition products, fertilizers, etc. A great demand led to the situation when many countries including Russia began the plant’s cultivation. Despite that, the aboveground parts of the plant including its fructus still remain expendable. At the moment, burdock fructus are officially used only in China and Japan. In Russia they are not used and studies of their chemical composition and pharmacological properties are scarce. The research showed that fructus of Arctium lappa and A. tomentosum cultivated in Altai using by traditional way of growing, and new of agrotechnics of cultivation contain lignans, hydroxycinamic acid, fatty acids and their derivatives, polysaccharides and anthocyanin’s. The use of a new cultivation technology increased the content of lignans and other BAS by 10–25%. Hydroxycinamic acid is one of the dominant substances in fructus by content, therefore it is possible to standardize raw material according to this parameter. The presence of methyl cis-9, cis-15-octadecadienoate and 11-Eicosenoic acid methyl ester in fructushas been discovered for the first time. Ethyl linoleate and methylfolate or methyl cis-9-octadecenoate are found to be dominant components of fatty acids and their derivatives. Additional studies of chemical composition, pharmacological properties, clinical approbation are needed to obtain evidence of the efficiency of burdock fructus utilization for clinical purposes and prevention. | Burdock is an ingredient of official and traditional medicines in different countries, its roots are used for food, biologically active additives, functional nutrition products, fertilizers, etc. A great demand led to the situation when many countries including Russia began the plant’s cultivation. Despite that, the aboveground parts of the plant including its fructus still remain expendable. At the moment, burdock fructus are officially used only in China and Japan. In Russia they are not used and studies of their chemical composition and pharmacological properties are scarce. The research showed that fructus of Arctium lappa and A. tomentosum cultivated in Altai using by traditional way of growing, and new of agrotechnics of cultivation contain lignans, hydroxycinamic acid, fatty acids and their derivatives, polysaccharides and anthocyanin’s. The use of a new cultivation technology increased the content of lignans and other BAS by 10–25%. Hydroxycinamic acid is one of the dominant substances in fructus by content, therefore it is possible to standardize raw material according to this parameter. The presence of methyl cis-9, cis-15-octadecadienoate and 11-Eicosenoic acid methyl ester in fructushas been discovered for the first time. Ethyl linoleate and methylfolate or methyl cis-9-octadecenoate are found to be dominant components of fatty acids and their derivatives. Additional studies of chemical composition, pharmacological properties, clinical approbation are needed to obtain evidence of the efficiency of burdock fructus utilization for clinical purposes and prevention.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2024

Оленников, Даниил Николаевич | Чирикова , Надежда Константиновна

Phlojodicarpus sibiricus (Fisch.) Koso-Pol. – лекарственное растение семейства Apiaceae, подземные ограны которого накапливают различные группы кумаринов, включая простые кумарины, фурокумарины и ангулярные дигидропиранокумарины в виде эфиров келлактона (3′,4′-дигидрокси-3′,4′-дигидросеселина), являющиеся доминирующей группой вторичных метаболитов. Известные методы анализа корневищ и корней P. sibiricus определяют содержание отдельных соединений (виснадин, дигидросамидин), что не позволяет получить полную информацию о присутствии кумариновых соединений в растении. В настоящем исследовании разработана методика количественного анализа кумаринов, включающая предварительный гидролиз сырья в среде водного гидроксида калия, что приводит к дезацилированию этерифицированных производных келлактона и ломатина, не затрагивая гликозиды простых кумаринов, с последующим анализом продуктов гидролиза (сумма келлактонов, ломатин, 6′-O-апиозил скиммин) методом ВЭЖХ. Разработанная методика характеризуется высокой скоростью анализа, удовлетворительными валидационными характеристиками и точностью. Апробация методики была проведена на образцах корневищ и корней P. sibiricus, собранных трех регионах Сибири (Забайкальский край, Республика Бурятия, Республика Саха (Якутия)). Суммарное содержание кумаринов в растительном сырье из исследуемых популяций составило 12,70–74,03 мг/г. Методика может быть использована для анализа качества и стандартизации корневищ и корней P. sibiricus. | Phlojodicarpus sibiricus (Fisch.) Koso-Pol. is a medicinal plant of the Apiaceae family, the underground organs of which accumulate various groups of coumarins, including simple coumarins, furocoumarins and angular dihydropyranocoumarins in the form of esters of kellactone (3′,4′-dihydroxy-3′,4′-dihydroseselin), which are the dominant group of secondary metabolites. Known methods for the analysis of rhizomes and roots of P. sibiricus determine the content of individual compounds (visnadin, dihydrosamidin), which does not allow obtaining complete information about the presence of coumarin compounds in the plant. In the present study, a method of quantitative analysis of coumarins was developed. It includes preliminary hydrolysis of raw materials in aqueous potassium hydroxide, which leads to deacylation of esterified derivatives of kellactone and lomatin, without affecting glycosides of simple coumarins, followed by analysis of hydrolysis products (sum of kellactones, lomatin, 6′-O-apiosyl skimmin) by HPLC. The developed technique is characterized by high analysis speed, satisfactory validation characteristics, and accuracy. Approbation of the technique was carried out on samples of rhizomes and roots of P. sibiricus collected in three regions of Siberia (Zabaikalsky Krai, Buryatia Republic, Sakha (Yakutia) Republic). The total content of coumarins in plant materials from the studied populations was 12.70–74.03 mg/g. The method can be used for quality analysis and standardization of P. sibiricus rhizomes and roots.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2024

Волкова, Галина Сергеевна | Соколова, Елена Николаевна | Ионов, Владислав Виталиевич | Давыдкина, Вера Евгеньевна | Фурсова, Наталья Александровна | Серба, Елена Михайловна

The development of a comprehensive end-to-end technology of processing berries for juice and the resulting berry cake into food ingredients with increased biological value is an urgent scientific task and requires comprehensive research. The relevance of the use of common cranberry cake as a vegetable raw material for the production of food ingredients is due to its rich chemical composition, cheapness of the raw material base used to isolate valuable biologically active substances, since cranberry cake is a multi-tonnage waste of technological processes in juice production. Biocatalytic treatment of cranberry cake was carried out with the following enzymatic system - pectinase 0.25 units. Pcs/g, cellulase 0.75 units. Cs/g, protease 0.05 units. PS/g, lipase 0.05 units. LS/g., at hydromodules 1:1 and 1:2 at 50ºC and pH 4.8. As a result of studies obtained fermentolysate cake lingonberry at 2-hour hydrolysis with selected enzyme complex at pH 4.8 and 500C, which is a liquid of dark red color with a strong smell of cranberry, sour taste, dry substance content 5,0%,, the content of phenolic substances 470 mg/cm3 and antioxidant activity 912.7 mg%. Fermentolysate contains a complex of anthocyanins, presumably such as cyanidin-3-galactoside, cyanidin-3-arabinoside, peonidin-3-galactoside, peonidin-3-arabinoside. The experimental data obtained testify to the prospects of creating food ingredients enriched with biologically valuable substances of berry raw materials contained in the fermentolysate of cranberry cake intended to compensate nutrient deficiencies in nutrition and expand the range of fast cooking products. | Разработка комплексной сквозной технологии переработки ягод на сок и образующегося ягодного жмыха в пищевые ингредиенты с повышенной биологической ценностью является актуальной научной задачей и требует проведения комплексных исследований. Актуальность применения жмыха брусники обыкновенной в качестве растительного сырья для производства пищевых ингредиентов обусловлено богатым химическим составом, дешевизной сырьевой базы, используемой для выделения ценных биологически активных веществ, поскольку жмых брусники является многотоннажным отходом технологических процессов в соковом производстве. Биокаталитическую обработку жмыха брусники проводили ферментативной системой следующего состава – пектиназа 0.25 ед. ПкС/г, целлюлаза 0.75 ед. ЦС/г, протеаза 0.05 ед. ПС/г, липаза 0.05 ед. ЛС/г, при гидромодуле 1 : 1 и 1 : 2 при температуре 50 °С и рН 4.8. В результате исследований получен ферментолизат жмыха брусники при 2-часовом гидролизе подобранным ферментным комплексом при рН 4.8 и 50 °С, который представляет собой жидкость темно-красного цвета с ярко выраженным запахом брусники, кислым вкусом, содержанием сухих веществ 5.0%, содержанием фенольных веществ 470 мг% и антиоксидантной активностью 912.7 мг%. Ферментолизат содержит комплекс антоцианов цианидина и пеонидина, предположительно таких как цианидин-3-галактозид, цианидин-3-арабинозид, пеонидин-3-галактозид, пеонидин-3-арабинозид. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о перспективе создания пищевых ингредиентов, обогащенных биологически ценными веществами ягодного сырья, содержащимися в ферментолизате жмыха брусники, предназначенных для восполнения дефицита нутриентов в питании и расширения ассортимента продуктов быстрого приготовления.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2024

Разгонова, Майя Петровна | Сабитов, Андрей Шамильевич | Зинченко , Юлия Николаевна | Сенотрусова , Тамара Алексеевна | Ли, Наталья Гаврошевна | Витомскова , Екатерина Анатольевна | Голохваст, Кирилл Сергеевич

Сверхкритическая флюидная CO2-экстракция была использована для получения биоактивных веществ из листьев и ветвей смородины душистой Ribes fragrans Pallas. Для оценки процесса сверхкритической CO2-экстракции изучались экстрактивные показатели при различных параметрах давления и температуры: диапазон давления – 100–300 бар, с используемым объемом сорастворителя этанола в количестве 2.5% в жидкой фазе при температуре в диапазоне 31–70 °С. Наиболее эффективные условия экстракции были установлены при параметрах давления 200 бар и температуре 55 °С для листьев R. fragrans. Сверхкритический СО2-экстракт листьев R. fragrans содержит различные полифенольные соединения и соединения других химических групп, обладающих ценной биологической активностью. В данном исследовании впервые изучен компонентный состав сверхкритических экстрактов вегетативных частей растительного вещества R. fragrans. Для обнаружения целевых аналитов применяли тандемную масс-спектрометрию (ВЭЖХ-ESI – ионная ловушка). Реализован четырехступенчатый режим ионного разделения. Сверхкритическая флюидная технология показала свою эффективность в отношении извлечения широкого спектра биологически активных веществ листьев R. fragrans. В экстрактах R. fragrans идентифицировано 79 различных биологически активных соединений. В роду Ribes впервые идентифицировано 21 химическое соединение из группы полифенолов и 12 химических соединений из других химических групп, ранее не упоминавшиеся в научной литературе относительно рода Ribes. | Supercritical fluid technology was used to obtain bioactive substances from leaves of Ribes fragrans Pallas. The supercritical fluid technology proved to be the most effective type of extraction, giving the highest yield of metabolome composition of R. fragrans. Several experimental conditions were investigated in the pressure range 50–300 bar, with the used volume of co-solvent ethanol in the amount of 2.5% in the liquid phase at a temperature in the range of 31–70 °C. The most effective extraction conditions are: pressure 200 Bar and temperature 55 °C for leaves of R. fragrans. The CO2-extract of leaves of R. fragrans contain various polyphenolic compounds and compounds of other chemical groups with valuable biological activity. For the first time, the metabolome of supercritical extracts of R. fragrans leaves was studied in this research. Tandem mass-spectrometry (HPLC-ESI – ion trap) was applied to detect target analytes. The four-stage ion separation mode was implemented 79 different bioactive components have been identified in R. fragrans extracts. Twenty chemical compounds from polyphenol group and twelve chemical compounds from other chemical groups were identified for the first time in genus Ribes.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2024

Мударисова, Роза Ханифовна | Куковинец, Ольга Сергеевна | Сагитова, Алина Фаиловна

Получены сорбционные материалы на основе яблочного пектина, модифицированного биологически активными органическими кислотами (салициловой, антраниловой, 5-аминосалициловой, никотиновой), способные эффективно извлекать ионы Cu2+, Co2+ и Mn2+ из водных растворов их солей. Исследованы закономерности кинетики сорбции ионов Cu2+, Co2+ и Mn2+ модифицированными образцами пектина. Выявлено увеличение эффективности извлечения ионов d-металлов модифицированными пектиновыми сорбентами по сравнению с исходным полисахаридом. Получены изотермы сорбции ионов Cu2+, Co2+, Mn2+ модифицированными пектинами и проанализированы на соответствие известным теоретическим моделям. Получены интегральные кинетические кривые, рассчитаны значения экспериментальной сорбционной емкости биосорбентов. Обнаружено, что процесс сорбции ионов Cu2+, Co2+ и Mn2+ на изучаемых биосорбентах протекает в диффузионном режиме. Установлено преобладание внешнедиффузионного характера лимитирующей стадии процесса извлечения ионов переходных металлов модифицированными пектинами. Рассчитаны константы скорости сорбционных процессов. Определены значения кажущейся энергии активации сорбционного процесса. Рассчитаны термодинамические параметры процесса извлечения ионов Cu2+, Co2+ и Mn2+ пектиновыми сорбентами. Установлено, что сорбция ионов Cu2+, Co2+ и Mn2+ модифицированными полисахаридными материалами представляет собой экзотермический процесс, который можно рассматривать как физическую адсорбцию ионов металлов за счет сольватации и комплексообразования с участием сорбционных центров сорбента и молекул растворителя (воды). Полученные новые высокоактивные биосорбенты могут быть рекомендованы в качестве энтеросорбентов для детоксикации организма человека. | Sorption materials based on apple pectin modified with biologically active organic acids (salicylic, anthranilic, 5-aminosalicylic, nicotinic) capable of effectively extracting Cu2+, Co2+ and Mn2+ ions from aqueous solutions of their salts have been obtained. The regularities of the sorption kinetics of Cu2+, Co2+ and Mn2+ ions by modified pectin samples were studied. An increase in the efficiency of extraction of d-metal ions by modified pectin sorbents compared to the original polysaccharide was revealed. Sorption isotherms of Cu2+, Co2+, Mn2+ ions by modified pectins have been obtained and analyzed for compliance with known theoretical models. Integral kinetic curves have been obtained, and the values of the experimental sorption capacity of biosorbents have been calculated. It was found that the process of sorption of Cu2+, Co2+ and Mn2+ ions on the studied biosorbents proceeds in the diffusion mode. The predominance of the external diffusion nature of the limiting stage of the process of extracting transition metal ions with modified pectins was established. The rate constants of sorption processes are calculated. The values of the apparent activation energy of the sorption process are determined. The thermodynamic parameters of the extraction of Cu2+, Co2+ and Mn2+ ions by pectin sorbents have been calculated. It has been established that the sorption of Cu2+, Co2+, and Mn2+ ions by modified polysaccharide materials is an exothermic process, which can be considered as physical adsorption of metal ions due to solvation and complex formation with the participation of sorbent sorption centers and solvent (water) molecules. The obtained new highly active biosorbents can be recommended as enterosorbents for detoxification of the human body. Keywords: sorption, d-metal ions, pectin, modification, kinetic curves, thermodynamic parameters.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2024

Боярских, Ирина Георгиевна | Костикова , Вера Андреевна

Проведено сравнительное изучение изменчивости количественных показателей индивидуально-группового состава биологически активных фенольных соединений в экстрактах листьев ресурсного вида Lonicera caerulea L. семейства Caprifoliaceae Juss., в частности его подвида L. caerulea subsp. altaica, в ценопопуляциях Горного Алтая в долине реки Мульта, в высотном градиенте. Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии в экстрактах листьев L. caerulea subsp. altaica выявлено 18 полифенолов, основным из которых являлся лютеолин-7-глюкозид. Содержание отдельных классов фенольных соединений в экстрактах листьев L. caerulea subsp. altaica по высотному профилю изменялось в значительных пределах: производные фенолкарбоновых кислот – 3.3–4.8 мг/г, флавонолы – 6.6–12.1 мг/г, флавоны – 13.6–29.6 мг/г. Значительное увеличение суммарного содержания полифенолов и основного компонента в экстрактах листьев L. caerulea subsp. altaica лютеолин-7-глюкозида отмечалось выше и ниже пределов оптимума распространения этого подвида в вертикальном градиенте. В пределах 1200–1850 м н.у.м. для флавонов и суммарного содержания биологически активных фенольных соединений установлены положительные статистически значимые корреляции с высотой произрастания растений. Содержание флавонолов и фенолкарбоновых кислот, напротив, снижалось по мере увеличения высоты. | Comparative analysis of the variability of quantitative indicators of the individual-group composition of biologically active phenolic compounds in leaf extracts of the resource species L. caerulea subsp. altaica (Caprifoliaceae Juss.) was carried out. Sampling for the study was carried out in the cenopopulations of the Altai Mountains in the valley of the Multa River, in the altitudinal gradient. Eighteen polyphenols were identified by high performance liquid chromatography in extracts from the leaves of L. caerulea subsp. altaica. Luteolin-7-glucoside is the main component among them. The content of individual classes of phenolic compounds in extracts from the leaves of L. caerulea subsp. altaica in the altitude profile varied significantly: hydroxycinnamic acid derivatives – 3.3-4.8 mg/g, flavonols – 6.6-12.1 mg/g, flavones – 13.6-29.6 mg/g. A significant increase in the total content of polyphenols and luteolin-7-glucoside in extracts from the leaves of L. caerulea subsp. altaica was noted above and below the limits of the optimum distribution of this plant in the vertical gradient. Positive statistically significant correlations of flavones and the total content of phenolic compounds with the height of plant growth are established within 1200–1850 meters above sea level. The content of flavonols and hydroxycinnamic acids, on the contrary, decreased with increasing altitude.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2024

Ioelovich, Michael Yacob

In this paper, a set of methods was used to study the structural characteristics and properties of cellulose nanocrystallites and free cellulose nanocrystalline particles (CNCs). It was shown that cellulose nanocrystallites have three main distinctive features. The first distinctive feature of cellulose nanocrystallites is their rod-like shape with a quite high aspect ratio and a low percolation threshold. The second distinctive feature of nanocrystallites is their highly developed specific surface area that leads to the spontaneous crystallization and aggregation of rod-like crystallites by their lateral planes. This aggregation process is thermodynamically favorable because it leads to a decrease in the specific surface area of nanocrystallites and a reduction of the thermodynamic potential. The third distinctive feature of cellulose nanocrystallites is the paracrystalline structure of their surface layers, which significantly affects structural characteristics such as lattice distortion, interplanar spacings, parameters, and volume of the crystalline unit cell, etc. Along with structure, the paracrystalline fraction affects also important physical and physical-chemical properties of cellulose, such as accessibility to deuteration, the content of CII-allomorph after cellulose alkalization, melting point of nanocrystallites, etc. Correlation equations were derived that provide to predict the structural characteristics and properties of nanocrystallites using the content of the paracrystalline fraction. | In this paper, a set of methods was used to study the structural characteristics and properties of cellulose nanocrystallites and free cellulose nanocrystalline particles (CNCs). It was shown that cellulose nanocrystallites have three main distinctive features. The first distinctive feature of cellulose nanocrystallites is their rod-like shape with a quite high aspect ratio and a low percolation threshold. The second distinctive feature of nanocrystallites is their highly developed specific surface area that leads to the spontaneous crystallization and aggregation of rod-like crystallites by their lateral planes. This aggregation process is thermodynamically favorable because it leads to a decrease in the specific surface area of nanocrystallites and a reduction of the thermodynamic potential. The third distinctive feature of cellulose nanocrystallites is the paracrystalline structure of their surface layers, which significantly affects structural characteristics such as lattice distortion, interplanar spacings, parameters, and volume of the crystalline unit cell, etc. Along with structure, the paracrystalline fraction affects also important physical and physical-chemical properties of cellulose, such as accessibility to deuteration, the content of CII-allomorph after cellulose alkalization, melting point of nanocrystallites, etc. Correlation equations were derived that provide to predict the structural characteristics and properties of nanocrystallites using the content of the paracrystalline fraction.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2024

Карелина, Александра Александровна | Алашкевич, Юрий Давыдович | Кожухов, Виктор Анатольевич

В статье рассматриваются различные недревесные растения в качестве источников волокнистого сырья для целлюлозно-бумажной промышленности. Авторы приводят основные категории недревесного волокнистого сырья: сельскохозяйственные отходы, естественнорастущие растения и технические культуры. Приводится информация о положении волокон в растении: волокна внутренней части стебля, лубяные (наружной части стебля) волокна, волокна листьев и волокна плодов, а также способы их выделения. Из всего многообразия недревесных растений авторы выделяют техническую коноплю как наиболее перспективное сырье, имеющее прочные волокна и высокое содержание целлюлозы. Выявлено, что использование недревесного сырья способствует сокращению давления на лесные ресурсы и улучшению экологической устойчивости производства целлюлозы и бумаги. Также рассматриваются технологические аспекты производства бумажной продукции из недревесного сырья. Приводятся преимущества и недостатки использования альтернативного сырья, а также его перспективы. Указывается на необходимость дальнейшего исследования и разработки новых методов и технологий для оптимизации эффективности использования недревесного сырья в целлюлозно-бумажной промышленности. В заключении делается вывод о значимости применения недревесного сырья для снижения негативного влияния производства бумаги на окружающую среду и обеспечения устойчивого развития данной отрасли промышленности. | The article discusses various non-wood plants as sources of fibrous raw materials for the pulp and paper industry. The authors cite the main categories of non-wood fibrous raw materials: agricultural waste, naturally growing plants and industrial crops. Information is provided on the position of fibers in the plant: fibers of the inner part of the stem, bast (outer part of the stem) fibers, leaf fibers and fruit fibers, as well as methods for their isolation. Of the variety of non-wood plants, the authors highlight industrial hemp as the most promising raw material, having strong fibers and a high cellulose content. The use of non-timber raw materials has been found to help reduce pressure on forest resources and improve the environmental sustainability of pulp and paper production. Technological aspects of the production of paper products from non-wood raw materials are also considered. The advantages and disadvantages of using alternative raw materials, as well as its prospects, are given. The need for further research and development of new methods and technologies to optimize the efficiency of using non-wood raw materials in the pulp and paper industry is pointed out. In conclusion, a conclusion is drawn about the importance of using non-wood raw materials to reduce the negative impact of paper production on the environment and ensure the sustainable development of this industry.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation