AGRIS - 

2023

Тоштемирова, Чарос Тоштемировна | Турабоев , Абдулхамид Абдулвохид угли | Нормахаматов, Нодирали Сохобаталиевич | Кодиралиева, Фотимахон Акбаровна

Methods for isolating and purifying polysaccharides of the aerial part from plant materials of the Gentian Olivier – Gentiana. Olivieri Griseb (family Gentianaceae ) have been developed and studied for the qualitative and quantitative content of polysaccharides in the herb as biologically active components that determine its anti-inflammatory and sequestering (moisture retention agents) effects in the normalization of gastrointestinal disorders. The qualitative and quantitative characteristics of the content of the polysaccharide complex were determined, including water-soluble polysaccharides obtained from a neutral medium with a yield of 6.4%, water-soluble polysaccharides obtained from an acidic medium with a yield of 0.9%, and pectin substances with a yield of 3.8%. The monomeric composition of water-soluble polysaccharides from both neutral and acidic treatments is represented by D-galactose, L-arabinose, and D-glucose. Pectin substances consisting of D-galactose, L-arabinose and D-glucose, D-galacturonic acid dominate the polysaccharide composition of the medicinal plant. They turned out to be highly esterified. The absorption bands of the infrared spectrum of the polysaccharide indicate the presence of α-glycosidic bonds between the residues of D-galacturonic acid in the polysaccharide. | Разработаны методы выделения и очистки полисахаридов надземной части растительного сырья горечавки Оливье – Gentiana Olivieri Griseb (семейство Gentianaceae) и определено качественное и количественное содержание полисахаридов в траве как биологически активных компонентов, обусловливающих ее противовоспалительную и абсорбирующую активность при нормализации желудочно-кишечных расстройств. Определено качественное и количественное содержание полисахаридного комплекса, включающего водорастворимые полисахариды, полученные из нейтральной среды, с выходом 6.4%, водорастворимые полисахариды, полученные из кислой среды, с выходом 0.9% и пектиновые вещества с выходом 3.8%. Мономерный состав водорастворимых полисахаридов как из нейтральной, так и из кислой среды представлен D-галактозой, L-арабинозой и D-глюкозой. Пектиновые вещества, состоящие из D-галактозы, L-арабинозы, D-глюкозы, D-галактуроновой кислоты, доминируют в полисахаридном составе лекарственного растения. Они оказались высокоэтерифицированными. Полосы поглощения инфракрасного спектра указывают на присутствие в них α-гликозидных связей между остатками D-галактуроновой кислоты.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2022

Кострюков, Сергей Геннадьевич | Малов, Никита Александрович | Мастерова, Юлия Юрьевна | Матякубов, Хусаин Бахрамович | Конушкин, Иван Александрович | Саврасов, Константин Викторович | Пыненков, Александр Алексеевич | Хлучина, Наталья Александровна

A methodical approach for quantitative determination of lignin and cellulose in plant materials by midinfrared FT-IR spectroscopy using the suspension method in tablets with KBr was proposed. For the prepared model binary mixtures of pure cellulose and lignin a direct correlation was achieved between the concentration and intensity of the analytical absorption bands of lignin (1508–1512 cm-1) and cellulose (1059–1061 cm-1). Based on the obtained intensity / concentration dependences formulas were derived that allow calculating the content of lignin and cellulose. The proposed method was tested on a wide range of plant biomass samples: 9 wood samples and 11 samples of agro-processing wastes. A good suitability of the proposed method for the quantitative determination of lignin was shown; the deviation from the literature data was no more than 1%. However, the proposed method was not suitable for the determination of cellulose since it didn't take into account the contribution of hemicellulose and extractive substances in the absorption band of 1059–1061 cm-1, which resulted in greatly overestimated results of cellulose content determination. | Предложен методический подход для количественного определения лигнина и целлюлозы в растительных материалах методом ИК-спектроскопии в среднем инфракрасном диапазоне с использованием метода взвесей в таблетках с KBr. Для реализации этого метода были приготовлены двойные смеси, состоящие из целлюлозы и лигнина, в различном массовом соотношении, на основании которых были построены калибровочные графики, отражающие зависимость интенсивности аналитических полос поглощения лигнина (1508–1512 см-1) и целлюлозы (1059–1061 см-1) от их содержания в смесях. На основе полученных зависимостей интенсивность/концентрация выведены формулы, позволяющие по интенсивности аналитических полос поглощения рассчитать содержание лигнина и целлюлозы. Предложенная методика апробирована на широком круге образцов растительной биомассы: 9 образцов древесины и 11 образцов отходов переработки сельскохозяйственной продукции. Показана хорошая пригодность предлагаемого метода для количественного определения лигнина, отклонение от литературных данных составило не более 1%. Однако в предлагаемом варианте метод оказался непригоден для определения целлюлозы, так как не учитывал вклад гемицеллюлозы и экстрактивных веществ в полосу поглощения 1059–1061 см-1, следствием чего явились сильно завышенные результаты определения содержания целлюлозы.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2021

Кострюков, Сергей Геннадьевич | Петров, Павел Сергеевич | Мастерова, Юлия Юрьевна | Идрис, Тулфикар Джасим | Хамдамов, Салохиддин Сафарджонович | Юнусов, Искандарходжа Аскарходжаевич | Кострюков, Никита Сергеевич

In recent years solid-state 13C NMR spectroscopy using the technique of cross-polarization (CP) and sample rotation at a magic angle (MAS) has been used in the analysis of plant materials, including wood. Knowledge of the composition, structure and behavior of wood components in different conditions is of great importance, since the properties of wood materials depend on this. In this work differences in the composition of various tree species wood in central Russia (birch, aspen, spruce, and larch) were revealed using CP MAS 13C NMR spectroscopy. Assignment of various peaks in CP MAS 13C NMR spectra with the main components of wood was carried out. It was shown that cellulose is presented in amorphous and crystalline forms, the presence of lignin is unambiguously confirmed by signals of aromatic carbon atoms, and hemicellulose is detected by signals from carbon atoms of methyl groups of acetylxylose and L-rhamnose. According to the integral intensities, the total proportion of cellulose and hemicellulose in relation to lignin was determined: the largest amount of lignin was found in coniferous wood (spruce, larch), and the smallest amount of lignin was detected in deciduous species (aspen and birch). | Твердотельная ЯМР 13С спектроскопия с использованием техники кросс-поляризации (CP) и вращения образца под магическим углом (MAS) в последние годы стала применяться в анализе растительных материалов, в том числе и древесины. Знание состава, структуры и поведения компонентов древесины в различных условиях имеет огромное значение, так как от этого зависят свойства древесных материалов. В данной работе с помощью СР MAS ЯМР 13С спектроскопии были выявлены различия в составе древесины различных пород деревьев средней полосы России (береза, осина, ель и лиственница). Выполнено отнесение различных пиков в СР MAS ЯМР 13С спектрах с основными компонентами древесины. Показано, что целлюлоза присутствует в виде аморфной и кристаллической формы, наличие лигнина однозначно подтверждается сигналами ароматических атомов углерода, а гемицеллюлозы – сигналами атомов углерода метильных групп ацетилксилозы и L-рамнозы. По интегральным интенсивностям определена суммарная доля целлюлозы и гемицеллюлозы по отношению к лигнину: наибольшее количество лигнина обнаружено в древесине хвойных пород (ель, лиственница), а наименьшее – в древесине лиственных пород (осина и береза).

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2018

Сартова

The aim of this work is to study the technical, chemical and group composition of biomass of the cotton crop (Cozipiym) and Shyralzhyn (Artemisia Dracunculus), to establish their suitability for obtaining chemical products. The results of the study established that the physical and chemical characteristics of Cotton crop and Shyralzhyn biomass is not inferior to oak wood and can be used for  obtaining valuable chemical products and adsorbents. The study of the group composition of the analyzed plants showed that they can be used later on to produce cellulose, lignin and hemicellulose. The biomass of cotton crop and Shiralzhyn waste contains from 6.64 to 11% of pectin substances, which makes it possible to use as a sorbent against to ions of heavy metals and radionuclides. We isolated vegetable oil (fats) from the seed of tarragon polynyas – Shyralzhyn for the first time, the yield is 15.7%. The development of technology for the complex processing of waste from the cotton crop and Shyralzhyn (wormwood - tarragon) biomass are in prospective. Isolation of triglycerides (oils) from wormwood-tarragon kernels, by transesterification of esters, to produce methyl and ethyl esters of higher carboxylic acids, which can be used as additives to diesel fuels. Establish the main regularities of the recycling process. The extraction of extractive substances, such as tanning, natural dyes, lipids (waxes), antioxidants-polyphenols and pectins. | Целью данной работы является изучение технического, химического и группового состава биомассы хлопчатника (лат. Gossypium) и полыни – эстрагона (лат. Artemisia Dracunculus L.) для установления их пригодности при получении химических продуктов. Результаты исследования позволили установить, что биомасса хлопчатника и полыни – эстрагона может быть использована в качестве сырья для получения химических продуктов и адсорбентов.Исследование химического состава анализируемых растений показало, что их можно использовать в дальнейшем для получения целлюлозы (37 до 48%), лигнина (21–31%), гемицеллюлоз (11–21%) и пектиновых веществ (6.64 до 11.0%).Растительное масло, выделенное из семян полыни – эстрагона, выход которого составляет (15.7%), было обьектом для дальнейшей переработки, в результате которой получены метиловые и этиловые эфиры высших карбоновых кислот, которые могут найти применение в качестве добавок к дизельным топливам.В процессе переработки получены экстрактивные вещества – дубильные, природные красители, липиды (воски), антиоксиданты-полифенолы.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2018

Зорикова

The dynamics of the accumulation of water-soluble polysaccharides in various organs of Reynoutria japonica Hout (Polygonaceae), harvested in the Ussuriisk region of the Primorye Territory in different phases of vegetation, has been studied. As a result of the studies, four polysaccharide fractions were isolated from the raw materials of R. japonica organs: water-soluble polysaccharides, pectin substances, hemicellulose A and B, which are fixed in all organs of the plant during the observation period.The chemical composition of R. japonica has been studied insufficiently and unilaterally. The secondary metabolites of the phenolic complex have been studied mainly, whereas there is practically no information on the carbohydrate composition, although this group of compounds plays an important role in the plant ecophysiology and shows a pronounced physiological activity. The conducted studies have established that the maximum content of biologically active polysaccharides (water-soluble polysaccharides and pectin substances) in the leaves is noted in the phase of the beginning of vegetation, in the buds of budding and flowering phases, in the roots in the phase of drying. The content of hemicellulose A and B is characterized by stability and changes insignificantly during the season.The obtained results allow to establish scientifically justified terms of raw material preparation for effective practical use. | Изучена динамика накопления водорастворимых полисахаридов в различных органах Reynoutria japоnica Hout (Polygonaceae), заготовленного в Уссурийском районе Приморского края в различные фазы вегетации. В результате проведенных исследований из сырья органов R. japonica выделено 4 фракции полисахаридов: водорастворимые полисахариды, пектиновые вещества, гемицеллюлозы А и Б, которые фиксируются во всех органах растения в течение периода наблюдений.Химический состав R. japonica изучен недостаточно и односторонне. Исследованы преимущественно вторичные метаболиты фенольного комплекса, тогда как сведений об углеводном составе практически не обнаружено, хотя данная группа соединений играет значимую роль в экофизиологии растения и проявляет выраженную физиологическую активность. Проведенные исследования установили, что максимальное содержание биологически активных полисахаридов (водорастворимые полисахариды и пектиновые вещества) в листьях отмечается в фазе начала вегетации, в стеблях в фазах бутонизации и начала цветения, в корнях в фазе усыхания. Содержание гемицеллюлозы А и Б характеризуется стабильностью и в течение сезона изменяется незначительно.Полученные результаты позволяют установить научно обоснованные сроки заготовки сырья для эффективного практического использования.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2018

Завьялов

Various types of plant raw material are widely used in the pulp and paper, textile, food, agricultural industries, and pharmacology. One of the problems of utilizing the complex plant biomass is the weak knowledge of its hemicellulose content and the lack of effective enzymes for hydrolysis of hemicelluloses.Xyloglucan is the major structural and storage polysaccharide in all dicots and many monocots. It has a branched architecture with a backbone constructed of β-1,4-connected cellotetraose units decorated with short side chains composed of xylose, galactose, arabinose, fucose and some other residues. Side chain composition and alternation order are specie-specific and can change during cell growth resulting in variety of xyloglucan structural types. In general, xyloglucan structure depends on taxonomic position of the plant. Structural features of xyloglucans belonging to different taxonomic groups are discussed in the evolutionary aspect.Xyloglucan hydrolysis is a necessary condition during conversion of plant biomass into high added value products. Variety of xyloglucan structural types complicates selection of enzymes for its hydrolysis. Xyloglucanase-containing multienzyme complexes can be used for efficient decomposition of plant biomass polysaccharides into fermentable sugars for biotechnology, and for improvement of the feed quality. Investigation of xyloglucanases is necessary for the development of methods for protecting plants from pathogenic microorganisms which use these enzymes for invasion into plant tissue.The article reviewed structural features of xyloglucans from different taxonomic groups in the evolutionary aspect. Selection of xyloglucanases for efficient hydrolysis of complex plant biomass is discussed. | Различные виды растительного сырья находят широкое применение в целлюлозно-бумажной, текстильной, пищевой, сельскохозяйственной отраслях промышленности, фармакологии. Одной из проблем использования комплексного растительного сырья является малая изученность составляющих его связующих гликанов и отсутствие эффективных ферментных препаратов для их гидролиза. Ксилоглюкан – основной структурный и запасающий полисахарид всех двудольных и многих однодольных растений. Ксилоглюкан – разветвленный полисахарид, основу которого составляют целлотетрозные блоки, соединенные β-1,4-связями и декорированные короткими боковыми цепями, состоящими из ксилозы, галактозы, арабинозы, фукозы и некоторых других остатков. Характер и порядок чередования боковых цепей видоспецифичен и может изменяться в процессе роста клетки, порождая многообразие структурных типов ксилоглюкана. В целом, структура ксилоглюкана зависит от таксономического положения растения.Гидролиз ксилоглюкана – необходимое условие в процессе конверсии растительной биомассы в продукты с высокой добавочной стоимостью. Многообразие структурных типов ксилоглюкана создает сложности в подборе ферментов для его гидролиза. Ксилоглюканазы в составе мультиферментных комплексов могут быть использованы для высокоэффективной деструкции полисахаридов растительной биомассы в ферментируемые сахара для биотехнологии, а также для улучшения качества кормов. Исследование ксилоглюканаз необходимо для разработки способов защиты растений от патогенных микроорганизмов, использующих эти ферменты для проникновения в растительные ткани.В данной статье обсуждаются особенности строения ксилоглюканов разных таксономических групп в эволюционном аспекте и сделан обзор ксилоглюканаз с целью предложения наиболее эффективных ферментных препаратов для гидролиза комплексного растительного сырья.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2018

Завьялов

Various types of plant raw material are widely used in the pulp and paper, textile, food, agricultural industries, and pharmacology. One of the problems of utilizing the complex plant biomass is the weak knowledge of its hemicellulose content and the lack of effective enzymes for hydrolysis of hemicelluloses. Xyloglucan is the major structural and storage polysaccharide in all dicots and many monocots. It has a branched architecture with a backbone constructed of β-1,4-connected cellotetraose units decorated with short side chains composed of xylose, galactose, arabinose, fucose and some other residues. Side chain composition and alternation order are specie-specific and can change during cell growth resulting in variety of xyloglucan structural types. In general, xyloglucan structure depends on taxonomic position of the plant. Structural features of xyloglucans belonging to different taxonomic groups are discussed in the evolutionary aspect. Xyloglucan hydrolysis is a necessary condition during conversion of plant biomass into high added value products. Variety of xyloglucan structural types complicates selection of enzymes for its hydrolysis. Xyloglucanase-containing multienzyme complexes can be used for efficient decomposition of plant biomass polysaccharides into fermentable sugars for biotechnology, and for improvement of the feed quality. Investigation of xyloglucanases is necessary for the development of methods for protecting plants from pathogenic microorganisms which use these enzymes for invasion into plant tissue. The article reviewed structural features of xyloglucans from different taxonomic groups in the evolutionary aspect. Selection of xyloglucanases for efficient hydrolysis of complex plant biomass is discussed. | Различные виды растительного сырья находят широкое применение в целлюлозно-бумажной, текстильной, пищевой, сельскохозяйственной отраслях промышленности, фармакологии. Одной из проблем использования комплексного растительного сырья является малая изученность составляющих его связующих гликанов и отсутствие эффективных ферментных препаратов для их гидролиза. Ксилоглюкан – основной структурный и запасающий полисахарид всех двудольных и многих однодольных растений. Ксилоглюкан – разветвленный полисахарид, основу которого составляют целлотетрозные блоки, соединенные β-1,4-связями и декорированные короткими боковыми цепями, состоящими из ксилозы, галактозы, арабинозы, фукозы и некоторых других остатков. Характер и порядок чередования боковых цепей видоспецифичен и может изменяться в процессе роста клетки, порождая многообразие структурных типов ксилоглюкана. В целом, структура ксилоглюкана зависит от таксономического положения растения. Гидролиз ксилоглюкана – необходимое условие в процессе конверсии растительной биомассы в продукты с высокой добавочной стоимостью. Многообразие структурных типов ксилоглюкана создает сложности в подборе ферментов для его гидролиза. Ксилоглюканазы в составе мультиферментных комплексов могут быть использованы для высокоэффективной деструкции полисахаридов растительной биомассы в ферментируемые сахара для биотехнологии, а также для улучшения качества кормов. Исследование ксилоглюканаз необходимо для разработки способов защиты растений от патогенных микроорганизмов, использующих эти ферменты для проникновения в растительные ткани. В данной статье обсуждаются особенности строения ксилоглюканов разных таксономических групп в эволюционном аспекте и сделан обзор ксилоглюканаз с целью предложения наиболее эффективных ферментных препаратов для гидролиза комплексного растительного сырья.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2017

Евстафьев

The development of environmentally safe technology for processing lignocellulosic raw materials with the separation of polysaccharide and lignin fractions for subsequent use is an actual problem, a solution of which is possible when using ionic liquids as a solvent. To intensify the processing process, the possibility of using ultrasonic irradiation in the environment of 1-butyl-3-methylimidazolium chloride was studied. The results of the research of the influence of ultrasound power, temperature and processing time on the yield of fractions and the degree of purification of cellulose from impurities of hemicellulose and lignin are presented. It has been established that the use of ultrasound with a power of 10-50 W at processing of wheat straw in the environment of 1-butyl-3-methylimidazolium chloride promotes an increase in the degree of purification of cellulose from impurities, primarily hemicellulose, and a decrease in treatment time. The maximum degree of purification of cellulose was 68.1% and was received by irradiating with ultrasound 50 W at 140 °C within 15 min. It is shown that ultrasonic treatment of wheat straw in the environment of 1-butyl-3-methylimidazolium chloride provides an increase in the total yield of sugars of fermentolysis of polysaccharides of wheat straw by 4-5 times. The total yield of sugars of fermentolysis of the fractions of polysaccharides isolated in the experimental conditions was 83% of the theoretically possible. | Разработка экологически безопасной технологии переработки лигноцеллюлозного сырья с выделением фракций полисахаридов и лигнина для последующего использования является актуальной проблемой, решение которой возможно при использовании в качестве растворителя ионных жидкостей. Для интенсификации процесса переработки изучена возможность использования ультразвукового облучения в среде хлорида 1-бутил-3-метилимидазолия. Приведены результаты исследования влияния мощности ультразвука, температуры и продолжительности обработки на выход фракций и степень очистки целлюлозы соломы пшеницы от примесей гемицеллюлоз и лигнина. Установлено, что использование ультразвука мощностью 10–50 Вт при обработке соломы в среде хлорида 1-бутил-3-метилимидазолия способствует увеличению степени очистки целлюлозы от примесей, прежде всего гемицеллюлозы, и снижению продолжительности обработки. Максимальная степень очистки целлюлозы составила 68,1% и была получена при облучении ультразвуком мощностью 50 Вт при 140 °С в течение 15 мин. Показано, что ультразвуковая обработка соломы пшеницы в среде хлорида 1-бутил-3-метилимидазолия обеспечивает увеличение общего выхода сахаров ферментолиза полисахаридов соломы пшеницы в 4–5 раз. Суммарный выход сахаров ферментолиза фракций полисахаридов, выделенных в условиях эксперимента, составил 83% от теоретически возможного.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2014

Маркин, Вадим Иванович | Чепрасова, Марина Юрьевна | Базарнова, Наталья Григорьевна

Использование микроволнового излучения в химии растительного сырья в последнее десятилетие привлекает внимание все большего числа ученых. Обзор посвящен анализу публикаций в данной области за последние годы, число которых растет экспоненциально. Рассмотрены основные области применения микроволнового излучения в химии и технологии растительного сырья: экстракция из природных растительных объектов низкомолекулярных соединений самых разных классов как в индивидуальном состоянии, так и виде композиций (например, эфирные масла); выделение высокомолекулярных структурных биополимеров (целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы); процессы высушивания растительных объектов; пиролиз древесины; гидролиз высокомолекулярных компонентов растительного сырья; химическое модифицирование биополимеров растительного происхождения с целью получения простых и сложных эфиров, а также других производных; химическое модифицирование растительного сырья без предварительного разделения на отдельные компоненты и некоторые другие процессы. Показана эффективность микроволнового излучения в данных процессах. Отмечено, что микроволновое излучение в целом значительно ускоряет проводимый процесс и значительно снижает затраты электроэнергии. Приведены примеры реализации описанных процессов в промышленности. Процессы и механизмы, происходящие при воздействии на растительное сырье микроволнового излучения в настоящее время недостаточно изучены и требуют дальнейших исследований. | The use of microwave radiation in the chemistry of plant raw materials in the last decade attracted the attention of a growing number of scientists. The present review publications in this field in recent years, the number of which increases exponentially. The main field of application of microwave radiation in the chemistry and technology of vegetable raw materials: extraction of natural plant facilities for the low molecular weight compounds of different classes in the individual state and the form of compositions (eg, essential oils); selection of high structural biopolymers (cellulose, lignin, hemicellulose); The drying process plant facilities; pyrolysis of wood; hydrolysis of high-molecular components of plant raw materials; chemical modification of vegetable origin of biopolymers to obtain ethers and esters and other derivatives; chemical modification of plant raw materials without prior separation into individual components and some other processes. The efficiency of the microwave radiation in these processes. It is noted that the microwave radiation is generally conducted considerably faster process and significantly reduces energy costs. The examples of processes described in the industry. Processes and mechanisms that occur when exposed to microwave radiation plant material is currently not well understood and require further investigation.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation