ЭлБиб

ëàãàåìûì ìàòåðèàëàì íà îñíîâå ïðèðîäíûõ ïîëè-

ìåðîâ êðàõìàë íàõîäèò âñå áîëåå øèðîêîå ïðèìå-

íåíèå â êà÷åñòâå áàçîâîãî êîìïîíåíòà áåçîïàñíûõ

äëÿ ýêîëîãèè áèî- è íàíîáèîêîìïîçèòîâ [1–3].

Èññëåäîâàíèÿ, ïðîâåäåííûå â ïîñëåäíåå âðåìÿ,

óáåäèòåëüíî äîêàçàëè, ÷òî ðàñòâîðû êðàõìàëà ÿâ-

ëÿþòñÿ äîñòàòî÷íî ýôôåêòèâíûìè âîññòàíîâèòåëü-

íî-ñòàáèëèçèðóþùèìè ìàòðèöàìè-òåìïëàòàìè â

ïðîöåññàõ áèîìèíåðàëèçàöèîííîãî ñèíòåçà íàíî-

÷àñòèö ìåòàëëîâ (ñåðåáðà, çîëîòà, ìåäè è äð.) è ìå-

òàëëîîðãàíè÷åñêèõ íàíîêîìïîçèòîâ [4, 5].

Óñòàíîâëåíî, ÷òî íà îñíîâå ðàñòâîðîâ êðàõìàëà

è ñëîèñòûõ àëþìîñèëèêàòîâ (íàïðèìåð, ÷àñòèö

ìîíòìîðèëëîíèòà) ìîæíî ïîëó÷èòü ýêîëîãè÷åñêè

÷èñòûå ãèáðèäíûå îðãàíèêî-ìèíåðàëüíûå íàíî-

êîìïîçèòû [6–9]. Ïîñëåäíèå ìîãóò ñëóæèòü õîðî-

øåé îñíîâîé äëÿ ïîëó÷åíèÿ áèîðàçëàãàåìûõ óïà-

êîâî÷íûõ ìàòåðèàëîâ â ïèùåâîé ïðîìûøëåííîñ-

òè, ëå÷åáíûõ ïåðåâÿçî÷íûõ ìàòåðèàëîâ, ïëàñòûðåé,

ìàñîê, ãåëåé, ñîðáåíòîâ â ìåäèöèíå è êîñìåòîëî-

ãèè, âûñîêîýôôåêòèâíûõ êîìïîçèöèîííûõ ñîð-

áåíòîâ äëÿ î÷èñòêè ñòî÷íûõ âîä, ïî÷â îò ñîåäèíå-

íèé òÿæåëûõ ìåòàëëîâ è ïðî÷èõ âðåäíûõ âåùåñòâ â

ýêîëîãèè. Âàæíåéøåé ñòàäèåé òåõíîëîãèè íàíî-

êîìïîçèòîâ (è áèîêîìïîçèòîâ) íà îñíîâå êðàõìàëà

ÿâëÿåòñÿ ïåðåâîä åãî â êëåéñòåðèçîâàííîå ñîñòîÿ-

íèå. Òðàäèöèîííûå ñïîñîáû êëåéñòåðèçàöèè êðàõ-

ìàëà (òåðìè÷åñêèå, òåðìîõèìè÷åñêèå è äð.) ñîïðÿ-

æåíû ñ áîëüøèìè óäåëüíûìè çàòðàòàìè ýíåðãèè

èëè æå ñ èñïîëüçîâàíèåì êîìïîíåíòîâ, çàãðÿçíÿþ-

ùèõ êëåéñòåð. Êðîìå òîãî, îíè íå îáåñïå÷èâàþò

ïîëíîãî ðàñùåïëåíèÿ çåðåí êðàõìàëà, ðàçðóøåíèÿ

àññîöèàòîâ åãî ìàêðîìîëåêóë, âûñîêîé ñòåïåíè îä-

íîðîäíîñòè êîëëîèäíîé ñèñòåìû.

Ðàíåå íàìè áûë ïðåäëîæåí ýíåðãîñáåðåãàþùèé è

áåçîïàñíûé äëÿ ýêîëîãèè ñïîñîá ïîëó÷åíèÿ êëåé-

ñòåðèçîâàííûõ âûñîêîîäíîðîäíûõ äèñïåðñèé êðàõ-

ìàëà, îáåñïå÷èâàþùèé ïîëíîå ðàçðóøåíèå åãî ãðà-

íóë. Ñïîñîá çàêëþ÷àåòñÿ â îáðàáîòêå åãî ñóñïåí-

çèé â ðîòîðíî-èìïóëüñíîì óñòðîéñòâå (ÐÈÓ) îðè-

ãèíàëüíîé êîíñòðóêöèè [10]. Áûëî ïîêàçàíî, ÷òî

êëåéñòåðèçàöèÿ áèîïîëèìåðà ïðè âûñîêîé ñêîðîñòè

ñäâèãîâûõ âîçäåéñòâèé ñîïðîâîæäàåòñÿ ìåõàíîèíè-

öèèðóåìîé äåñòðóêöèåé åãî ìàêðîìîëåêóë. Âìåñòå ñ

òåì âëèÿíèå èíòåíñèâíîñòè ìåõàíè÷åñêèõ äåôîð-

ìàöèé, ñîçäàâàåìûõ â ÐÈÓ, íà ñòåïåíü äåãðàäàöèè

êðàõìàëüíûõ ïîëèñàõàðèäîâ íà ïðåäûäóùåì ýòàïå

ðàáîòû íå èññëåäîâàëîñü.

Öåëü íàñòîÿùåé ðàáîòû — èçó÷åíèå âëèÿíèÿ ñêî-

ðîñòè ñäâèãîâûõ äåôîðìàöèé â ÐÈÓ íà ðàçìåð ìàê-

ðîìîëåêóë êëåéñòåðèçóåìîãî â íåì êðàõìàëà. Äëÿ

ðåøåíèÿ ïîñòàâëåííîé çàäà÷è áûë âûáðàí ìåòîä äè-

íàìè÷åñêîãî ðàññåÿíèÿ ñâåòà (ÄÐÑ), êîòîðûé, áóäó-

÷è ðåàëèçîâàí íà ñîâðåìåííîì áûñòðîäåéñòâóþùåì

îáîðóäîâàíèè, ïîçâîëÿåò îïåðàòèâíî îöåíèâàòü

ðàñïðåäåëåíèå ìàêðîìîëåêóë ïîëèìåðîâ ïî ãèäðî-

äèíàìè÷åñêèì ðàäèóñàì

â ðàñòâîðå.

Îáúåêòîì èññëåäîâàíèÿ ñëóæèë ïðèðîäíûé êó-

êóðóçíûé êðàõìàë, âûðàáîòàííûé ïî ÃÎÑÒ Ð 52985–

2002. Êëåéñòåðû êðàõìàëà ïîëó÷àëè ïóòåì ìåõàíî-

òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè (îáåñïå÷èâàþùåé íàãðåâ äî

90 °Ñ) 5%-íûõ ñóñïåíçèé áèîïîëèìåðà â ÐÈÓ â äèà-

ïàçîíå ñêîðîñòè ñäâèãà (1,3–5,5)10

-1

. Äàëåå æèä-

êîôàçíûå îáðàçöû âûñóøèâàëè íà òåôëîíîâîé ïî-

âåðõíîñòè. Â ðàáîòå òàêæå èñïîëüçîâàëè ïðåïàðàòû

àìèëîçû (Sigma-Aldrige) è àìèëîïåêòèíà (Fluka).

Äëÿ àíàëèçà ìåòîäîì ÄÐÑ ñóõèå êðàõìàëüíûå îá-

ðàçöû ðàñòâîðÿëè â 1 í. ðàñòâîðå ÊÎÍ, ïîëó÷àÿ ðàñ-

òâîð áèîïîëèìåðà êîíöåíòðàöèåé 0,5 ã/ë, è îöåíè-

âàëè ãèäðîäèíàìè÷åñêèé ðàäèóñ ÷àñòèö íà àíàëè-

çàòîðå Zetasizer Nano-ZS (Malvern, UK) ïðè òåìïå-

ðàòóðå 25 °Ñ. Ñïåêòðû ïîãëîùåíèÿ éîäî-êðàõìàëü-

íûõ è éîäî-ïîëèñàõàðèäíûõ êîìïëåêñîâ, ïðèãîòîâ-

ëåííûõ ïî èçâåñòíîìó ìåòîäó [11], çàïèñûâàëè íà

UV-Vis ñïåêòðîôîòîìåòðå Agilent 8453. Ðåçóëüòàòû

èññëåäîâàíèÿ ðàñòâîðà èñõîäíîãî êóêóðóçíîãî êðàõ-

ìàëà ìåòîäîì ÄÐÑ ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 1,

. Óñòà-

íîâëåíî, ÷òî ðàñïðåäåëåíèå åãî ìàêðîìîëåêóë ïî

ðàçìåðàì ÿâëÿåòñÿ áèìîäàëüíûì ñ ìîäàìè, ñîîòâåò-

ñòâóþùèìè ãèäðîäèíàìè÷åñêèì ðàäèóñàì 25 è 175

íì. Ïðè ýòîì îêîëî 90 % îáùåé ïëîùàäè ïîä ïèêà-

ìè ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè ðàññåÿíèÿ ñâåòà

ïðèõîäèòñÿ íà ôðàêöèþ ÷àñòèö êðóïíîãî ðàçìåðà.

Ïîëó÷åííûé ðåçóëüòàò ïîëíîñòüþ ñîîòâåòñòâóåò ëè-

òåðàòóðíûì äàííûì [12, 13], ñîãëàñíî êîòîðûì ïî-

äîáíûå çíà÷åíèÿ

õàðàêòåðíû äëÿ àìèëîçû è àìè-

ëîïåêòèíà, ïðè÷åì ïîñëåäíèé èãðàåò îïðåäåëÿþùóþ

ðîëü â ñâåòîðàññåÿíèè ðàñòâîðîâ êðàõìàëà.

Óñòàíîâëåíî, ÷òî ïîñëå êëåéñòåðèçàöèè êðàõìàëà

òðàäèöèîííûì òåðìè÷åñêèì ìåòîäîì õàðàêòåð ðàñ-

ïðåäåëåíèÿ åãî ìàêðîìîëåêóë ïî ðàçìåðàì è çíà÷å-

íèÿ

ñîõðàíÿþòñÿ è, ñëåäîâàòåëüíî, â äàííîì ñëó-

÷àå äåñòðóêöèè áèîïîëèìåðà íå ïðîèñõîäèò. Ïî-

ñêîëüêó ãèñòîãðàììà äëÿ äàííîãî îáðàçöà íå îòëè÷à-

ëàñü îò òàêîâîé äëÿ èñõîäíîãî êðàõìàëà, òî â ñòàòüå

îíà íå ïðèâåäåíà. Àíàëîãè÷íûé âûâîä ìîæíî ñäå-

ëàòü â îòíîøåíèè îáðàçöà, îáðàáîòàííîãî â ÐÈÀ

ïðè íàèìåíüøåé ñêîðîñòè ñäâèãà

= 1,3

⋅

-1

, ò.å.

äàííûé ðåæèì îáåñïå÷èâàåò ìÿãêóþ êëåéñòåðèçà-

öèþ êðàõìàëüíûõ ãðàíóë, âûçûâàÿ èõ äåçèíòåãðà-

öèþ áåç ðàçðóøåíèÿ ìàêðîìîëåêóë (ðèñ. 1,

Äàëüíåéøåå óâåëè÷åíèå èíòåíñèâíîñòè ñäâèãî-

âûõ äåôîðìàöèé â àêòèâàòîðå äî 2,3

⋅

-1

ïðèâîäèò

ê íåçíà÷èòåëüíîìó ñíèæåíèþ ðàçìåðîâ ïîëèñàõà-

ðèäíûõ öåïåé áèîïîëèìåðà (ðèñ. 1,

Áèìîäàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå ïî ãèäðîäèíàìè÷åñ-

êèì ðàäèóñàì â ýòîì ñëó÷àå îñòàåòñÿ ïðåæíèì, îäíà-

êî ìîäàëüíûå çíà÷åíèÿ

ñòàíîâÿòñÿ ðàâíûìè 14 è

100 íì äëÿ ôðàêöèé àìèëîçû è àìèëîïåêòèíà ñîîò-

âåòñòâåííî. Ñèòóàöèÿ êàðäèíàëüíî ìåíÿåòñÿ ïðè

ïåðåõîäå ê ñèñòåìàì, êëåéñòåðèçîâàííûì â ÐÈÓ

ïðè

= (3,2–5,5)10

-1

. Ãèñòîãðàììû, ïðåäñòàâëåí-

íûå íà ðèñ.1,

ã-å

, ñâèäåòåëüñòâóþò î äîâîëüíî ñóùå-

ñòâåííîì óìåíüøåíèè ðàçìåðîâ êðàõìàëüíûõ ìàê-

ðîìîëåêóë â ñðàâíåíèè ñ èñõîäíûì îáðàçöîì.

Õàðàêòåð ðàñïðåäåëåíèÿ ïî ãèäðîäèíàìè÷åñêèì

ðàäèóñàì áèîïîëèìåðíûõ öåïåé ïîñëå îáðàáîòêè â

óêàçàííûõ óñëîâèÿõ ÿâëÿåòñÿ ìîíîìîäàëüíûì ñ

ðàâíûì 85 íì. Âàæíî îòìåòèòü, ÷òî êëåéñòåðèçàöèÿ

êðàõìàëà â ÐÈÓ ïðè ñêîðîñòÿõ ñäâèãà âûøå çíà-

ХРАНЕНИЕ И ПЕРЕРАБОТКА СЕЛЬХОЗСЫРЬЯ, № 2, 2014

Электронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека