автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Химические и структурные превращения органических компонентов торфов после механоактивации

На правах рукописи

Иванов Александр Анатольевич

ХИМИЧЕСКИЕ И СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ ТОРФОВ ПОСЛЕ МЕХАНОАКТИВАЦИИ

Специальность: 05.17.07 - химия и технология топлив и специальных продуктов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Томск - 2005

Работа выполнена в Институте химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук

Научный руководитель: кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Юдина Наталья Васильевна

Официальные оппоненты: доктор химических наук,

старший научный сотрудник Тарабанько Валерий Евгеньевич;

кандидат химических наук, старший научный сотрудник Касимова Любовь Владимировна

Ведущая организация: Томский политехнический университет

Защита диссертации состоится 27 сентября 2005 г. в 10.00 ч на заседании диссертационного совета Д 003.041.01 при Институте химии и химической технологии СО РАН по адресу: 660049, г. Красноярск, ул. Карла Маркса, 42.

Факс: (3912) 23-86-58

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института химии и химической технологии СО РАН.

Автореферат разослан «/7 » августа 2005 г.

Ученый секретарь <Г/ ¥ <7

диссертационного совета /ж" —"* Павленко Нина Ивановна

Актуальность работы. Большие запасы торфа в стране и, особенно, в Западной Сибири, высокая ценность его органической части обусловливают необходимость проведения исследований, направленных на разработку экологически безопасных и экономически эффективных методов комплексной переработки этого сырья. Одной из ключевых задач переработки торфов является интенсификация процессов выделения экстрактивных веществ - гуминовых кислот (ГК), фенолов, полисахаридов (ПС), битумов и др. соединений, представляющих практический интерес. Механоактивация (МА) является новым рациональным методом переработки природных каустобиолитов. Механохимические методы получения биологически активных веществ растительного происхождения основаны на твердофазном превращении этих веществ в растворимые формы путем механической обработки сырья и специально подобранных реагентов. Существенными преимуществами механохи-мического подхода является исключение из технологии большого количества химических реагентов, снижение материальных и трудовых затрат на производство. Несмотря на большой прогресс в области механохимии природного органического сырья, детальных исследований МА торфа с использованием комплекса современных физико-химических методов не проводилось. Оценка явлений, связанных с химическими превращениями торфов после МА, сопряжена с рядом трудностей. В первую очередь это определяется тем, что торф представляет собой многокомпонентную полуколлоидную систему, отличающуюся большим разнообразием состава и свойств. Выделяемые компоненты составляют меньшую часть вещества торфа. Поэтому превращения в компонентах торфов исследовались не непосредственно в ходе механической обработки, а после обработки и выделения растворимых компонентов.

Целью данной работы являлось исследование химических превращений основных компонентов органической части торфов после механоактивации, изучение антиоксидантной и биологической активности полученных продуктов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- выделить и определить количественное содержание и состав отдельных групп органического вещества торфов;

-исследовать влияние механического воздействия, введения химических и ферментных добавок на выход и состав органических компонентов торфов;

- исследовать антиоксидантную и инициирующую способность продуктов механоактивации торфов;

-провести оценку биологической активности водорастворимой части препаратов из механоактивированных торфов;

- определить условия механоактивации торфов, обеспечивающие максимальный выход водорастворимых компонентов для получения стимуляторов роста растений, предложить рекомендации по технологическому использованию механохи-мической активации торфа.

Научная новизна работы заключается в получении новых, данных о механо-химических превращениях органических компонентов торфов. Впервые проведено исследование состава и свойств органических компонентов торфов после механоактивации в присутствии ряда реагентов.

Установлены изменения в содержании основных органических компонентов торфов после механохимической активации: повышается содержание

ГОС. НАЦИОНАЛЫ*А»

водорастворимых (BP) компонентов и ГК и снижается количество битумов. С помощью комплекса аналитических методов (гель-фильтрация, ИК-, ЯМР-спектроскопия) изучен молекулярный состав ГК, ПС и полифенолов (ПФ) механо-активированных торфов и установлено, что механохимические превращения характеризуются разрывом химических и гликозидных связей, уменьшением размера полимерных молекул и изменением количества функциональных групп в составе выделяемых фракций.

Исследованы изменения каталитических свойств выделенных фракций меха-ноактивированных торфов в процессе электровосстановления кислорода Показано повышение ингибирующей активности ВР-фракций торфа и увеличение инициирующих свойств ГК. В битумах механоактивированных торфов обнаружены два типа антиоксидантов с повышенной реакционной способностью.

Изучено биостимулирующее действие продуктов механохимической обработки торфов на клеточном и тканевом уровнях in vitro и на уровне целого растительного организма в вегетационных опытах, что позволило адекватно оценить степень биологической активности вещества. Полученные ВР-вещества проявили способность к регулированию процессов роста и развития растений.

Практическая значимость работы определяется следующим.

Предложены технологические рекомендации по производству торфяного биостимулятора механохимической активацией, включающей совместную обработку торфа и химического реагента в мельнице-активаторе проточного типа Полученные результаты и сделанные выводы важны для решения задач, связанных с использованием торфа в сельском хозяйстве Показана эффективность применения механохимической технологии переработки торфа для получения экологически чистых препаратов с высокой биологической активностью, которые могут быть использованы в сельском хозяйстве в качестве стимуляторов роста растений, а также в биотехнологии в качестве фитогормонов для инициации морфогенетических процессов in vitro.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

Результаты определения количественного содержания и химического состава основных органических компонентов торфов до и после механоактивации в различных условиях.

Результаты исследования антиоксидантной и биостимулирующей активности продуктов механоактивации торфов с помощью физико-химических методов и био- i

тестирования.

Технологические рекомендации по производству биостимулятора из верхового сфагнового торфа путем механохимической обработки.

Работа выполнялась в рамках Интеграционного проекта СО РАН № 35 «Химические и структурные превращения трудногидролизуемых компонентов торфов в процессах механоактивации и получение эффективных регуляторов роста растений и микроорганизмов».

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Международной научно-практической конференции «Высокие технологии добычи, глубокой переработки и использования озерно-болотных отложений», Томск, 2003; International Conference «Mechanochemical Synthesis and Sintering», Новосибирск,

4 МИМ41*НШ11((Н .JO1» j

I M31MUU j • i J m ж «о t V»«i и ■■ .........

2004; IV съезде Докучаевского общества почвоведов «Почвы - национальное достояние России», Новосибирск, 2004; III Всероссийской конференции «Гуминовые вещества в биосфере», Санкт-Петербург, 2005.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 научных работ: 4 статьи, 4 тезиса докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 168 наименований. Работа изложена на 154 страницах, содержит 28 таблиц и 23 рисунка.

Автор считает приятным долгом выразить благодарность научному руководителю кандидату технических наук Наталье Васильевне Юдиной и доктору химических наук Олегу Ивановичу Ломовскому за неоценимую помощь в работе над диссертацией.

Основное содержание работы

Во введении обоснованы актуальность диссертационной работы, научная новизна и практическая ценность, сформулирована ее цель, поставлены задачи исследования.

В первой главе дан анализ современных представлений о химическом составе органического вещества (ОВ) торфов, изменении физико-химических свойств основных компонентов каустобиолитов (торфов, углей) при МА и сведения о биологически активных веществах торфов. Интенсивная механическая обработка позволяет повысить выходы экстрагируемых из каустобиолитов веществ, а использование химических реагентов в процессе механообработки перспективно для увеличения их выходов. Показано теоретическое значение работы, связанное с углублением знаний о химическом составе органических компонентов торфов и их механохими-ческих превращениях, и практическое, связанное с разработкой способов получения ВР биологически активных препаратов.

Во второй главе приводится описание методов исследования и приборов, использованных в работе.

Механическую обработку торфов проводили в мельницах-активаторах двух типов: в проточной виброцентробежной мельнице ВЦМ-10 и планетарной мельнице дискретного типа АПФ-4 (разработки Института химии твердого тела и механохи-мии СО РАН, г. Новосибирск). В качестве воздействующих тел в обоих устройствах применялись стальные шары диаметром 10 мм. Ускорение шаров в ВЦМ-10 составляло 180 м/с2, в АПФ-4 - 200 м/с2. Время пребывания обрабатываемых веществ в зоне обработки - 2 мин.

Обработка торфа проведена с различными щелочными и другими добавками, преимущественно с добавкой 3% ЫаОН, которая дает слабощелочную реакцию водной вытяжки торфа и позволяет при малом расходе щелочи повысить выход ВР веществ за счет химических реакций с кислотными компонентами. Также представляло интерес изучение влияние реагента белковой природы - целлюлозолитическо-го фермента целловиридина (ЦВ) для разрыва гликозидных связей и образования углеводов меньшей молекулярной массы.

Выделение органических соединений из образцов проводили по классической комплексной схеме, описанной в работе Г.Л. Стадникова (1932) для растительного сырья. Из данных образцов последовательно методом экстракции выделяли ВР-компоненты: ПС и ПФ (/ = 95 °С), битумы (СН3С1) и ГК (0,1Н ЫаОН и 10% НС1).

При изучении общетехнических свойств торфов использовали стандартные методики определения ботанического состава, степени разложения, влажности и зольности (ГОСТы, 1984, 1989; Лиштван И.И., 1975).

Для изучения состава и свойств выделенных фракций торфов применялись физико-химические методы анализа: ЯМР 13С-спектроскопия, ГЖХ, гель-проникающая хроматография, ВЭЖХ.

Третья глава посвящена изучению состава и химической структуры основных органических компонентов исходных и механоактивированных торфов.

Исследованы верховой торф Темного месторождения Томской области, который относится к моховой группе с низкими показателями степени разложения (5 мас.%) и зольности (3,7 мас.%), и низинный торф - Таганского месторождения Томской области, древесной группы с высокой степенью разложения (30 мас.%) и зольностью (25,5 мас.%).

Рентгенофлуоресцентным анализом было установлено, что изменение в содержании металлов и микроэлементов в исходных и обработанных торфах изменяется в пределах ошибки при обработке в мельнице ВЦМ-10, т.е его минералогический состав практически не изменяется. Следовательно, в течение 2 мин не происходит взаимодействия ОВ торфа с материалом механоактиватора.

Химический групповой состав торфов. Анализ результатов определения химического группового состава торфов показал, что МА верхового торфа в ВЦМ-10 приводит во всех случаях к повышению выхода ГК (табл. 1).

Таблица 1

Изменение выходов битумов, гуминовых кислот, полисахаридов и полифенолов после обработки верхового торфа в ВЦМ-10 и АПФ-4

Условия обработки Содержание, % мае. на ОВ

Битумы ГК ВР 2ВР Ефк+лг+тг+л*

ПС | НФ

Верховой торф, ВЦМ-10

Исходный торф 2,8 22,4 0,2 1,1 1,3 73,5

Без добавок 1,9 28,1 2,4 3,4 5,8 64,2

0,5% ЦВ 1,9 29,9 3,0 6,1 9,1 59,1

3% ЫаОН 1,1 25,6 4,4 2,7 7,1 66,2

Низинный торф, ВЦМ-10

Исходный торф 0,8 28,3 0,1 0,3 0,4 70,5

Без добавок 0,6 35,7 0,4 1,7 2,1 61,6

0,5% ЦВ 0,6 37,1 1,0 1,5 2,5 59,8

3% ЫаОН 0,5 21,5 0,7 8,1 8,8 69,2

Верховой торф, АПФ-4

Без добавок 1Д 25,7 1,0 2,5 3,5 69,6

0,5% ЦВ 3,5 19,1 1,8 1,4 3,2 74,2

3% ЫаОН 2,1 16,3 1,6 3,0 4,6 77

ТФК + ЛГ + ТГ + Л - сумма фульвокислот, легкогидролизуемых и трудногидролизуе-мых соединений и лигнина.

При обработке низинного торфа в ВЦМ-10 и верхового в АПФ-4 в щелочной среде происходит резкое снижение количества ГК за счет образования ВР-гуматов.

Изменяется соотношение выделенных ВР-фракций - ПС и ПФ Суммарное содержание ВР-веществ, в том числе и ПС, в древесном торфе низинного типа значительно меньше, чем в верховом Сравнение результатов, полученных в аналогичных условиях в разных мельницах, показало, что эффективность выделения данных компонентов из верхового торфа при диспергировании, ферментативном и щелочном гидролизе в АПФ-4 ниже, чем в ВЦМ-10. Механическое воздействие в ВЦМ в присутствии реагентов приводит к снижению выходов битумов торфов. Повышение количества битумов после ударного воздействия (в АПФ-4) в присутствии ЦВ может быть связано с разрушением связующего целлюлозного и гемицеллюлозного каркаса в частицах растительного сырья и улучшением взаимодействия с растворителем. При МА верхового и низинного торфов с ЫаОН общее количество жирорастворимых компонентов снижается за счет образования и удаления из их состава ВР-веществ.

Изменения в составе ГК. Основными по содержанию и по значимости компонентами торфов, определяющими практическое использование, принято считать ГК.

Вопрос о молекулярных массах ГК на сегодняшний день остается нерешенным, что объясняется сложностью их строения, переменным составом, ограниченной растворимостью, сильной окраской и полидисперсностью. Методом гель-фильтрации на сефадексе 0-75 с использованием 0,1Н №ОН в качестве растворителя и элюирующего раствора было получено молекулярно-массовое распределение ГК верхового торфа, обработанного в ВЦМ-10 (рис. 1). В ГК исходного торфа преобладающей является высокомолекулярная фракция. После МА торфа возросла полидисперсность препаратов. Кривые молекулярно-массового распределения ГК, выделенных из торфа после МА с целловиридином и ЫаОН, свидетельствуют об уменьшении дисперсности фракций и изменении их молекулярных масс.

О 10 20 30 40 50 60 70 80 0 10 20 30 40 50 60 70 80

Объем элюата, мл Объем элюата, мл

а б

Рис 1 Молекулярно-массовое распределение ГК верхового торфа' 1 - исходного, 2 - обработанного без добавок (а), 3 - обработка с ферментом, 4 - обработка со щелочью (б)

С целью получения информации о содержании структурных фрагментов в составе ГК механоактивированных торфов был использован метод 13С-ЯМР-спектроскопии В соответствии с детальной расшифровкой в спектрах отмечено отчетливое проявление алифатических и ароматических углеродных атомов, связанных с кислородом и представляющих разнообразные функциональные группы -гидроксильные, карбоксильные, фенольные, спиртовые, углеводные.

В табл. 2 представлены расчеты структурных параметров ГК, свидетельствующие об изменениях их фрагментного состава после МА торфов.

Таблица 2

Фрагментиый состав ГК механоактивированных торфов (по данным >эС-ЯМР-спектроскопии)

Условия обработки Содержание атомов углерода в структурных фрагментах (относит, интенсивности, % отн.)

с=о 220-160 мд 1 ч© СарС,Н 140-113 мд ч Са,р-0-4 93-66 мд О и Сщк 54-0 мд /„ степень ароматичности

Верховой торф, ВЦМ-10

Исходный 12,1 2,3 18,5 6,5 14,1 11,3 35,1 21

торф

Без добавок 12,9 4,7 16,1 6,1 20,8 14,6 27,5 21

0,5% ЦВ 11,0 2,1 16,9 11,0 17,4 12,0 29,6 19

3% ЫаОН 8,9 2,2 19,0 6,4 18,8 12,2 32,5 21

Низинный торф, ВЦМ-10

Исходный 11,0 4,5 30,8 3,5 5,5 7,7 37,4 35

торф

Без добавок 13,2 5,6 30,1 3,9 4,0 12,1 29,1 35

0,5% ЦВ 13,7 4,8 31,6 5,3 4,5 12,8 27,3 36

3% ЫаОН 10,5 5,8 29,5 4,0 4,5 8,5 35,2 35

Верховой торф, АПФ-4

Без добавок 11,9 8,6 16,9 14,5 15,4 11,0 21,7 25

0,5% ЦВ 12,6 10,9 17,4 15,0 11,6 10,6 21,9 28

3% ЫаОН 12,2 11,2 22,2 8,3 14,8 10,8 24,2 33

Для обоих типов торфов, механоактивированных в ВЦМ-10, в ГК отмечены снижение доли алкильных заместителей и повышение количества кислородсодержащих фрагментов СалкО В зависимости от условий обработки торфов изменился состав кислородсодержащих групп. В образцах верхового торфа повысилось количество углеводных фрагментов, что может быть связано с разрывом гликозидных связей. Практически на одном уровне поддерживается содержание в ГК метоксиль-ных групп. После МА с реагентами в составе ГК торфов незначительно снизилась

ДОЛЯ Сарой-

В ароматической структуре ГК после обработки верхового торфа в АПФ-4 повысилось содержание атомов углерода, связанных с атомами кислорода (табл. 2). Также увеличилось количество кислородсодержащих алкильных фрагментов С^О и снизилась доля метоксильных групп и алкильных заместителей.

Поскольку ГК имеют исключительно сложный химический состав, их структурные фрагменты можно условно разделить на гидрофильные и гидрофобные. Соотношение гидрофильных и гидрофобных компонентов обусловливает растворимость ГК, пространственную организацию и разнообразие функциональных свойств. По результатам исследования фрагментного состава рассчитано соотношение содержания гидрофильных фрагментов к гидрофобным (табл. 3). В ГК

необработанных торфов оно ниже 1, а в ГК более преобразованного низинного торфа в 2 раза меньше, чем в ГК верхового торфа Образующиеся при обработке торфов ГК характеризуются повышенной долей гидрофильных фрагментов, что ведет к увеличению растворимости гуминовых препаратов.

Таблица 3

Влияние условий механообработки верхового торфа на отношение содержания в ГК гидрофильных к гидрофобным фрагментам

Условия обработки Отношение содержания гидрофильных фрагментов к гидрофобным

Верховой торф, ВЦМ Верховой торф, АПФ Низинный торф, ВЦМ

Исходный торф 0,86 0,86 0,47

Без добавок 1,35 1,59 0,65

0,5% ЦВ 1,15 1,54 0,70

3% NaOH 0,94 1,15 0,51

Таким образом, химические превращения ГК после МА характеризуются разрывом связей различного типа и изменением количества функциональных групп. Повышение общего количества кислородсодержащих групп в составе препаратов после механической обработки показывает существенную роль процессов окисления кислородом воздуха при механохимической обработке. Кроме того, немаловажную роль играет разрыв С-О гликозидных связей и отрыв углеводных компонентов от макромолекулы ГК, за счет чего повышается выход ПС.

Изменения в составе ПФ. В составе органической части торфов в значительных количествах присутствуют фенольные вещества. Из ПФ фракций верхового торфа, обработанного в ВЦМ-10, методом избирательной экстракции растворителями выделены кумарины, фенолкарбоновые кислоты и флавоноиды (табл 4) (Гурьев A.M., 2004).

Таблица 4

Содержание фенольных соединений в верховом торфе, обработанном в ВЦМ-10

Условия обработки Содержание, % мае.

фенолкарбоновых кислот, кумаринов флавоноидов

на ПФ-фракцию | в торфе на ПФ-фракцию | в торфе

Исходный Без реагентов 0,5% ЦВ 3% NaOH 4,5 0,05 6,5 0,07 13,5 0,46 1,6 0,05 7,8 0,48 4,5 0,27 22,7 0,61 0,8 0,02

Для обнаружения ПФ использовалась их способность флуоресцировать при УФ-освещении и давать окрашенные растворы. В исходном торфе указанные группы ПФ находятся приблизительно в равных количествах (см. табл. 4). Обработка торфа с ШОН повысила выход фенолкарбоновых кислот и кумаринов, а с ЦВ -флавоноидов.

Изменения в составе углеводов. Среди углеводов торфа большую группу составляют ПС Результаты многочисленных исследований показали, что максимальное их количество содержится в верховых торфах моховой группы. Поэтому изучение изменений в составе ВР ПС при МА проведено для верхового сфагнового торфа

Методом гель-хроматографии на сефадекее 0-25 с использованием 0,1Н уксусной кислоты в качестве элюирующего раствора получены результаты, свидетельствующие о химических преобразованиях ПС после МЛ верхового торфа. Для ПС характерны высокие значения оптической плотности. Как видно из полученных данных, ПС из исходного торфа характеризуются наличием нескольких фракций (рис. 2, а), представленных в высоко- и низкомолекулярной областях. При обработке в АПФ без добавок происходит смещение максимума основной фракции в низкомолекулярную область МА торфа в присутствии реагентов изменила молекуляр-но-массовое распределение ПС (рис. 2, б). Из данных о распределении ПС, полученных в результате воздействия фермента, можно заключить, что произошли процессы модификации структуры. Произошло образование, в основном, одной фракции с высокой оптической плотностью, что может говорить о больщой насыщенности функциональными группами. При обработке торфа со щелочью также образуется одна фракция ПС, но с меньшей оптической плотностью.

Объем элюага, мл Объем элюата, мл

а б

Рис 2 Молекулярно-массовое распределение ПС верхового сфагнового торфа, обработанного в АПФ-4' I - исходный торф, 2 - торф, обработанный без добавок (а); 3 - торф, обработанный с 0,5% ЦВ, 4 - торф, обработанный с 3% КаОН (б)

Кривые молекулярно-массового распределения ПС торфа, обработанного в ВЦМ (рис. 3), также свидетельствуют о преобразовании их состава. Отмечено изменение степени дисперсности фракций и их средней молекулярной массы Однако большую часть макромолекул ПС составляют полимеры с близкой молекулярной массой, как в случае обработки торфа в АПФ.

Оптическая плотность, 465 нм

Рис 3 Молекулярно-массовое распределение ПС верхового сфагнового торфа, механообрабо-танного в ВЦМ-10 1 - исходный торф, 2 - торф, обработанный с 0,5% ЦВ, 3 - торф, обработанный с 3% ЫаОН

Количественную оценку изменений в составе углеводного комплекса после механохимической обработки можно проводить на основании сравнительного анализа спектров ЯМР |3С. Анализ и расчет спектров показали сходство и отличие во фрагментном составе ПС торфов, полученных разными способами в мельницах АПФ и ВЦМ (табл. 5). В ПС исходного торфа присутствуют сигналы в области 46-47 м.д., отвечающие алкильным атомам углерода, связанным с полярными заместителями. В интервале химических сдвигов 61-110 м.д. выделена область поглощения ядер углерода, входящих в углеводные структуры, эфирные, гетероциклические аминокислотные фрагменты Во всех фракциях присутствуют метоксиль-ные группы.

Большие отличия наблюдаются во фрагментном составе ПС, выделенных из сфагнового торфа после обработки с реагентами в ВЦМ. В ПС, полученных при обработке торфа с ЦВ и щелочью, величина сигналов алкильных атомов углерода возрастает (см табл 5) По сравнению с остальными фракциями ПС торфа, обработанного с ЦВ, характеризуется повышенной долей ароматического и карбоксильного углерода В образце ПС, обработанного со щелочью, напротив, слабее проявляются сигналы аномерного и ароматического углерода.

В макромолекулах ПС снижается доля гликозидных фрагментов и повышается содержание агликонов. Количество ароматического и карбоксильного углерода значительно выше, а алкильных заместителей и метоксигрупп ниже, чем в аналогичных условиях обработки в АПФ.

ПС древесного торфа отличаются большим содержанием алкильных, ароматических и карбоксильных заместителей. При обработке с ЦВ в ПС снижается доля алкильных и метоксильных групп.

Таблица 5

Содержание атомов углерода в структурных фрагментах ПС торфов по данным ЯМР иС -спектроскопии

Содержание атомов углерода в структурных фрагментах ___(относит, интенсивности, % отн.) _

Условия обработки -СНз -С\\т- -ОСНз -СНг-ОН, СН-ОН, -еннч -СОО- Аг-Н, Аг-С Аг-О соон

0-20 20-40 50-58 60-80 80-110 110-135 135-165 168—180

м.д. м.д. м.д. м.д. м.д. м.д. м.д. м.д.

Исходный торф Без доба- 4,5 7,1 ПС верхового сфагнового торфа (АПФ) 4,4 3,5 82,7 - 2,1 9,6 5,8 59,5 9,3 3,2 1,6 2,9 1,1 2,6

вок

0,5% ЦВ 6,0 14,9 4,1 5,9 4,8 8,7 1,8 3,6

3% ЫаОН 7,0 14,4 5,6 63,0 3,6 3,9 1,2 1,1

0,5% ЦВ 6,4 ПС верхового сфагнового торфа (ВЦМ) 2,7 49,4 17,9 6,1 11,4 6,4

3% №ОН 11,4 8,2 4,3 35,7 8,8 5,6 15,5 10,3

Исходный 19,4 ПС низинного древесного торфа (ВЦМ) 16,1 8,1 32,9 10,7 6,1 3,0 3,6

торф 0,5% ЦВ 6,9 9,0 2,7 58,2 12,3 5,1 3,3 2,9

Методом ВЭЖХ получены данные о моносахаридном составе ПС верхового сфагнового торфа, обработанного в АПФ-4 Предварительно образцы ПС подвергали кислотному гидролизу 2% соляной кислотой в течение 4 ч. Условия гидролиза влияют не только на выход нейтральных Сахаров, но и на мономерный состав ПС фракции торфа (табл. 6). Образец ПС верхового торфа, обработанного без добавок, гидролизовался в данных условиях (2% HCl, 4 ч), практически, полностью - на 100%. Другие образцы ПС гидролизовались не полностью, что требует дальнейшего подбора оптимальных условий гидролиза, и поэтому, наблюдаются существенные изменения в количестве и составе моносахаров (см табл. 6). В состав водорастворимых ПС входят: глюкоза, галактоза, ксилоза, рамноза, арабиноза, фруктоза. В зависимости от условий обработки в ПС меняется соотношение указанных моносахаров.

Таблица 6

Моносахаридный состав гидролизованных полисахаридов верхового сфагнового торфа, обработанного в АПФ-4

Условия обработки Степень гидролиза, % Моносахарид Концентрация, мг

Рамноза 0,38

Ксилоза 0,76

Без добавок 100 Арабиноза Глюкоза Галактоза Рамноза 0,36 1,18 1,18 Следы

0,5% ЦВ 51,2 Ксилоза Глюкоза Галактоза Рамноза Ксилоза Следы ЗДО Следы Следы Следы

3% NaOH 58,7 Арабиноза Фруктоза Глюкоза Следы 6,22 Следы

Таким образом, при МА торфа происходят разрыв гликозидных связей и снижение молекулярного веса исходных ПС, главным образом, очевидно, за счет образования олигосахаридных фракций.

Изменения в составе битумов. Исследовано влияние механохимической обработки на углеводородный состав битумов торфов. В состав молекул битумов входят, с одной стороны, длинные углеводородные остатки, отличающиеся низким сродством к воде, т.е гидрофобные, а с другой - более компактные гидрофильные группы в виде спиртов, углеводов, кислот, фенолов. При механическом воздействии длинные углеводородные цепи в составе битумов являются термодинамически неустойчивыми фрагментами ассоциатов, т.е. наиболее подвержены процессам деструкции.

Методом ГЖХ в битумах торфов идентифицированы нормальные алканы гомологического ряда С|5-С33 с преобладанием нечетных У В в диапазоне С23-С33. На рис. 4 приведено распределение УВ в битумах исходных торфов и обработанных в ВЦМ-10, свидетельствующее о значительных изменениях в их составе Хорошо

заметно, что для образцов, полученных из механоактивированных торфов, на кривой распределения происходят смещение максимума содержания УВ в сторону менее длинноцепочечных УВ и появление второго максимума, приходящегося на С]7. Эти алканы формируются в результате разрыва С-С-связи длинных алифатических цепей. Для количественной оценки изменений в составе УВ в процессе МА рассчитаны соответствующие соотношения содержания низко- и высокомолекулярных УВ (табл. 7). Снижение показателя нечетности, увеличение отношения С17/С27 и суммы нормальных алканов С15-С17 свидетельствуют о степени механохимиче-ской деструкции. Общее содержание УВ в битумах торфов после МА снижается.

Содержание УВ, % мае

Содержание УВ, % мае

18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

|Д

Лшм

п

А

20 18 -16 -14 -12 -10 -8 6 4 2 0

ликлЛй!

Ф Чл ч> ^ О Чч ^ ^ ^ ^ $

Количество атомов углерода Количество атомов углерода

Рис 4 Распределение углеводородов м-строения в битумах а - верхового, 6 - низинного торфов, обработанных в ВЦМ-10 ■ - исходный, □ - механоактивированный без добавок, Ш -

механообработка с ферментом

Таблица 7

Распределение углеводородов в липидах торфов, обработанных в ВЦМ-10

Условия обработки Содержание УВ на битумную фракцию, % мае. я-Сп/ и-С27 Сумма С15-С17 я-С,7/ н-С„ н-С18/ и-С 20 Коэффициент нечетности

Верховой торф

Исходный торф 5,2 0,17 4,2 1,66 1,09 3,14

Без добавок 4,3 0,43 8,4 1,33 0,80 2,87

0,5% ЦВ 4,4 0,51 8,8 1,25 0,80 2,80

3% №ОН 4,2 0,60 8,9 1,14 0,75 2,73

Низинный торф

Исходный торф 5,7 0,06 1,5 2,54 4,20 2,70

Без добавок 5,2 0,62 12,8 1,56 0,73 1,94

0,5% ЦВ 5,2 0,79 13,7 1,49 0,85 1,88

3% ЫаОН 5,0 0,83 13,9 1,36 0,80 1,51

Таким образом, высокомолекулярные нормальные алканы С27-Сзз в битумах обоих торфов подвержены механохимической деструкции с образованием углеводородов меньшей молекулярной массы (С15-Сп) посредством разрыва углерод-углеродных связей.

Четвертая глава посвящена анализу антиоксидантной и биологической активности продуктов МА торфов, что позволит сделать выводы об эффективности использования механохимической обработки для получения биологически активных веществ из торфа. В качестве физико-химических параметров, коррелирующих с биологической активностью, выбраны каталитические свойства в процессе электровосстановления кислорода и ингибирующая активность препаратов в модельных радикальных реакциях.

Каталитические свойства торфяных препаратов в процессе электровосстановления кислорода. Как показал анализ химического состава исследуемых торфов, при механохимической обработке происходят разрыв химических связей и изменение количества функциональных групп, что может способствовать образованию свободных радикалов и повышению реакционной способности веществ. В данной работе изучалось влияние гуминовых препаратов, полученных механохимиче-ским способом в ВЦМ-10, на процесс электровосстановления кислорода с целью оценки их реакционной способности. Реакционная активность фракций торфов определялась вольтамперометрическим методом катодного восстановления кислорода (Короткова Е.И., 2000).

По результатам проведенных анализов построены зависимости относительного изменения плотности предельного тока электровосстановления кислорода (///„», -/0) от концентрации вещества в объеме раствора. Полученные зависимости представлены экспоненциальными кривыми, как правило, с двумя участками, отвечающими разным по активности группам (рис. 5). По тангенсу угла наклона касательной к этим участкам рассчитаны коэффициенты активности фракций (К) и К2), описывающие ускорение или замедление процесса электровосстановления кислорода.

/, А I, А

Рис 5 Зависимости относительного изменения плотности тока электровосстановления кислорода от концентрации в образцах' а - полисахаридов, б - гуминовых кислот, 1 - исходный образец; 2 - обработанный в отсутствии реагентов образец, 5 - образец после обработки с целловиридином; 4 - образец ПС после обработки со щелочью

Как видно из рис. 6, гуминовые препараты по разному влияют на величину катодного тока в процессе электровосстановления кислорода. ПС фракции из исходных и обработанных со щелочью торфов и все фракции ГК его увеличивают, а ПС из торфа, обработанного без реагентов и обработанного с ЦВ, напротив, снижают.

В табл 8 приведены коэффициенты каталитической активности для гумино-вых препаратов, выделенных из исходных торфов и механоактивированных в ВЦМ-10. Отрицательные значения для ПС исходных торфов свидетельствуют об инициировании ими процессов окисления. В зависимости от условий обработки поведение ПС в данном процессе меняется. Диспергирование торфа и обработка с ЦВ вызывают структурные превращения ПС, приводящие к антиоксидантным свойствам Причем активность ПС из диспергированного верхового торфа значительно превышает антиоксидантную активность полифенольных соединений. Структурные преобразования в ПС после щелочной обработки торфов, напротив, активизируют их инициирующие свойства в окислительных процессах.

Известно, что большинство природных антиоксидантов имеют фенольную природу Ингибиторами процесса окисления в составе полученных препаратов выступают суммарные ВР- и ПФ-фракции, выделенные из обоих торфов. В суммарных ВР-фракциях, включающих ПС и ПФ, проявляются антиоксидантные свойства. Актиоксидантная активность ВР-фракций верхового торфа больше, чем у ВР-веществ низинного торфа.

Фракции ГК проявляют независимо от условий обработки только инициирующие свойства.

Анализ данных по реакционной активности торфяных фракций и их химическому составу показал, что антиоксидантные свойства определяются повышенными концентрациями ВР-компонентов: ПС и ПФ, а каталитические - ГК. Наиболее активные препараты с антиоксидантной активностью получаются из ПС-фракций верхового торфа после диспергирования без добавок.

Таблица 8

Коэффициенты активности ПС, ПФ и ГК в процессе электровосстановления кислорода

(К • 103)

Условия ПС ПФ ВР-вещества ГК

обработки К, | К2 к, | к, к, 1 к2 К, | к2

Исходный Без добавок 0,5% ЦВ 3% ИаОН

Исходный Без добавок 0,5% ЦВ 3%ШОН

-6,0 +33,3 +14,3 -4,0

-15,0 +3,0 +15,0 -12,0

+18,8 +2,8 -1,5

-5,0 +1,4

-1,8

Верховой торф +22,8 +1,0 +9,7 +2, +8,5 +2,6 +22,0 +6,7

Низинный торф +5,6 +2,8 +5,6

+4,9 +3,5 +26,2 +11,7

+6,0 +11,9 +10,0 +8,0

+5,6 +2,2 +2,6 +6,6

+1,3 +7,4 +2,8 +1,4

+1,1 +0,2 +1,6 +3,3

-5,1 -40,0 -9,8 -6,5

-2,5 -15,0 -7,7 -8,1

-2,6 -6,7 -5,0 -2,8

-1,5 -0,3 -1,7 -3,5

Антиоксиданты в битумах торфов. Битумы торфов отличаются высоким содержанием функциональных групп, унаследованных от растений-торфообразова-телей и преобразованных в результате биохимических процессов в торфяной залежи. Антиокислительную активность битумам придают присутствующие в их составе фенолы, каротиноцды, фосфолипиды, стерины, жирные кислоты, спирты, имеющие подвижный атом водорода. Количественный анализ АО в битумах проведен с помощью модельной реакции инициированного окисления кумола (Эммануэль Н.М., 1976). Характеристика битумов, данная на основании содержания в них

антиоксидантов (ЛО) и констант скоростей окисления, свидетельствует об изменении после МА их функционального состава.

Из рис. 6 видно, что на кинетических кривых инициированного окисления ку-мола в присутствии битумов выделяются два периода индукции с разными скоростями окисления. Следовательно, в битумах обоих торфов присутствуют две группы антиоксидантов - АО1 и А02, отличающиеся между собой по реакционной способности.

Объем, мкл

О 500 1 COD 1 9D0 2 DDO 2600 3 000 3 {DO 4DDO 4900 9000 5 9D0 6 ООО 6900 7ООО ВреМЯ, С

Объем, мкл

в 000 б

5500 У]

5000 Xi s ' '

4500 jT 1

4000 S i i

3900 3000

2900 2000 j/ -"' ! 1

1900 Г "

1000 i i

500 __; и 1 1 i i i i

°

О 900 1 000 1 900 2D00 2900 3000 3900 4000 4500 5000 5500 0 000 0 900 Время, С Рис 6 Кинетические кривые инициированного окисления кумола в присутствии битумов' а - из необработанного торфа, б - обработанного с 3% NaOH в АПФ-4

В табл 9 приведены константы скорости ингибирования 'К7 и 2К7, отражающие реакционную способность АО! и А02. Анализ результатов исследования инги-бирующих свойств свидетельствует о том, что в битумах необработанных торфов антиоксиданты АО] и А02 характеризуются близкими значения 'К7и 2К7. При обработке в условиях с увеличенной долей сдвигового воздействия (в мельнице ВЦМ) возросло количество антиоксидантных групп АОь отличающихся более высокой

реакционной способностью, а обработка в условиях преимущественно ударного воздействия (в АПФ) повышает содержание А02, характеризующихся меньшей реакционной способностью. Увеличение общего количества антиоксидантных групп можно объяснить изменением структуры битумов после МА, в частности, разрывом связей между гидрофильной частью макромолекулы и углеводородными остатками и увеличением количества функциональных групп с подвижным атомом водорода.

Таблица 9

Кинетические параметры антиоксидантов битумов механообработанных торфов

Содержание антиокси- Реакционная Конечная

Условия дантов в битумах, активность, скорость

обработки 10"2 моль/кг 104л/(моль ■ с) реакции,

АО, | АО: 'К, • 104 | JK • 104 мл /мин*

Верховой торф, ВЦМ-10

Исходный торф 24,1 14,9 0,7 0,6 95

Без добавок 31,0 15,0 1,8 0,8 125

0,5% ЦВ 29,2 22,8 0,8 0,3 115

3% ЫаОН 28,3 19,7 1,4 0,6 108

Низинный торф, ВЦМ-10

Исходный торф 27,5 30,5 0,8 0,6 112

Без добавок 39,4 17,2 0,8 0,4 123

0,5% ЦВ 31,1 18,3 1,3 0,5 120

3% ЫаОН 30,2 17,0 1,3 1,1 123

Верховой торф, АПФ-4

Без добавок 29,2 37,8 0,53 0,40 90

0,5% ЦВ 28,0 40,0 0,77 0,50 85

3% ЫаОН 37,5 37,5 0,70 0,45 90

* Скорость инициированного окисления кумола (фона) - 100 мл/мин.

Биостимулирующая активность продуктов механоактивации торфа. Для

исследования биологической активности продуктов МА использовались образцы верхового сфагнового торфа, обработанные в присутствии 10% Ыа2С03 - препарат ТПЗ и 30% Ка2С03 - ТП5, которые обеспечили высокий выход ВР-компонентов при экстракции их холодной водой (табл. 10).

Таблица 10

Изменение выходов ВР-компонентов верхового торфа, обработанного в ВЦМ-10, при экстракции холодной водой

Условия обработки ZBP ПС ПФ

Исходный 0,4 0,2 0,2

Без добавок 0,7 0,3 0,4

Ю%Ыа2С03-ТПЗ 6,7 2,9 3,8

30% Na2CO, - ТП5 31,0 9,5 21,5

Изучено влияние растворов ВР-веществ механоактивированных продуктов торфа на проращивание семян, влияние инкрустации семян препаратами на развитие на ранних стадиях вегетационных опытов (первые 7 дней развития) и влияние на развитие растений in vitro.

Растворы ВР-веществ механоактивированного верхового торфа в дистиллированной воде в концентрации 150 мг/л стимулируют рост корневой системы проростков пшеницы (табл. 11). Особенно активен в этом отношении препарат ТП5. В целом можно говорить о стабильном стимулирующем воздействии торфяных препаратов на развитие корневой системы проростков пшеницы.

Таблица 11

Влияние растворов ВР-веществ механоактивнрованных продуктов торфа в концентрации 150 мг/л на развитие проростков пшеницы (средний % относительно контроля)

Показатели Контроль без добавок ТПЗ ТП5

Высота побега 100 97 98

Длина корней 100 111 114

Масса проростка 100 106 109

Для более адекватной и системной оценки биостимулирующего действия торфяных стимуляторов на основе ВР-веществ верхового торфа после обработки в ВЦМ-10 с содой (ТПЗ и ТП5) были проведены опыты in vitro с культурой тканей рапса В экспериментальных вариантах в состав питательных сред вводили изучаемое вещество в разных концентрациях, контрольные варианты сред готовили по базовым методикам на минеральной основе Мурасиге и Скуга (MS) или Гамборга В5 половинной концентрации (Уг В5).

Для успешной пролиферации растительных клеток in vitro в большинстве случаев необходимы экзогенные регуляторы роста (фитогормоны). При культивировании клеток растений используются обычно вещества, принадлежащие к двум типам фитогормонов: ауксины и цитокинины. Ауксины способствуют увеличению размеров клеток, а цитокинины вызывают их деление.

Многие регуляторы роста, не проявляя выраженной активности того или иного типа, оказывают стимулирующее действие на процессы in vitro в присутствии ауксина или цитокинина либо ускоряют рост побегов и корней при микроклональном размножении.

Изучено стимулирующее действие торфяных препаратов ТПЗ и ТП5 из верхового торфа в концентрации 1 мг/л на процессы морфогенеза in vitro в культуре изолированных почек рапса (табл. 12).

Контролем являлась среда 1/2 В5 без добавок. По облиственности побегов установлен стимулирующий статистически достоверный эффект торфяных стимуляторов (см. табл. 12). Выявлено стимулирующее действие препаратов на высоту побегов. Влияние торфяных продуктов на корневой морфогенез не установлено.

Определена ауксиновая активность торфяных препаратов в концентрациях 25 и 50 мг/л при образовании недифференцированной ткани (каллуса) рапса в культуре изолированных тканей листа. В присутствии экзогенного ауксина 2,4-Д (2,4-дихлорфенокиуксусная кислота, синтетический ауксин) препараты в концентрации 25 мг/л ингибировали процесс, а в концентрации 50 мг/л оказали небольшое поло-жительне действие на образование каллуса. Варианты с добавками препаратов без 2,4-Д характеризовались полным отсутствием роста тканей, экспланты обесцветились и погибли. Результаты опыта свидетельствуют о том, что природа влияния

торфяных препаратов на рост изолированных тканей не сходна с действием ауксина, поскольку изучаемые вещества не могут заменить 2,4-Д в качестве индуктора каллусообразования.

Таблица 12

Влияние стимуляторов роста на морфогенез стеблевых узлов рапса in vitro

Пзпаиетп Инкубация, '/i В5 Vi В5+ ТПЗ, 'Л В5 + ТП5,

11р недель контроль 1 мг/л 1 мг/л

Число побегов 5 1,0 1,0 1,0

на эксплант 8 1,0 1,0 1,0

Высота побега, см 5 4,9 5,4 6,1

8 8,8 9,9 10,5

Количество листьев 5 3,8 4,1 3,8

8 6,5 7,9 7,7

Количество корней 5 4,4 5,8 5,8

8 14,3 14,6 14,3

Длина корней, см 5 е 3,4 3,2 3,0

Частота ризогенеза, % о 5 90 100 87

8 97 100 100

Активность цитокининового типа торфяных стимуляторов определялась в сравнении с цитокинином БАП (6-бензиламинопурин). Для этого изучалось влияние препаратов на регенерацию побегов рапса (табл. 13). Каллусные ткани с продуктивных вариантов были пассированы на среды для регенерации, состав которых указан в табл. 13. Все изучаемые препараты оказали стимулирующее действие на рост каллусной ткани. Появление регенератов в ткани листового каллуса рапса обусловлено гормональной активностью цитокининового типа. Препарат ТП5 в дозе 25 мг/л ненамного уступал цитокинину в качестве индуктора регенерации. Препарат ТПЗ не вызывал регенерацию в обеих дозах. Таким образом, в отсутствие экзогенного ауксина изучаемые препараты способны стимулировать рост каллуса, а ТП5 - выполнять функцию цитокинина по индуцированию органогенеза и регенерации в каллусе рапса, но высокоэффективная концентрация в несколько раз выше, чем БАП.

Таблица 13

Влияние торфяных стимуляторов на регенерацию побегов из каллусной ткани

ярового рапса

MS + добавки, MS + добавки,

Показатель 25 мг/л 50 мг/л

БАП 1, мг/л | ТПЗ | ТП5 ТПЗ | ТП5

Объем каллуса, 100 125 150 161 196

% от контроля

Частота регенерации, %, 13 0 10 0 3

от числа каллусов

Таким образом, продукты механохимической активации торфа различались по характеру биологической активности в зависимости от химического состава Максимальной биостимулирующей активностью обладает препарат, полученный при

MA верхового торфа с содой 30%, характеризующийся максимальным выходом ВР-веществ - ПС и ПФ.

Пятая глава посвящена разработке технологических рекомендаций по производству торфяного стимулятора механохимической активацией и анализу эффективности применения механохимической технологии.

Для исследований использовался верховой торф, обработанный в виброцентробежной мельнице-активаторе проточного типа ВЦМ-10, которая позволяет проводить непрерывную (проточную) обработку торфа в значительных количествах, что важно для ее практического применения По результатам наших исследований показано, что выход ВР-веществ из механоактивированного торфа возрастает в несколько раз, в основном за счет разрыва гликозидных связей высокомолекулярных биополимеров. Перспективность получения из торфа биологически активных веществ и стимуляторов роста растений подтверждается их действием в небольших дозах на развитие важных сельскохозяйственных культур. Проведенные исследования позволяют заключить, что интенсивную механохимическую обработку торфа можно рассматривать как перспективную операцию подготовки сырья для получения биологически активных препаратов. При этом необходимо осуществлять индивидуальный подбор условий МА.

В результате проведенных исследований можно предложить технологические рекомендации по производству торфяного биостимулятора механохимической активацией. Сырьем для препаратов может служить широко распространенный верховой торф низкой степени разложения. В основу производства препаратов заложены доступная технология, стандартное оборудование, дешевые и малотоксичные химические реагенты. Готовая продукция может быть использована в сельском хозяйстве в качестве стимуляторов роста растений (замачивание семян, инкрустация), а также в сельскохозяйственной биотехнологии в качестве фитогормонов для инициации морфогенетических процессов in vitro. Нерастворимая часть торфа может служить активатором структуры почвы или использоваться в других целях.

Технология производства торфяного стимулятора механохимическим способом предусматривает подготовку исходного сырья - сушку торфа до влажности 10-30%, его измельчение (до размера частиц 1-3 мм), смешивание торфа с химическим реагентом, активацию полученной смеси в мельнице-активаторе проточного типа и упаковку готовой продукции. Торфяной стимулятор представляет собой коричневый порошок с размером частиц 1-10 мкм, с влажностью не более 30% и содержанием щелочи 10-30%.

Внедрение в производство технологии получения торфяного стимулятора механохимической активацией обеспечивает получение нового вида сельскохозяйственной продукции с заданными свойствами и низкой себестоимостью, организацию рабочих мест на экологически чистом производстве. Применение механохимической переработки торфа может сделать регуляторы роста растений доступными для массового использования.

Выводы

1. В зависимости от условий проведения механохимической обработки торфов возможно получение препаратов, содержащих повышенные концентрации отдельных выделяемых компонентов: гуминовых кислот, полифенолов, полисахаридов.

2. Интенсивная механическая обработка торфов с целлюлозолитическим ферментом или щелочью повышает эффективность экстрагирования водорастворимых компонентов в 5-7 раз за счет увеличения выхода полифенольных и полисахарид-ных соединений Выход гуминовых кислот в результате механохимической обработки увеличивается в 1,5 раза.

3. Механохимические превращения гуминовых кислот характеризуются разрывом химических связей: С-0 различного типа, С-С, протеканием процессов окисления кислородом воздуха и повышением количества гидрофильных групп в составе, вызывающих увеличение растворимости препаратов.

4. В составе полифенольной фракции верхового сфагнового механоактивиро-ванного торфа увеличивается количество фенолкарбоновых кислот и кумаринов

5. За счет разрыва С-О гликозидных связей в макромолекулах гуминовых веществ происходит увеличение выхода полисахаридов. Главным результатом меха-нохимических превращений полисахаридов торфа является уменьшение их молекулярного веса вследствие разрыва связей.

6 Механоактивация торфов с реагентами приводит к снижению выходов битумов и изменению их антиоксидантных свойств. В битумах торфов обнаружены два типа антиоксидантов, реакционная активность которых после механохимической обработки повышается. Увеличение общего количества антиоксидантных групп объясняется разрывом связей между гидрофильной частью макромолекулы и углеводородными остатками и увеличением количества функциональных групп с подвижным атомом водорода.

7 Показаны изменения реакционной способности инициирующих-ингибиру-ющих свойств продуктов механоактивации торфов в процессе электровосстановления кислорода. Антиоксидантные свойства характерны для водорастворимых компонентов' полисахаридов и полифенолов, а каталитические - гуминовых кислот. Высокую антиоксидантную активность проявляют препараты полисахаридных фракций верхового торфа, обработанного с целловиридином.

8. Биостимулирующая активность продуктов механохимической активации торфа зависит от их химического состава. Установлено, что водорастворимые вещества механоактивированного верхового торфа, характеризующиеся максимальной концентрацией полисахаридов и полифенолов, стимулируют развитие проростков пшеницы на ранних стадиях вегетационного опыта и побегов рапса при микроклонировании. Установлено, что данные вещества индуцируют регенерацию побегов из каллусной ткани рапса и, таким образом, способны выполнять функцию ци-токинина и могут использоваться в качестве фитогормонов.

9. Предложены технологические рекомендации по производству экологически чистого торфяного биостимулятора. Сущность процесса состоит в механической обработке верхового торфа совместно с химическим реагентом в мельнице-активаторе проточного типа. Преимущество этого процесса состоит в исключении из технологии большого количества химических реагентов, сокращении времени перевода твердых компонентов торфа в растворенное состояние, повышении их выхода, снижении материальных и трудовых затрат, повышении экологической и промышленной безопасности при переработке.

Основное содержание диссертации изложено в работах:

1. Иванов A.A., Юдина Н.В., Ломовский О.И. Водорастворимые биологически активные вещества из торфа // Материалы Международной научно-практической конференции «Высокие технологии добычи, глубокой переработки и использования озерно-болотных отложений», 12-15 марта 2003 г., Томск. С. 87-89.

2. Иванов A.A., Юдина Н.В., Савельева A.B., Короткова Е.И., Ломовский О.И. Каталитические свойства механоактивированных гуминовых препаратов в процессе электровосстановления кислорода // Журнал прикладной химии. 2004. Т 77. Вып. 1. С. 48-53.

3. Иванов A.A., Ломовский О.И., Рожанская O.A., Юдина Н.В., Королев К.Г. Изменение состава и свойств водорастворимых компонентов торфа при механохи-мической обработке // Химия в интересах устойчивого развития. 2004. № 3. С. 355-361.

4. Ivanov A.A., Yudina N.V., Lomovsky O.I. Mechanochemical transformations of humic substances of peat // International Conference «Mechanochemical Synthesis and Sintering»- Program and abstracts, June 14-18,2004, Novosibirsk, Russia. P. 202.

5. Иванов A.A., Юдина H.B., Ломовский О.И., Рожанская O.A. Состав и свойства водорастворимых веществ из торфа // Почвы - национальное достояние России: Материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов. В 2-х кн. Новосибирск, 2004. Кн. 1. С. 504.

6. Иванов А А., Юдина Н.В., Ломовский О.И. Механохимическая обработка верхового торфа // Химия растительного сырья. 2004. № 2. С. 55-60.

7. Иванов A.A., Юдина Н.В., Рожанская O.A., Ломовский О.И. Продукты ме-ханохимического превращения торфа - регуляторы роста растений // Тезисы докладов III Всероссийской конференции «Гуминовые вещества в биосфере», 1-3 марта 2005, Санкт-Петербург. С. 99-100

8. Иванов A.A., Савельева A.B., Юдина Н.В., Ломовский О.И. Изменение состава и свойств липидов торфов при механохимической обработке // Журнал прикладной химии. 2005. Т. 78. Вып. 3. С. 512-516.

Печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № 10.

Тираж отпечатан в типографии ИОА СО РАН

»146 15

РНБ Русский фонд

2006-4 15586

Список сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕХАНОАКТИВАЦИИ ТВЕРДЫХ КАУСТОБИОЛИТОВ.

1.1. Химический состав органического вещества торфа.

1.1.1. Гуминовые полифенольные полимерные вещества.

1.1.2. Углеводы торфов.

1.1.3. Битумы торфов.

1.1.4. Физико-химическое взаимодействие основных органических компонентов торфа.

1.2. Особенности механоактивации твердых тел.

1.3. Изменение физико-химических свойств основных компонентов каустобиолитов при механической обработке.

1.3.1. Превращения гуминовых компонентов торфов и бурых углей при механической обработке.

1.3.2. Превращения углеводных компонентов и битумов торфов.

1.4. Антиоксидантная активность гуминовых веществ и способы ее определения.

1.5. Использование продуктов переработки торфа в качестве стимуляторов роста растений. Сведения о биологически активных веществах торфов.

1.6. Постановка задачи исследования.

2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Методика проведения механохимической обработки торфов. Материалы.

2.2. Комплексная схема выделения органических соединений из торфов.

2.3. Исследование общетехнических свойств торфов.

2.4. Исследование химического состава, строения и свойств выделенных фракций торфов.

2.4.1. Анализ углеводородного состава битумов.

2.4.2. Гель-проникающая хроматография гуминовых кислот и полисахаридов.

2.4.3. Моносахар и дный анализ полисахаридов.

2.4.4. Исследование функционального состава фракций торфов методом ИК-спектроскопии.

2.4.5. Исследование фрагментного состава фракций торфов методом

ЯМР 13С-спектроскопии.

2.5. Исследование поведения гуминовых кислот, полисахаридов и полифенолов в процессе электровосстановления кислорода.

2.6. Определение антиоксидантных свойств битумных компонентов торфов.

2.7. Исследование биологической активности продуктов механоактивации торфа.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНОХИМИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЙ ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ, ВЫДЕЛЯЕМЫХ ИЗ ТОРФОВ.

3.1. Общетехническая характеристика торфов.

3.2. Влияние различных видов добавок на выход водорастворимой фракции верхового механообработанного торфа и обоснование дальнейшего выбора реагентов для технологии получения препаратов торфа.

3.3. Элементный состав торфов.

3.4. Минеральный состав торфов.

3.5. Химический групповой состав торфов.

3.6. Изменения в составе основных выделяемых компонентов торфов при механохимической обработке.

3.6.1. Изменения в составе гуминовых кислот.

3.6.2. Изменения в составе полифенольных компонентов.

3.6.3. Изменения в составе полисахаридного комплекса.

3.6.4. Изменения в составе битумов.

4. НЕКОТОРЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПРЕПАРАТОВ

МЕХАНОАКТИВИРОВАННОГО ТОРФА.

4.1. Каталитические свойства торфяных препаратов в процессе электровосстановления кислорода.

4.2. Антиоксиданты в битумных компонентах торфов.

4.3. Биостимулирующая активность продуктов механоактивации торфа.

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

МЕХАНОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПЕРЕРАБОТКЕ ТОРФА.

5.1. Технологические рекомендации по производству торфяного стимулятора механохимической активацией.

5.2. Области перспективного применения и преимущества механохимической технологии переработки торфов.

ВЫВОДЫ.

Поиск экологически безопасных и экономически эффективных решений в переработке природного органического сырья является на сегодняшний день актуальной задачей для многих отраслей химической технологии. Большие запасы торфа в стране и, особенно, в Западной Сибири, высокая ценность его органической части обусловливают необходимость проведение исследований, направленных на разработку экологически безопасных и экономически эффективных методов комплексной переработки этого сырья. Одной из ключевых задач переработки торфов является интенсификация процессов выделения экстрактивных веществ — гуминовых кислот, фенолов, полисахаридов, битумов и др. соединений, представляющих практический интерес.

Обычно для достижения полноты выделения целевых компонентов из растительного сырья применяют многократную обработку растворителями различной полярности. Недостатками традиционной экстракционной технологии являются: использование токсичных и пожароопасных органических растворителей, низкая степень извлечения, многократное повторение экстрагирования, и как следствие, повышение производственных затрат и загрязнение окружающей среды. Механохимические методы получения биологически активных веществ растительного происхождения основаны на твердофазном превращении этих веществ в растворимые формы путем механической обработки растительного сырья и специально подобранных реагентов [1-3]. Использование предварительной механической активации позволяет достигать максимальной эффективности на стадии последующего экстрагирования. Ударно-сдвиговое воздействие сопровождается измельчением и разупорядочением структуры обрабатываемого материала. Последнее обстоятельство значительно облегчает выделение компонентов.

Существенными преимуществами механохимического подхода является исключение из технологии большого количества химических реагентов, снижение материальных и трудовых затрат на производство. Дополнительно появляется возможность использовать в качестве источника биологически активных веществ маловостребованные ресурсы - торф, отходы сельскохозяйственного производства и лесной промышленности, сырье с низким содержанием активных веществ [1].

Несмотря на прогресс в области механохимической переработки природного органического сырья, детальных исследований механохимии торфа с использованием комплекса современных физико-химических методов проведено не достаточно. Оценка явлений, связанных с химическими превращениями торфов после механической активации сопряжена с рядом трудностей. В первую очередь это определяется тем, что торф представляет собой многокомпонентную полуколлоидную систему, отличающуюся большим разнообразием состава и свойств [4, 5]. Посредством интенсивного механического воздействия может быть достигнута принципиальная возможность изменения физико-химических свойств торфа и составляющих его высокомолекулярных соединений. Предполагается, что деформация составляющих торф веществ, может приводить к изменению межатомных и межмолекулярных связей, сопровождающемуся их ослаблением и в предельном случае вызывающему механический разрыв химических связей и образование активных радикалов [6, 7].

В последние 10-15 лет интенсивно ведутся работы по созданию высокоинтенсивных механохимических аппаратов, основное назначение которых не только измельчение, но одновременно придание обрабатываемому веществу особых свойств, которые приводят к увеличению его реакционной способности [8, 9].

Целью данной работы являлось исследование химических превращений основных компонентов органической части торфов после механической активации, изучение антиоксидантной и биологической активности полученных продуктов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• выделить и определить количественное содержание отдельных групп органического вещества торфов;

• исследовать влияние механического воздействия, введения химических и ферментативных добавок на выход и состав выделяемых органических компонентов торфов;

• исследовать антиоксидантную и инициирующую способность продуктов механоактивации торфов;

• провести оценку биологической активности водорастворимой части препаратов из механоактивированных торфов;

• определить условия проведения механоактивации торфов, обеспечивающие максимальный выход водорастворимых компонентов для получения стимуляторов роста растений, предложить рекомендации по технологическому использованию механохимической активации торфа.

Научная новизна работы заключается в получении новых данных о механохимических превращениях органических компонентов торфов. Впервые проведено исследование состава и свойств органических компонентов торфов после механоактивации в присутствии ряда реагентов:

• Установлены изменения в содержании основных органических компонентов торфов после механохимической активации: повышается содержание водорастворимых компонентов и гуминовых кислот и снижается количество битумов. С помощью комплекса аналитических методов (гель-фильтрация, ИК-, ЯМР-спектроскопия) изучен молекулярный состав гуминовых кислот, полисахаридов и полифенолов механоактивированных торфов и установлено, что механохимические превращения характеризуются разрывом химических и гликозидных связей, уменьшением размера полимерных молекул и изменением количества функциональных групп в составе выделяемых фракций.

• Исследованы изменения каталитических свойств выделенных фракций механоактивированных торфов в процессе электровосстановления кислорода. Показано повышение ингибирующей активности водорастворимых фракций торфа и увеличение инициирующих свойств гуминовых кислот. В битумах механоактивированных торфов обнаружены два типа антиоксидантов с повышенной реакционной способностью.

• Изучено биостимулирующее действие продуктов механохимической обработки торфов на клеточном и тканевом уровне in vitro и на уровне целого растительного организма в вегетационных опытах, что позволило адекватно оценить степень биологической активности вещества. Полученные водорастворимые вещества проявили способность к регулированию процессов роста и развития растений. Практическая значимость работы определяется следующим: Предложены технологические рекомендации по производству торфяного биостимулятора механохимической активацией, включающей совместную обработку торфа и химического реагента в мельнице-активаторе проточного типа. Преимущества этого процесса состоят в исключении из технологии большого количества химических реагентов, сокращении времени перевода твердых компонентов торфа в растворенное состояние, повышении их выхода, снижении материальных и трудовых затрат, повышении экологической и промышленной безопасности при переработке, хранении и транспортировке. Полученные результаты и сделанные выводы важны для решетя задач, связанных с использованием торфа в сельском хозяйстве. Показана эффективность применения механохимической технологии переработки торфа для получения экологически чистых препаратов с высокой биологической активностью, которые могут быть использованы в сельском хозяйстве в качестве стимуляторов роста растений, а также в биотехнологии в качестве фитогормонов для инициации морфогенетических процессов in vitro. Практическое использование торфяных препаратов в растениеводстве будет способствовать усилению роста и развитию сельскохозяйственных растений, что в конечном итоге обеспечит получение более высоких урожаев.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту: 1. Результаты определения количественного содержания и химического состава основных органических компонентов торфов до и после механоактивации в различных условиях.

2. Результаты исследования антиоксидантной и биостимулирующей активности продуктов механоактивации торфов с помощью физико-химических методов и биотестирования.

3. Технологические рекомендации по производству биостимулятора из верхового сфагнового торфа путем механохимической обработки.

Работа выполнялась в рамках Интеграционного проекта СО РАН № 35 «Химические и структурные превращения трудногидролизуемых компонентов торфов в процессах механоактивации и получение эффективных регуляторов роста растений и микроорганизмов».

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Международной научно-практической конференции «Высокие технологии добычи, глубокой переработки и использования озерно-болотных отложений», Томск, 2003; International Conference «Mechanochemical Synthesis and Sintering», Новосибирск, 2004; IV съезде Докучаевского общества почвоведов «Почвы - национальное достояние России», Новосибирск, 2004, III Всероссийской конференции «Гуминовые вещества в биосфере», Санкт-Петербург, 2005.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 научных работ: 4 статьи, 4 тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 168 наименований. Работа изложена на 154 страницах, содержит 28 таблиц и 23 рисунка.

выводы

1. В зависимости от условий проведения механохимической обработки торфов возможно получение препаратов, содержащих повышенные концентрации отдельных выделяемых компонентов: гуминовых кислот, полифенолов, полисахаридов.

2. Интенсивная механическая обработка торфов с целлголозолитическим ферментом или щелочью повышает эффективность экстрагирования водорастворимых компонентов в 5-7 раз за счет увеличения выхода полифенольных и полисахаридных соединений. Выход гуминовых кислот в результате механохимической обработки увеличивается в 1,5 раза.

3. Механохимические превращения гуминовых кислот характеризуются разрывом химических связей: С-0 различного типа, С-С, протеканием процессов окисления кислородом воздуха и повышением количества гидрофильных групп в составе, вызывающих увеличение растворимости препаратов.

4. В составе полифенольной фракции верхового сфагнового механоактивированного торфа увеличивается количество фенолкарбоновых кислот и кумаринов.

5. За счет разрыва С-О гликозидных связей в макромолекулах гуминовых веществ происходит увеличение выхода полисахаридов. Главным результатом механохимических превращений полисахаридов торфа является уменьшение их молекулярного веса вследствие разрыва связей.

6. Механоактивация торфов с реагентами приводит к снижению выходов битумов и изменению их антиоксидантных свойств. В битумах торфов обнаружены два типа антиоксидантов, реакционная активность которых после механохимической обработки повышается. Увеличение общего количества антиоксидантных групп объясняется разрывом связей между гидрофильной частью макромолекулы и углеводородными остатками и увеличением количества функциональных групп с подвижным атомом водорода.

7. Показаны изменения реакционной способности, инициирующих-ингибирующих свойств продуктов механоактивации торфов в процессе электровосстановления кислорода. Антиоксидантные свойства характерны для водорастворимых компонентов: полисахаридов и полифенолов, а каталитические - гуминовых кислот. Высокую антиоксидантную активность проявляют препараты полисахаридных фракций верхового торфа, обработанного с целловиридином.

8. Биостимулирующая активность продуктов механохимической активации торфа зависит от их химического состава. Установлено, что BP вещества механоактивированного верхового торфа, характеризующиеся максимальной концентрацией полисахаридов и полифенолов, стимулируют развитие проростков пшеницы на ранних стадиях вегетационного опыта и развитие побегов рапса при микроклонировании. Установлено, что данные вещества индуцируют регенерацию побегов из каллусной ткани рапса и, таким образом, способны выполнять функцию цитокинина и использоваться в качестве фитогормонов.

9. Предложены технологические рекомендации по производству экологически чистого торфяного биостимулятора. Сущность процесса состоит в механической обработке верхового торфа совместно с химическим реагентом в мельнице-активаторе проточного типа. Преимущество этого процесса состоит в исключение из технологии большого количества химических реагентов, сокращении времени перевода твердых компонентов торфа в растворенное состояние, повышении их выхода, снижении материальных и трудовых затрат, повышении экологической и промышленной безопасности при переработке.

1. Ломовский О.И., Белых В.Д. Механохимическая экстракция водорастворимых компонентов из растительного лилидсодержащего сырья // Периодический сборник научных трудов «Обработка дисперсных материалов и сред» Одесса, НПО «Вотум». 2000. - №10. - С. 71-75.

2. Chuev V.P., Kameneva O.D., Chikalo Т.М. Use of mechanochemical activation to modify properties of bioactive compounds // Сибирский химический журнал. 1991.- Вып. 5. С. 156-157.

3. Vedernikov N., Karlivans V., Roze I., Rolle A. Mechanochemical destruction of plant raw materials polysaccharides in presence of small amounts of concentrated sulfuric acid // Сибирский химический журнал. - 1991. - Вып. 5. - С. 67-72.

4. Лиштван И.И. Базин Е.Т. Гамаюнов Н.И., Терентьев А.А. Физика и химия торфа.- М.: Недра, 1989. 304 с.

5. Король Н.Т., Лиштван И.И. Основные свойства торфа и методы их определения. -Минск: Наука и техника, 1975. 319 с.

6. Хренкова Т.М. Механохимическая активация углей. М.: Недра, 1993. - 176 с.

7. Болдырев В.В. Экспериментальные методы в механохимии твердых неорганических веществ. Новосибирск: Наука, 1983. - 64 с.

8. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. -Новосибирск: Наука, 1986. 305 с.

9. Lomovsky O.I., Denisov M.G., Awakumov E.G. Mcchanochemical equipment of the Institute of Solid State Chemistry // INCOME-2. 2-nd Intern. Conf. On Mechanochemistry and Mechanical Activation. Abstracts. Novosibirsk, 1997. - P. 140-141.

10. П.Соколов Б.Н., Колесин В.Н., Ямпольский A.JI. и др. Торф в народном хозяйстве. -М.: Недра, 1988.-268 с.

11. Патент РФ 1793578. / Буркова В.Н., Матис Е.Я., Кураколова Е.А. и др. Способ получения БАВ, обладающих противовоспалительным действием. 1996.

12. Раковский В.Е., Пигулевская JI.B. Химия и генезис торфа. М.:Недра, 1978.-231 с.

13. Spedding P.J. Peat // Fuel. 1988. - V. 67. - №6. - P. 883-893.

14. Орлов Д.С. Гуминовые вещества в биосфере. М.: Наука, 1993. - 238 с.

15. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: МГУ, 1990. - 325 с.

16. Камнева А. И. Химия горючих ископаемых. М.: Химия, 1974. - 272 с.

17. Титова Э.В. Почва, растение, удобрение. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2000. - С. 136-142.

18. Бамбалов Н.Н. Баланс органического вещества торфяных почв и методы его изучения. Минск: Наука и техника, 1984. - 175 с.

19. Стадников Г.Л. Химия торфа. 2-е изд. М.: АН СССР, 1932. - 68с.

20. Инишева Л.И., Архипов B.C., Маслов С.Г. Торфяные ресурсы Томской области и их использование. Новосибирск: СО РАСХН, 1995. - 88 с.

21. Торф в сельском хозяйстве: Сборник научных трудов, выпуск 4 / РАСХН. Сибирское отделение. ГНУ СибНИИТ. Ред. кол.: Титова Э.В., Бурмистрова Т.И., Перфильева В.Д. Томск, 2002. - 207 с.

22. Елин Е.С. Фенольные соединения в биосфере. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001.-392 с.

23. Кононова М. М. Проблема органического вещества на современном этапе // Органическое вещество целинных и освоенных почв. М.: Наука, 1972. - С. 7-30.

24. Тюрин И.С. Вопросы генезиса и плодородия почв. М.: Наука, 1966. - 213 с.

25. Лиштван И.И., Круглицкий Н.Н., Третинник В.Ю. Физико-химическая механика гуминовых веществ. Минск: Наука и техника. 1976. - 264 с.

26. Орлов Д.С. Гуминовые вещества в биосфере // Соросовский образовательный журнал. 1997. - №2. - С. 56-63.

27. Калабин Г.А., Каницкая Л.В., Кушнарев Д.Ф. Количественная спектроскопия ЯМР природного органического сырья и продуктов его переработки. М.: Химия, 2000. - 407 с.

28. Каспаров С.В., Русина Т.В. Молекулярная организация гумусовых кислот от чернозема и дерново-подзолистой почвы // Тр. 5 Науч. конф. мол. Ученых фак. почвовед. МГУ, Москва, 3-4 февр. 1982. М., 1982. - С. 62-63.

29. Комиссаров И.Д. Особенности «скелетной» структуры гуминовых кислот. Труды международного симпозиума по торфу. Минск, 1982. - С. 63-65

30. Steelink С. Investigating humic acids in soils // Analytical chemistry. 2002. - June 1. -P. 327-333.

31. Burges N., Hurst II., Walkden B. The phenolic constituents of humic acid and their relation to the lignin of plant cover // Geochim. And Cosmochin. Acta. 1964. - V. 28. -№10.-P. 2015-2022.

32. Кухаренко Т.А. Об определении понятия и классификации гуминовых кислот // Химия твердого топлива. 1979. - №5. - С. 3-11.

33. Лиштван И.И., Дудка А.Л., Евдокимова Г.А. Изучение комплексных соединений железа с гуминовыми веществами сапропелей // Весщ АН БССР. Сер. xim. навук. -1986. -№2.-С. 101-103.

34. Dkhar G.D., Prasad D., Sinha M.K., Pandeya S.B. Iteraction of metal ions with fulvic and isolated from forest and cultivated soils Meghalaya State // Ind. J. Forest. 1985. -V. 8. - №3. - P. 213-219.

35. Александрова И.В. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. -Л.: Наука, 1980.-287 с.

36. Алиев С.А. Азотфиксация и физиологическая активность органического вещества почв. Новосибирск: Наука, 1988. - 145 с.

37. Спиридонов Ю.Я., Шестаков В.Г., Матвеев Ю.М. и др. Сорбция гербицидов основными компонентами почвы. Сообщение 2. Исследование сорбции -десорбции пиклорама фракциями органического вещества почвы // Агрохимия. -1981. -№3. С. 121-127.

38. Маль С.С. Углеводы и азотсодержащие вещества торфа. — Минск: Наука и техника, 1982.-231 с.

39. Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия. М.: Просвещение, 1987. - С.515.

40. Базин Е.Т., Копенкин В.Д. Технический анализ торфа. М.:Недра, 1992. - 472с.

41. Скобеева Е.И. Особенности химического состава растений-торфообразователей и торфов. В кн.: Химия и химическая технология, вып. Ill (XVI). - М.: Недра, 1967. -С. 115-123.

42. Оводов Ю.С. Полисахариды цветковых растений: структура и физиологическая активность // Биоорганическая химия. 1998. - Т. 24. -№7. - С. 483-501.

43. Анисимов М.М., Петрова О.М., Логачев В.В. и др. Влияние водно-этанольного экстракта из Caulophillum robustum Maxim, на рост корня проростков Cucumis savitus L. // Растительные ресурсы. 2000. - Вып. 4. - С. 100-105.

44. Pagan J., Secrley В., Cole D., Lowe J., Tangtrongpiros J. На горячей линии. Альтернативы антибиотикам // Feeding times. Вып. 4. - № 1. - 2001. - С. 4-21.

45. Патент 2032301, Россия, МКИ А 01 № 65/00. Способ предпосевной обработки семян / Кабиров P.P., Садыков О.Ф. Морозов А.П., Попков А.Ю. №5019288/15. Заявл. 24.07.1991. Опубл. 10.04.1995.

46. Патент 2059727, Россия, МКИ С 12 Р 39/00. Регулятор роста растений / Чекасина Е.В., Кандыба Е.В., Булгакова Г.М., Литвинова М.Н. и др. №92015205/13. Заявл. 30.12.1992. Опубл. 10.05.1996.

47. Давидянц Э.С., Нешина Л.П., Нешин И.В. Влияние тритерпеновых гликозидов Silphium perfoliatum L. на рост проростков гороха и пшеницы // Растительные ресурсы. 2001. - Вып. 3. - С. 93-97.

48. Батуро В.А. Химический состав торфообразователей и начальная стадия торфообразования // Доклады АН БССР Минск, 1957. -№2. - С.62-67.

49. Белькевич П.И., Гайдук К.А., Зуев Т.Т. и др. Торфяной воск и сопутствующие продукты. Минск.: Наука и техника, 1977. - 232 с.

50. Наумова Г.В. Торф в биотехнологии. Минск: Наука и техника, 1987. - 150 с.

51. Белькевич П.И., Голованов Н.Г., Долидович Е.Ф. Битумы торфа и бурого угля. -Минск: Наука и техника, 1989. — 63 с.

52. Юдина Н.В., Буркова В.Н., Опалинская A.M. Антиоксиданты в органическом веществе растений-торфообразователей и торфов Западной Сибири // Химия твердого топлива. 1991. - №4. - С.42-46.

53. Буркова В.Н., Венгеровский А.И., Опалинская A.M., Писарева С.И. Антиоксидантные свойства и биологическая активность липидов современных озерных осадков различного генезиса. Препринт №37. Томск: Томский филиал СО АН СССР, 1988. 39 с.

54. Наумова Г.В., Райцина Г.И., Лях В.В. Применение торфа и продуктов его химической переработки в народном хозяйстве. Калинин: КГУ, 1980. - 120 с.

55. Лиштван И.И., Базин Е.Т., Косов В.И. Физические свойства торфа и торфяных залежей. Минск: Наука и техника, 1985. - 238 с.

56. Базин Е.Т., Лиштван И.И., Попов М.В. Курс физики торфа. Калинин: КГУ, 1977. -ч. 1.-77 е., ч.2. - 102 с.

57. Молчанов В.И., Селезнева О.Г., Жирнов Е.Н. Активация минералов при измельчении. М.: Недра, 1988. - 208 с.

58. Ostwald W. Handbuch der allgemeine Chemie. В. I. Leipzig, 1919. - S.70.

59. Барамбойм H.K. Механохимия полимеров. M.: Химия, 1971. - 363с.

60. Хайнике Г. Трибохимия / Пер. с англ. М.Г. Гольдфельда. М.: Мир, 1987. - 582 с.

61. Барамбойм Н.К. Механохимия высокомолекулярных соединений. М.: Химия, 1978.-384 с.

62. Жирнов Е.Н. Современные измельчительные аппараты, основанные на принципе планетарного движения, и их классификация // Физико-химические исследованиямеханически активированных минеральных веществ. Новосибирск, 1975. - С. 412.

63. Симовеску К., Опреа К.В. Механохимический синтез // Успехи химии. Т. 47. -1988.-С. 502-525.

64. Dubinskaya А. М. Transformations of organic compounds under the action of mechanical stress // Russian Chemical Reviews. 1999. - V. 68. - №8. - P. 637-652.

65. Dubinskaya A.M. Mechanochemical transformations in organic substances // Chemistry Reviews. 1998. - V. 23. P. 201-261.

66. Boldyrev V.V. Reactivity of solids: past, present and future. Blackwell Science, Oxford, 1996, p. 267-285.

67. Хоняк В.П., Мазина О.П. Влияние диспергирования на свойства торфа и активных углей //Химия твердого топлива. 1987. -№3. - С. 86-92.

68. Кирда B.C. Хренкова Т.М. Физико-химические превращения при механическом воздействии на остаточный уголь // Тез. докладов 11 Всес. симпоз. по механохимии и механоэмиссии твердых тел, 11-14 сент. 1990. Чернигов, 1990. -Т. 1.-С. 106.

69. Бутюгин А.В. Иванов А.С. Изучение влияния механохимической активации на процесс извлечения гуминовых веществ из землистых бурых углей // Материалы научно-технического семинара стран содружеств, 21-23 окт. 1992. Могилев, 1992.-С. 26-28.

70. Кашинская Т.Я., Гаврильчик А.П., Калилец Л.П. и др. Изменение химического состава торфа при диспергировании // Химия твердого топлива. 1997. - №6. -С. 14-24.

71. Кашинская Т.Я., Гаврильчик А.П., Шевченко Н.В. и др. Механохимические превращения гуминовых веществ торфа // Химия твердого топлива. 2003. - №1. -С. 21-29.

72. Кашинская Т.Я., Шевченко Н.В., Цынкалова Л.Ю. и др. Механохимические превращения гуминовых кислот торфа // Весщ АН Беларусь Сер. xiM. навук. -2001.-№1.-С. 89-92.

73. Юдина Н.В., Зверева А.В., Ломовский О.И. Механохимические превращения в торфах различных типов // Химия твердого топлива. 2002. - №5. - С. 3-10.

74. Гаврильчик А.П, Кашинская Т.Я., Калилец Т.А. и др. Изменение физико-химических свойств торфа при влагоудалении и механическом диспергировании // Весщ АН Беларусь Сер. xiM. навук. 1995. - №2. - С. 109-114.

75. Гирина Л.В., Лукьяненко Л.В., Аммосова Я.М. и др. Изменение физико-химических свойств бурого угля при механических воздействиях различного характера // Химия твердого топлива. 1991.- №5. - С. 37-42.

76. Пройдаков А.Г., Полубенцев А.В., Бачин Д.Е. и др. Механохимические превращения угольных асфальтенов // Химия твердого топлива. 1994. - №4-5. -С. 40-44.

77. Гаврильчик А.П., Кашинская Т.Я., Пискунова Т.А. Изменение выхода и химического состава битумов при механоактивации торфа // Природопользование.- Минск: АН Беларуси, 2001, Вып. 7, - С. 161-163.

78. Гонцов А.А., Гонцова С.А., Пахомова О.В. Механохимические превращения высших жирных кислот твердых горючих ископаемых // Химия твердого топлива.- 1992. -№4.- С. 11-17.

79. Сорокина И.В., Крысин А.П., Хлебникова Т.Б. и др. Роль фенольных антиоксидантов в повышении устойчивости органических систем к свободно-радикальному окислению: Анал. обзор. Новосибирск: ГПНТБ СО РАН, 1987. -Сер. Экология. - Вып. 46. - 68 с.

80. Рогинский В. А. Фенольные антиоксиданты: Реакционная способность и эффективность. М.: Наука, 1988. - 247 с.

81. Христева Л.А. Гуминовые удобрения: Теория и практика их применения- -Днепропетровск, 1977. Т.6. - С. 3-15.

82. Юдина Н.В., Писарева С.И., Филипова Т.А. Гуминовые стимуляторы роста растений // Химия твердого топлива. 1997. - №3. -С. 108-115.

83. Алиев С.А., Касимов P.M. Парамагнитные свойства гуминовых кислот почв Азербайджанской ССР // Почвоведение. 1971. - №1. -С. 77-84.

84. Федорова Т.Е. Количественная спектроскопия ЯМР 13С, 17о и физиологическая активность гуминовых кислот: Автореф. . канд. хим. наук. Иркутск, 2000. - 23 с.

85. Кушнарев Д.Ф., Чеченина Т.Е., Пройдаков А.Г., Калабин Г.А. Новые подходы спектроскопии ЯМР к анализу состава и войств гуматов // Тез. докл. XVI Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Санкт-Петербург, 1998. -С. 124.

86. Ершов В.В., Никифоров Г.А., Володькин А.А. Пространственно-затрудненные фенолы. М.: Химия, 1972. - 351 с.

87. Эмануэль Н.М., Гладышев Г.П., Денисов Е.Т. и др. Порядок тестирования химических соединений как стабилизаторов полимерных материалов. Препринт №12. Черноголовка, 1976. 35 с.

88. Писарева С.В. Нефтяные ингибиторы радикально-цепных процессов окисления: Дисс. .канд. хим. наук. Томск, 1987. - 220 с.

89. Буркова В.Н., Писарева С.И., Юдина Н.В. Распределение антиоксидантов в биологических и геоорганических объектах // Геохимия. 1998. - №11. - С. 11641171.

90. Короткова Е.И. Закономерности процесса электровосстановления кислорода, осложненного адсорбцией поверхностно-активных веществ, и их использование в аналитической практике: Дис. . канд. хим. наук. — Томск, 1995. — 234 с.

91. Lu J.T., Tryk D., Yeager E. The formation of the oxygen radical ion during electroreduction in alkaline solution. // Extend. Abstr. Erlangen, 1983. - №5. - P. 19.

92. Походенко В.Д., Белодед А.А., Кошечко В.Г. Окислительно-восстановительные реакции свободных радикалов. Киев.: Наукова думка, 1977. - 277 с.

93. Прайор У. Свободные радикалы в биологии. М.: Мир, 1979. - 314 с.

94. Короткова Е.И. Вольтамперометрический способ определения активности антиоксидантов. // Жур. физ. химии. 2000. - Т. 74. - № 9. - С. 1704-1707.

95. Савельева А.В. Характеристика гуминовых кислот торфов олиготрофных ландшавтов и особенности их изменения в процессе гумификации: Дис. . канд. биол. наук. Томск, 2003. - 116 с.

96. Кошкин В.В. Генерация супероксидного радикала и перекисное окисление липидов (ПОЛ) в скелетных мышцах // Биохимия. 1985. - Т. 50. - Вып. 9. - С. 1406-1410.

97. Шевелуха B.C. Рост растений и его регуляция в онтогенезе. М.: Колос, 1992. -594 с.

98. Муромцев Г.С., Данилина Е.Э. Состояние исследований по регуляторам роста в России. // Физиол. раст. 1994. - Вып. 41. - №5. С. 779-787.

99. Христева Л.А. Роль гуминовых кислот в питании растений и гуминовые удобрения. Труды почвеного института. М.: Изд-во АН СССР, 1951. - Т. 38. - С. 108.

100. Христева Л.А. О природе действия физиологически активных форм гуминовых кислот и других стимуляторов роста растений. Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. Киев: Изд-во Урожай, 1968. - Ч.З. - с. 15-28.

101. Пивоваров Л.Р. О природе физиологической активности гуминовых кислот в связи с их строением // Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. -. Киев: Днепропетр. Сельхозинститут, 1962. С. 101-123.

102. Александрова И.В. О физиологической активности гумусовых веществ и продуктов метаболизма микроорганизмов // Органическое вещество целинных и освоенных почв. -М.: Наука, 1972. С. 30-70.

103. Поспишил Ф., Цвикрова М., Грубцова М. и др. Растворимые фенольные и гуминовые вещества почв и их влияние на общий метаболизм у растений // Рост растений и дифференцировка. М.: Наука, 1981. - С. 150-162.

104. Драгунов С.С. Химическая характеристика гуминовых кислот и их физиологическая активность // Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. Днепропетровск, 1980. - Т.7. - С. 5-22.

105. Наумова Г.В. Возможные направления использования торфа в биотехнологии. Торфяная промышленность, 1987. -№2. - С. 13-16.

106. Цыперович А.С. Ферменты (основы химии и технологии). Киев: Техшка, 1971,-360 с.

107. Глемжа А.А, Люджюс Л.Л, Петрова Л. И. Микробные ферменты в народном хозяйстве. Вильнюс: Мокслас, 1985. - 188 с.

108. Кейтс М. Техника липидологии. М.: Мир, 1985. - 320 с.

109. Гончаров А.И., Исакова Т.И., Халеева Л.Д. Исследование растительного полисахаридного комплекса. Тез. докл. респ. науч. конф. «Актуальные вопросы поиска и технологии лекарств». Харьков, 1981. - С. 238.

110. Горин А.Г. Получение и химическое исследование полисахаридов из лекарственных растений. Материалы 3-го Всерос. съезда фармацевтов. Тез. докл. -Свердловск, 1975. С. 313-314.

111. Милентьева Д.Г., Гуллыев Н.Г., Доветмуродов К.Д. Изучение полисахаридов некоторых видов водорослей Каспийского моря. Тез. VIII Всесоюз. конф. «Химия и биохимия углеводов». Пущино, 1987. - С. 105.

112. Методы химии углеводов. Пер. с англ. Ред. Краснова Р.И. М.: Мир, 1967. -322 с.

113. Кочетков Н.К. Химия биологически активных природных соединений. — М.: Химия, 1970. -387 с.

114. Гурьев A.M. Фармакогностическое исследование аира болотного и перспективы создания на его основе новых лекарственных средств: Дис. . канд. фармацевт, наук. Томск, 2004. - 133 с.

115. Георгиевский В.П., Комиссаренко Н.Ф., Дмитрук С.Е. Биологически активные вещества лекарственных растений. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-е, 1990. - 333 с.

116. Ковалев В.Н., Комиссаренко Н.Ф. Кумарины и флавоноиды Coronilla varia // Химия природных соединений. 1983. - № 2. - С. 235.

117. ГОСТ 28245.2-89. Методы определения ботанического состава и степени разложения. Введен 01.07.90 М.: изд. стандартов. 1989 г.

118. ГОСТ 11306-83. Методы определения зольности. Введен 01.01.85. Взамен ГОСТ 7302-73. М.: изд. стандартов. 1984 г.

119. Лосев Н.Х. Смагунова А.Н. Основы рентгеноспектрального флуоресцентного анализа. М.: Химия, 1982. - 208 с.

120. Успенский В.А., Радченко О.А., Шишкова А.П. Методы битуминологических исследований. Задачи исследований и пути их разработки. Л.: Недра, 1975. - 207 с.

121. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. Физико-химические свойства, методики, библиография. Пер. с англ. М.: Мир, 1976. - 542 с.

122. Шляхов А.Ф. Газовая хроматография в органической геохимии. М.: Недра,1978. 222 с.

123. Березкин В.Г. Химические методы в газовой хроматографии. М.: Химия, 1980.-256 с.

124. Березкин В.Г. Хроматографический анализ окружающей среды. М.: Химия,1979. 608 с.

125. Степаненко Л.С., Ребачук Н.М., Максимов О.Б. Использование хроматографии на гелях для изучения состава и реакционной способности гуминовых кислот // Новые методы исследования гуминовых кислот. Владивосток, 1972. - С. 124-126.

126. Дубин В.Н., Фильков В.А. Фракционирование гуминовых кислот некоторых почв Молдавии фильтрацией через сефадексы. // Почвоведение. 1968. - № 5. - С. 21-29.

127. Кочетков Н.К., Кудряшов Л.И., Членов М.А. Радиационная химия углеводов. -М.: Наука, 1978.-288 с.

128. Бабушкин А.А., Бажулин П.А., Королев Ф.А., Левшин Л.В., Прокофьев В.К., Стриганов А.Р. Методы спектрального анализа. Изд-во МГУ, 1962. - С. 172-193.

129. Preston C.V. Applications of NMR to soil organic matter analysis history and prospects // Soil Sci. 1996. - V. 161. - P. 1-21.

130. Зайцев Г.Н. Математика в экспериментальной ботанике. М.: АН СССР, Гл. ботан. Сад, 1990. - 295 с.

131. Рожанская О.А., Козиенко Г.Н. Опыт культивирования in vitro рапса ярового // Сиб. вест. с.-х. науки, 1989. -№3. С. 42-45.

132. Рожанская О.А., Свежинцева Е.А. Получение и отбор сомаклональных вариаций для селекции рапса. Метод. Рекомендации. СО РАСХН, СибНИИкормов. Новосибирск. - 1991. - 28 с.

133. Рожанская О.А., Клеблеева Н.Г. Соматический эмбриогенез и сомаклональная изменчивость эспарцета песчаного // Сб. науч. тр. РАСХН Сиб. отд-ние. -СибНИИкормов, 1999.-С. 141-148.

134. Дерфлинг К. Гормоны растений. Системный подход. М.: Мир, 1985. - 303 с.

135. Бутенко Р.Г. Культура изолированных тканей и физиология морфогенеза растений. М.: Наука, 1964. -272 с.

136. Белоусов Л.В. Биологический морфогенез. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1987. -239 с.

137. Атанасов А. Биотехнология в растениеводстве. Новосибирск: ИЦиГ СО РАН, 1993.-242 с.

138. Skoog F., Miller С.О. Chemical regulation of growth and organ formation in plant tissues cultured in vitro // Simp. Soc. Exptl. Biol., 1957. No 11. - P. 118.

139. Grove D.M. et al. Brassinolide, a new plant growth-promoting steroid isolated from Brassica napus L. pollen // Nature. 1979. - V. 281. - №5728. - P. 216-217.

140. Оеипова Г.М. Рапс в Сибири. Новосибирск: РАСХН, Сиб. отд-ние, 1998. -168с.

141. Murashige Т., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures // Physiol, plant, 1962. - V. 15. - P. 473-497.

142. Gamborg O.L., Miller R.A., Ojima K. Nutrient requirement of suspension cultures of soybean root cell // Exp.Cell Res., 1968. - V. 50. - P. 151-158.

143. Муромцев Г.С. Основы сельскохозяйственной биотехнологии. М.: Агропромиздат, 1990. - 384 с.

144. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв. М.: МГУ, 1974. - 236 с.

145. Перминова И.В. Анализ, классификация и прогноз свойств гумусовых кислот: Автореф. . дисс. д-ра хим. наук. Москва, 2000. - 50 с.

146. Кочетков Н.К., Бочков А.Ф.,.Дмитриев Б.А. и др. Химия углеводов. М.: Химия, 1967. - 672 с.

147. Паперно Т.Я., Поздняков В.П., Смирнова А.А. и др. Физико-химические методы исследования в органической и биологической химии. М.: Просвещение, 1977.- 176 с.

148. Степаненко Б.Н. Химия и биохимия углеводов (моносахариды). М.: Высш. школа, 1977.-224 с.

149. Шашков А.С., Чижов О.С. Спектроскопия 13С ЯМР в химии углеводов и родственных соединений // Биоорганическая химия. М.: Наука, 1976. - Т.2. - № 4. - С.437-497.

150. Белькевич П.И., Голованов Н.Г., Долидович Е.Ф. Химия экстрактивных смол торфа и бурого угля. Минск: Наука и техника, 1985. - 134 с.

151. Тиссо Б., Вельте Д. Образование и распространение нефти. М.: Мир, 1981. -501 с.

152. Петров А.А. Углеводороды нефти. М.: Наука, 1984. - 252 с.

153. Юдина Н.В., Зверева А.В., Короткова Е.И., Аврамчик О.А. Гуминовые кислоты в процессе электровосстановления кислорода. // Известия высших учебных заведедений. Сер. Химия и химическая технология. 2002. - Т. 45. - № 3. - С. 106108.

154. Брехман И.И. Человек и биологически активные вещества. М.: Наука, 1980. -119 с.

155. Вирясов Г.П., Иванова Л.А., Кухарчик В.В. и др. Компонентный химический состав липидов некоторых органических и смешанных сапропелей Беларуси // Природопользование. Минск: АН Беларуси, 1996. - Вып. 1. - С. 32-36.

156. Муромцев Г.С. Основы химической регуляции роста и продуктивности растений. М.: Агропромиздат, 1987. - 384 с.

157. Thomas Т.Н. Plant Growth Regulators. Potential and Practice. BCPC Publications, London. - 1982.-271 p.

158. Диагностика устойчивости растений к стрессовым воздействиям (Методическое руководство). Л.: ВИР, 1988. - 228 с.

159. Касимова Л.В., Кравец А.В. Оценка физиологической активности водных экстрактов из исходных и активированных торфов // Торф в сельском хозяйстве: Сб. науч. тр. РАСХН. СО. ГНУ СибНИИТ. Томск, 2002. - С. 77-84.

160. Артюшин A.M., Державин Л.М. Краткий справочник по удобрениям. М.: Колос, 1984.-208 с.

161. А.с. 143034 (СССР) С 05 Д 11/02, С 05 Д 01/00. Способ получения органо-минеральных гуминовых удобрений, например, гумофоска / Л.А. Христова, С.С. Драгунов, И.И. Ярчук и др. Опубл. 20.01.87 г. Б.И. № 2. 1987.

162. Галактионова А.А., Кузнецова Л.М. Гуминовые вещества верхового торфа и их влияние на урожай ячменя // Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. Днепропетровск, 1973. - Т. IV. - С. 155-159.

163. Наумова Г.В., Райцина Г.И., Косоногова Л.В. и др. Гуминовые препараты торфа и их эффективность при сельскохозяйственном использовании // Химия твердого топлива. -1991. -№1. С.95-100.

164. Гаврилов Ю.Ф. Перспективы использования в сельском хозяйстве физиологически активных веществ. Торфяная промышленность, 1980. - №9. - С. 28-29.

165. РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

166. ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СИБИРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ КОРМОВ1. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

167. ПО ИСПЫТАНИЯМ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ПРОДУКТОВ МЕХАНОАКТИВАЦИИ ТОРФА

168. Зам. директора работе, канд. с.-х. hiземельных участках1. В П. Данилов