Введение к работе
Актуальность работы. Одним из интенсивно развивающихся направлений современной биотехнологии является биотрансформация веществ.Особенно большие успехи в настоящее время достигнуты в области микробной бнотрансформацни (производство бногаза, этанола, аминокислот и белка,органических кнслот.липидов и др.).Что же касается ферментативной биотрансформации, здесь имеются определенные объективный затруднения. Особенно зто касается ((юрментатишюй бнотрансформацни лнпюцеллюлоши.х н целлюлозных материалов в ниэкомолекулярные продукти, и основном, » Cf»x,iniif-Ti.n» пещества. Несмотря на многочисленные исследования, проведенные в последние два десятилетия, не удалось Наин* приемлемого технологического решения этой проблемы. Анализ данных показывает/по необработанные материалы трудно подвергаются ферментативному гидролизу. Их условно можно разбить на две группы: первая — с высоким содержанием целлюлозы (она представлена своей кристаллической формой), вторая — зто материалы, содержащие мало целлюлозы, по в аморфной форме, хотя п таких материалах много лнгннна. Именно поэтому большие затраты на декристаллизацшо и делнгинфикацию природных материалов, в том числе отходов, по позволили до сих пор получить доступной) технологического решения. Одним из альтернативных решении данной проблемы был бы поиск источника сырья и качестве субстрата для ферментативного гидролиза,отличающегося высоким содержанием целлюлозы, и вместе с тем, представленным в аморфной форме. Логично предположить, что в созревающих хлопковых волокнах целлюлоза вначале формируется в аморфной форме, и только затем превращается в кристаллическую. Поэтому мы решили изучить основные закономерности гидролиза таких волокон ферментами целлюлазнаго комплекса.
Волокна из недозрелых коробочек хлопчатника раннего иозраста осенне-зимнего сбора,имея в своем составе 70 — 85% целлюлозы, в значительных количествах остаются не переработанными, так как они по своим качественным показателям не имеют определенной ценности для текстильной промышленности и других целей в качестве волокна. Также известно, что наиболее активный биосинтез целлюлозы в волокнах хлопчатника отмечен в 25 — 30 дневном возрасте. В этот период у сортов хлопчатника суточный прирост целлюлозы достигает максимального предела.С другой стороны, они в раннем возрасте имеют высокую реакционную способность и аморфную структуру, поэтому без предварительной декрнсталлнзацни могут бьпь подвергнуты ферментативному гидролизу с высокой степенью конверсии. Поэтому изучение стадий н закономерностей ферментативного гидролиза подокон сортоп и гибридов рязлпчіюй скороспелости н зрелости, является актуальным.
Цель и задачи исследований. Основной целью настоящего исследования является изучение закономерностей ферментативного гидролиза созревающих волокон хлопчатника для получения данных для создания технологии ферментативной трансформации целлюлозных волокон в са — харистые вещества (в основном, в глюкозу). Поэтому мы провели сран -нательное изучение кинетики выхода восстанавливающих caxapou (ВС) и глюкозы (с использованием нолиферментных целлюлазных комплексов) из волокон двух видов хлопчатника (G.hirsutum L. и С. barbadeiise L.) в зависимости от скороспелости, местоположения и возраста волокон, а также времени проведення ферментативного гидролиза.
Для достижения цели в работе решались следующие задачи:
проведение сравнительной оценки шдролизуемосги волокон сортов Ташкент —6, 149—Ф (вид G.hirstiltim L.) и сортов Каршинский —2, Ашхабад—25 (вид G.barbaden.so L.), а также их внутривидовых гибридов, взятых из различных симподнальных ветвей;
установление взаимосвязи между характером расщепления разновозрастных волокон с выходами ВС и глюкозы при ферментативном гидролизе, используя методы световой и электронной микроскопии;
определение оптимального возраста волокон и времени проведении ферментативного гидролиза для получения максимального выхода ВС и глюкозы без их предварительной обработки;
достижение высокой степени конверсии ВС и глюкозы из недозрелых коробочек (измельченная смесь волокон,семян и створок), используя полиферментные целлюлазные системы при ферме:гтативном гидролизе.
Научная новизна и практическая ценность работы. Впервые изучены стадии и закономерности ферментативного гидролиза средне— и тонковолокнистых сортов и гибридов двух культивируемых видов хлопчатника в период их развитіія. Изучалась кинегика выхода ВС и глюкозы в зависимости от возраста волокон и времени проведения ферментативного гидролиза. Выявлено, что выход ВС и глюкозы при гидролизе волокон хлопчатника в возрасте 25—35 дней намного выше, чем к ранние периоды роста (15—20 дней) и периода созревания (50—70 дней), причем выход ВС в 3 — 4 раза выше, чем выход глюкозы. Установлено, что выход ВС и глюкозы при ферментативном гидролизе волокон тонковолокнистого хлопчатника, при соответствующем возрасте и времени гидролиза, в 1,4—1,7 раза превышает выход из волокон срелневолокпистого хлопчатника. Показано, что максимальный выход ВС и глюкозы наблюдаєтсп при двухсуточном гидролизе, но характерные сортовые и гибріїдние различия наблюдаются после суточного гидролиза.
Впервые изучен механизм расщеплении волокон хлопчатника в период хх развития при ферментативном гидролизе на надмолекулярном
уропне. Анализ ненрогидролнзопавшихся частиц волокон различной зрелости, а также их гидролнзаты, проводился методами световой и электронной микроскопии. Установлено, что характер расщепления, формы и размеры частиц волокон раннего возраста—до 20 дней (G.hirsxitnm L.) п 25 дней (G. L.) идеіггнчии. Начиняя с 25 дневного возрасти, независимо от вида, сортности и гнбрндности происходит различие в указанных параметрах. По мере роста волокон число и длина отрезков, а также кристаллитов остаются стабильными.
Увеличением содержания субстрата в 2,5 раза в реакционной системе, при постоянной концеїгграции полиферментной композиции, впервые достигнута высокая степень конверсии ВС и глюкозы из целлюлозы недозрелых коробочек (измельченная смесь волокон, семян и створок) без предварительной обработки.
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены па II —Республиканской Научной конференции молодых ученых и студенти» (г.Ташкент, 1996), на 111 —Конференции биохимиков Узбекистана (г.Ташкент, 1996), на Международной конференции в Андижанском Государственном университете {г.Лндижан, 1997), на заседаниях кафедры биотехнологии ТашГУ и\і. М.Улугбека (1995— 1998), на Ученом Совете Института микробиологии АН РУз (1998), на объединенном научном семинаре Лабораторий молекулярной генетики хлопчатника, генной инженерии, биотехнологии растений Института іенетикн и,экспериментальной биологин растений ЛИ РУз (1998) а на совместном заседании лабораторий химии белков и пептидов, химии ферментов и химии целлюлозы Института биоорга — нической химии им. А.С. Садыкова ЛИ РУз (1998).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора ліггератури (I —II главы), материалов и методов исследования (III глава), результатов и их обсуждения (IV глава), заключения, выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на 144 страницах, включая 18 рисунков, 20 таблиц и 2 схемы. Библиография включает ISO работ, опубликованных в республиканских и зарубежных изданиях.