Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время во многих странах мира, в том числе и в России, вопросы здорового питания населения возведены в ранг государственной политики. В связи с этим ставится задача получения экологически безопасной сельскохозяйственной продукции и создания эффективных технологий ее переработки. В области растениеводства актуально направление по разработке современных технологий возделывания зерновых культур с использованием регуляторов роста нового поколения.
При создании технологий регуляторов роста растений важен поиск рациональных по экономическим показателям сырьевых ресурсов, содержащих комплекс биологически активных веществ.
Молочная сыворотка является побочным продуктом при получении сыра и творога. В ней присутствуют все основные классы органических соединений: жиры, белки, углеводы, витамины, и кроме того, в молочной сыворотке достаточно разнообразен состав макро-и микроэлементов.
Перспективным направлением в области получения регуляторов роста растений из молочной сыворотки является разработка технологии на основе применения современных методов электрохимии, сорбции и ферментативного катализа.
Анализ патентной информации и литературных источников за последние 15 лет указывает на ограниченное число публикаций по применению молочной сыворотки в растениеводстве; отсутствуют данные по ее использованию в качестве сырья для получения регуляторов роста растений.
Таким образом, проведение исследований по разработке технологий регуляторов роста растений на основе молочной сыворотки весьма актуально: возникает необходимость комплекса исследований данных регуляторов в лаборатории, полевых и производственных условиях с оценкой экономической эффективности их применения.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось комплексное решение проблемы по разработке технологии получения из молочной сыворотки регуляторов роста растений с использованием электроактивированной воды, процессов сорбции и ферментации, изучение их биологической активности и проведение исследований по применению регуляторов роста в растениеводстве.
При выполнении работы предстояло решить следующие задачи:
на основании теоретического анализа обосновать применение молочной сыворотки в растениеводстве;
исследовать биологическую активность щелочной фракции ЭХА воды во взаимосвязи с ее физико-химическими свойствами;
изучить влияние значений ОВП и рН щелочной фракции ЭХА воды на изменение абсолютной скорости ростовых процессов в семенах озимой пшеницы;
изучить влияние щелочной фракции ЭХА вод на кинетические параметры ферментативной активности каталазы (максимальная скорость и кажущаяся константа Михаэлиса);
разработать технологию получения регуляторов роста растений на основе щелочной фракции ЭХА воды и молочной сыворотки сорбционно-очищенной хитозаном;
синтезировать композиционные амино- и фенилкремнеземные сорбенты, исследовать их состав, структурные характеристики, провести анализ ИК-спектров, микроструктуры поверхности;
- провести исследования по очистке молочной сыворотки от бел-
ков кремнеземными сорбентами для получения регуляторов роста растений и исследовать их биологическую активность;
разработать технологию получения комплексного регулятора роста растений методом ферментации экстрактов лекарственных растений молочной сывороткой, изучить их состав, провести стандартизацию;
оценить экономическую эффективность, экологическую безопасность разработанных технологий получения регуляторов роста растений и их применения в растениеводстве.
Научная новизна работы. Проведены исследования закономерностей электрохимического активирования воды с установлением зависимости изменения значений рН и окислительно-восстановительного потенциала католита от времени электрохимического активирования, напряжения на электродах и расстояния между ними во взаимосвязи с оценкой биологической активности.
Впервые установлено, что оптимизированные показатели электрохимического активирования воды с получением католита при напряжении 50 В в течение 30 минут и расстоянием между электродами 80 мм обеспечивают при значении ОВП = -540 мВ и рН = 10,2
максимальную величину биологической активности при действии на семена агрокультуры, что в конечном итоге оказывает положительное влияние на энергию прорастания и всхожесть семян озимой пшеницы.
С использованием уравнения Михаэлиса-Ментен определены кинетические параметры ферментативной реакции энзима каталазы при действии католита на проростки семян озимой пшеницы, и установлен механизм бесконкурентной активации реакции расщепления пе-роксида водорода каталазой.
Синтезированы композиционные амино- и фенилкремнеземные сорбенты, исследованы их физико-химические характеристики, определена эффективность их применения для технологии получения из молочной сыворотки регуляторов роста растений.
Впервые разработана технология получения регуляторов роста растений методом ферментации экстрактов лекарственных растений энзимами молочной сыворотки с оптимизацией факторов процесса, исследован их состав, биологическая активность и эффективность при возделывании озимой пшеницы.
Практическая значимость. Технология получения композиционных амино- и фенилкремнеземных сорбентов прошла промышленную наработку в ЗАО НПФ «Люминофор», что подтверждено соответствующим актом. Разработанные регуляторы роста растений из молочной сыворотки прошли производственные испытания с положительным заключением СХП ст. Новомарьевской Шпаковского района Ставропольского края, стандартизированы и рекомендованы к использованию для предпосевной обработки семян агрокультур. Разработан и утвержден технологический регламент производства из молочной сыворотки регулятора роста растений.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на Всероссийской научно-технической конференции «Современные достижения биотехнологии» (Ставрополь, 2002); Международной научной конференции «Повестка дня на XXI век: Программа действия — экологическая безопасность и устойчивость развития» (Ставрополь, 2002); Всероссийской научной конференции «Биотехнология 2003» (Сочи, 2003); научно-методической конференции «Университетская наука — региону» (Ставрополь, 2004); 68-й научно-практической конференции «Проблемы экологии и защиты растений в сельском хозяйстве» (Ставрополь, 2004); Международной научно-практической конференции «Проблемы экологической без-
опасности и сохранения природно-ресурсного потенциала» (Ставрополь, 2004); IV Международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, 2004); Международной научной конференции «Междисциплинарный уровень интеграции современных научных исследований» (Турция, 2004); Международном конгрессе «Высокие технологии» (Франция, 2004).
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 15-ти работах.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, библиографического списка, приложений. Работа изложена на 150 страницах, содержит 29 рисунков, 32 таблицы. Библиографический список состоит из 150 наименований.
