Сорбционные свойства лигнина. Технология получения энтеросорбентов из дрожжевой биомассы
Известны следующие механизмы действия энтеросорбентов и БАВ, обладающих высокой сорбционной способностью:
- связывание и удаление токсичных соединений, поступающих из крови в кишечник или образующихся в кишечнике (бактерии, фенолы, аммиак, индол и др.), с ослаблением нагрузки на печень;
- измельчение липидного и аминокислотного состава кишечника при поглощении энтеросорбентом аминокислот и свободных жирных кислот;
- очистка пищеварительных соков желудочного тракта с устранением возможности попадания токсинов в кровь.
Наиболее известным энтеросорбентом является активированный уголь, действие которого сводится к физической адсорбции на нем различных органических веществ. К энтеросорбентам ионного типа можно отнести пектины и природные алюмосиликаты (в частности, бентонитовые и каолиновые порошки высушенных глин).
Перспективными направлениями получения сорбентов являются:
1) разработка новых энтеросорбентов на основе пектина;
2) разработка технологий энтеросорбентов из отходов, в частности, из продуктов разложения панцирей представителей морской и речной фауны (хитин, хитозан);
3) разработка эффективных энтеросорбентов из природных минеральных соединений (природных алюмосиликатов) - производных кремнезема, бентонитовых и каолиновых глин, цеолитов.
Выбор системы адсорбента
Исходные активированные угли и алюмосиликаты, поступающие в виде порошков в организм человека, в первую очередь, адсорбируют вещества, обладающие выраженными полярными и поверхностно-активными свойствами, - воду, сводные жирные кислоты, фосфолипиды, а затем - более инертные в химическом плане соединения, например, пищевые красители, пигменты и др.
С другой стороны, для выделения малополярных соединений лучше подходят менее полярные энтеросорбенты - например, активированные угли, обладающие гидрофобной поверхностью. Вещества, молекулы которых имеют разветвленную структуру, ненасыщенные связи и обладают зарядом на поверхности, эффективнее выделяются на полярных сорбентах - в частности, природных алюмосиликатах, характеризуемых гидрофильностью (свойством набухать в воде).
Таким образом, при создании энтеросорбентов, в первую очередь, важно знать, в какой среде они будут работать. Если состав среды, оказывающей токсическое воздействие на организм, неизвестен, целесообразно смешение обоих типов энтеросорбентов в массовом соотношении природный алюмосиликат: активированный уголь, равном 1:1 -1:2.Альтернативой природным алюмосиликатным соединениям в качестве энтеросорбента может служить аптечный Полифепан (на основе гидролизного лигнина). Полифепан получил свое название как симбиоз слов «полимер» (естественное происхождение) и «фенилпропан» (главное звено макромолекулы лигнина).
Технология его получения включает жесткий гидролиз древесного сырья в щелочной среде (при повышенной температуре); готовый продукт содержит 8-20% целлюлозы.
Сорбционные свойства гидролизного лигнина в водных растворах не уступают таковым для активированного угля, даже превосходя последний в отношении действия на микроорганизмы и токсины. Преимуществами гидролизного лигнина являются:
- дешевизна источников сырья (древесина);
- более мягкое воздействие на желудочно-кишечный тракт.
Сорбция катионов тяжелых металлов (ТМ) из водной фазы на лигнине, включающем 20% целлюлозы, составляет, г-ион/г сорбента
Таблица 4.1
Сорбция БАВ гидролизным лигнином
| Компо нент | Молекулярная масса | Концентрация сорбата (БАВ), моль/л | Количество сорбированного вещества | |||
| исходная С0 | после сорбции Ск | количество удаленного вещества | мг/г сорб | % | ||
| Холестерин | 386 | 8,9 | 5,5 | 3,4 | 41,00 | 38 |
| Мочевина | 60 | 9,4 | 5,9 | 3,5 | 6,00 | 47 |
| Креатинин | 113 | 0,15 | 0,12 | 0,03 | 0,12 | 22 |
| Липиды | - | 6,2 | 4,6 | 1,6 | 20,80 | 9 |
| Белки | - | 81,8 | 76,0 | 5,8 | 186,00 | 7 |
| Углеводы (глюкоза) | 180 | 8,5 | 7,7 | 0,8 | 4,6 | 9,4 |
Cu+2 - 0,010;
Cd+2 - 0,025;
Pb+2 - 0,040.
В отношении других биологически активных веществ лигнин, полученный гидролизом, проявляет активность, представленную данными табл.
4.1.Как видно из табл. 4.1, лигнин, получаемый по гидролизной технологии древесного сырья, наряду с тяжелыми металлами, хорошо сорбирует из растворов мочевину, креатинин, холестерин, тогда как липиды, белки (аминокислоты) и углеводы он выделяет хуже. Альтернативой гидролизному лигнину являются хитин и хитозан - природные отходы, получаемые из панцирей морских и речных обитателей, и выращенная биомасса (клетки микроорганизмов, дрожжи), обладающая в отдельных случаях более высокой сорбционной способностью к широкому спектру различных органических соединений, либо, как уже отмечалось выше, природные алюмосиликаты.
Типовые технологические схемы получения энтеросорбентов из дрожжевой биомассы представлены на рис. 4.1.
Рис. 4.1. Схемы получения энтеросорбентов из дрожжевой биомассы
Из неводных сред (например, растительных масел), содержащих примесные воски, последние хорошо выделяются на минеральных соединениях - цеолитах, бентонитах, каолинитах. Типовая схема образования комплекса из молекул энтеросорбентов и слабозаряженных восковых молекул представлена схемой на рис. 4.2.
Образование связей происходит следующим образом: атаке подвергается атом кислорода карбонильной группы молекулы воска, образующий с положительно заряженным концевым атомом ОН-группы силикатного материала (бренстедовский центр) Н-связь. Расчетная энергия связи составляет -19,2 кДж/моль (-4,6 ккал/моль), что близко к значению теоретической водородной связи (20,9 кДж/моль, т.е. 5 ккал/моль). Для углеводородных радикалов умеренного размера (