Название
Физико-химические основы получения ферментных керамических мембран
Руководитель
Назарова Елена Александровна
Организация финансирования федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО", г. Санкт-Петербург
Результаты:
В первый год выполнения проекта были получены кордиеритовые и кремнеземные керамические мембраны с такими физико-химическими характеристиками, которые дают возможность в дальнейшем иммобилизовать в их поверхностном слое молекулы фермента (амилазы, β-галактозидазы). Для этих целей проведена оптимизация состава исходной шихты и режима термической обработки, что позволило улучшить фазовый состав и пористость спеченного материала. Исследован химический и гранулометрический состав исходного сырья, получены образцы керамики кордиеритового состава с заданными параметрами пористости. Температурный режим спекания керамических мембран подобран путем проведения термического анализа. Осуществлен подбор и анализ материалов для золь-гель синтеза, отработаны методики получения золя оксида алюминия. Были изучены структура и физико-химические свойства синтезированных из доступного природного минерального сырья керамических мембран. Структура и морфология полученных образцов изучена методами микроскопии и дифрактометрии.
По полученным экспериментальным результатам подготовлена и опубликована статья в журнал Ceramics International.
Для получения гибридной полимер-керамической структуры на поверхность керамической подложки наносился желатиновый слой. Для установления образования химических связей между глутаровым альдегидом и желатином, используемыми в качестве активирующего и функционализирующего агентов соответственно, была проведена ИК спектроскопия.
В проекте предложен инновационный подход по иммобилизации ферментов в макропористой керамике на основе кордиерита и кремнезема. Сопоставлены два метода закрепления фермента на носителях: физическая адсорбция и образование ковалентной связи между ферментом и носителем; установлена эффективность иммобилизации в зависимости от материала и метода. В результате выполнения проекта были получены керамические мембраны с иммобилизованными молекулами ферментов (амилазы, β-галактозидазы). Были изучены структура и физико-химические свойства синтезированных из природного минерального сырья керамических мембран. Создание гибридной полимер-керамической структуры с иммобилизованными молекулами ферментов позволяет эффективно проводить процессы биокатализа без потери фермента. Установлены оптимальные и рабочие параметры функционирования ферментно-мембранных систем (рН и температурный диапазон). Полученные биокаталитические мембраны могут использоваться многократно без существенной потери активности на протяжении нескольких циклов.
Ожидается, что данные керамические мембраны с иммобилизованными ферментами могут быть использованы на предприятиях пищевой промышленности. Благодаря чему станут возможными переработка вторичных сырьевых ресурсов и одновременное снижение количества используемого в технологических процессах фермента вследствие возможности его многократного применения.