КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ ПЛАЗМОХИМИЯ
537.525.677.051
ФУНГИЦИДНЫИ ЭФФЕКТ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОИ ОБРАБОТКИ
ПРИРОДНЫХ ВОЛОКОН
© 2014 г. Ю. В. Титова, Л. А. Кузьмичева, В. Г. Стокозенко, В. А. Титов
ФГБУНИнститут химии растворов им. Г.А. Крестова РАН 153045, Иваново, ул. Академическая, 1 E-mail: jvt@isc-ras.ru Поступила в редакцию 10.06.2013 г.
Значительный интерес к плазмохимическим процессам, инициируемым газовыми разрядами в воде или в растворах электролитов, обусловлен перспективами их использования для очистки воды от органических загрязнений [1—3], уничтожения болезнетворных микроорганизмов [4—6], модифицирования поверхности синтетических и природных полимерных материалов [6—10].
DOI: 10.7868/S0023119714010153
ХИМИЯ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ, 2014, том 48, № 1, с. 84-86
УДК
В частности, показано, что сочетание обработки лубяных волокнистых материалов под действием разряда в воде или в растворе NaOH, с последующей обработкой в щелочном растворе повышает эффективность удаления лигнина из материала, степень расщепления лубяных пучков на элементарные волокна и сопровождается структурно-химическим модифицированием целлюлозы [9, 10]. При этом удается существенно сократить длительность традиционной химической обработки и концентрацию реагентов. Льняные волокна после плазмохимической и последующей щелочной обработки приобретают частичную фунгицидную активность по отношению к грибам Candida albicans [11].
Придание фунгицидной активности природным волокнам является важной задачей, поскольку присутствие плесневых грибов и дрожжей на поверхности лубяных материалов, а также в воздухе цехов по их переработке вызывает острые и хронические заболевания работников. Содержание спор микроорганизмов в цехах переработки льна составляет 5600—10500 ед./м3 в зависимости от характера сырья и технологических операций [12].
Цель данного исследования — оценка вклада плазмохимической обработки в придание фунги-цидных свойств льняным и конопляным волокнам.
В экспериментах использовали образцы суровых (не прошедших предварительной химической обработки) волокон льна (ГОСТ 9394—76) и конопли (ГОСТ 9993—74). Схема экспериментальной установки и ее подробное описание приведены в [9, 10]. Разряд переменного тока с частотой 50 Гц возбуждали в водопроводной воде или в растворе NaOH с концентрацией 0.01 моль/л. В раствор погружали образцы волокон массой 3 г,
объем раствора составлял 800 мл. Для возбуждения разряда в колбу с раствором вертикально помещали графитовые электроды диаметром 6 мм, заключенные в стеклянные трубки внутренним диаметром 8 мм. Расстояние от торцов электродов до срезов трубок было 2 мм. Время обработки составляло 10 и 15 мин при токе разряда 200 и 400 мА, температура раствора — 100°С. Раствор перемешивали при помощи магнитной мешалки.
После плазмохимической обработки (ПХО) образцы волокон высушивали и хранили на воздухе в течение 5 и 10 суток. Затем проводили микробиологические исследования в соответствии с методикой [12, 13]. Смывы с волокон помещали на питательную среду (мясопептонный агар) и термостатировали в течение 48 ч при 37°C. Характер микроорганизмов изучали по морфологическим и культуральным признакам. В качестве образцов сравнения использовали необработанные льняные и конопляные волокна, а также волокна после кипячения в 0.01 М растворе NaOH в течение 15 мин без предварительной плазмохимиче-ской обработки.
На рисунке приведены фотографии, иллюстрирующие рост микрофлоры на мясопептонном агаре, на который были нанесены смывы с образцов волокон льна после кипячения в растворе NaOH, а также после плазмохимической обработки. Результаты микробиологических тестов представлены в таблице.
Полученные данные показали, что основной вклад в придание волокнистым материалам фун-гицидных свойств дает плазмохимическая обработка. Рост плесневых грибов и дрожжей на волокнах льна и конопли практически полностью подавляется уже после 10-минутного воздействия плазмы с использованием в качестве среды как
ФУНГИЦИДНЫЙ ЭФФЕКТ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
85
Рост микроорганизмов на твердой питательной среде в смывах с образцов льняного волокна после кипячения в 0.01 М растворе NaOH (а) и плазмохимической обработки в 0.01 М растворе NaOH (б) при токе разряда 200 мА и длительности обработки 15 мин.
раствора щелочи, так и воды. Аналогичные результаты получены на образцах, прошедших плазмохи-мическую обработку с последующим кипячением в щелочном растворе. В то же время кипячение материалов в растворе щелочи без воздействия плазмы не подавляет рост микроорганизмов.
Фунгицидный эффект сохраняется длительное время. Так, степень разрастания тест-культуры Candida albicans на поверхности волокон, прошедших плазмохимическую обработку и хранившихся затем 30 дней в нестерильных условиях, составила около 50%. Поверхность исходных во-
Результаты микробиологических испытаний лубяных волокон
Режим обработки Наблюдавшийся эффект
Льняное волокно
Без обработки Сплошной рост микрофлоры (плесневые грибы, дрожжи, кокки)
Кипячение в 0.01 М №ОЫ, 15 мин Зарастание отдельных участков образца (~30%) колониями микроорганизмов (плесневые грибы, дрожжи, кокки)
ПХО, 15 мин, 0.01 М №ОЫ, 0.2 А Полное отсутствие колоний микроорганизмов
ПХО, 15 мин, вода, 0.2 А Одна колония кистевидной плесени
ПХО, 15 мин, 0.01 М №ОЫ, 0.4 А Полное отсутствие колоний микроорганизмов
ПХО, 10 мин, 0.01 М №ОЫ, 0.2 А Отсутствие плесневых грибов и дрожжей, присутствие единичных колоний микроорганизмов кокковидной формы
ПХО, 15 мин, 0.01 М №ОЫ, хранение на воздухе 10 дней Отсутствие плесневых грибов и дрожжей, присутствие единичных колоний микроорганизмов кокковидной формы
Конопляное волокно
Без обработки Сплошной рост микрофлоры (плесневые грибы, дрожжи, кокки)
Кипячение, 15 мин, 0.01 М №ОЫ Зарастание отдельных участков образца (~30%) колониями микроорганизмов (плесневые грибы, дрожжи, кокки)
ПХО, 10 мин, 0.01 М №ОЫ, 0.2 А Отсутствие плесневых грибов и дрожжей, присутствие единичных колоний микроорганизмов кокковидной формы
ПХО, 15 мин, 0.01 М №ОЫ, 0.2 А Полное отсутствие колоний микроорганизмов
ПХО, 15 мин, 0.01 М №ОЫ, 0.2 А, хранение на воздухе 10 дней Отсутствие плесневых грибов и дрожжей, присутствие единичных колоний микроорганизмов кокковидной формы
ХИМИЯ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ том 48 № 1 2014
86
ТИТОВА и др.
локон, как и волокон после традиционной щелочной обработки, зарастала грибом на 100% [11].
Фунгицидный эффект плазмохимической обработки может быть обусловлен несколькими факторами: 1) непосредственное действие активных агентов плазмы (заряженных частиц, квантов УФ-излучения и радикалов) на микроорганизмы; 2) гибель микрофлоры может быть вызвана реакциями радикалов ОН, HO2 и пероксида водорода, которые образуются в жидкой фазе под действием разряда [1, 5]; 3) нельзя исключить фунгицидное действие соединений фенольного типа, формирующихся на поверхности обрабатываемого материала в результате окислительной деструкции лигнина и молекул целлюлозы [14, 15].
Таким образом, исследования показали, что плазмохимическая обработка не только ведет к структурно-химическим изменениям целлюлозы и повышает эффективность делигнификации льняных и конопляных волокон, но и является эффективным инструментом для придания природным волокнам фунгицидных свойств.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 12-03-31297 мол-а).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. WangX., Zhou M., Jin X. // Electrochimica Acta. 2012.
V 83. P. 501.
2. Tomizawa S., Tezuka M. // Plasma Chem. Plasma Proc.
2006. V. 26. № 1. P. 43.
3. MalikM.A. // Plasma Chem. Plasma Proc. 2010. V 30. № 1. P. 21.
4. Akishev Yu., Grushin M., Karalnik V., Trushkin N., Kholodenko A., Chugunov A., Kobzev E., Zhirkova N., Irkhina I., Kireev G. // Pure Appl. Chem. 2008. V. 80. № 9. P. 1952.
5. Максимов А.И., Наумова И.К., Хлюстова А.В. // Химия высоких энергий. 2012. Т. 46. № 3. C. 259.
6. Oehmigen K., Hähnel M., Brandenburg R., Wilke Ch., Weltman K.D., von Woedke Th. // Plasma Proc. Polym. 2010. V. 7. № 3-4. P. 250.
7. Joshi R., Schulze R., Meyer-Plath A., Friedrich J. // Plasma Proc. Polym. 2008. V. 5. № 7. P. 695.
8. Голубчиков О.А., Агеева Т.А., Титов В.А. // Рос. хим. журн. 2004. № 4. С. 166.
9. Titova Yu.V., Stokozenko V.G., Maximov A.I. // IEEE Trans. Plasma Sci. 2010. V. 38. № 4. P. 933.
10. Титова Ю.В., Стокозенко В.Г., Неманова Ю.В., Максимов А.И. // Химия высоких энергий. 2012. Т. 46. № 5. С. 412.
11. Титова Ю.В., Стокозенко В.Г., Гарасько Е.В., Алек-сахина Е.Л. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2013. Т. 56. № 3. С. 110.
12. Нетрусов А.И. и др. Практикум по микробиологии. М.: Издательский центр "Академия", 2005.
13. Борисов Л.Б. Руководство к лабораторным занятиям по медицинской микробиологии. М.: Медицина, 1984.
14. Демин В.А., Шерешовец В.В., Монаков Ю.Б. // Успехи химии. 1999. Т. 68. № 11. С. 1029.
15. Кисленко В.Н., Берлин А.А. // Успехи химии. 1991. Т. 60. № 5. С. 949.
ХИМИЯ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ том 48 № 1 2014
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.