Ферментацията е процес на биохимично, много често безкислородно разграждане на органични съединения, протичащ с участието на ензими. Крайните продукти на този процес са по-прости органични и неорганични съединения, както и енергия. Ферментацията е процес, подобен на дишането; Например, метаболизмът на бактериите се основава на него, той е основното средство за получаване на енергията, необходима за живота на бактериите и различни гъби, адаптирани да живеят в липса на кислород. Ферментацията е вид ферментация, при която ензимите се произвеждат изключително от микроорганизми.
Видове ферментация.
Микроорганизмите могат да ферментират много различни съединения, включително захари, мастни киселини и аминокиселини, като във всеки случай процесът е малко по-различен. Най-често се случва ферментация на захари. В резултат на ферментацията те се образуват различни продукти- например алкохоли или млечна киселина - следователно се разграничават по-специално алкохолна, оцетно-кисела, маслено-кисела и млечно-кисела ферментация.
как става това
В резултат на ферментация на захари, прости (глюкоза, фруктоза) или сложни (малтоза, захароза, лактоза) захари се разлагат на етилов алкохол и въглероден окис. Процесът протича с участието на дрожди, по-точно зимаза (група ензими, секретирани от дрождите). В допълнение към алкохолната ферментация, много често се среща и млечнокиселата ферментация, която води до образуването на млечна киселина. По време на оцетнокисела ферментация, от своя страна, алкохолите се окисляват до оцетна киселина, но това не включва дрожди, а специални бактерии (семейство Acetobacter). По време на ферментацията се образуват и други продукти, но във всички случаи се отделя енергия.
Използване на ферментация и ферментация.
Феноменът на ферментацията се използва широко в хранително-вкусовата, винената, пивоварната и алкохолната промишленост. Ферментацията на вино, т.е. ферментацията на захари, открити в гроздето и другите плодове, се използва за производството на вино. Ферментативните свойства на дрождите са намерили приложение в печенето, тъй като въглеродният диоксид (въглероден диоксид), който те произвеждат, кара тестото да "набъбва". При производството на оцет се използва оцетна ферментация. Ферментацията на протеини е широко разпространена в природата, насърчавайки разлагането на органични остатъци; Ферментацията на маслена киселина се използва в промишлеността за получаване на маслена киселина. Млечнокисела ферментация се използва например за производството на млечнокисели продукти и мариноване на зеленчуци. Освен това млечната киселина се използва при дъбене и боядисване.
Знаеш ли това:
- Благодарение на млечнокисела ферментация имаме кефир.
- Биолозите смятат ферментацията за най-древния вид метаболизъм. Вероятно първите организми са получавали енергия именно чрез този процес - все пак по това време в земната атмосфера не е имало кислород.
- Туршиите също са продукт на процесите на ферментация.
- Когато мускулите работят, те също претърпяват процес на ферментация - разграждането на глюкозата с освобождаване на енергия, на междинния етап от който се образува млечна киселина. При недостиг на кислород млечната киселина не се разлага, а се натрупва в мускулите, дразни нервните окончания и причинява умора на човек.
- Феноменът на алкохолната ферментация се използва в хранително-вкусовата промишленост. Вината се правят от ферментирало грозде (или други горски плодове и плодове).
Употреба: микробиологична и хранителна промишленост. Същността на изобретението: Метод за инхибиране на растежа на бактерии в алкохолна ферментационна среда се осъществява чрез добавяне на полиестерен йонофорен антибиотик към ферментационната среда в концентрация 0,3-3,0 части на милион. 2 формуляра за заплати, 2 таблици, 2 илюстрации.
Изобретението се отнася до метод за инхибиране на растежа на бактерии в алкохолна ферментационна среда. Известно е, че инсталациите за алкохолна ферментация не работят при стерилни условия и следователно могат да съдържат бактериални популации, които достигат концентрации от 10 4 до 10 6 микроорганизми/ml, а в екстремни случаи дори повече. Тези микроорганизми може да принадлежат към семейството на млечната киселина, но могат да включват и други видове микроорганизми като стрептококи, бацили, педиококи, клостридии или левконосток (вижте таблица 1). Всички тези бактерии имат способността да образуват органични киселини. Ако концентрацията на бактерии в популацията надвишава 10 6 микроорганизми/ml, образуването на органични киселини може да достигне значително ниво. При концентрации над 1 g/L, такива органични киселини могат да инхибират растежа на дрождите и ферментацията и да доведат до намаляване на продуктивността на растенията с 10-20% или повече. В някои суровини, като вино, сайдер или техните продукти, такива бактерии могат също така да превърнат глицерол в акролеин, което е канцерогенно съединение, открито в крайния алкохолен продукт, предназначен за консумация от човека. По този начин, за да се предотвратят отрицателни ефекти, причинени от прекомерен растеж на бактерии във ферментационната среда, са необходими бактериостатични и/или бактерицидни методи, които не влияят неблагоприятно на процеса на ферментация. Известно е използването на антибиотици за тази цел, като пеницилин, лактоцид, низин, които се въвеждат във ферментационна среда, по-специално от меласа, нишесте и зърно при производството на алкохол (1). Недостатъкът на такива методи е или ниската активност на антибиотика, или фактът, че някои антибиотици (пеницилин) водят до образуването на мутантни щамове, устойчиви на действието на антибиотика. Целта на изобретението е да елиминира тези недостатъци. Този проблем се решава с помощта на предложения метод, според който във ферментационната среда се въвежда полиестерен йонофорен антибиотик от бактериостатично или бактерицидно средство. Методът от настоящото изобретение може да се използва с широка гама от ферментационни среди, включително сок от захарно цвекло, сок от захарна тръстика, разредена меласа от захарно цвекло, разредена меласа от захарна тръстика, житен хидролизат (напр. царевица или пшеница), хидролизат от нишестени грудки (като като картофи или ерусалимски артишок), вино, странични продукти от вино, сайдер и неговите странични продукти. Следователно, всякакви материали, съдържащи нишесте или захар, които могат да бъдат ферментирали от дрожди за получаване на алкохол (етанол), могат да бъдат използвани в съответствие с настоящото изобретение. Полученият контрол на бактериите значително намалява проблемите, причинени от присъствието на бактерии и органичните киселини, които произвеждат. Полиетерните йонофори, които могат да се използват в настоящото изобретение, нямат отрицателен ефект върху дрождите (saccharomices sp.) и процеса на ферментация. Полиестерните йонофорни антибиотици, които могат да бъдат използвани в настоящото изобретение, са всякакви антибиотици, които нямат значителен ефект върху дрождите и които имат бактериостатичен и/или бактерициден ефект върху бактериите, произвеждащи органична киселина във ферментационната среда. Най-полезните в настоящото изобретение са антибиотиците, които са ефективни срещу бактериите, изброени в табл. 1 (виж по-горе). Предпочитани полиестерни йонофорни антибиотици са монензин, лазалозид, салиномицин, наразин, мадурамицин и семдурамицин. Монензин, лазалозид и салиномицин са по-предпочитани, но най-предпочитаният антибиотик е монензин. Ферментационните среди, които могат да бъдат ефективно обработени по метода от настоящото изобретение, включват такива суровини като например сок от захарно цвекло, сок от захарна тръстика, разредена меласа от захарно цвекло, разредена меласа от захарна тръстика, хидролизирани зърнени култури (например царевица или пшеница). ), хидролизирани грудки от нишесте (например картофи или йерусалимски артишок), вино, странични продукти от вино, сайдер и странични продукти от неговото производство. Следователно, всякакви материали, съдържащи нишесте или захар, които могат да бъдат ферментирали от дрожди за получаване на алкохол (етанол), могат да бъдат използвани в съответствие с настоящото изобретение. Полиетерните йонофорни антибиотици са много стабилни съединения. Те не се разграждат лесно с времето или при високи температури. Това е важно за ферментационните инсталации, защото: 1. те остават активни в продължение на много дни при нормални работни условия на ферментационната инсталация; 2. те остават активни при високи температури, които възникват по време на ензимна хидролиза, предшестваща ферментацията на зърнени култури или грудки (например 2 часа при 90 o C или 1,5 часа при 100 o C). Тези съединения се предлагат в търговската мрежа и се доставят от фармацевтични компании. Проведени са експерименти с различни полиетерни йонофорни антибиотици, като монензин, лазалозид и салиномицин, използвайки суровини за ферментация на основата на меласа от захарно цвекло. Експериментите са потвърдили съществуването на бактериостатични или бактерицидни концентрации, които варират от приблизително 0,5 до 1,5 ppm. При бактериостатични условия растежът на бактериалната популация спира и може да се установи, че съдържанието на органична киселина в популацията не се увеличава. При бактерицидни концентрации бактериалната популация намалява и следователно концентрацията на органични киселини не се повишава. Съгласно метода от настоящото изобретение, бактериостатично или бактерицидно ефективно количество от поне един полиетерен йонофорен антибиотик се въвежда във ферментационната среда. За предпочитане, най-малко един полиетерен йонофорен антибиотик се добавя към ферментационната среда в концентрация от около 0.3 до 3 ррт. В най-предпочитаното изпълнение, концентрацията на полиетерен йонофорен антибиотик е от около 0.5 до 1.5 ррт. Полиестерният йонофор от изобретението предотвратява или инхибира бактериалния растеж във ферментационната среда, без да засяга дрождите при концентрации до 100 ррт. Бактериалната флора може да се поддържа при концентрация от 10 4 микроорганизми/ml и по-ниска, което води до почти пълно спиране на образуването на органични киселини. Следователно бактериите не могат да намалят значително алкохолната ферментация. При тези условия бактериите обикновено не допринасят за образуването на акролеин. При концентрации от около 0,5 ppm антибиотикът има бактерициден ефект и следователно позволява постигането на намален брой бактерии. На фиг. Фигура 1 показва намаляване на бактериалната популация в разредена меласа след добавянето на монензин; на фиг. 2 - ефектът на монензин върху бактериалната популация в непрекъснат процес на ферментация в промишлено предприятие. Пример 1. Ефект на монензин върху концентрацията на Lachobacillus buchneri. Монензин се добавя към разредена меласа от захарно цвекло в различни концентрации и се измерват киселинността и концентрацията на микроорганизми. Получените резултати са представени в табл. 2. Пример 2. Стабилност и бактерициден ефект на монензин в сок от меласа. Монензин се добавя към разреден сок от меласа, съдържащ 106 микроорганизми/ml в концентрация 1 част на милион. Фигура 1 показва намаляване на бактериалната популация след 20 дни при температура 33 o C. Не се наблюдава възобновяване на бактериалния растеж. Тези данни показват, че монензинът остава активен в продължение на 20 дни при 33°C при нормални работни условия на ферментационна инсталация. Пример 3: Промишлена употреба на монензин. Друг пример на настоящото изобретение е показан на ФИГ. Отнася се за инсталация за алкохолна ферментация, която работи непрекъснато. Ферментационната среда е меласа, съдържаща 14% захар (около 300 g/l). Дебитът е 40-50 m 3 /h, температурата е 33 o C. На 7-ия ден замърсяването с микроорганизми надвишава 10 6 микроорганизми/ml. На 8-ия ден лечението започва с въвеждане на активно количество монензин (разтворен в етанол) в апарата за ферментация. Тази концентрация на монензин се поддържа в продължение на 24 часа чрез въвеждане на материал за обогатяване, съдържащ монензин в същата концентрация. На 9-ия ден добавянето на монензин към суровината се спира. Веднага след началото на лечението бактериалната популация започва бързо да намалява. Това намаление продължава до 10-ия ден, т.е. в рамките на 24 часа след края на лечението. На този етап монензинът се измива от ферментационната среда и бактериалният растеж бавно се възобновява. Може да се контролира през следващите 15 дни, но това се дължи на намаленото ниво на замърсяване след третиране.
Иск
1. Метод за инхибиране на растежа на бактерии в алкохолна ферментационна среда чрез добавяне на антибиотик към ферментационната среда, характеризиращ се с това, че като антибиотик се използва полиестерен йонофорен антибиотик. 2. Методът съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че към ферментационната среда се добавя полиестерен йонофорен антибиотик в концентрация от 0,3 до 3,0 ррт. 3. Методът съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че антибиотикът се добавя към ферментационна среда на базата на сок или меласа от захарно цвекло или захарна тръстика, или нишестен хидролизат от зърнени култури или грудки, или среда за производство на вино или сайдер.
Един от етапите на приготвяне на най-често срещаната напитка е ферментацията на чай. Видът на получения чай, неговият вкус и характеристики зависят от степента на ферментация. полезни свойства. Това е доста сложен химичен процес, който осигурява по-голямата част от трансформациите, които се случват с чаените листа след бране.
Какво е ферментация
Ферментацията е третият етап от обработката на чаените листа след изсушаване и овалване. В резултат на навиването клетките на листата се разрушават и започват да се отделят специфични чаени ензими и полифеноли. По време на тяхното окисляване се образуват теафлавини и теарубигини, които осигуряват познатия червеникаво-кафяв оттенък на чаената запарка.
По опростен начин този процес може да се обясни по следния начин: в резултат на унищожаването на листните клетки се отделя техният сок. Когато се осигурят подходящи температурни условия, той започва да ферментира, а чаените листа ферментират в собствен сок.
Променяйки продължителността на процеса на ферментация на чая и степента на изпичане на листата, можете да получите различни разновидности на тази напитка. Те условно се разделят на няколко групи:
- неферментирал чай;
- лесно ферментира;
- средно ферментирал чай;
- напълно ферментирал чай.
Процес на ферментация
Подготвените листа се поставят в тъмни помещения със стабилна температура на въздуха от 15 до 29 градуса и висока влажност (около 90%). Такива условия се считат за идеални за започване на ферментация, въпреки че е много трудно да се постигнат в районите за отглеждане на чай.
За да започне ферментацията, чаените листа се подреждат върху специално обработени дървени или алуминиеви повърхности, които няма да реагират с чаените феноли, на слой не по-дебел от 10 см.
Продължителността на процеса се определя от желания резултат и някои допълнителни показатели:
- Температура на листата след къдрене.
- Съдържание на влага в листата след изсъхване.
- Нивото на влажност на въздуха в помещението, където се извършва ферментацията.
- Качеството на неговата вентилация.
Обикновено този процес може да продължи от 45 минути до 5 часа, през които листата ще потъмнеят и ще променят аромата си. Спрете ферментацията веднага след като листата придобият характерна миризма на чай, варираща от флорална или плодова до орехова и пикантна.
При индустриалната ферментация чаените листа се разстилат върху конвейер, който се движи бавно към сушилнята, влизайки в нея в определено време. При ръчния метод е необходим отделен специалист, който ще наблюдава процеса, проверявайки степента на „готовност“ на чая, за да го спре навреме.
Как да спрете процеса на ферментация
Единственият начин да спрете ферментацията на листата е да ги изсушите при високи температури. Ако ферментацията не бъде спряна навреме, процесът на ферментация ще продължи, докато листата изгният и мухлясат.
Сушенето също изисква специални грижи, тъй като неизсушеният чай след опаковане може бързо да се влоши. Ако пресушите чая, той ще се овъгли и ще стане неприятен. изгорял вкус. Идеално изсушеният чай съдържа само 2-5% влага.
Първоначално листата се сушат на големи тави или тигани на открит огън, което означава, че ферментиралият чай се препича. При такива условия беше доста трудно да се постигне правилната степен на сушене.
От края на 19 век за тези цели се използват фурни, които позволяват високи температури на сушене - до 120-150 градуса по Целзий, като по този начин времето му се намалява до 15-20 минути. Фурните са оборудвани и с обдухване, което също подобрява качеството на процеса.
По време на процеса на сушене листата са изложени на потока горещ въздух, сока, който отделят и етерични масласякаш се „изпича“ на повърхността на всяко чаено листо, придобивайки способността да запази полезните си свойства за доста дълъг период от време. Разбира се, при правилно съхранение. Извличането на тези полезни свойства е съвсем просто - просто сварете листата топла вода.
важно! Едно от основните условия правилно изсушаванее бързото охлаждане на готовата суровина. Ако това не бъде направено, листата може да се „препечат“ върху тавата за печене дори след като бъдат извадени от фурната или да започнат да тлеят.
Характеристики на ферментацията на различни видове чай
Повечето познати индийски или китайски чайове се правят от листата на едно и също растение Camellia Sinensis. Различни цветовеи вкусът идва от степента на ферментация и печене. Всеки вид чай има определени препоръки за варене (по-специално температура на водата):
Спазването на тези изисквания позволява вкусовите и ароматни качества на всеки вид чай да се разкрият възможно най-пълно.
Неферментирал или леко ферментирал чай
Чайовете от тази група пропускат етапа на ферментация при производството си, което им позволява да запазят оригиналния си билков аромат и вкус на пресни билки.
Тази категория включва бели чайове, които се сушат веднага след изсъхване, и зелени чайове, които след изсъхване се изсушават частично, след което листата се навиват на руло и се изсушават напълно.
Повечето от тези чайове се сушат чрез изпичане на листата, въпреки че някои сортове се обработват с гореща пара.
Сортове чай, принадлежащи към тази категория:
- Сенча;
- Пи Ло Чу;
- Драконова стена;
- Жасмин зелено.
По правило тези сортове чай, които са претърпели най-слаба ферментация, се ароматизират с жасмин.
Средно ферментирал чай
Листата на тези сортове са частично ферментирали - от 10 до 80%. Тъй като това разпространение е доста голямо, в тази категория има допълнителна класификация, която обединява сортовете чай според степента на окисление от 10% до 20%, от 20% до 50% и от 50% до 80%.
Във всеки случай, всички разновидности на този вид чай при варене дават плътен жълт или кафяв цвяти имат богат, но фин аромат. Това включва някои сортове зелен чай и повечето оолонг чайове.
Чай с пълна ферментация
Тази категория включва сортове черен и червен китайски чай, които са преминали през пълен процес на ферментация. Когато се варят, листата им образуват инфузия с наситен рубинен, червен или тъмнокафяв цвят с богат, плътен аромат.
Постферментирал чай
Някои чайове се подлагат на така наречената двойна ферментация: в определен момент този процес се прекъсва и след това се възобновява. Пуер се счита за класически пример за такава обработка.
Ферментация у дома
Въпреки факта, че ферментацията на чай е сложен химичен процес, той може да се извърши у дома, като си приготвите собствен чай, например от огнище или листа от касис.
Процесът на домашна ферментация не се различава много от промишлената ферментация, освен в обема на суровините. Основните етапи на създаване на собствен чай:
- Събиране на суровини (листа и цветя от огнище, касис, малини);
- Неговото приготвяне (суровините могат да се режат, усукват, месят на ръка, минават през месомелачка, навиват се с дървена точилка. Основната цел е да се разруши структурата, за да пусне сок).
- Ферментация.
- Сушене.
- Пакет.
За да се предотврати ферментацията на суровината, тя периодично се разбърква и тъканта се навлажнява. След приключване на ферментацията зеленият чай се изсушава на тъмно място. естествено. Черното ще изисква активно сушене във фурната при постоянно разбъркване.
Ферментацията е основният етап от приготвянето на чая, който определя бъдещето му вкусови качестваи аромат. Касова бележка желан резултатизисква много внимание и внимателно спазване на процедурата, но ферментацията на листа за чай може да се направи дори у дома.
Ферментация на чай с помощта на улонг като пример:
Всички материали на уебсайта са представени само за информационни цели. Преди употреба на който и да е продукт консултацията с лекар е ЗАДЪЛЖИТЕЛНА!
Биополимери
Главна информация
Има два основни вида биополимери: полимери, които идват от живи организми, и полимери, които идват от възобновяеми ресурси, но изискват полимеризация. И двата вида се използват за производство на биопластмаси. Биополимерите, присъстващи в или създадени от живи организми, съдържат въглеводороди и протеини (протеини). Те могат да се използват в производството на пластмаси за търговски цели. Примерите включват:
Биополимери, съществуващи/създадени в живи организми
Биополимер | Естествен източник | Характеристика |
| Полиестери | Бактерии | Тези полиестери се произвеждат чрез естествени химични реакции, произведени от определени видове бактерии. |
| нишесте | Зърно, картофи, пшеница и др. | Този полимер е един от начините за съхранение на въглеводороди в растителните тъкани. Състои се от глюкоза. Липсва в животинските тъкани. |
| Целулоза | Дърво, памук, зърно, пшеница и др. | Този полимер се състои от глюкоза. Той е основният компонент на клетъчната мембрана. |
| Соев протеин | Соеви зърна | Протеин, открит в соевите растения. |
Молекули от възобновяеми природни ресурси могат да бъдат полимеризирани за използване в производството на биоразградими пластмаси.
храня се естествени източници, полимеризиращи се в пластмаси
Биополимер | Естествен източник | Характеристика |
| Млечна киселина | Цвекло, зърнени храни, картофи и др. | Произвежда се чрез ферментация на съдържащи захар суровини като цвекло и обработка на нишесте от зърнени култури, картофи или други източници на нишесте. Полимеризира, за да произведе полимлечна киселина, полимер, използван в производството на пластмаси. |
| Триглицериди | Растителни масла | Те образуват по-голямата част от липидите, които изграждат всички растителни и животински клетки. Растителните масла са един възможен източник на триглицериди, които могат да бъдат полимеризирани в пластмаси. |
Използват се два метода за производство на пластмасови материали от растения. Първият метод се основава на ферментация, а вторият използва самото растение за производство на пластмаса.
Ферментация
Процесът на ферментация използва микроорганизми за разграждане на органичната материя при липса на кислород. Днешните конвенционални процеси използват генетично модифицирани микроорганизми, специално проектирани за условията, при които протича ферментацията и вещество, разградено от микроорганизма. В момента има два подхода за създаване на биополимери и биопластмаси:
- Бактериална полиестерна ферментация: Ферментацията включва бактерията ralstonia eutropha, която използва захарите от събрани растения, като например зърна, за да подхранва собствените си клетъчни процеси. Страничен продукт от такива процеси е полиестерен биополимер, който впоследствие се извлича от бактериални клетки.
- Ферментация на млечна киселина: Млечната киселина се произвежда чрез ферментация от захар, подобно на процеса, използван за директно производство на полиестерни полимери с помощта на бактерии. Въпреки това, в този процес на ферментация страничният продукт е млечна киселина, която след това се обработва чрез традиционна полимеризация, за да се получи полимлечна киселина (PLA).
Пластмаси от растения
Растенията имат голям потенциал да се превърнат във фабрики за пластмаса. Този потенциал може да бъде напълно реализиран чрез геномиката. Получените гени могат да бъдат въведени в зърното, като се използват технологии, които позволяват разработването на нови пластмасови материали с уникални свойства. Това генно инженерство даде възможност на учените да създадат растението Arabidopsis thaliana. Съдържа ензими, които бактериите използват за производството на пластмаси. Бактериите създават пластмаса чрез преобразуване слънчева светлинав енергия. Учените прехвърлиха гена, кодиращ този ензим, в растение, позволявайки на клетъчните процеси на растението да произвеждат пластмаса. След прибиране на реколтата пластмасата се освобождава от растението с помощта на разтворител. Получената течност от този процес се дестилира, за да се отдели разтворителят от получената пластмаса.
Пазар на биополимери
Преодоляване на пропастта между синтетичните полимери и биополимерите
Около 99% от всички пластмаси се произвеждат или извличат от основни невъзобновяеми енергийни източници, включително природен газ, нафта, суров петрол и въглища, които се използват в производството на пластмаси както като суровина, така и като източник на енергия. По едно време селскостопанските материали се смятаха за алтернативна суровина за производството на пластмаси, но повече от десетилетие те не отговарят на очакванията на разработчиците. Основната пречка пред използването на пластмаси, произведени от селскостопански суровини, е тяхната цена и ограничена функционалност (чувствителност на нишестените продукти към влага, крехкост на полихидроксибутирата), както и липсата на гъвкавост при производството на специализирани пластмасови материали.
Прогнозирани емисии на CO2
Комбинация от фактори, растящите цени на петрола, повишеният световен интерес към възобновяемите ресурси, нарастващата загриженост относно емисиите на парникови газове и повишеният фокус върху управлението на отпадъците подновиха интереса към биополимерите и ефективните начини за производството им. Новите технологии за отглеждане и преработка на растения намаляват разликата в разходите между биопластмасите и синтетичните пластмаси, както и подобряват свойствата на материалите (например Biomer разработва PHB (полихидроксибутират) класове с повишена якост на стопилка за екструдирани филми). Нарастващите опасения за околната среда и законодателните стимули, особено в Европейския съюз, стимулират интереса към биоразградимите пластмаси. Прилагането на принципите на Протокола от Киото също ни принуждава да обърнем специално внимание на сравнителната ефективност на биополимерите и синтетичните материали по отношение на потреблението на енергия и емисиите на CO2. (В съответствие с Протокола от Киото Европейската общност се задължава да намали емисиите на парникови газове в атмосферата с 8% за периода 2008-2012 г. в сравнение с нивата от 1990 г., а Япония се задължава да намали тези емисии с 6%).
Изчислено е, че пластмасите на основата на нишесте могат да спестят между 0,8 и 3,2 тона CO2 на тон в сравнение с тон пластмаса, получена от изкопаеми горива, като този диапазон отразява дела на съполимерите на петролна основа, използвани в пластмасите. За алтернативни пластмаси на основата на маслени зърна, еквивалентните на CO2 спестявания на парникови газове се оценяват на 1,5 тона на тон полиол, произведен от рапично масло.
Световен пазар на биополимери
През следващите десет години се очаква да продължи бързият растеж на световния пазар на пластмаси през последните петдесет години. Според прогнозите днешното потребление на пластмаса на глава от населението в света ще се увеличи от 24,5 кг на 37 кг през 2010 г. Този ръст се дължи основно на Съединените щати, западноевропейските страни и Япония, но активно участие се очаква от страните от Югоизточната и Източна Европа, Азия и Индия, които трябва да представляват около 40% от световния пазар на потребление на пластмаса през този период. Световното потребление на пластмаса също се очаква да нарасне от 180 милиона тона днес до 258 милиона тона през 2010 г., със значителен ръст във всички категории полимери, тъй като пластмасите продължават да изместват традиционните материали, включително стомана, дърво и стъкло. Според някои експертни оценки през този период биопластмасата ще може да заеме твърдо от 1,5% до 4,8% от общия пазар на пластмаси, който в количествено изражение ще варира от 4 до 12,5 милиона тона, в зависимост от технологичното ниво на развитие и изследвания в областта на новите биопластични полимери. Според ръководството на Toyota до 2020 г. една пета от световния пазар на пластмаса ще бъде заета от биопластмаси, което се равнява на 30 милиона тона.
Маркетингови стратегии за биополимери
Разработването, усъвършенстването и изпълнението на ефективна маркетингова стратегия е най-критичната стъпка за всяка компания, която планира да инвестира сериозно в биополимери. Въпреки гарантираното развитие и растеж на биополимерната индустрия, има определени фактори, които не могат да бъдат пренебрегнати. Следните въпроси определят маркетинговите стратегии за биополимери, тяхното производство и изследователска дейност в тази област:
- Избор на пазарен сегмент (опаковки, селско стопанство, автомобилостроене, строителство, целеви пазари). Подобрените технологии за обработка на биополимери осигуряват по-ефективен контрол на макромолекулните структури, позволявайки на новите поколения "потребителски" полимери да се конкурират с по-скъпите "специални" полимери. В допълнение, с наличието на нови катализатори и подобрен контрол на полимеризацията, се появява ново поколение специализирани полимери, създадени за функционални и структурни цели и генериращи нови пазари. Примерите включват биомедицински приложения на имплантите в стоматологията и хирургията, които бързо се развиват.
- Основни технологии: ферментационни технологии, растениевъдство, молекулярна наука, производство на суровини, енергийни източници или и двете, използване на генетично модифицирани или немодифицирани организми в процеса на ферментация и производство на биомаса.
- Ниво на подкрепа от правителствената политика и законодателната среда като цяло: рециклираните пластмаси се конкурират до известна степен с биоразградимите полимери. Правителствените разпоредби и законодателството, свързани с околната среда и рециклирането, могат да имат положително въздействие върху увеличаването на продажбите на пластмаси за различни полимери. Изпълнението на ангажиментите по Протокола от Киото вероятно ще увеличи търсенето на определени материали на биологична основа.
- Развитието на веригата за доставки във фрагментираната индустрия за биополимери и търговското въздействие на икономиите от мащаба спрямо подобренията на продуктите, които могат да се продават на по-високи цени.
Биоразградими и несъдържащи петрол полимери
Пластмаси с ниско въздействие върху околната среда
На пазара има три групи биоразградими полимери. Това са PHA (фитохемаглутинин) или PHB, полилактиди (PLA) и полимери на основата на нишесте. Други материали, които имат търговски приложения в областта на биоразградимите пластмаси, са лигнин, целулоза, поливинил алкохол, поли-е-капролактон. Има много производители, които произвеждат смеси от биоразградими материали или за подобряване на свойствата на тези материали, или за намаляване на производствените разходи.
За подобряване на параметрите на процеса и увеличаване на якостта, PHB и неговите съполимери се смесват с набор от полимери с различни характеристики: биоразградими или неразградими, аморфни или кристални с различни температури на стопяване и встъкляване. Смесите се използват и за подобряване на свойствата на PLA. Конвенционалният PLA се държи много като полистирол, като показва крехкост и ниско удължение при скъсване. Но, например, добавянето на 10-15% Eastar Bio, биоразградим петролен продукт на полиестерна основа, произведен от Novamont (преди Eastman Chemical), значително повишава вискозитета и съответно модула на огъване, както и якостта на удар. За да се подобри биоразградимостта, като същевременно се намалят разходите и се спестят ресурси, е възможно да се смесват полимерни материали с естествени продукти, като нишестета. Нишестето е полукристален полимер, състоящ се от амилаза и амилопектин с различни съотношения в зависимост от растителния материал. Нишестето е водоразтворимо и използването на средства за съвместимост може да бъде от решаващо значение за успешното смесване на този материал с иначе несъвместими хидрофобни полимери.
Сравнение на свойствата на биопластмасите с традиционните пластмаси
Сравнение на PLA и пластмаси на основата на нишесте с традиционни пластмаси на основата на петрол |
||||||
| Свойства (единици) | LDPE | ПП | PLA | PLA | Нишестена основа | Нишестена основа |
| Специфично тегло (g/cm2) | <0.920 | 0.910 | 1.25 | 1.21 | 1.33 | 1.12 |
| Якост на опън (MPa) | 10 | 30 | 53 | 48 | 26 | 30 |
| Якост на провлачване на опън (MPa) | - | 30 | 60 | - | 12 | |
| Модул на опън (GPa) | 0.32 | 1.51 | 3.5 | - | 2.1-2.5 | 0.371 |
| Удължение при опън (%) | 400 | 150 | 6.0 | 2.5 | 27 | 886 |
| Сила по Изод с назъбена повърхност (J/m) | Няма почивка | 4 | 0.33 | 0.16 | - | - |
| Модул на огъване (GPa) | 0.2 | 1.5 | 3.8 | 1.7 | 0.18 | |
Свойства на PHB в сравнение с традиционните пластмаси
Свойства на Biomer PHB в сравнение с PP, PS и PE |
|||
| Издръжливост на опън | Удължение при скъсване Shore A | Модул | |
| Биомер Р226 | 18 | - | 730 |
| 15-20 | 600 | 150-450 | |
| Биомер L9000 | 70 | 2.5 | 3600 |
| PS | 30-50 | 2-4 | 3100-3500 |
По отношение на сравнителната цена съществуващите пластмаси на петролна основа са по-евтини от биопластмасите. Например промишлените и медицинските видове полиетилен с висока плътност (HDPE), използвани също в опаковки и потребителски продукти, варират от $0,65 до $0,75 за фунт. Цената на полиетилена с ниска плътност (LDPE) е $0,75-$0,85 за паунд. Полистиролите (PS) са средно $0,65 до $0,85 за фунт, полипропилените (PP) средно $0,75 до $0,95 за фунт, а полиетилен терефталатите (PET) средно $0,90 до $1 за фунт. За сравнение, полилактидните пластмаси (PLA) струват между $1,75 и $3,75 на паунд, поликапролактоните, получени от нишесте (PCL) струват $2,75 до $3,50 на паунд, а полихидроксибутиратите (PHB) $4,75 - $7,50 на паунд. В момента, като се вземат предвид сравнителните общи цени, биопластмасите са 2,5 до 7,5 пъти по-скъпи от традиционните обикновени пластмаси на петролна основа. Само преди пет години обаче цената им беше 35 до 100 пъти по-висока от съществуващите еквиваленти на невъзобновяеми изкопаеми горива.
Полилактиди (PLA)
PLA е биоразградима термопластмаса, произведена от млечна киселина. Той е водоустойчив, но не издържа на високи температури (>55°C). Тъй като е неразтворим във вода, микробите в морската среда също могат да го разградят на CO2 и вода. Пластмасата е подобна на чистия полистирен, има добри естетически качества (гланц и прозрачност), но е твърде твърда и крехка и трябва да бъде модифицирана за повечето практически приложения (т.е. нейната еластичност се увеличава с пластификатори). Подобно на повечето термопласти, той може да бъде преработен във влакна, филми, термоформован или инжекционно формован.
Структура на полилактид
По време на производствения процес зърната обикновено първо се смилат, за да се получи нишесте. След това нишестето се обработва, за да се получи сурова декстроза, която се превръща в млечна киселина чрез ферментация. Млечната киселина се кондензира, за да се получи лактид, цикличен междинен димер, който се използва като мономер за биополимери. Лактидът се пречиства чрез вакуумна дестилация. След това процес на топене без разтворител отваря пръстенната структура за полимеризация, като по този начин се получава полимер на полимлечна киселина.
Модул на опън
Назъбена сила на Изод
Модул на огъване
Удължение при опън
NatureWorks, дъщерно дружество на Cargill, най-голямата частна компания в Съединените щати, произвежда полилактиден полимер (PLA) от възобновяеми ресурси, използвайки патентована технология. В резултат на 10 години изследвания и разработки в NatureWorks и инвестиция от 750 милиона долара, съвместното предприятие Cargill Dow (сега изцяло притежавано дъщерно дружество на NatureWorks LLC) беше създадено през 2002 г. с годишен производствен капацитет от 140 000 тона. Полилактидите, получени от зърно, предлагани на пазара под марките NatureWorks PLA и Ingeo, намират основно приложение в термоопаковки, екструдирани филми и влакна. Компанията развива и технически възможности за производство на шприцвани продукти.
PLA контейнер за компост
PLA, подобно на PET, изисква сушене. Технологията на обработка е подобна на LDPE. Рециклираните материали могат да бъдат повторно полимеризирани или смлени и използвани повторно. Материалът е напълно биохимично разградим. Първоначално използван при формоване на термопластични листове, производство на филми и влакна, днес този материал се използва и за формоване чрез раздуване. Подобно на PET, пластмасите на зърнена основа произвеждат набор от разнообразни и сложни форми на бутилки във всички размери и се използват от Biota за разтягане на бутилки с издухване за първокласно бутилиране на изворна вода. Еднослойните бутилки NatureWorks PLA се формоват на същото оборудване за формоване чрез издухване чрез инжектиране/ориентиране, използвано за PET, без да се жертва производителността. Въпреки че бариерната ефективност на NatureWorks PLA е по-ниска от PET, тя може да се конкурира с полипропилена. Освен това SIG Corpoplast в момента разработва използването на своята технология за покритие "Plasmax" за такива алтернативни материали, за да подобри ефективността на бариерата и следователно да разшири обхвата си на приложения. Материалите на NatureWorks нямат топлоустойчивостта на стандартните пластмаси. Те започват да губят формата си при температури около 40°C, но доставчикът постига значителен напредък в създаването на нови класове, които имат топлоустойчивостта на пластмасите на петролна основа, като по този начин откриват нови приложения в опаковките за гореща храна и напитките, продавани на разположение. навън или храни за микровълнова фурна.
Пластмаси, които намаляват зависимостта от масло
Повишеният интерес към намаляване на зависимостта на производството на полимери от петролните ресурси също стимулира разработването на нови полимери или формулировки. Като се има предвид нарастващата необходимост от намаляване на зависимостта от петролни продукти, специално внимание се обръща на значението на максималното използване на възобновяеми ресурси като източник на суровини. Пример за това е използването на соеви зърна за производство на био базиран полиол Soyol като основна суровина за полиуретан.
Пластмасовата индустрия използва няколко милиарда паунда пълнители и подобрители всяка година. Подобрената технология за формулиране и новите свързващи агенти, които позволяват по-високи нива на натоварване на влакна и пълнители, помагат за разширяване на употребата на такива добавки. Нивата на натоварване на влакната от 75 ppm може да станат обичайна практика в близко бъдеще. Това ще има огромно въздействие върху намаляването на употребата на пластмаси на петролна основа. Новата технология на силно запълнените композити демонстрира някои много интересни свойства. Проучванията на 85% кенаф-термопластичен композит показват, че неговите свойства, като модул на огъване и якост, превъзхождат повечето видове дървесни частици, ПДЧ с ниска и средна плътност и дори могат да се конкурират с ориентирани плоскости от нишки в някои приложения .
Когато отидете в магазин или посетите няколко тематични уебсайта, вероятно сте се сблъскали с понятията силно ферментирал, полуферментирал и други производни на думата „ферментирал“. Условното разделение на всички чайове според „степента на ферментация” е признато и сякаш не се обсъжда. Какво неясно има тук? Зелен - неферментирал, червен силно, пуер постферментирал. Но искате да копаете по-дълбоко?Следващият път попитайте вашия консултант как разбира „постферментирал“ чай. И гледайте.
Вече разбирате уловката. Тази дума не може да се обясни. Постферментирал е изкуствена дума, чиято единствена цел е да маневрира и да постави пуер в конвенционалната система за разделяне на чайовете „според степента на ферментация“.
Ензимно окисление
Проблемът с такова объркване се дължи на факта, че понятието „ окислителни процеси" На " ферментация" Не, ферментация също има, но кога - ние трябва да разберем. Междувременно нека поговорим за окисляването.
Какво знаем за кислорода?
Вдясно е пресен разрез на ябълка. Отляво – след окисление на въздух.
В контекста на материала трябва да се отбележи високата химическа активност на елемента, а именно неговата окислителна способност. Всеки си представя как след време разрезът на ябълка или банан почернява. Какво се случва? Когато режете ябълка, вие нарушавате целостта на клетъчните мембрани. Пуска се сок. Веществата в сока взаимодействат с кислорода и предизвикват редокс реакция. Появяват се продукти от реакцията, които не са били там преди. Например, за ябълка това е железен оксид Fe 2 O 3, който има кафяв цвят. и именно той е отговорен за потъмняването.
Какво знаем за чая?
За повечето чайове технологичният процес включва етап на раздробяване, чиято цел е да разруши клетъчната мембрана (виж статията за). Ако направим паралел с ябълката, веществата в сока взаимодействат с кислорода от въздуха. Но е важно да се отбележи, че редокс не е единствената реакция. Чаят е органичен продукт. Във всяка жива система има специални съединения, наречени ензими, те също са ензими, които ускоряват химичните реакции. Както се досещате, те не „стоят отстрани“, а участват активно. Цяла верига от химични трансформации се получава, когато продуктите от една реакция претърпят допълнителни химични трансформации. И така няколко пъти. Този процес се нарича ензимно окисление.
Значението на кислорода в този процес може да се разбере от примера за производството на червен чай (напълно окислен или, както се нарича още, „напълно ферментирал чай“). За да се поддържа постоянно ниво на кислород в помещението, където се произвежда червеният чай, е необходимо да се осигури въздухът се сменя до 20 пъти на час, и го направете стерилно. Основата в случая е кислородът.
Пуер и ферментация в най-чистата му форма
Нека се запитаме отново: „Какво знаем за пуер?“ Как се произвежда? Разгледайте снимките по-долу. Да, това е бъдещият шу пуер и ето как се прави.
“Vodui” е процесът на изкуствено стареене на пуер. Фабрика Jingu.
какво виждаме Затворена стая, огромна купчина чай за няколко тона, покрита с дебел чул, термометър с маркировка от 38 градуса по Целзий. Какво не виждаме? Знак за влажност в тази стая. Повярвайте ми, там е извън мащаба. Мислите ли, че кислородът прониква под чула в дълбините на стека? Можем ли да говорим за окисление? Отговорът се подсказва сам. Разбира се, че не! Тогава какво се случва с чая при такива условия?
Пуер като продукт на микробна дейност
Били ли сте някога в мазета на стари жилищни сгради? Най-вероятно не, но можете да си представите какво можете да очаквате. Задуха и влага. Гъбичките се разпространяват по стените, а във въздуха летят колонии от бактерии и микроорганизми. За тях високата температура и влажност са идеално местообитание и среда за размножаване. Да се върнем към подредените купчини пуер суровини - същите идеални условия. Наличието на бактерии е предпоставка за производството на шу и шен пуер. Ензимите на микроорганизмите влияят на трансформациите в чая. По този начин химичните реакции по време на приготвянето на пуер протичат под въздействието на външни и вътрешни (от самия чай) ензими. Но окислителните реакции са практически изключени. Това е чистият процес на ферментация.
Основни изводи:
- Ферментацията в чист вид се случва само в пуер. В други чайове има ензимно окисление. При червени и оолонг този процес е желателен. В останалите е нежелателно и се спира възможно най-бързо чрез термична обработка.
- Традиционното разделение на чайовете „според степента на ферментация” не е съвсем правилно.
- При производството на оолонг и червен чай най-важното е наличието на кислород във въздуха, за да се поддържа окислителната реакция и стерилността на околната среда.
- При производството на пуер съдържанието на микроорганизми в чаените суровини, влажността и температурата са от голямо значение за тяхната повишена жизнена активност.
- Постферментиралият чай е изкуствена концепция, предназначена да вмести пуера в системата за разделяне на чайовете според степента на ферментация, но няма адекватно физическо значение.
