Cellulóz alapú szálas- és rostos anyagok környezetbarát és energiatakarékos technológiai folyamatait megalapozó kutatások  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »
 

Projekt adatai

  
azonosító
82044
típus K
Vezető kutató Csiszár Emília
magyar cím Cellulóz alapú szálas- és rostos anyagok környezetbarát és energiatakarékos technológiai folyamatait megalapozó kutatások
Angol cím Research on cellulosic substrates for establishing environmentally-friendly and energy-saving technologies
magyar kulcsszavak cellulóz, szálasanyagok, biotechnológia, folyamat intenzifikálás, ultrahang, felületi tulajdonságok
angol kulcsszavak Cellulose, fibres, biotechnology, process intensification, power ultrasound, surface properties
megadott besorolás
Makromolekuláris kémia és anyagtudomány (szerves kémiai) (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma)75 %
Ortelius tudományág: Makromolekuláris kémia
Szál- és Rosttechnológia (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma)25 %
zsűri Kémia 2
Kutatóhely Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem)
résztvevők Bódiné Fekete Erika
Kállay-Menyhárd Alfréd
Koczka Béla
Müller Péter
Szabó Orsolya Erzsébet
Szakács György
Vargáné dr. Josepovits Katalin
projekt kezdete 2010-04-01
projekt vége 2014-11-30
aktuális összeg (MFt) 27.076
FTE (kutatóév egyenérték) 5.79
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
A cellulóz és a cellulóz alapú szálasanyagok kutatása, valamint a cellulóz-enzim rendszerek vizsgálata jelentősen fokozódott az elmúlt időszakban a világon. A korábbi két OTKA által támogatott pályázatunkban hidrolitikus enzimeket alkalmaztunk a cellulóz alapú szálasanyagok különböző technológiai folyamataiban, és bebizonyítottuk, hogy az enzimes eljárások környezetbarát alternatívái a hagyományos vegyszeres folyamatoknak. A textiltechnológiákban az enzimmel végzett folyamatok heterogén fázisúak, ahol gyakran a tömegtranszport a sebességmeghatározó lépés. Ennek következménye, hogy az enzimes folyamatok relatíve időigényesek.
A pályázat célja: heterogén fázisú enzimes textiltechnológiai folyamatok intenzifikálása az energia-hatékony, kisfrekvenciás ultrahang alkalmazásával. Az ultrahang intenzifikáló hatása a kavitációnak köszönhető, amely növeli a tömegtranszportot, mivel elősegíti az enzim makromolekulának a szálfelülethez érkezését, illetve az enzimreakció termékeinek az eltávolítását onnan, és ezáltal jelentősen növeli az enzimkatalizált reakciók sebességét.
A pályázat 4 fő területre koncentrál: (1) az ultrahangos mező jellemzése homogén kezelőfürdőben, (2) hidrolitikus és oxidatív enzimek aktivitásának jellemzése homogén ultrahangos rendszerben, (3) heterogén fázisú enzimreakció tanulmányozása ultrahangos rendszerben egy modell enzimreakció segítségével, (4) pamut, len és kender bioelőkészítésének, biofehérítésének és biokikészítésének intenzifikálása ultrahanggal.
angol összefoglaló
Research activity in the fields of cellulose and cellulosic fibres, as well as cellulose-enzyme systems has increased significantly in the last years. In two of our previous projects financed by OTKA, hydrolytic enzymes were applied in different processes of cellulosic fibres. It was proved that the enzyme technologies are environmentally-friendly alternatives for the traditional chemical processes. All of the enzyme-aided textile processes are heterogeneous, and the mass transfer is often rate-limiting. As a result, these enzyme processes require relatively long processing time.
The goal of this project is to intensify the heterogeneous enzyme-aided textile processes by means of the energy-effective low-frequency sonication. The sonochemical activation in heterogeneous systems is mainly a consequence of the mechanical effects of cavitation, which results in an effective mass transfer into the solid substrate, thus facilitating the diffusion of the enzyme macromolecules and resulting in process intensification.
This project focuses on four areas: (1) characterization of the ultrasound field in homogeneous bath, (2) evaluation of the effects of sonication on hydrolitic and oxidative enzyme activities in homogeneous system, (3) studying of heterogeneous enzyme reaction with sonication by a selected model enzyme reaction, (4) intensification of biopreparation, biobleaching and biofinishing of cotton, linen and hemp fibres and fabrics by ultrasound.




 

Zárójelentés

  
kutatási eredmények (magyarul)
Kutatócsoportunk az elmúlt években a textil-biotechnológia területén végez kutatómunkát. Jelen pályázatban a cellulóz alapú szálasanyagok enzim katalizált folyamatainak hatékonyabbá tételét kisfrekvenciás ultrahang és atmoszférikus hidegplazma kezelés alkalmazásával kívántuk elérni. Az ultrahang - a kavitáció által keltett mikroáramlások révén - az enzim makromolekula és a bomlástermékek diffúziójának a fokozásával, a plazma kezelés pedig a szálfelület aktiválásával segíti a heterogén fázisú enzimes folyamatok gyorsabb és hatékonyabb lejátszódását. A cellulóz–celluláz modellreakciót vizsgálva megállapítottuk, hogy annak ellenére, hogy az ultrahang csökkentette a celluláz enzim aktivitását, az enzimes hidrolízis 2-3-szor eredményesebb volt ultrahangos rendszerben. Az ultrahang alkalmazása jelentős mértékben fokozta a szilárdfázisú fermentációval előállított oxidatív és hidrolitikus enzimek extrakcióját is, és az enzimek kinyerését akár 400 %-kal növelte. Az így előállított enzimek ultrahangos rendszerben sokkal eredményesebbnek bizonyultak a len bioelőkészítésében és biofehérítésében, mint a hagyományosan rázatott kontroll kezelés során. A plazma kezelés a szálfelület legkülső viaszos rétegének részleges degradációja révén megnövelte a felületi réteg alatt lévő polimerek (pektin, cellulóz) hozzáférhetőségét az enzimek számára, és a javította felület nedvszívóképességét. Mindkét folyamat jelentősen hozzájárult a plazmakezelést követő enzimes folyamatok eredményességéhez.
kutatási eredmények (angolul)
In the last couple of years our research group has been working in the field of textile biotechnology. In the present project we concentrated on the acceleration of the enzyme-aided heterogeneous processes of cellulosic fibres by using low frequency ultrasound and non-thermal atmospheric air-plasma treatments. Ultrasound can accelerate the mass transfer by the local turbulences created by acoustic cavitation. Plasma can activate the surface layers of the textile materials. Results of a cellulose-cellulase model reaction proved that despite the reduction of the enzyme activity in sonicated environment, the outcome of the enzyme catalysed hydrolysis of cellulose in sonicated environment was always positive, and a 2-3 times higher increase in the yield was achieved. Ultrasound has also a significant positive effect on the extraction of hydrolytic and oxidative enzymes from the solid substrate in solid state fermentation. The enzyme recovery was increased up to 400 %. These enzymes were much more effective in biopreparation of linen with sonication than without it. Plasma partially destroyed and removed the thin and perfectly hydrophobic waxy coverage of the cotton fibres, resulting in a more hydrophilic fabric surface. Etching of the surface contributed to the exposure of cellulose and pectin located under the waxy outer layer and increased their accessibility to the respective enzymes. Both processes increased the efficiency of the subsequently applied enzyme treatments.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=82044
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

  
Szabó O E: Cellulóz alapú szálasanyagok enzimes folyamatainak hatékonyságnövelése kisfrekvenciás ultrahanggal és hidegplazma előkezeléssel (under preparation), BME, VBK, Oláh György Doktori Iskola, 2015
Szabó O E, Csiszár E, Koczka B, Kiss K: Ultrasonically assisted single stage and multiple extraction of enzymes produced by Aspergillus oryzae on a lignocellulosic substrate with solid-state fermentation, Biomass and Bioenergy (submitted), 2015
Szabó O E, Csiszár E, Koczka B, Tóth A, Klébert Sz: Enhancing the accessibility of starch size and cellulose to enzymes in raw cotton fabric by plasma pretreatment, Textile Research Journal (submitted), 2015
Szabó O E, Csiszár E, Tóth A: Enhancing the surface properties of linen by non-thermal atmospheric air-plasma treatment, OPEN CHEMISTRY 13: (1) 570-576, 2015
Szabo OE, Csiszar E, Toth K, Szakacs G, Koczka B: Ultrasound-assisted extraction and characterization of hydrolytic and oxidative enzymes produced by solid state fermentation, ULTRASON SONOCHEM 22: 249-256, 2015
Szabó O E, Csiszár E: Comparing the efficiency of different conventional agitating systems and low frequency ultrasound in the enzymatic hydrolysis of cotton cellulose, Manuscript, 2015
Csiszár E, Fekete E, Tóth A, Bandi É, Koczka B, Sajó I: Effect of particle size on the surface properties and morphology of ground flax, CARBOHYD POLYM 94: 927-933, 2013
Szabó Orsolya Erzsébet, Csiszár Emília: The effect of low-frequency ultrasound on the activity and efficiency of a commercial cellulase enzyme, CARBOHYD POLYM 98: (2) 1483-1489, 2013
Csiszar E: Surface properties and residual chromophore content of differently pretreated linen fabrics, TEXT RES J 82: (19) 2030-2040, 2012
Csiszar E, Fekete E: Microstructure and Surface Properties of Fibrous and Ground Cellulosic Substrates, LANGMUIR 27: (13) 8444-8450, 2011
Karaca B, Csiszár E, Bozdogan F: Effects of Atmospheric Plasma Pre-treatments on Pectinase Efficiency in Bioscouring of Linen Fabrics, PLASMA CHEM PLASMA P 31: (4) 623-633, 2011
Szabó O E; Csiszár E: Enzimes textiltechnológiai folyamatok hatékonyságának növelése kisfrekvenciás ultrahang alkalmazásával, Magyar Textiltechnika, LXIV(3) 99-10, 2011
Szabó D: Kisfrekvenciás ultrahang alkalmazása heterogén fázisú enzimkatalizált folyamatokban, MSc Diplomamunka, BME Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék, 2011
Bandi Éva Eszter: Inverz gázkromatográfia alkalmazása cellulóz alapú szubsztrátumok felületi tulajdonságainak jellemzésére, OTDK dolgozat, XXX OTDK, Kémiai és Vegyipari Szekció, Pécs, április 27-29, 2011
Bandi Éva Eszter: A darálás hatása a len szerkezetére és tulajdonságaira, TDK dolgozat, BME VBK, TDK Konferencia, november 16, 2011
Csiszár, E: Környezetbarát enzimes eljárások a cellulóz alapú szálasanyagok technológiai folyamataiban, MKE 1. Nemzeti Konferencia, Sopron, május 22-25, 2011
Csiszár, E: Hatékony enzimes eljárások a cellulóz alapú szálasanyagok technológiai folyamataiban, XXXIII. Kolorisztikai Szimpózium, Eger, október 12-14, 2011
Fekete, E; Csiszár, E: Inverz gázkromatográfia alkalmazása cellulóz alapú szubsztrátumok felületi tulajdonságainak jellemzésében, Kutatóközponti Tudományos Napok 2011, Kémiai Kutatóközpont, Budapest, november 25, 2011
Bandi, É., Csiszár, E., Fekete, E: A darálás hatása a len szerkezetére és tulajdonságaira, MTA Természetes Polimerek Munkabizottság ülése, A Magyar Tudomány Ünnepe, Óbudai Egyetem, Budapest, dec. 1, 2011
Tóth, A., Csiszár, E: Az atmoszférikus plazma és alkalmazási lehetőségei a textilkikészítésben, Magyar Textiltechnika, LXIV(4), 158-161, 2011
Csiszár, E; Koczka, B: Effectiveness of different commercial enzymes in biopreparation of cotton and linen fabrics, COST Action 868, Final Workshop, Milan, Italy, March 2-4, 2011
Csiszár, E; Fekete, E: Precise surface characterization of cellulosic substrates by inverse gas chromatography and other analytical methods,, COST Action 868, Final Workshop, Milan, Italy, March 2-4, 2011
Csiszár, E: Efficient plasma-enzyme technologies of cellulosic substrates, International Conference on Advanced Materials (ICAM-2011), December 12-16, Coimbatore, India, 2011
Csiszár, E., Fekete, E., Tóth, A., Bandi, É., Koczka, B., Sajó, I.: Effect of particle size on the surface properties and morphology of ground flax, Carbohydrate Polymers, 94, 927-933, 2013
Sztankovics A., Szabó O. E., Tóth A., Csiszár E.: Atmoszférikus hidegplazma kezelés alkalmazása cellulóz alapú szálasanyagok felületi tulajdonságainak módosítására, MTA Természetes Polimerek Munkabizottság, Fiatal Diplomások Fóruma 2012, Budapest, 2012. november 28, 2012
Szabó O. E., Csiszár E.: Cellulóz-celluláz modellreakció vizsgálata kisfrekvenciás ultrahang alkalmazásával, MTA Természetes Polimerek Munkabizottság, Fiatal Diplomások Fóruma 2012, Budapest, 2012. november 28., 2012
Szabó O E, Csiszár E: Kisfrekvenciás ultrahang alkalazása az enzimes textiltechnológiai folyamatokban, Magyar Textiltechnika, LXVII(3) 2-5, 2014
Szabó O E, Csiszár E: Enzimes textiltechnológiai folyamatok hatékonyságának növelése kisfrekvenciás ultrahang alkalmazásával, Magyar Textiltechnika, LXIV(3) 99-103, 2011
Tóth A, Csiszár E: Az atmoszférikus plazma és alkalmazási lehetőségei a textilkikészítésben, Magyar Textiltechnika, LXIV(4), 158-161, 2011
Szabó O. E., Csiszár E.: Kisfrekvenciás ultrahang hatása a cellulóz enzimes hidrolízisére, X. Oláh György Doktoráns Konferencia, Budapest, 2013. február 7., 2013
Csiszár E, Fekete E, Koczka B: Biopreparation – From Analytical Point of View, p. 322-326 in Book of Proceedings, IITAS XIIth International Izmir Textile & Apparel Symposium, 28-30 October, 2010. Ed.: Ege University, Izmir, 2010
Csiszár E, Forte-Tavcer P: Enzymes Technologies in Finishing of cellulosic Fabrics – from Theory through Practice,, p. 54-62 in Book of Papers, 41st ISTN Ljubljana 27-29 May 2010. Ed.: Barbara Simoncic, Publ. by University of Ljubljana, 2010
Kiss K: Szilárd fázisú fermentációval előállított enzimek extrakciójának vizsgálata ultrahangos rendszerben, BSc Biomérnöki szak, Szakdolgozat, BME VBK, BSc Biomérnöki szak, Szakdolgozat, BME VBK, Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék, 2014
Horváth R: Ligninolitikus enzimek ultrahangos extrakciója és alkalmazása cellulóz alapú szálasanyagok biofehérítésében, BSc Biomérnöki Szakdolgozat, BME VBK, 2014
Horváth R: Ligninolitikus enzimek ultrahangos extrakciója és alkalmazása cellulóz alapú szálasanyagok biofehérítésében, TDK Dolgozat, BME VBK. TDK Konferencia, 2014
Kiss, K.: Szilárd fázisú fermentációval előállított enzimek extrakciójának vizsgálata ultrahangos rendszerben, TDK dolgozat, BME VBK, TDK Konferencia, 2013
Sztankovics A: Atmoszférikus hidegplazma kezelés alkalmazása celllulóz alapú szálasanyagok felületi tulajdonságainak módosítására, TDK dolgozat, BME Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar, 2012
Bandi É E: Inverz gázkromatográfia alkalmazása cellulóz alapú szubsztrátumok felületi tulajdonságainak jellemzésére, OTDK dolgozat, XXX OTDK, Kémiai és Vegyipari Szekció, Pécs, április 27-29, 2011
Bandi É E: A darálás hatása a len szerkezetére és tulajdonságaira, TDK dolgozat, BME VBK, TDK Konferencia, november 16, 2011
Szabó O E, Csiszár E, Koczka B, Tóth A: Treating cellulosic fabrics with non-thermal atmospheric air-plasma: Effects on surface properties and enzyme reactions, The Fiber Society Spring 2014 Technical Conference, May 21-23, 2014, Liberec, Czech Republic, 2014
Szabó O E, Csiszár E, Kiss K, Tóth K, Szakács Gy: Ultrasound-enhanced extraction and characterization of hydrolytic and oxidative enzymes produced by solid state fermentation of linen, XI. Oláh György Doktoráns Konferencia, BME, 2014. 02. 06. Budapest, 2014
Szabó O E, Csiszár E: Kisfrekvenciás ultrahang hatása a cellulóz enzimes hidrolízisére, X. Oláh György Doktoráns Konferencia, Budapest, 2013. február 7, 2013
Szabó O E, Csiszár E: The effect of low-frequency ultrasound on the activity and efficiency of a hydrolytic enzyme, XXII IFATCC International Congress, 8-10 May 2013, Budapest Hungary, 2013
Szabó O E, Csiszár E, Tóth A: Application of nonthermal atmospheric plasma for surface modification of cellulosic fibers, XXII IFATCC International Congress, 8-10 May 2013, Budapest Hungary, 2013
Sztankovics A, Szabó O E, Tóth A, Csiszár E: Atmoszférikus hidegplazma kezelés alkalmazása cellulóz alapú szálasanyagok felületi tulajdonságainak módosítására, MTA Természetes Polimerek Munkabizottság, Fiatal Diplomások Fóruma 2012, Budapest, 2012. november 28, 2012
Szabó O E, Csiszár E: Cellulóz-celluláz modellreakció vizsgálata kisfrekvenciás ultrahang alkalmazásával, MTA Természetes Polimerek Munkabizottság, Fiatal Diplomások Fóruma 2012, Budapest, 2012. november 28, 2012
Csiszár E: Környezetbarát enzimes eljárások a cellulóz alapú szálasanyagok technológiai folyamataiban, MKE 1. Nemzeti Konferencia, Sopron, május 22-25, 2011
Csiszár E: Hatékony enzimes eljárások a cellulóz alapú szálasanyagok technológiai folyamataiban, XXXIII. Kolorisztikai Szimpózium, Eger, október 12-14, 2011
Csiszár E; Fekete E; Koczka B: Biopreparation – From Analytical Point of View, p. 322-326 in Book of Proceedings, IITAS XIIth International Izmir Textile & Apparel Symposium, 28-30 October, 2010. Ed.: Ege University, Izmir, 2010
Fekete E, Csiszár E: Inverz gázkromatográfia alkalmazása cellulóz alapú szubsztrátumok felületi tulajdonságainak jellemzésében, Kutatóközponti Tudományos Napok 2011, Kémiai Kutatóközpont, Budapest, november 25, 2011
Bandi É E, Csiszár E, Fekete E: A darálás hatása a len szerkezetére és tulajdonságaira, MTA Természetes Polimerek Munkabizottság ülése, A Magyar Tudomány Ünnepe, Óbudai Egyetem, Budapest, december 1, 2011
Csiszár E.: Surface Properties and Residual Chromophore Content of Differently Pretreated Linen Fabrics,, Textile Research Journal, 82(19), 94-104, 2012
Csiszár E; Forte-Tavcer P: Enzymes Technologies in Finishing of cellulosic Fabrics – from Theory through Practice,, p. 54-62 in Book of Papers, 41st ISTN Ljubljana 27-29 May 2010. Ed.: Barbara Simoncic, Publ. by University of Ljubljana, 2010
Csiszár E, Koczka B: Effectiveness of different commercial enzymes in biopreparation of cotton and linen fabrics, COST Action 868, Final Workshop, Milan, Italy, March 2-4, 2011
Csiszár E: Aspects of Linen Finishing in an Innovative Fabric Production, p. 339-343 in Book of Papers, 41st ISTN Ljubljana 27-29 May 2010. Ed.: Barbara Simoncic, Publ. by University of Ljubljana, 2010
Csiszár E, Fekete E: Precise surface characterization of cellulosic substrates by inverse gas chromatography and other analytical methods,, COST Action 868, Final Workshop, Milan, Italy, March 2-4, 2011
Karaca B; Csiszar E; Bozdogan F: Effects of Atmospheric Plasma Pretreatments on Pectinase Efficiency in Bioscouring of Linen Fabrics, Plasma Chemistry and Plasma Processing, 31 (4) 623–633, 2011
Csiszár E; Fekete E: Microstructure and Surface Properties of Fibrous and Ground Cellulosic Substrates, Langmuir, 27, 8444-8450, 2011
Csiszár E: Efficient plasma-enzyme technologies of cellulosic substrates, International Conference on Advanced Materials (ICAM-2011), December 12-16, Coimbatore, India, 2011




 

Projekt eseményei

  
2014-11-18 15:38:15
Résztvevők változása
2014-07-04 13:05:16
Résztvevők változása
2011-02-16 15:24:11
Résztvevők változása



vissza »