Материаловедение

 При обробці листя розчинами хлориду заліза (III) і комплексоната, мічених ⁵⁹Fe, в перші 3 доби йде посилений відтік заліза з листя і перекачування у флоему, причому цей процес протікає більш активно у разі застосування  комплексоната [913].

За допомогою  спектрофотометрії встановлено, що  при підкореневій підгодівлі гороху комплекс заліза з ДТПА поступає через кореневу систему в стебло гороху без зміни. Протягом 48 годин у міру просування по рослині залізо витісняється з комплексу або іншими елементами, що знаходяться в рослині (Сu, Zn і ін.), або в результаті   дії УФ-проміней [890].

Поліпшення  живлення залізом через кореневу систему або через листя виявляється перш за все в підвищенні змісту хлорофілу і позеленінні листя. Слідством цього є посилення фотосинтезу, поліпшення загального стану рослин за рахунок більш інтенсивної асиміляції СО₂ і нормалізації процесів метаболізму, збільшення приросту гілок і площі листя, числа повноцінних гілок, підвищення родючості зимуючих бруньок.

 Найважливішим результатом застосування комплексоната заліза є підвищення урожаю плодів і ягід у рослин з явно вираженими ознаками хлорозу на ґрунтах із змістом карбонату кальцію 30.35%.

 Застосування комплексонатів заліза не тільки ліквідовує хлороз, але і збільшує врожайність плодових дерев і виноградників, що дозволяє одержувати щорічно додатковий урожай порід насіннячок і винограду. Післядія досягає 3...4 років і дає значний економічний ефект [890].

Щоб зрозуміти значущість робіт по боротьбі з хлорозом, достатньо вказати, що 30% площ, що використовуються в сільському господарстві миру, займають карбонатні ґрунти, на яких спостерігається захворювання хлорозом. Збиток, що наноситься хлорозом сільському господарству  через  різке  зниження  врожайності і необхідності вирубувати багато загиблих виноградників і садів, обчислювався величезними сумами. Зараз завдяки створенню комплексонатів заліза проблема боротьби з хлорозом в СНГ практично вирішена.

Слід  зазначити, що специфічні властивості різних ґрунтів і складні фізіологічні процеси, що відбуваються в рослині, накладають помітний відбиток на дію комплексонатів. У зв'язку з цим важко припустити можливість створення універсального засобу боротьби з хлорозом різних рослин на різноманітних ґрунтах. Найвірнішим шляхом подолання хлорозу є створення широкого асортименту хелатів металів для диференційованого їх застосування залежно від природи рослин н характеру ґрунту.

Заслуговує  уваги застосування комплексонатів кальцію для вапнування підзолистих ґрунтів. Рішення проблеми використовування підзолистих ґрунтів нерозривний пов'язано з необхідністю їх ефективного вапнування. Звичайно як препарати, що підвищують ефективність вапнування, застосовують мінеральні солі кальцію, зокрема карбонат і нітрат. Ці ж солі є джерелами кальцію для підгодівлі рослин при недоліку його на кислих ґрунтах і солонцях.

Як  показали проведені випробування [919], іон кальцію з комплексу з ДТПА складу Ca₅dtpa₂ легше поступає в ґрунтовий комплекс, ніж з карбонату і нітрату кальцію. Так, при внесенні в ґрунт комплексоната кальцію вміст в підзолистих ґрунтах обмінного Са²⁺ збільшується в 2,5...3 рази в порівнянні з внесенням нітрату кальцію, а тим більше винищити. При цьому спостерігається більш інтенсивне поглинання Са²⁺ з комплексоната кореневою системою рослин. Таким чином, будова молекули комплексона і відповідного комплексоната металу на його основі робить істотний вплив на їх властивості (стійкість комплексу, його розчинність, схильність до процесів сорбції і т. д.) і тим самим на біологічну активність і ефективність використовування в сільському господарстві. У свою чергу значну роль грає вид сільськогосподарської культури, а також тип ґрунту і вміст в ній мікроелементів.

Раціональне використовування біологічно активних комплексонатів мікроелементів в рослинництві нерозривний пов'язано з детальним вивченням специфіки різних біогеопровінцій. Перед фахівцями в області створення і застосування біологічно активних препаратів коштує складна проблема підбору комплексонатів мікроелементів з урахуванням дефіциту мікроелементів, типів грунтів і видів рослин.

Використовування комплексонів як модифікаторів макродобрив.

Разом із застосуванням комплексонатів металів як мікродобрива вельми доцільно використовувати мікроелементи, що знаходяться в грунті в неприступній для рослин формі шляхом перекладу їх в біологічно активні комплекси. Це може бути здійснено додаванням в грунт комплексонів і утворенням комплексонатів безпосередньо в грунті [890].

Ще  більше значення в цьому відношенні представляє використовування біометалів, що містяться у вигляді неорганічних солей в мінеральних добривах. Переклад їх під дією комплексонів у відповідні біологічно активні форми комплексонатів вельми перспективний і економічно обґрунтований. Вміст біометалів в туках залежить від багатьох чинників: джерела сировини, технології його переробки і т.д. Проте в рухомій формі знаходиться не більше 50% біометалів від загального їх змісту. Властивість комплексонів утворювати з металами, і зокрема з життєво важливими для рослин елементами, високостійкі розчинні у воді комплексні з'єднання є передумовою використовування їх як модифікатори мінеральних добрив. З цією метою запропоновано обробляти грунт механічною сумішшю різних мінеральних добрив і комплексонів, використовувати гранульовані добрива, опудрені комплексонами [888, 890]. Більш перспективним є введення комплексонів в мінеральні добрива на одній з технологічних стадій їх отримання.

Як  модифікатор добрив особливий інтерес  представляє ОЕДФ, здатна утворювати високостійкі комплекси з великим числом катіонів в широкому інтервалі значень рН. За допомогою цього комплексону здійснено модифікація найпоширеніших добрив: нітроамофоскі, суперфосфату (простого і подвійного), карбаміду, рідкого комплексного добрива на основі ортофосфорної кислоти марки «8 : 24 : 0» [888].

Добавка ОЕДФ робить позитивний вплив на фізико-механічні властивості твердих добрив — міцність, сипучість, гранулометричний склад, злежується. Так, для модифікованого суперфосфату і кальцієвої селітри той, що злежується зменшується в 2.3 рази [897]. Електронно-мікроскопічне дослідження показало, що модифікована кальцієва селітра має досконалішу структуру з підвищеною густиною упаковки кристалів в гранулах [888].

Додавання ОЕДФ в процесі отримання подвійного суперфосфату дозволяє скоротити питому витрату фосфорної кислоти, зменшує тривалість конверсії і сприяє отриманню більш крупних і однорідних кристалів безводого монокальційфосфату, завдяки чому той, що злежується продукту зменшується.

Певний  інтерес представляє модифікацію  рідких комплексних добрив (РКУ), висока економічна ефективність яких широко відома. Значним недоліком вироблюваних РКУ є їх нестійка при зберіганні, що пов'язано з випаданням в осад солей металів, що є в початковій сировині. У зв'язку з цим обмежується застосування як початкова сировина для виробництва РКУ фосфорної кислоти екстракції, що містить значні домішки металів.

З метою  усунення вказаних недоліків РКУ  і підвищення біологічної активності присутніх в ньому біометалів здійснена модифікація рідких добрив комплексонами, дія яких полягає в скріпленні іонів металів в добре засвоювані рослинами стійкі комплекси. Крім того, ОЕДФ і деякі інші комплексони, що містять фосфор, інгібірують процес кристалізації малорозчинних солей (див. розд. 1,1), що дозволяє стабілізувати розчини рідких добрив при зберіганні [897].

Агрохімічні випробування нітроамофоскі, кальцієвої селітри, суперфосфату, карбаміду, модифікованого за допомогою ОЕДФ, показали збільшення виживає рослин (ячмінь, озиме жито, пшениця, овес, гречка), числа продуктивних стебел колосових культур на одиниці площі посіву.

Застосування  модифікованих добрив покращує технологічні властивості зерна: маса 1000 зерен вище, ніж в контролі. Підвищується стійкість рослині (ячменю) до вилягання і до несприятливих погодних чинників; зокрема, експеримент на гречці показав той, що високу виживає рослин в умовах заморозків (до —5°С) [890, 897]. Спостерігається надбавка врожайності ряду цінних культур: озимої і ярової пшениці, ячменю, проса, вівса, гречки, кукурудзи, льносемян [897].

Модифіковані  добрива вельми ефективні в тепличному овочівництві. При використовуванні кальцієвої селітри, модифікованої ОЕДФ, огірки в розвитку випереджали культуру контрольного варіанту; рослини були вищими, мали велике листя, а через місяць —більше бічних паростків і плодів на них, тобто урожай на досвідчених варіантах формувався на головному і бічних паростків, тоді як на контролі — в основному на головному стеблі: врожайність огірків зростала на 1...2 кг/м² щомісячно [890, 897]. Таким чином, введення комплексонів в мінеральні добрива збільшує біологічну активність останніх, сприяючи тим самим підвищенню врожайності сільськогосподарських культур. Перспективність цього напряму обумовлюється також можливістю використовувати як добавки не індивідуальні комплексони, а реакційні і маткові розчини їх виробництва, а замість дефіцитних металів — мікроелементи, що знаходяться в грунті і добривах.

3.3. Застосування комплексонатів  біометалів в тваринництві

Комплексонати біометалів проявляють значну біологічну активність при введенні в організм тварин. Вони успішно компенсують недолік того або іншого елемента, виліковуючи пов'язані з цим захворювання і збільшуючи м’ясовіддачу. Так, як джерело заліза для гемоглобіну запропонований комплексонат Fe з ЕДТА. Ще більшим ефектом володіє діетілентриамінпентаацетат заліза (фероанемін), широко вживаний при лікуванні анемії нірок [892, 893]. Це специфічне захворювання хутрових звірів не виліковується пероральним прийомом неорганічних препаратів заліза, таких, як FeS0₄, FeCl₃, Fе(ОН)₃, оскільки останні хімічно активно зв'язуються що міститься в кормі (сира риба) оксидом триметіламіна.

Все ширше практикується введення в  раціон сільськогосподарських тваринних різних добавок, що є джерелом макро- і мікроелементів, вітамінів і інших біоактивних з'єднань. Ці добавки, у все більшому об'ємі що застосовуються як засоби цілеспрямованої дії на метаболічні процеси в організмі, є необхідною умовою забезпечення високої продуктивності тварин, сприяють зниженню витрати кормів.

Неорганічні солі мікроелементів, що вводяться  до складу комбікормів, легко злежуються, погано дозуються, можуть взаємодіяти з іншими компонентами суміші, і зокрема з що додаються в корми синтетичними вітамінами. Комплексонати мікроелементів не мають цих недоліків.

Успішно застосовуються комплексонати Fe для підгодівлі поросят, що знаходяться на штучному вигодовуванні. Введення мікроелементів в раціон курей-несучок підвищує вміст цих елементів в яйцях, збільшує продуктивність і живильну цінність яйця [40]; Zn і Мn у формі комплексних з'єднань з ДТПА засвоюються організмом курчат і позитивно впливають на їх зростання і фізіологічний стан [920]. Підгодівля курей комплексом Са з ЕДТА в період кладки яєць приводить до зміцнення яєчної шкаралупи [921]. Ін'єкції комплексу Са з ЕДТА позитивно впливають на лактацію корів [890].

Представляють інтерес  роботи по застосуванню комплексонатів Са і Mg для розбавлення, тривалого зберігання і перевезення в глибоко замороженому стані сперми найцінніших племінних виробників [40, 922—924]. Вказані комплексонати дозволяють регулювати в клітках концентрації лужноземельних і важких металів, що грають важливу роль в їх фізіологічних функціях. Кальцій і магній необхідний для збереження біологічної повноцінності сперми сільськогосподарських тварин.

Важкі метали, такі, як цинк і мідь, також  необхідні для життєдіяльності сім'я. Цинк є одним з постійних компонентів плазми сперми, але введення в середу для розбавлення сперми важких металів у вигляді іонів неможливе, оскільки ці іони усилюють окислювально-відновні процеси, що ведуть до накопичення токсичних пероксидів. ЕДТА утворює нетоксичні комплекси з цими елементами, які можуть бути застосований як компоненти середовищ для сперми.

Виробничі досліди по заплідненню корів спермою, розбавленою і замороженою в розчинах етілендіамінтетраацетатів кальцію і магнію, показали їх високу ефективність [922—924].

Використування  комплексоватів дає можливість вводити до складу середовищ для розбавлення сперми необхідні метали, підвищуючи тим самим біологічну повноцінність сперми. В результаті створені нові ефективні середовища для розбавлення, тривалого зберігання і транспортування в глубоко замороженому стані сперми цінних тваринних порід.

Використовування комплексонатів металів в тваринництві є вельми перспективним напрямом хімізації сільського господарства.

Лекція 8.        4.  ЗАСТОСУВАННЯ КОМПЛЕКСОНІВ В ХАРЧОВІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ

Збільшення  термінів зберігання харчової сировини і продуктів харчування з метою скорочення втрат є важливою задачею народного господарства. Псування при зберіганні харчових продуктів — масла і маргарину, молока, м'яса і риби, соків і вин — пов'язана в значній мірі з процесами їх окислення. Останні каталізують іонами важких металів і в першу чергу залізом (III). Комплексони завдяки здатності зв'язувати іони-каталізатори процесів окислення з утворенням каталітично неактивних комплексів вельми перспективні для попередження окислення різних субстратів, у тому числі і харчових продуктів.

Стабілізація  харчових продуктів із застосуванням  комплексонів може здійснюватися за трьома основними принципами.

Перший шлях полягає  у введенні комплексонів в продукт, при цьому іони-каталізатори зв'язуються в каталітично неактивні водорозчинні стійкі комплексонати. В цьому варіанті комплексонат залишається у фазі продукту. Прикладом подібного шляху стабілізації є додавання ЕДТА і її дінатрієвої солі, а також і інших комплексонів, створюючих розчинні комплекси з іонами-каталізаторами, в різні харчові продукти — м'ясо, рибопродукти, жири, соки, вина [925—929]. Біметали, що містяться в рибо продуктах,  залізо і мідь, каталізують процес деструкції ліпідів, що спричиняє за собою псування рибопродуктів при зберіганні. Комплексони інгібірують цей процес, причому найбільшу ефективність проявляє ОЕДФ [40]. В модельних дослідах з риб'ячим жиром, термостатированим при 50 °С протягом 48 годин, показано, що додавання ОЕДФ в концентраціях 0,0015% гальмує накопичення пероксидних з'єднань. Більш вираженим антиокислювальним ефектом ОЕДФ виявився у разі ініціації окислення міддю жиру риби тріски. В лабораторних дослідах на фаршах і філе скумбрії, які зберігалися протягом 1 місяця при 3±2°С, накопичення первинних і вторинних продуктів окислення в зразках, оброблюваних ОЕДФ, знизилося приблизно в 1,8...2 рази. Цей ефект виявився вище, ніж при використуванні ЕДТА і аскорбінової кислоти. Одночасне використовування ЕДТА і аскорбінової кислоти надає синергетичний ефект. Велике значення має стабілізація жирів, в окисленні яких також велику роль грають мікродомішки іонів металів, що каталізують реакції окислення неграничних з'єднань. Випробування ряду комплексонів як стабілізатори вершкового масла по відношенню до окислення киснем повітря показало, що вони уповільнюють цей процес. Кращі результати отримані у разі ОЕДФ. Так, значення пероксидного числа, що характеризує ступінь псування масла, у присутності ОЕДФ складає через 17 годин зберігання при 90 °С 0,036 од., через 63 годин — 0,072, тоді як якість нестабілізованого продукту характеризується відповідно числами 0,068 і 0,55 од. (пероксидне число початкового продукту рівно 0,011 од.) [40]. Запропоновано використовувати ЕДТА і інші комплексони, що містять карбоксили, для стабілізації майонезу, для збільшення термінів зберігання різних консервів, для збереження забарвлення консервованих фруктів і іншої мети [926, 928, 929]. ЕДТА, створююча високо стійкі водорозчинні комплекси із залізом(Ш) і іншими іонами металів, використана і для стабілізації вина [925, 930], але, хоча токсичність ЕДТА невисока, знаходження її в соках і вині мало прийнятне.