Acta Scientiarum Transylvanica úzeumi Füzetek Chimica 23 24/3 2015 2016 Az rdélyi úzeum-gyesület kiadása Published by the Transylvanian useum Society Kolozsvár / Cluj
A kiadvány megjelenését támogatta a Bethlen Gábor Alap, valamint a Romániai agyar Demokrata Szövetség és a Communitas Alapítvány. Főszerkesztő / ditor-in-chief Fodorpataki László biológia / Biology Szerkesztőségi titkár / anaging editor Német nikő biológia / Biology Szerkesztők / ditorial Board arkó Bálint biológia / Biology Kékedy-Nagy László kémia / Chemistry Lázár László mezőgazdasági tudományok / Agronomy Benedek Klára mezőgazdasági tudományok / Agronomy Tanácsadó testület / Advisory board Wocjiech Czechowski (Polish Academy of Sciences, Poland) Gallé László (University of Szeged, Hungary) Keresztes Lujza (Babeş-Bolyai University, Romania) argóczi Katalin (University of Szeged, Hungary) ichael oustakas (Aristotle University, Thessaloniki, Greece) Pap Péter László (Babeş-Bolyai University, Romania) Sárkány-Kiss ndre (Apáthy István Society, Romania) Szerkesztőség címe / Address rdélyi úzeum-gyesület / Transylvanian useum Society, 400009 Kolozsvár / Cluj-Napoca, Napoca utca 2 4. Telefon és -fax / Telephone and -fax: +40 264 595176 -mail: titkarsag@eme.ro; http://www.eme.ro Az rdélyi úzeum-gyesület Természettudományi és atematikai Szakosztályának folyóirata 1879 1905 között Orvos-Természettudományi Értesítő, 1907-től pedig úzeumi Füzetek címmel jelent meg. Az új sorozat 1992. évi kötetét a Szakosztály Közlemények címmel tette közzé. Acta Scientiarum Transylvanica névvel 2006-tól jelenik meg az Természettudományi Szakosztály kiadásában. Az angol fordításokért a szerkesztőség nem vállal felelősséget. inden cikket szaklektoráltatunk. / All contributions are refereed. ISSN 1842 5070 Felelős kiadó: Biró Annamária Borítóterv: Hajdu László Hunor űszaki szerkesztő: Nagy Alpár-Csaba Nyomdai munkálatok: F&F INTRNATIONAL kft., Gyergyószentmiklós Felelős vezető: Ambrus nikő
Acta Scientiarum Transylvanica Chimica Sógor Cs., Kovács., Posta J.: Bőrminták krómspeciációs elemzése / Chromium speciation in leather 5 Czikó., Vizi., Bogya. S., Barabás R.: A hidroxiapatit alapú bioanyagok lehetséges alkalmazási területei / Characterization of hydroxyapatite based biomaterials 14 Csavdári A., Vincze., Juzsákova T., Tonk Sz., ajdik C.: Vörösiszap környezetbarátabb tárolását elősegítő kísérletek / Trials for nvironmentally Safer Stockpiling of Red ud 24 Forizs., Kun A.-Zs., Jákob N.: Nickel(II) complexes with bioactive ligands / Bioaktív ligandumok nikkel(ii) komplexei 33 Gombos S.: Vegyipari technológiai berendezések tervezése és működtetése virtuális környezetben / Chemical Process quipment Design and Operation in Virtual nvironment 40 Kató., ódosné Bugyi I.: The Significance of Natural Planting in ines / Természetszerű növényalkalmazás jelentősége bányákban 49 Csapó J., Albert Cs.: Funkcionális élelmiszerek, múlt, jelen, jövő / Functional Foods, Past, Present, Future 55 Útmutató Tájékoztató munkatársaink részére / Instructions for Authors 65
Sógor Cs., Kovács., Posta J. Bőrminták krómspeciációs elemzése Sógor Csilla 1 *, Kovács rnő 2, Posta József 2 1 Babes-Bolyai Tudományegyetem, Kémia és Vegyészmérnöki Kar, RO-400028 Kolozsvár, Arany János utca 11, sogor@chem.ubbcluj.ro 2 Debreceni gyetem, Természettudományi és Technológiai Kar, 4032 Debrecen, gyetem tér 1. Kivonat A bőrök túlnyomó része a cserzési műveletek miatt jelentős mennyiségű krómot tartalmaz. Vizsgáltuk, hogy milyen mértékű a Cr(III) átalakulása toxikus Cr(VI)-tá égetés során. eghatároztuk a kiindulási bőrminták vízzel kimosható Cr(VI)-tartalmát, valamint összkrómtartalmát mikrohullámmal elősegített roncsolást követően. A bőrök megsemmisítését modellezve, mikro-schöniger-módszerrel és hamvasztással követtük nyomon a króm mérgező formába történő átalakulását. Az égetési és hamvasztási kísérletek során keletkező Cr 2 O 3 oldatba vitelére egy kíméletes ömlesztési eljárást dolgoztunk ki, amely biztosítja a dikróm-trioxid oldható formává történő kvantitatív átalakulását, és az ömlesztéshez használt porcelántégely anyagát ugyanakkor nem támadja meg. A követelményeknek a nátrium-perklorát-monohidrát felelt meg, amelyet ötszörös fölöslegben alkalmazva 450 o C-on a dikróm-trioxid teljes menynyisége nátrium-kromáttá alakul, amely már desztillált vízben is feloldódik. ind hamvasztással, mind pedig mikro-schöniger-módszerrel a bőrök Cr(II- I)-tartalmának 1-5%-a alakult Cr(VI)-tá. Kulcsszavak: toxikus Cr(VI), bőrminták, krómspeciáció, bőrhulladék égetése Bevezetés A króm +2, +3, +4, +5, +6 vegyérték-állapotú formái közül a természetben csak a Cr(III) és a Cr(VI) vegyületek stabilak [1]. két forma környezetre, biológiai rendszerekre gyakorolt élettani hatása teljesen ellentétes. A Cr(III) az állati és emberi szervezet számára létfontosságú [2], a Cr(VI) viszont kis mennyiségben is kifejezetten mérgező, rákkeltő [3]. 5
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. A környezetben található króm természetes forrásból és emberi tevékenységből származik. Az utóbbit a fém-, a festékgyártó-, a bőr- és a vegyipar, a galvánüzemek, valamint az égető-berendezések, a cementgyárak és a szennyvíztisztító stb. telepek bocsátják ki. Természetes források közé a vulkánkitörések, kőzetmállások és az erdőtüzek tartoznak. Igen fontos annak a vizsgálata, hogy különböző emberi tevékenységek során mikor és hogyan keletkezik Cr(VI). A szakirodalomban ismeretes, hogy magas hőmérsékleten, atmoszferikus nyomáson és oxidatív körülmények között a Cr(III) (különböző oxidációs állapotokon keresztül Cr(VI)-tá alakulhat [4]. A cserzés a kollagénfehérje és a cserzőanyag közötti kémiai reakció eredménye. Kis mennyiségű króm-só mélyreható változásokat idéz elő a kollagén fizikai és kémiai tulajdonságaiban [5]. Jelenleg a krómcserzés majdnem minden bőrgyártásnak az alapja. Viszonylag olcsó, jól megalapozott technológiája van, és a bőr minőségét befolyásoló segédanyagok többségét krómcserzett alapanyagra fejlesztették ki [6]. A bőrgyártás során 90%-ban Cr(III)-sókat használnak [7]. A krómcserzéssel kapcsolatosan az egyik probléma a Cr(VI) megjelenése a készbőrben, illetve a bőrtermékben. A különböző vizsgálati módszerek eredménye gyakran ellentmondó. indenképpen jogos, hogy a gyártók vizsgálják: keletkezett-e a bőrben Cr(VI). A Cr(III) Cr(VI)-tá alakulhat fény vagy hő hatására oxidált zsírok jelenlétében, magas ph-n vagy az extrakciós eljárás során. A DIN 53314/IUC18 európai szabvány szerint többen vizsgálták a Cr(VI)-tartalmat, és javaslatok születtek olyan utáncserző anyagok alkalmazására, melyek a készbőr jellegét nem változtatják meg, de hatással vannak a Cr(VI) keletkezésére [8]. A bőr- és bőrfeldolgozó iparban keletkező bőrhulladék komoly hulladékgazdálkodási nehézségeket okoz, elsősorban azért, mert igen nagy a mennyisége. A bőr fűtőértéke nagy, ezért a hulladékhasznosítási lehetőségei között az égetés is szerepel. A megvalósítás érdekében azonban meg kell vizsgálni, hogy milyen anyagok keletkeznek, mi juthat ki a füstgázokkal a környezetbe, és milyen mértékű a Cr(III) átalakulása Cr(VI)-tá. Germann H.P. és munkatársai krómtartalmú bőrgyári hulladékok és iszapok alacsony hőmérsékleten történő átalakítására dolgoztak ki módszert, melynek során az égetés 400-450 ºC-on, oxigén távollétében erre a célra kialakított reaktorban történik. Az égetés során keletkező hamu kis mennyiségű Cr(VI)-ot tartalmaz, így az különleges kezelést igényel [9]. 6
Anyagok és módszerek Sógor Cs., Kovács., Posta J. A mintaoldatok elkészítéséhez nagytisztaságú ioncserélt vizet használtunk, melyet illipore illi-q RG (erck KGaA, Darmstadt, Germany) készülékkel állítottunk elő. A minták feltárásához nagytisztaságú Spektrum 3D vegyszereket használtunk. A mérőműszer kalibrációjához szükséges oldatok elkészítéséhez 1000 μg/l króm(iii)-nitrát, illetve kálium-bikromát (erck, Darmstadt, Germany) standard oldatokat alkalmaztunk. A mikrohullámú feltárásokat ILSTON-LS-1200 ega DR (ilestone, I) készülékkel végeztük a műszerkönyvben megadott recept szerint. A minták száraz hamvasztását egy 1000 C ig elektromosan fűthető lecthermax (lekthermax Kft., O) kemencében végeztük. Spektrofotometriás mérésekhez Hewlett Packard 8543 (Palo Alto, CA, USA) spektrofotométert használtunk. A grafitkemencés atomabszorpciós mérések Zeeman háttérkorrekciós Perkin lmer AAnalyst 600-as típusú készülékkel (Waltham, A, USA), a FAAS mérések Varian SpectrAA-10 (Varian, CA, USA) típusú készülékkel történtek. redmények és értékelésük Bőrminták összes krómtartalma A gyártási folyamat különböző fázisaiból vett bőrmintákat vizsgáltunk. Túlnyomó részük a cserzési műveletek miatt jelentős mennyiségű krómot tartalmaz. Az 1. táblázatban a bőrminták összes krómtartalmát mikrohullámmal elősegített roncsolást követően Cr(III) formájában határoztuk meg, UV/VIS spektrofotométerrel λ = 575,0 nm hullámhosszon 1 cm-es cellában. inden minta esetén 5 párhuzamos feltárást és elemzést végeztünk. A minták mikrohullámal elősegített nedves roncsolását a műszerkönyvben megadott recept szerint hajtottuk végre (0,3 g mintához használt roncsoló elegy: 3 ml cc. HNO 3 és 0,5 ml 30%-os H 2 O 2, teljesítménylépcsők: 5 percig 300 W, majd 3 percig 600 W). 7
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. 1. táblázat: Különböző bőrök összes krómtartalma (µg/g). Table 1. The total chromium content of the leather samples (µg/g). inta (bőrhulladékok) Összes krómtartalom (µg/g) RSD* % Kikészített krómcserzett 26500 5,23 Kikészítetlen krómcserzett 14200 3,02 Növényi cserzett natúr és fedett 3280 36,0 Krómcserzett forgács + stuccolási maradék 25600 3,02 A növényi cserzett natúr és fedett bőrhulladékokra kapott eredmények nagy szórása a vett minták heterogén krómeloszlásával és a különböző forrásból származó mintákkal áll kapcsolatban. Bőrminták Cr(VI) tartalma A bőrben található Cr(VI)-tartalom meghatározására a legáltalánosabb módszer a vizes extrakción és a Cr(VI) difenil-karbaziddal adott színreakcióján, valamint UV/VIS spektrofotometriás meghatározásán alapszik. A meghatározást bizonyos mértékben zavarhatja a bőr színlevérzése [10]. Az előbbiekben vizsgált bőrminták vízzel kioldható króm-tartalmának meghatározásához a következőképpen jártunk el: kb. 0,2 g mintára 10 ml forró ioncserélt vizet öntöttünk, majd 10 percig ráztuk. Szűrés után az oldat összkróm-tartalmát GFAAS módszerrel, Cr(VI) tartalmát pedig Béni és munkatársai által kidolgozott Cr(VI) extrakciós módszer [11] segítségével határoztuk meg. inden minta esetén 5 párhuzamos feltárást és elemzést végeztünk. Az eredményeket a 2. táblázatban tüntettük fel. A Cr(VI) meghatározáshoz az oldat ph-ját 1,7 értékre állítottuk be. 2 ml oldathoz 2 ml etil-acetátot adtunk, és az elegyet 10 ºC alá hűtöttük. zt követően a lehűtött elegyhez 50 µl 3%-os H 2 O 2 -t adtunk, és egy műanyag kémcsőben kb. 1 percig erősen összeráztuk. zután a felső szerves (etil-acetátos) fázisból pipettáztunk a GFAAS mintatartó edényeibe. A CN/TS 14495 szabványtervezet által megadott kimutatási határ a bőrben levő, kioldható Cr(VI)-tartalom spektrofotometriás módszerrel történő meghatározására 10 mg/kg. A 2. táblázatban megadott adatok ennél jóval kisebbek, a vizsgált bőrminták ebből a szempontból nem tekinthetők veszélyesnek. 8
Sógor Cs., Kovács., Posta J. 2. táblázat: Bőrminták vízzel kioldható krómtartalma (µg/g). Table 2. The water soluble chromium content of the leather samples (µg/g). inta (bőrhulladékok) Vízzel kioldható összes krómtartalom (µg/g) RSD* % Vízzel kioldható Cr(VI) tartalom (µg/g) RSD* % Kikészített krómcserzett 1,91 12,4 0,12 12,1 Kikészítetlen krómcserzett 1,22 10,1 0,39 5,4 Növényi cserzett 0,49 14,3 0,03 10,6 natúr és fedett Krómcserzett forgács + stuccolási maradék 3,47 2,5 0,09 15,2 * 5 minta párhuzamos elemzésére számítva A Cr(III) Cr(VI) átalakulás vizsgálata bőrök hőkezelése során A bőrök megsemmisítését modellezve hamvasztással követtük nyomon a króm mérgező formába történő átalakulását. Többlépcsős fűtési programot alkalmaztunk: az elektromos kemencét 150 C-ig felfűtöttük, majd 50 fokonként haladtunk tovább, minden lépcső elérése után 20 percig tartva az adott hőmérsékleten. 800 C-on egy óráig tartottuk a mintát. A hamvasztás végén zöld színű hamu maradt a tégely alján, ami jelentős Cr 2 O 3 - tartalomra utalt. A hamuból előzetes oxidáció után forró vízzel ki lehetett oldani kromát formájában a krómot. A Cr 2 O 3 vízben és savakban oldhatatlan atomrácsos vegyület. Oldatba vitelére egy kíméletes ömlesztési eljárást dolgoztunk ki, amely egyrészt biztosítja a króm-oxid oldható formává történő kvantitatív átalakulását, ugyanakkor az ömlesztéshez használt porcelántégely anyagát sem támadja meg. Több kipróbált vegyülettel (kálium-peroxo-diszulfát, kálium-nitrát, nátrium-peroxid) szemben a követelményeknek a nátrium-perklorát-monohidrát felelt meg, amelyet ötszörös fölöslegben alkalmazva 450 o C-on a dikróm-trioxid teljes mennyisége nátrium-kromáttá alakul, amely már desztillált vízben is feloldódik. A 3. táblázatban a különböző bőrminták előkészítése hamvasztással és nátrium-perklorátos feltárással, a krómkoncentráció meghatározása FS módszerrel acetilén/dinitrogén-oxid lángban λ = 425,4 nm hullámhosszon és UV/VIS spektrofotométerrel λ = 349 nm hullámhosszon 1 cm-es cellában történt. 9
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. 3. táblázat: Az elhamvasztott bőrminták krómspeciációs vizsgálata. Table 3. The chromium speciation study of the incinerated leather samples. inta (bőrhulladékok) Kioldható Cr(VI)- tartalom (µg/g) Cr2O3-má alakult Cr- tartalom (µg/g) Hamvasztással meghatározott Cr- tartalom (µg/g) Kikészített krómcserzett 624 18500 19100 Kikészítetlen krómcserzett 283 10800 11000 Növényi cserzett natúr és fedett 41 2101 2142 Forgács + stuccolási (krómcserzett) 126 18300 18400 Hamvasztásnál összkróm mennyiségére nézve 70-80%-os visszanyerést értünk el. A mikohullámmal elősegített roncsolás során kapott eredményeket (1. táblázat) tekintettük 100 %-nak. A minták hamvasztása alatt a tégelyek alja porózusabb lett, és zöldre színeződött, ami azt jelenti, hogy a Cr 2 O 3 diffundált a mikropórusokba, amit nem lehetett oldatba vinni, és meghatározni. A kemencében történő hamvasztás a minta magas hőmérsékletű kezelését jelenti oxigénszegény környezetben. ásodik lépésként modelleztük a bőrök elégetését oxigénnel töltött zárt edényben is, mikro-schöniger-módszerrel. A Schöniger-módszert nagy szerves anyag tartalmú minták analitikai célú minta-előkészítéshez régóta alkalmazzák. A Schöniger-edény egy tipikusan nagy térfogatú (általában 1000 cm 3 ), vastag falú, nyomásálló, csiszolatos rlenmeyer-lombik. A dugóba platinaspirál van forrasztva, amely tartja a mintát, és katalizálja az égést. Az edénybe kevés, az égéstermékeket elnyelő folyadékot töltenek, majd lassú ütemben áramoltatott tiszta oxigén gázzal kiszorítják belőle a levegőt. A papírcsónakba helyezett mintát a platinaspirálba erősítik, és meggyújtják. A dugónál kialakított részt néhány ml folyadékkal töltik meg a gázok elszivárgásának megakadályozására. A módszer előnye, hogy mind a száraz hamvasztáshoz, mind a nedves roncsoláshoz képest igen gyors eljárás, és mivel az égési folyamat tiszta oxigénben zajlik, a szerves anyag teljes mennyisége szén-dioxiddá és vízzé alakul. unkánk nyomelem-analitikai jellegéből adódóan egészen kis bemérésekkel dolgoztunk. Az e feladathoz túl nagy, eredeti Schöniger-edény 10
Sógor Cs., Kovács., Posta J. 1. ábra: ikro-schöniger-edény 40-50 mg tömegű bőrminták égetéséhez. Fig. 1. The micro-schöniger-wessel for burning of 40-50 mg leather samples. helyett a 1. ábrán látható alakú 200 milliliteres vastag falú lombikot használtunk. Az égéstermékek elnyeletésére mintánként 3 ml 0,1 mol/l koncentrációjú salétromsav-oldatot tettünk az edénybe. A 40-45 mg tömegű bőrmintákat kis papírcsónakban helyeztük a platinaspirálba. Az égetés befejeztével a kondenzált termékeket összegyűjtöttük, majd leszűrtük. Az égés során keletkezett kromát a szűrletbe került, melyet acetilén/ dinitrogén-oxid lángban emissziós üzemmódban elemeztünk λ = 425,4 nm hullámhosszon. A szűrőpapíron visszamaradt szilárd, zöld anyagot, a dikróm-trioxidot (Cr 2 O 3 ), kromáttá alakítottuk a kidolgozott ömlesztési eljárás segítségével, és UV/VIS spektrofotométerrel λ = 349 nm hullámhoszszon elemeztük. egállapítottuk, hogy az égetés során a bőrminták eredeti összkrómtartalmának 1-5%-a alakul Cr(VI)-tá. ivel a kidolgozott módszer a minta égetését jelenti, a készülék modellkísérletek végzésére is alkalmas, annak vizsgálatára, hogy krómtartal- 11
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. mú minták (például bőrhulladékok) égetése során milyen arányban alakulhat át a minta Cr(III)-tartalma toxikus Cr(VI)-tá. Következtetés A bőrök megsemmisítését modellezve, mikro-schöniger módszerrel és hamvasztással, azt tapasztaltuk, hogy mindkét esetben a bőrök Cr(III)-tartalmának csupán 1-5%-a alakult Cr(VI)-tá. zek az adatok arra figyelmeztetnek bennünket, hogy a krómtartalmú bőrhulladékok égetésénél igen körültekintően kell eljárni, hogy a toxikus kromátok ne kerüljenek ki a környezetbe. Bár a jelenleg érvényes U- szabályozás szerint a bőrgyári hulladékok (beleértve a krómtartalmúakat is) nem számítanak veszélyesnek, lerakásukat korlátozza a nagy szerves anyag tartalom, ezért a gyárak és a kutatók folyamatosan keresik a lehetséges megoldásokat. Irodalomjegyzék 1. Pál, K., Króm a környezetben. OIK, Környezetvédelmi füzetek, Budapest; 2000. 2. ertz, W., Chromium: An essential micronutrient. Contemp Nutr. 9, 1982, 2 18. 3. Caroli, S., lement Speciation in Bioinorganic Chemistry. John Wiley & Sons, 135, 1996. 4. Sógor, Cs.; Béni, Á.; Kovács, R.; Posta, J., Cr(III) Cr(VI) átalakulásának vizsgálata gyakorlati minták hőkezelése során. űszaki Szemle, 63, 2014, 34 40. 5. Vermes, L., Nyersbőrtől a készbőrig, űszaki Könyvkiadó, Budapest; 1983. 6. Sykes, R.; Kiss, Á., A króm védelmében. Bőr- és cipőtechnika, 44(6), 1994, 256 258. 7. Integrált Szennyezés-megelőzés és Csökkentés (IPPC) Bőrgyártás, pp. 49, (http://ippc.kormany.hu/download/9/f9/70000/borgyartas_bref.pdf.). 8. Candar, V.; Reetz, I.; Ferranti,., How to avoid the formation of Cr(VI) in Leathers. Leather, 2001, 18 24. 9. Germann, H.P., Chrome tannage from the viewpoint of ecology. J. Soc. Leather Technol. Chem. 79, 1995, 82 85. 12
Sógor Cs., Kovács., Posta J. 10. Braun, A., Legújabb fejlemények a bőr króm (VI) tartalmával kapcsolatban. Bőr- és Cipőtechnika, -piac: műszaki-tudományos-kereskedelmi folyóirat 58, 2004, 59-60. 11. Béni, Á.; Karosi, R.; Posta, J., Speciation of hexavalent chromium in waters by liquid-liquid extraction and GFAAS determination. icrochem. J. 85, 2007, 103-108. Chromium Speciation in Leather Summary Due to tanning procedures most leather types contain a significant amount of chromium. The conversion of Cr(III) to Cr(VI) during incineration of waste was examined. First the Cr(VI) content of initial leather samples was determined after hot distilled water extraction as well as the total chromium content of these after microwave assisted digestion. odelling the incineration of leathers, the conversion of Cr(III) into toxic Cr(VI) was studied by ashing and the micro-schöniger method. A procedure was developed for dissolving the Cr 2 O 3 formed during these two methods. Using sodium-perclorate-monohidrat in a fivefold excess at 450 o C, the Cr 2 O 3 could be quantitatively transformed into sodium chromate. Both ashing and the micro-schöniger method resulted in the transformation of 1 5%-of the Cr(III)-content of leathers into Cr(VI). These data warn us that we must be very careful when incinerating leather waste containing chromium, so that the toxic chromates should not get into the environment. 13
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. A hidroxiapatit alapú bioanyagok lehetséges alkalmazási területei 1 Czikó elinda a*, Vizi nikő b, Bogya rzsébet Sára b,c, Barabás Réka b a Kémia kar román tagozata, Babeş-Bolyai Tudományegyetem, Kolozsvár, b Kémia és Vegyészmérnöki kar magyar tagozata, Babeş-Bolyai Tudományegyetem, Kolozsvár, Arany János utca 11, Románia, RO-400028 c TA-SZT Lendület porózus nanokompozitok Kutatócsoport, 6720 Szeged, Rerrich Béla tér 1, agyarország, www.porousnanocomposites.com Kivonat A hidroxiapatit (HAP), mely a csontok fő szervetlen összetevője, kitűnő biokompatibilitással és nagy fajlagos felülettel rendelkezik. A HAP hátrányai közé tartozik, hogy a mechanikai tulajdonságai meglehetősen gyengék, ezért háttérbe szorul az implantátumként való felhasználása, inkább bevonatanyagaként alkalmazzák. hátrányos tulajdonságainak javítása érdekében különböző adalékanyagok hozzáadása után vizsgáltuk ezeknek a hidroxiapatit szerkezetére és tulajdonságaira gyakorolt hatását. A felhasznált adalékanyagok: a kitozán, a zselatin, a szilíciumdioxid és a polivinil-pirrolidon voltak. zen HAP alapú anyagok tulajdonságait vizsgáltuk infravörös spektrofotométerrel (IR), röntgen diffrakcióval (XRD), transzmissziós elektronmikroszkóppal (T), meghatároztuk a fajlagos felületüket (BT) és részecskeméret eloszlásukat (lézer diffrakciós módszerrel), valamint a biológiai közegben való stabilitásukat szimulált testnedvben. A vizsgálatokból kiderült, hogy a különböző adalékanyagok különbözőképpen fejtik ki a hatásukat. A nagy fajlagos felületükből adódóan érdekesnek és hasznosnak bizonyult a szorpciós képesség vizsgálata is, melyet a HAP és a HAP-Si esetében végeztünk el, vizsgálva a betain illetve a nikotinsav adszorpcióját, UV-VIS spektrofotometriával valamint Cd 2+ ionok szorpcióját kadmium szelektív elektróddal. 1 A dolgozat. Czikó,. S. Bogya,. V. Diudea, R. Barabás, Research on hydroxyapatite based composite materials, Revue Roumaine De Chimie, 59(5), 353 357, 2014-ben közölt dolgozat rövidített, magyar nyelvű változata. 14
Czikó., Vizi., Bogya. S., Barabás R. Az eredmények arra utalnak, hogy a nagy fajlagos felületének köszönhetően a HAP alkalmas a vizek tisztítására valamint hordozóanyagként is felhasználható. A közleményünk célja, az eddig kapott érdekesebb eredményeink öszszefoglalása és a jövőbeli kutatások körvonalainak bemutatása. Kulcsszavak: Hidroxiapatit, csapadékos módszer, szimulált testfolyadék, adalékanyagok Bevezetés A hidroxiapatit (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 - HAp) egy bioanyag ami a csontoknak és a fogaknak fő szervetlen alkotója ezért fontos a biológiai-, fizikai-, és kémiai tulajdonságainak feltárása [1]. Jó bioaktivitással és biokompatibilitással rendelkező, a kemény vagy lágy szövetbe könnyen beépülő csontszerű anyag, ezek mellett nagy a fajlagos felülete ezért a szorpciós képességei kiválóak [1]. A HAP fajlagos felületének a növekedéséhez vezet a SiO 2 (10%) beépülése a HAP szerkezetébe [2], mivel ezáltal megnő az anyag szorpciós képessége is (HAP-Si). Fő alkalmazási területe implantátum bevonatanyagaként való felhasználása, de fontos szerepe van albuminok, proteinek kromatográfiás elválasztásánál, mint adszorbens [3], gyógyszerek hordozóanyagaként [4] illetve szerves anyagok adszorpciójához is (pl. nikotinsav és betain) használják. A szerves anyagok adszorpcióját tanulmányozva különböző szemcseméret és különböző tömegarányú SiO 2 tartalom esetében arra következtethetünk, hogy ezek befolyásolják a szerves anyagok adszorpcióját illetve létezik egy optimális SiO 2 tartalom, amellyel a fajlagos felületi maximum elérhető. z a 10% SiO 2 tartalomnál tapasztalható, ennél kisebb illetve ennél nagyobb százalékos tartalom mellett kisebb a kapott anyag fajlagos felülete (1. ábra) [5,6]. A HAP fontos tulajdonsága, hogy a kalcium ionjai, foszfát és hidroxil csoportjai helyettesíthetők más fémionokkal és csoportokkal anélkül, hogy elveszítené kristályos szerkezetét, ennek az ioncserélő képességének köszönhetően használják a víztisztításban nehéz fémek megkötésére [7,8,9]. Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 + xcd(no 3 ) 2 xca(no 3 ) 2 + Ca 10 -xcd(po 4 ) 6 (OH) 2 4,00 x 2,65 15
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. 1. ábra: A fajlagos felület változása a beépített szilícium mennyiségének függvényében. Fig. 1. Changing the specific surface area depending on the built-in amount of silica. A Cd 2+ ionok koncentrációjának változását az oldatban kadmium szelektív elektróddal való vizsgálata mellett mértük, míg a Ca 2+ ionok koncentrációját kalcium szelektív elektróddal. zekből a mérésekből az derült ki, hogy nem csupán adszorpcióról, hanem ioncseréről is beszélhetünk, hiszen nőtt a Ca 2+ ionok koncentrációja az oldatban (2. ábra). Bioanyag természete és nagy fajlagos felülete alkalmassá teszi a nehéz fémmel szennyezett vizek tisztítására [10]. ivel a hidroxiapatit mechanikai tulajdonságai gyengék, ezért önálló implantátumként nem használhatók fel. zen hiányosságok különböző adalékanyagok hozzáadásával javíthatók. A SiO 2 javítja a hidroxiapatit bioaktivítását, miután beépült annak szerkezetébe [11], zselatin (GL) csökkenti a csont gyógyulási idejét, kitozán (CS), melyet a csontot kiegészítő anyagok készítésére fejlesztettek ki [12]. Vizsgáltuk, hogy az adalékanyagok hogyan befolyásolják a hidroxiapatit szerkezetének kialakulását és tulajdonságait. Az anyagok előállítására 16
Czikó., Vizi., Bogya. S., Barabás R. 2. ábra: A kadmium- és kalcium-ion koncentrációjának változása az adszorpció során. Fig. 2. Variation of the concetration of calcium and cadmium ions during the adsorption. csapadékos módszert használtunk, melyet. Jarcho és csapata fejlesztett ki 1976-ban [13]. bben az esetben a reakció szobahőmérsékleten és állandó keverés [14] mellett játszódik le: 10Ca(NO 3 ) 2 + 6(NH 4 ) 2 HPO 4 + 8NH 4 OH Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 +20NH 4 NO 3 +6H 2 O A csapadékos módszer esetében már a reakció első pillanatában egy fehér csapadék jelenik meg, mely kalcium-foszfát vagy amorf kalcium-foszfát, majd a szuszpenzió öregedésével alakul ki a HAP hexagonális szerkezete [15]. A HAP szerkezetének kialakulását röntgen diffrakciós technikával (XRD) vizsgáltuk. Azt tapasztaltuk, hogy a HAP szerkezete csak 2 óra elteltével alakul ki, de kitozán CS hozzáadása esetében már 5 perc után kristályos HAP alakul ki (3. ábra). ás fajta adalékanyag hozzáadása esetében nem észleltük ezt a jelenséget, amelyből a HAP és a CS között létrejövő kémiai kölcsönhatások jelenlétére következtethetünk. Az adalékanyagot is tartalmazó anyagok estében a kapott részecskék mérete is különböző. A HAP- 17
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. 3. ábra: Az XRD felvételek a HAP és a HAP/CS (B) esetében. Fig. 3. XRD spectrums of HAP (A) and HAP/CS (B). 4. ábra: A részecskeméret változás a reakció folyamán. Fig. 4. The particle size variation during the reaction. 18
Czikó., Vizi., Bogya. S., Barabás R. 5. ábra: Transzmissziós elektron mikroszkópos felvételek. Fig. 5. Transmission electron microscopic images. Si és a HAP-GL esetében a részecskék mérete a teljes reakció ideje alatt nano-tartományban marad, a CS és a PVP tartalom esetében a hozzáadott polimer mennyiségének növelésével a részecskék mérete csökken (4. ábra). Az anyagok morfológiája is eltérő, hiszen a HAP tűszerű kristályai a CS vagy a polivinil-pirrolidon vagy a zselatin hozzáadása után gömb alakúak lesznek (5. ábra). A HAP bioanyagként való felhasználásához szükséges ennek biológiai környezetben való vizsgálata. zt a célt szolgálja a szimulált testfolyadék (simulated body fluid, SBF), melyben az ionok koncentrációja megegyezik a vérplazma ionkoncentrációjával. Az ebben az oldatban való áztatás folyamán in vitro bepillantás nyerhető a testben való viselkedésére drága állatkísérletek nélkül [16]. Az SBF-ben való áztatás során egy új HAP réteg válik ki, célunk ennek a mennyiségi vizsgálata. Vizsgálataink során a kompozit anyagokat pasztilláztuk (40 mg), majd 28 napos időtartamra SBF (20 ml) 19
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. 6. ábra: Az SBF-ben áztatás során a Ca2+- és a foszfát-ionok koncentrációjának változása a HAP (A) és a CS/HAP (B) esetében. Fig. 6. Variation of concetration of Ca2+ and phosphate ions during the immersion of a HAP (A) and CS/HAP (B). 7. ábra: Az XRD spektrumok SBF-ban való áztatás előtt és után. Fig. 7. XRD spectra before and after immersion in SBF. oldatba áztattuk. Bizonyos időközönként mintát vettünk és mértük az SBF Ca 2+ - és H 2 PO 4 tartalmát valamint a pasztillák tömegváltozását. Az SBF-ben való áztatás után a H 2 PO 4 koncentráció-meghatározást mo lib denáttal végeztük savas közegben. Az oldat színintenzitása arányos az ortofoszfát-ionok koncentrációjával, amelyet UV-VIS spektrofotométerrel mértünk. A Ca 2+ koncentrációjának meghatározását komplexometriásan DTA-val való titrálással végeztük, murexid indikátor jelenlétében. A HAP esetében az oldatban a foszfát és a kalcium koncentrációja folyamatosan csökkent, míg az adalékanyagot is tartalmazó anyagok esetében a kalcium koncentráció változása eltérő volt a HAP esetében tapasztaltaktól (6. ábra). 20
Czikó., Vizi., Bogya. S., Barabás R. 8. ábra: A HAP tömegváltozása az SBF-ben való áztatás során. Fig. 8. Weight variation after the SBF immersion. bben az esetben folyamatosan nőtt a kalcium ionok koncentrációja, míg az ortofoszfát-ionok koncentrációja csökkent, erre magyarázatul szolgáltak az XRD felvételek, mely a Na + és K + szubsztituált HAP létrejöttét jelentette a kompozit felületén (7. ábra). Na + és K + ionok kihelyettesítették a Ca 2+ ionokat a HAP szerkezetéből így növelve az oldat kalcium koncentrációját és az új HAP réteg kialakulásával csökkentve a foszfát ionok koncentrációját az SBF oldatban. A vizsgált anyagok esetében a 3. naptól kezdve növekedés állt be ami egy új HAP réteg kialakulását sejteti (8. ábra). A tömegváltozást is mértük és a legnagyobb tömegnövekedés a 8%CS/HAP esetében volt tapasztalható, aminek a magyarázata a megnövekedett reakcióképesség. Következtetésképpen elmondhatjuk, hogy az előállítási módszer megválasztásával befolyásolhatjuk a keletkező anyag tulajdonságait és ezáltal a felhasználási területeit is, így lehetővé válik az anyag széles körű felhasználása, úgy, mint: víztisztításnál alkalmazott szorbens, gyógyszerek és növényvédőszerek hordozóanyaga, és nem utolsó sorban mint implantátum bevonat. z a széles skálán mozgó felhasználási területe a hidroxiapatitnak motiválja a további kutatásokat, más jellegű adalékanyagok hozzáadásával (szén nanocső, fullerén) és ezen kompozitok biológiai jellemzését. 21
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. Köszönetnyilvánítás A szerzők köszönik a Székely lőfutár és a Collegium Talentum tehetség-támogató szervezetek támogatását. Irodalomjegyzék 1. archat, D.; Bernache-Assollant, D.; Champion,., J. Hazard. ater. A137, 2007, 453 460. 2. Bogya,.S.; Barabás, R.; Bizo, L.; Dejeu, V.R, Proceedings of the 11th CRS Conference, Krakow, 2009. 3. Kandori, K.; Fudo, A.; Ishikawa, T., Phys. Chem. Chem. Phys., 2, 2000, 2015 2020. 4. urray,.g. S.; Wang, J.; Ponton, C.B.; arquis, P.., J. ater. Sci., 30, 1994, 3061 3074. 5. Dancu, Al.C.; Barabas, R.; Bogya,.S., Cent. ur. J. Chem. 9(4), 2011, 660 669. 6. Bogya,.S.; Czikó,.; Szabó, G.; Barabás, R., J. Iran. Chem. Soc., 10, 2013, 491 503. 7. Corami, A.; ignardi, S.; Ferrini, V., J. Hazard. ater. 146, 2000, 164 170. 8. Zeng, W.; Yang, X.L. Q.; Zeng, G.; Shen, X.; Zhang, Y., J. Hazard. ater.,147, 2007, 534 539. 9. Arami, H.; azloumi,.; Khalifehzadeh, R.; Lak, A.; Sadrnezhaad, S.K., J. Cryst. Growth 309, 2007, 37 42. 10. Bogya. S.; Czikó.; Barabás R.; Csavdári A., Journal of the Iranian Chemical Society 11, 2014, 53 68. 11. Péna, J.; Izquierdo-Barba, I.; García,.A.; Vallet-Regí,., J. ur. Ceram. Soc., 26, 2006, 3631 3638. 12. Chen,.; Tan, J.; Lian, Y.; Liu, D., Appl. Surf. Sci., 254, 2008, 2730 2735. 13. Sadat-Shojai,.; Khorasani,.T.; Dinpanah-Khoshdargi,.; Jamshidi A., Acta Biomater., 9, 2013, 7591 7621. 14. obasherpour, J.; Soulati Heshajn,.; Kazemdeh, A.; Zakari,., J. Alloys Compd., 430, 2007, 330 333. 15. Kim, S.; Ryu, H.S.; Shin, H.; Jung, H.S.; Hong, K.S., ater. Chem. Phys. 91, 2005, 500 506. 16. Kokubo, T.; Takadama, H., Biomaterials, 27, 2006, 2907 2915. 22
Czikó., Vizi., Bogya. S., Barabás R. Characterization of hydroxyapatite based biomaterials Summary The hydroxyapatite (HAP), which is the main inorganic component of bones, have excellent biocompatibility and high specific surface. The HAP main disadvantage is that the mechanical properties are rather weak and therefore can t be used as implant; therefor it is used as coating materials of implants. In order to improve these mechanical properties of HAP, we have been used additive materials. Chitosan, gelatin, silica, polyvinylpyrrolidone are the additives used. The properties of the HAP based materials were examined by infrared spectrophotometer (IR), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (S), transmission electron microscopy (T), specific surface determination (BT), particle size determination with Coulter Counter and biological stability in simulated body fluid (SBF). The investigation revealed that the additives exert their effects differently. Due to high specific surface, sorption capacity examination was useful and interesting, which was carried out for the HAP and HAP Si, by examining the sorption of the betaine or nicotinic acid with UV-VIS spectrophotometer and the sorption of Cd 2+ with cadmium selective electrode. The results suggest that, because of HAP high specific surface the HAP proves to be excellent target for purification of water or as substrate material as well. The purpose of this short communique is a summarization of our results and to present the outlines of applications of these results. 23
A 2015-ös rdélyi Természettudományi Konferencián elhangzott előadások anyaga 24
Csavdári A., Vincze., Juzsákova T., Tonk Sz., ajdik C. Vörösiszap környezetbarátabb tárolását elősegítő kísérletek Csavdári Alexandra 1, Vincze rzsébet 1 *, Juzsákova Tatjána 2 Tonk Szende 3, ajdik Cornelia 1 1 Babes-Bolyai Tudományegyetem, Kémia es Vegyészmérnöki Kar, Kolozsvár, Arany János u. 11, RO-400028 2 Pannon gyetem, Veszprém, gyetem u. 10, HU-8200; 3 Sapientia rdélyi Tudományegyetem, Kolozsvár, Tordai út 4, RO-400193; *e-mail: verzseb_et9318@yahoo.com Kivonat A vörösiszap a Bayer-eljárás mellékterméke az alumínium gyártásában. A tárolása környezeti kockázatokkal jár, mivel a zagyvíz ph értéke 11,3 ± 1,0. Környezetkímélőbbé válik, ha a zagy ph-ja ~ 8 8,5-re csökken. gy kísérletsorozatot mutatunk be, melyben a vörösiszap mintákat sósavval illetve PVC-vel kezelünk azzal a céllal, hogy a zagyvíz ph-t csökkentsük. Változtattuk a folyadék reakcióközegét, a hőmérsékletet és a PVC típusát. A kezelt mintákat kémiai módszerekkel elemeztük. Az eredmények bizonyítják a biztonságosabb környezetbarát tárolást. Kulcsszavak: vörösiszap, zagyvíz, semlegesítés, PVC. Bevezető A vörösiszap az a vöröses barnás színű szilárd hulladék, ami az alumínium-oxid bauxit ércből történő kivonása során keletkezik, elsősorban a Bayer-eljárással. z az eljárás nátrium-hidroxidot használ az alumínium-szilikát feloldására, így tehát 1 tonna alumínium-oxid előállítása során kb. 1 1,5 tonna vörösiszap keletkezik [1 5]. Veszélyei, környezetkárosító hatásai közé tartozik az erős lúgosság (ph = 10 12) [1, 2] valamint a kis szemcseméret, mely az általunk használt vörösiszap esetében 5 30 µm volt. Az alumíniumipar által termelt hulladék mennyisége egyértelműen mutatja, hogy a jövőben olyan fejlesztésekre lesz szükség, mely lehetővé teszi ezen anyag jótékony felhasználását [6]. A vörösiszap vas-oxid, titán-oxid, szilícium-oxid, és a fel 25
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. nem oldott alumínium-oxid mellett, sokféle más oxidokból áll, a származási helytől (országtól) függően [6]. agas fémtartalmának köszönhetően felhasználható, mint másodlagos nyersanyagforrást a fémfeldolgozó-iparban, vagy a kisebb arányban jelenlevő alkotóelemek révén (V, Cr, Ni, Cu, n, Zn stb.), mint katalizátor [2]. A polivinil-klorid (PVC) a műanyag előállítására használt polimer alapanyag. Fizikai jellemzőit különböző adalékanyagokkal módosítják, alkalmassá téve az építőiparban való felhasználására, főleg ablakkeretek, csövek, kábelek szigetelésére stb. A PVC piaci részesedése szerint a harmadik legnagyobb hőre lágyuló műanyag a világon, melynek éves termelése 36 millió tonna volt 2011-ben. Az évek során részletesen tanulmányozták a PVC negatív egészségügyi valamint környezeti hatásait, amely a hulladék égetése során felszabaduló mérgező gázoknak köszönhető [7]. A települési PVC hulladék 50 65%-át a klór (különböző vegyületei formájában) képezi, emiatt a PVC hulladék újrahasznosítása komoly kihívást jelent [8]. A vörösiszap semlegesítése segít csökkenteni a környezetre gyakorolt káros hatását, valamint megnyitja a lehetőséget ezen melléktermék újrahasznosítására, amelyet eddig az erős lúgosság megakadályozott. A Természetvédelmi Tanács szerint a vörösiszap környezetkímélőbb, ha a ph értéke 8,5 8,9-re csökken. A vörösiszap 8 körüli ph értékre való semlegesítése még kívánatosabb [3], mert a megkötött nátrium így felszabadul, a lúgos ásványi anyagok semlegesítődnek, a toxikus fémek ezen a ph értéken pedig nem oldódnak fel. miatt komoly erőfeszítéseket tesznek a vörösiszap lúgosságának csökkentésére, mivel a hulladék ph pufferként viselkedik és a benne található lúg vizes mosással nem távolítható el [9]. A kutatásunk célja a vörösiszap hulladék PVC-vel történő semlegesítési lehetőségének vizsgálata. Pozitív eredmények esetén célunk a folyamat további elemezése, optimalizálása, a különböző paraméterek befolyásának vizsgálata a PVC-vel kezelt vörösiszap és a zagyvíz semlegesítése tekintetében. 26 Kísérleti rész A kísérlet a két kiinduló anyag, azaz a vörösiszap és a PVC, standardizálásával valamint kémiai elemzésével kezdődött. A vörösiszap a magyarországi Ajkai Timföldgyár (agyar Alumínium Termelő és Kereskedelmi Zrt.) vö-
Csavdári A., Vincze., Juzsákova T., Tonk Sz., ajdik C. rösiszap tárolójából származik, melyet hőkezeléssel súlyállandóságig szárítottuk, standardizáltunk. Szaküzletből vásárolt PVC, valamint PVC gyöngy (a BorsodChem ipari terméke) került felhasználásra. Vizsgáltuk ezen anyagok részecskeméretét, nedvességtartalmát, ömlesztett sűrűségét valamint hamu tartalmát. Következő lépésként az iszapot sósavval kezeltük, annak érdekében, hogy felmérjük a vörösiszap klór-megkötő képességét, így felmérhető az a PVC mennyisége, amely a kívánt ph értékre csökkenti az iszap zagyvizét. 5 g vörösiszap és 125 cm 3 vízből álló zagyhoz 15 cm 3 HCl (1) oldatot adtunk. A zagyvíz ph-ja 123 nap alatt egy stabil ph értéket, 7,8-as, ért el. A vörösiszap PVC-vel történő kezelésére az 1. ábrán látható berendezést alkalmaztuk. Kétnyakú gömblombikba 3 g vörösiszapot mértünk ki, melyhez 3 g PVC darát / gyöngyöt és 50 cm 3 szerves oldószert adagoltunk, melynek az a szerepe, hogy 200 o C alatti hőmérsékleten nagy érintkezési felületet tegyen lehetővé a két szilárd anyag között. A visszafolyós hűtés mellet 20 órán át kevertettük az elegyet különböző, állandó hőmérsékleten. Az üveg gázcsapda híg NaOH oldatot és pár csepp sav-bázis indikátort tartalmazott. kísérlet során két fázist kaptunk: a szilárd kezelt vörösiszapot valamint a folyékony szerves fázist. A visszamaradt szilárd fázist vákuumszűrőn szűrtük, majd 120 o C-on 2 órán át szárító szekrényben szárítottuk és a tömegét lemértük. Kezeletlen, HCl-al illetve PVC-vel kezelt 0,6 g-os vörösiszap mintákat királyvízben tártunk fel, a nehézfémtartalom meghatározása céljából. redmények és kiértékelés A standardizálás eredményeit az 1. táblázat mutatja, a zagyvíz ph értéke ~12. A PVC elemanalízis eredményei a 2. táblázatban vannak összefoglalva. Különböző származású PVC dara, színező vagy más adalék anyagokat is tartalmazhat, de akkor is egyértelműen elmondhatjuk, hogy a PVC minták több mint 50% klórt tartalmaznak. A sósavas kezelésből arra következtethetünk, hogy 1 g iszap kb. 0,1 g klórt (pontosabban sósavat) képes szobahőmérsékleten megkötni, és a kívánt ph értékre semlegesítődni. A PVCvel történő kezelés során különböző kísérleti körülmények változtatásával (érintkező közeg/hőmérséklet) a következő eredményeket nyertük, melyet a 3. táblázat mutat be. 27
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. 1. ábra: A vörösiszap PVC-vel történő kezelésére használt berendezés. Fig. 1. xperimental devise used for PVC treatment of red mud. 28
Csavdári A., Vincze., Juzsákova T., Tonk Sz., ajdik C. 1. táblázat: A nyersanyagok standardizálási eredményei. Table 1. Results of raw material standardization. Vörösiszap: Szárító előkezelés Nedvesség: 31,4% (m/m) Ömlesztett sűrűség: 0,994 ± 0,018 g/cm3 Szemcseméret: 5 30 µm Zagyvíz ph: ~ 3,8% m/m ph = 11,97 ± 0,07 PVC dara: éret: 2 3,35 mm Hamu: 50 52% w/w Nedvesség: < 0,1 % w/w Ömlesztett sűrűség: 0,742 ± 0,132 g/cm 3 PVC gyöngy: éret: 2 mm Hamu: 40 42% w/w Nedvesség: < 0,1% w/w Ömlesztett sűrűség: 0,737 ± 0,053 g/cm 3 2. táblázat: A PVC minták elemanalízis eredménye (% m/m). Table 2. Results of PVC elemental analysis (% m/m). lem (% m/m) O Al Si Cl Ca C S PVC gyöngy 0,35 --- --- 55,62 --- 43,62 0,41 PVC dara 4,49 0,18 0,19 45,00 6,57 43,57 --- A vörösiszap zagy 0,2 g visszamaradt, kezelt szilárd fázisból és 20 cm 3 kétszer desztillált vízből állt. egfigyelhető hogy dimetil-formamidban, 150 152 o C-on csökkent a legtöbbet a ph értéke, de xilolban is megfigyelhető a ph érték csökkenése. A PVC dara és a PVC gyöngy hatásossága nagyon hasonló. Azt észleltük, hogy az 1:1 tömegadagolási arány megfelelő ph esést eredményez, és elégséges a vörösiszap környezetbarát tárolására. A kezelt iszap fémtartalmát ICP-es eljárással ellemeztük. Az eredmények alapján elmondhatjuk, hogy függetlenül a kezelés módszerétől a vörösi- 29
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. 3. táblázat: A nyersanyagok standardizálási eredményei. Table 3. Results of raw material standardization. Kísérlet Összetétel Hőmérséklet ( o C) Zagyvíz ph 1 Vörösiszap, PVC dara, xilol 135 137 8,96 2 Vörösiszap, PVC gyöngy, xilol 135 137 8,65 3 Vörösiszap, PVC dara, dimetil-formamid 150 152 4,98 4 Vörösiszap, PVC gyöngy, dimetil-formamid 150 152 5,45 5 Vörösiszap, PVC dara, ciklo-hexanon 140 148 10,52 szapban visszamaradnak nehézfémek, amelyek katalizátorként viselkedhetnek (Fe, Cu, Cr, Co, n, Ni, Pb, Sr, Zn, Cd stb.). Csak a sósavval kezelt vörösiszap esetében a vas az extraktumban felhalmozódik. Ugyanez a tendencia figyelhető meg, de kisebb mértékben, a PVC esetében is, ami közvetített módon arra a következtetést sugallja, hogy a hőkezelés folyamán HCl képződött. Ugyanígy magyarázzuk a kalciumtartalom csökkenését is, savas közegben a kalcium a szilárd fázisból kioldódik [10]. zt alátámasztja alá az a megfigyelés is, hogy a kezelések után visszamaradt vizes vagy szerves fázisok sok nátriumot és kalciumot tartalmaztak [10]. Következtetések A dolgozat a vörösiszap hulladék PVC darával/gyönggyel történő semlegesítési lehetőségét vizsgálja. egfigyeltük, hogy csak a magasabb hőmérsékleten kezelt iszapminták zagyvizének lúgossága csökkent. Tehát feltételeztük, hogy PVC-vel történő hőkezelésnél keletkezett sósavat az iszap magába foglalta. Ugyanezt mutatták ki közvetlen módon az ICP elemzések is. A visszamaradt vörösiszap katalitikus hatással rendelkező fémeket tartalmaz. 30
Csavdári A., Vincze., Juzsákova T., Tonk Sz., ajdik C. Következésképpen elmondhatjuk, hogy a szerzők lehetségesnek, járható útnak tartják a vörösiszap PVC-vel való semlegesítését. Az eredményeket további vizsgálatokkal szeretnénk alátámasztani, kiegészíteni. Irodalomjegyzék 1. Sutar, H.; ishra, S.C.; Sahoo, S.K.; Chakraverty, A.P.; aharana, H.S., American Chemical Science Journal, 4, 2014, 255 279. 2. Gräfe,.; Power, G.; Klauber, C., Hydrometallurgy, 108, 2011, 60 79. 3. Hanahan, C.; cconchie, D.; Pohl, J.; Creelman, R.; Clark,.; Stocksiek, C., nvironmental ngineering Science, 21, 2004, 125 138. 4. Harjeet, N.; Pranati, S.; Abanti, S., Powder Technology, 269, 2014, 233 239. 5. Zhang, R.; Zheng, S.; a, S.; Zhang, Y., Journal of Hazardous aterials, 189, 2011, 827 835. 6. Wentao, L.; Couperthwaite, S.J.; Gurkiran, K.; Cheng, Y.; Johnstone, D.W.; illar, G.J., Journal of Colloid and Interface Science, 423, 2014, 158 165. 7. Stichnothe, H.; Azapagic, A., Resources, Conservation and Recycling, 71, 2013, 40 47. 8. Keane,., Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 82, 2007, 787 795. 9. Suchita, R.; Wasewar, K.L.; ukhopadhyay, J.; Chang, K.Y.; Hasan, U., Archives of nvironmental Science, 6, 2012, 13 33. 10. Khaitan, S.; Dzombak, D.A.; Lowry, G.V., Journal of nvironmental ngineering, 26, 2007, 873 881. Trials for nvironmentally Safer Stockpiling of Red ud Summary Red mud is a by-product of the Bayer procedure of alumina production from bauxite. Its stockpiling involves environmental risks; its pore-water has an average ph of 11.3 ± 1.0. nvironmentally safer deposits would demand ph values of ~8, 8.5. 31
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. The hereby presented experiments describe the treatment of red mud samples with hydrochloric acid or waste PVC with the aim of lowering the ph of pore-water. Liquid contact media, temperature and PVC source were varied. The treated mud samples were characterized by chemical means. Results prove sufficient for environmentally safer depositing. 32
Forizs., Kun A-Zs., Jákob N. Nickel(II) Complexes with Bioactive Ligands Forizs dit 1, Kun Attila-Zsolt 1, Jákob Noémi 1 1 Faculty of Chemistry and Chemical ngineering, Babeş-Bolyai University, RO 400028 Cluj-Napoca, Romania; -mail: eforizs@chem.ubbcluj.ro Abstract In recent years, there has been growing interest in research on transition metal complexes of bioactive ligands, mainly because these complexes may have biological activities. We present our preliminary results on the synthesis, structural investigations and molecular modeling of new mixedligand complexes of Ni(II) with the bioactive acetazolamide and bidentate chelating ligands. The prepared complexes have been characterized by elemental analysis, infrared spectroscopy and thermal analysis. The structure of the complexes has been optimized by P6, P6-DH+ and P7 semiempirical calculations. Keywords: Acetazolamide, P6, P6-DH+, P7 Introduction Transitional metal complexes of sulfonamide derivatives with 1,3,4-thiadiazole ring attracted considerable attention due their pharmacological and biological properties [1-3]. According to previous investigations metalcomplexes of sulfonamide-derivatives are more active as inhibitors than their free ligands [4]. Acetazolamide (5-acetamido-1,3,4-thiadiazole-2-sulfonamide) (H 2 acm) (Fig. 1.) is an inhibitor of carbonic anhydrase, clinically used as diuretic and for the treatment of glaucoma, epilepsy and other neuromuscular diseases [5]. Carbonic anhydrase is an enzyme which catalyze the interconversion between carbon dioxide and HCO 3. ost of the inhibitors are anionic: SCN, CN, I but the neutral acetazolamide has also strong inhibitor activity. The coordination behaviour of acetazolamide reveals its versatility as ligand [4-11]. Acetazolamide contains several potential binding sites. According to previous 33
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. Fig. 1. The structure of acetazolamide. 1. ábra: Az acetazolamid szerkezete. studies acetazolamide ligand can acts in monodeprotonated form as monodentate ligand [8, 10] or in double deprotoneted form as dianionic ligand [4]. In monoanionic form acetazolamide can coordinate as monodentate ligand either by the N-thiadiazole atom closest to the acetamido fragment [11] or through the sulfonamido N-atom [5, 6] depending where the deprotonation occurred [7], but there are examples in which coordinates through one of the O atoms of sulfonamido group [8], or through the N-atom of deprotonated acetamide-nh group [8]. Deprotonation of both acetamido and sulfonamido groups leads to a dianion (acm 2- ) which coordinates as bidentate chelating ligand, through the N3-atom of thiadiazole ring and the N-atom of sulfonamide group [11]. The dideprotonated ligand can coordinate also involving a tridentate bridging and chelating coordination mode observed in a dinuclear copper(ii) complex, with distorted octahedral geometry. Acetazolamide ligand coordinates through the sulfonamido N-atom and the two N-atom of the 1,3,4-thiadiazole ring. The hydrogen bonds also plays an important role in stabilization of complex molecules [4]. Here we report the synthesis of two mixed-ligand complexes containing acetazolamide (H 2 acm) of type [Ni(Hacm) 2 (L) 2 ], where L: ethane-1,2- diamine (en) and 2-aminoethanol (ae). The complexes were investigated and characterized by elemental analysis, FTIR spectroscopy and thermal analysis. 34 aterials and methods All reagents were pure and used without further purification. The complexes were prepared in basic aqueous solution, modifying a previously reported syn-
Forizs., Kun A-Zs., Jákob N. thesis [8, 10]. FTIR spectra were recorded on a Jasco FTIR 600 spectrophotometer in the 4000 400 cm 1 range, using KBr pellets. Thermal decomposition was investigated with a Universal V2.3C TA Instruments, by using sample of 10 12 mg, respectively, at a heating rate of 10 C min 1. The composition of complexes was determined by elemental analysis (C, H, N). Results and Discussion Computational details opac 2012 program [12] was used for geometry optimizations in gas phase at the P6, P6-DH+ and P7 semi-empirical levels of theory [13]. The supposed starting structures for opac program were generated in Sparthan 06 [14]. Frequency calculation confirm that the optimized molecular structures of the complexes correspond to energetic minima. The experimental data and the calculated frequencies show good agreement. The 9 possible coordination modes of the deprotonated acetazolamide was previous described [10]: deprotonation at NH-group and coordination on O (1), deprotonation at NH-group and coordination at NH 2 (2), deprotonation at NH-group and coordination at N3 (3), deprotonation at NH-group and coordination at N4 (4), deprotonation at NH-group and coordination at NH (5), deprotonation at NH 2 -group and coordination at O (6), deprotonation at NH 2 -group and coordination on NH 2 (7), deprotonation at NH 2 -group and coordination on N3 (8) and deprotonation at NH 2 -group and coordination on N4 (9). The starting structures for complexes containing two N,Nchelating ethylenediamine are displayed in Fig. 2. For [Ni (Hacm) 2 (en) 2 ] calculations at P7 and P6-DH+ level indicate that the deprotonation of the acetamide NH-group is energetically preferred followed by coordination at N3 atom, while calculations at P6 level shows that the energetically preferred site for Ni(II) binding is the N4 atom (Table 1.). In case of [Ni(Hacm) 2 (ae) 2 ] the starting structure was octahedral, with the two N,O-chelating 2-aminoethanol in square planar arrangement, having two isomers cis and trans relative to N and O atom positions, and the acetazolamid ligands in trans positions. The calculations reveals that the 35
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. Fig. 2. Starting structures of [Ni(Hacm) 2 (en) 2 ] complex [10]. 2. ábra: Az [Ni(Hacm) 2 (en) 2 ] komplex figyelembe vett szerkezetei [10]. 36
Forizs., Kun A-Zs., Jákob N. Fig. 3. Optimised structures of [Ni(Hacm) 2 (en) 2 ] and [Ni(Hacm) 2 (ae) 2 ] with P6-DH+. 3. ábra: Az [Ni(Hacm) 2 (en) 2 ] és [Ni(Hacm) 2 (ae) 2 ] komplexek P6-DH+ módszerrel optimált szerkezetei. Table 1. Relative energy data of [Ni(Hacm)2(en)2] optimized with P6-DH+, P7 and P6. 1. táblázat: A [Ni(Hacm)2(en)2] P6-DH+, P7 és P6 módszerrel számított energetikai adatai. Structure P6-DH+ (kj/mol) P7 (kj/mol) P6 (kj/mol) 1 283.1 81.5 300.2 2 114.1 139.8 154.7 3 0.0 0.0 43.6 4 39.7 53.1 0.0 5 212.5 72.1 231.5 6 233.5 223.7 216.3 7 134.1 5.5 167.9 8 167.2 225.9 179.6 9 288.1 218.6 365.3 favorited coordination site in these case is the N4 atom. Optimized structures of the two Ni(II) complexes are shown on Fig. 3. References 1. Tőke, L.; Szeghy, L., Gyógyszerkémia I., Tankönyvkiadó, 1992, Budapest. 37
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. 2. Cami, G..; González,.L.; Ruiz, F.S.; Arellano C.R.; Sánchez R.D.; Pedregosa, J. C., Synthesis and characterization of a Cu(II) complex of 2-benzylmercapto-5-methyl-1,3,4-thiadiazole (C 10 H 10 N 2 S 2 ). J. Coord. Chem., 61(19), 2008, 3122 3133. 3. Olar, R.; Badea,.; Stanica, N.; Cristurean,.; arinescu, D., Synthesis, characterisation and thermal behaviour of some complexes with ligands having 1,3,4-thiadiazole moieties. J. Therm. Anal. Cal., 82, 2005, 417 422. 4. Chufán,..; Pedregosa, J.C.; Ferrer, S.; J. Borrás, J., Spectroscopic behavior of metal-drug complexes. Infrared spectra of Cu(II) dimer complexes with acetazolamide (H 2 acm) and an analogue sulfonamide (B-H 2 ats). Vibr. Spect., 20, 1999, 35 45. 5. Ozturk, F.; Bulut, A.; Pasaoglu, H.; Bulut, I.; Buyukgungor, O., Structural, spectroscopic and voltammetric studies of bis(acetazolamido) bis(aqua)bis (nicotinamide)copper(ii). Spectrochim. Acta, 97, 2012, 24 30. 6. Alzuet, G.; Casella, L.; Perotti, A.; Borrás, J.,Acetazolamide binding to Zinc(II), Cobalt(II) and Copper(II) model complexes of carbonic anhydrase. J. Chem. Soc. Dalton Trans., 1994, 2347 2351. 7. Alzuet, G.; Ferrer, S.; Borrás, J., Acetazolamide-(II) [(II)=Co(I;I), Ni(II), Cu(II)] complexes with ethylamine, diethylamine, triethylamine, and potassium hydroxide. J. Inorg. Biochem., 42, 1991, 79 86. 8. Ferrer, S.; Hasnoot, J.G.; de Graaff, R.A.G.; Reedijk, J.; Borras, J., Synthesis, crystal structure and properties of two acetazolamide (5-acetamido-1,3,4-thiadiazole-2-sulfonamide) complexes: bis(5-acetamidato-1,3,4-thiadiazole-2-sulfonamide-o)bis(1,2-ethanediamine) copper(ii) and (5-acetamidato-1,3,4-thiadiazole-2-sulfonamide- N)bis(1,3-propanediamine)copper(II); an unusually weak ambidentate anionic ligand. Inorg. Chim. Acta, 192, 1992, 129 138. 9. Alzuet, G.; Ferrer, S.; Borrás, J.; artín-gil, J.; artín-gil, F.J., Thermal studies of sulphonamide derivative complexes. Part III. Thermal behaviour of acetazolamide complexes of Co(II), Ni(II) and Cu(II) with ethylamine, diethylamine, triethylamine and potassium hydroxide. Thermochimica Acta 185 (2), 1991, 315 333. 38
Forizs., Kun A-Zs., Jákob N. 10. Forizs,.; Kun, A.Z.; Bod,.; Goga, F.; Bódis, J., Theoretical and experimental investigations on coordination compounds of acetazolamide. Studia Univ.Babes-Bolyai, Ser.Chemia, 59, 2014, 79 86. 11. Hartmann, U.; Vahrenkamp, H., Pyrazolylborat-Zinkkomplexe mit edikament-liganden. Chem. Ber., 127, 1994, 2381 2385. 12. OPAC2012, Stewart, J.J.P., Stewart Computational Chemistry, Colorado Springs, CO 80921, 2012, USA, http://openopac.net. 13. Stewart, J.J.P., J. ol. odeling 13, 2007, 1173 1213 14. Spartan 06 Wavefunction Inc. Irvine, CA 2006. Bioaktív ligandumok nikkel(ii)komplexei Összefoglalás Az utóbbi években nőtt az érdeklődés a bioaktív ligandumok átmenetifém-komplexeire irányuló kutatások iránt, mivel ezek a fémkomplexek szintén biológiai aktivitással rendelkezhetnek. unkánk során olyan, Ni(II) vegyesligandumú komplexeket állítottunk elő, amelyek a biológiai aktivitással rendelkező acetazolamid ligandum monodeprotonált anionja mellett kelátképző ligandumokat is tartalmaznak. A kapott új komplexek szerkezetvizsgálata elemanalízis, IR spektroszkópiás és termogravimetriás méréseken alapult. A molekulák szerkezetét P6, P6-DH+, P7 szemiempirikus kvantumkémiai számítások segítségével optimalizáltuk. 39
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. Vegyipari technológiai berendezések tervezése és működtetése virtuális környezetben Gombos Sándor Sapientia rdélyi agyar Tudományegyetem, Csíkszereda, Élelmiszer-tudományi Tanszék, e-mail: gombossandor@sapientia.siculorum.ro Kivonat Az újabb szoftver eszközök alkalmazása lehetőséget ad arra, hogy a mérnöki tervezésben gyors, hatékony és megbízható tevékenységet végezzünk, melynek eredményeként egy olyan virtuális berendezés egységet vagy akár technológiai folyamatot lehet létrehozni, melyek segítségével az ipari tevékenység műveleti egységeinek gyártása és a működési sajátosságok megismerése lehetővé válik. Az újabb eszközök alkalmazásával lehetőség válik a technológiai folyamatban szereplő készülékek és teljes technológiai folyamatok virtuális vizsgálatára, akár szándékosan változtatva a műveleti paramétereket, mellyel sok időt tudunk megtakarítani a tervezés során, a céloknak megfelelő minőségű termékek előállítása érdekében. Kulcsszavak: szoftveres tervezés, vegyipari berendezések, technológiai folyamat, szimuláció 40 Bevezető A technológiai berendezések tervezésének folyamata több összetevő lépésből áll, ezek fontosabb részei az alapozó koncepció, a szakirodalmi adatok vizsgálata és több kritérium szerinti kiértékelése, az anyag- és hőmérleg összeállítása, ezeket követően két lehetőség kínálkozik: a technológiai folyamat összetevő készülékeinek és berendezéseinek kiválasztása a gyártó cégek kínálatából, vagy ezek részletes és szakszerű mérnöki tervezése. Habár az első lehetőség viszonylag egyszerűnek tűnhet, az ipari gyakorlat számtalanszor bebizonyította, hogy sokkal kedvezőbb a készülék vagy teljes berendezés helyi igények szerinti tervezése, ez által több előny elérésére nyílva le-
Gombos S. hetőség. zek közül említhetők a kedvezőbb fajlagos anyagi- és energetikai költségek, a tervezet készülék vagy berendezés jobban illeszkedik a technológiai folyamatba, a tervezési algoritmusból adódóan nagyobb mértékű technológiai rugalmasság érhető el, például több típusú nyersanyag feldolgozása, több típusú termék előállítása, módosítható technológiai paraméterek vagy műveleti lépések kapcsolási lehetőségek alkalmazása által [1]. A technológiai folyamatok összetevő készülékeinek legnagyobb részaránya tároló tartályok és más típusú edényekből áll, ezek szakszerű tervezése több módszer alkalmazásával kivitelezhető. A hagyományos tervezési eljárások több hátrányt jelentenek: a szükséges időtartam túl nagy, mivel számos összetevő lépések időtartamai kedvezőtlenül összeadódnak, mint például a megfelelő építő anyagok tulajdonságainak alkalmazása, a geometriai alakzatok szakszerű illesztéseinek kialakítása, a nyomástartó edények és rendszerek falvastagságainak tervezése, rendelkezésre álló tér-viszonyok szerint esetenként újratervezés lehet szükséges. További jelentős hátrányokat jelentenek a bonyolultabb 3D alakzatok tervezésének akadályai, a több projekció szerinti rajzok elkészítésének időigénye, a megbízhatóság és a hitelesség folyamatos fenntartása [2]. Az első alapozó tervezési lépések gyakorlatilag még nem helyettesíthetők, mivel ezekhez szükséges a mérnöki ismeretek túl széles köre, viszont későbbi lépésekben az informatikai eszközök fejlődése lehetőséget nyújt a tervezési folyamat lépéseinek jelentős felgyorsítására, mint az építőanyagok korrelációinak alkalmazása, alkotó elemek virtuális létrehozása, összetett 3D tervezés algoritmus szerint, rajzok és részletes dokumentáció előállítása több kompatibilitású elektronikus formátumban [3, 4]. Dolgozatomban csupán egy szoftver-eszközt mutatok be, habár a hardware irányába támasztott igény sem elhanyagolható, ez gyakorlatilag több éven át bizonyította minőségét, megbízhatóságát és hatékonyságát: Codeware Compress, más ilyen típusú tervezési eszközök az Aspen ngineering, Pipe Flow xpert, Comsol ultiphysics & Reaction ngineering. Virtuális tervezési folyamat bemutatása Codeware Compress környezetben A Codeware Compress tervezési környezet fontosabb lépései által rendkívül gyors tervezési folyamat bonyolítható le, viszont ez is előzetesen fel- 41
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. tételezi az alapvető koncepciót és méretezési lépéseket, alkalmazva a keletkezett adatokat. lső lépésekben kiválasszuk a tervezni szánt geometriai alakzatot, meghatározzuk a műveleti körülményeket, a kiválasztott építőanyagot a rendelkezésre álló anyagok közül, vagy bevezetve egy új építőanyag tulajdonságait (1. ábra). A következő lépésben meghatározzuk a fontosabb geometriai méreteket, létrehozzuk a tervezett készülék 3D virtuális alakzatát, amely megfelel a műveleti paraméterek követelményeinek, figyelembe véve a hidrosztatikus nyomás terhelését is (2. ábra). 1. ábra: A Codeware Compress tervezési környezetének alkalmazása első három lépésben. Fig. 1. Using initial three steps in Codeware Compress design environment. 2. ábra: A henger alakú rész virtuális generálása. Fig. 2. Generating cylinder-shape element. 42
Gombos S. A geometriai alakzat generálása után az alakzat alsó és felső részére, valamint az előbbiekre és az alakzat más külső részére illesztett elemek ráhelyezése történik, alkalmazva a beépített menü-rendszer kínálatát. zen elemek építőanyagai, működési hőmérsékletei, valamint más sajátosságai részletesen beállíthatóak a készülék működési sajátosságai szerint, az illesztő elemek standardizált típusainak kiválasztása is szükséges. A bonyolultabb geometriai alakzatok belsejébe betekintés nyerhető a körülvevő falak ideiglenes áttetsző állapotának létrehozása által (3. ábra). 3. ábra: A henger alakú rész működési paramétereinek beállításai és illesztő elemek generálása. Fig. 3. Setting cylinder-shape element parameters and generating joints. 43
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. Az eddig alkotott geometriai alakzatra lezáró szerepet játszó elemek különböző típusai illeszthetők igények szerint, kiválasztva a rendelkezésre álló elemek típusai közül a megfelelőt, a standardizált típusok közül (4. ábra). A következő lépésben a henger alakú részre további szükséges tartozékokat helyezünk, kiegészítve a készüléket, megfelelő állapotúvá téve anyagok befogadására, távoztatására, készülék fenntartására, kiszolgálására, továbbá az automatizáló eszközök számára is nyílásokat biztosítva (5, 6. ábra). indezek után, szükséges az alkotott készülék tejes körű ellenőrzése, ez ugyancsak egy beépített szoftver-rutin segítségével, ami után pedig már lehetőség van a műszaki rajz és a dokumentáció elkészítésére, ezek generálása nagy sebességgel történik (7. ábra). 4. ábra: A henger alakú rész lezáró elemeinek választása és ráhelyezése. Fig. 4. Choosing and attaching covers. 44
Gombos S. 5. ábra: Anyagok áramlását szolgáló és segédnyílások illesztése. Fig. 5. Fitting streams and auxiliary nozzles. 6. ábra: Tartószerkezet és kiszolgáló platform illesztése. Fig. 6. Adding braced legs, platform and ladder. 45
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. Virtuális tervezési környezetben más típusú készülékek is tervezhetők, mint vízszintes- vagy függőleges működésű hőcserélők, bepárlók, kémiai reaktorok, desztilláló- és rektifikáló kolonnák (8. ábra). 7. ábra: űszaki rajz és hiteles minőségű dokumentáció generálása. Fig. 7. Generating drawings and documentation. 46
Gombos S. 6. ábra: Tartószerkezet és kiszolgáló platform illesztése. Fig. 6. Adding braced legs, platform and ladder. Következtetések A virtuális tervezési környezet alkalmazása vegyipari és élelmiszeripari készülékek számára több jelentős előnyt von maga után. A tervezési folyamat rugalmassá válik, mivel a választható tervezési paraméterek könnyen változtathatók. Továbbá, a tervezési folyamat jobban áttekinthető, mivel a 47
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. generált dokumentáció teljes egészében rögzíti az alkalmazott paramétereket és algoritmus- eljárásokat. Kiváló tulajdonságoknak vélhetők azon képességek is, hogy a generált műszaki rajz és dokumentáció AS Standard hitelesítésűek, mértékegységekben rugalmas eszközt alkalmazunk, a terv gyakorlatilag néhány perc alatt előállítható, lehetőség van hálózaton 3D-CNC automatikus gépekhez juttatni a feldolgozási adatokat. Irodalomjegyzék 1. Richard,.F., Software ngineering Concepts, cgraw-hill Publishing, 1985, ISBN 0-07-019902-7. 2. Watts, S.H., A Discipline for Software ngineering. Addison-Wesley Longman, 1995, ISBN 0-201-54610-8. 3. Stephen, H.K., etrics and odels in Software Quality ngineering, Addison-Wesley Publishing, 1995, ISBN 0-201-63339-6. 4. ichael, R.L., Handbook of Software Reliability ngineering, I Computer Society Press, cgraw-hill, 1996, ISBN 0-07-039400-8. Chemical Process quipment Design and Operation in Virtual nvironment Summary For keeping the track of the new tendencies, it has the option to use software tools, giving opportunity to engineering, to carry out a rapid, efficient and reliable design, resulting a virtual unit equipment or processing workflow, that enable equipment manufacturing and knowledge of operating characteristics in industrial environment. These new procedures give the opportunity of virtual analysis of designed equipment unit, or the entire processing line, even changing process parameters by request, with which we can save a lot of time during the design process, in order to result suitable quality products. 48
Kató., ódosné Bugyi I. The Importance of Natural Planting in ines Kató szter 1, ódosné Bugyi Ildikó 1 1 Szent István gyetem, Tájépítészeti és Településtervezési Kar, Tájvédelmi és Tájrehabilitációs Tanszék, Budapest, e-mail: kato.eszter@hallgato.uni-szie.hu Abstract About 10% of Hungary is affected by mining, which includes active and abandoned mine sites, spoil-banks, ash lagoons and pipelines. Planting has a key role in the restoration process of abandoned opencast mines and spoil-banks, because leaving the bare surface behind can, in many cases, result in significant erosion and dust pollution. Another problem is that without conscious planting, the powerful expansion of invasive species can be observed in the process of primary succession. Vegetation evolving as a result of natural planting forms an ecologically stable system, it reduces the amount of weeds and the appearance of diseases and invasive plants also diminishes. As a result, natural vegetation is not only more valuable from the point of view of the habitat, but on the long run it is easier to be economically sustained than other types of planting. Keywords: restoration, mine, planting. Introduction About 10% of Hungary is affected by mining, which includes active and abandoned mine sites, spoil-banks, ash lagoons and pipelines. The land reclamation of more than 1100 mining sites, which are either under cultivation or temporarily suspended, is a future task, not to mention the problem of those mines that are to be opened in the future or which are already closed maybe for decades, but have not yet been properly rehabilitated or not by the modern requirements. The vast majority of the mines in the country are opencast mines which is 72% of those mines presently active and in their case land rehabilitation is outstandingly important as they affect large surfaces. Planting has a key role in the restoration process 49
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. of abandoned open cast mines and spoil-banks, because of environmental, ecological, landscape aesthetic and functional issues. Among others leaving the bare surface behind can, in many cases, result in significant erosion and dust pollution. Another problem is that without mindful planting, the powerful expansion of invasive species can be observed in the process of primary succession. In Hungary it is often experienced that during the planning and construction phases of mines planting is not executed in accordance with the regional conditions of the land, not even in those cases when it is particularly justified (e.g. in a protected area, a landscape protection area or in the case of extensive land use). oreover, species liable to become invasive and evolve broad tolerance are often used in planting. aterials and ethods In first step we defined the restrictive factors and influence factors of choosing plant species in case of mine reclamation. The requirements by re-vegetating abandoned mines are based on Landscape Reclamation of Csima and Kincses [1] and on three decades old professional experience in mine reclamation. The list of the suggestible plant species in every concrete case can be determine based on this criteria. In the second step we compared the requirements wich are defined in the first step to the Hungarian types of vegetation s attributes. The accuracy of types of vegetation was the class level based on Borhidi s classification [2]. The rate of plant communities with big ecological value is allocated on the basis of the Red Book of the Plant Communities of Hungary [3]. Because of regard to environmental, ecological, landscape aesthetic, functional and economical issues by rating the classes we didn t suggested the use of plant classes which though have significant economical value but are ephemeral or have a very small size. 50 Results The planned mode of the post-mining land use (commercial forests, adventure parks, residential areas etc.), the landscaping, the most effective
Kató., ódosné Bugyi I. reduction of negative environmental effects, the best possible compliance with extreme regional conditions, the economical land use and the aesthetic quality all prove to be important points when choosing the species to be used in the restoration (Table 1.). In many cases, as a result of the above-mentioned criteria the possible solutions are planting methods of sylviculture, especially in those cases when the mine is on the outskirts, far from the built-up areas and the postmining land use is extensive in nature or the site is in a nature conservation area. In these cases planting indigenous crops matching the regional conditions of the area is the most beneficial. Natural planting in this sense means that planting samples used as a basis of choosing species and examining Table 1. Requirements and criteria for re-vegetating abandoned mine sites. 1. táblázat: Felhagyott bányák növénytelepítése során érvényesülő követelmények és szempontrendszerek. 51
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. Table 2. Vegetation classes which can be suggested =X, can be suggested in certain cases =(X) or should be avoided =N as a model for natural planting. 2. táblázat: Természetszerű növénytelepítés előképeként javasolható =X, bizonyos feltételek mellett javasolható =(X), vagy kifejezetten kerülendő =N társulásosztályok. 52
Kató., ódosné Bugyi I. their mixture ratio and typical patterns etc. should include plant communities that naturally exist in the area under the given regional conditions. The main result of the study is the defining and classification of native vegetation classes which can be suggested as a model for natural planting reclaimed mine sites based on generally accepted professional aspects in the landscape architecture (Table 2). With comparing the professional aspects to the Hungarian plant vegetation types we found that in case of pit lakes the classes Potametea, Isoeto-Nanojuncetea, Phragmitetea australis, Salicetea purpureae and Alnetea glutinosae can be primarily suggested as the model for natural planting. For mine pits olinio-arrhenatheretea, Koelerio-Corynephoretea, Festuco-Brometea, Rhamno-Prunetea, Querco- Fagetea and Quercetea pubescentis are preferred. In case of spoil-banks olinio-arrhenatheretea, Festuco-Puccinellietea, Festuco-Brometea, Rhamno-Prunetea, Querco-Fagetea and Quercetea pubescentis can be primaliry used. For wall of the pit Festuco-Brometea, Rhamno- Prunetea, Querco-Fagetea and Quercetea pubescentis can be primarily suggested as the model for natural planting. It is important to notice that using ruderal plant associations should be avoided because of ecological aspects. Discussion As the main result of the study we defined and classificated the native vegetation classes which can be suggested as a model for natural planting in case of reclaimed mine sites. Differentiation of vegetation classes on the basis of mineral types and spoil classes can be interesting directions for further study, and defining the plant species in each classes which can be preferred. References 1. Csima, P.; Kincses, K., Tájrehabilitáció jegyzet [Landscape reclamation]. 5 61. Kertészeti és Élelmiszeripari gyetem Tájépítészeti, -védelmi és fejlesztési Kar, Budapest; 1999. 2. Borhidi, A., agyarország növénytársulásai [Hungarian Plant Communities]. Akadémiai Kiadó, Budapest; 2007. 53
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. 3. Borhidi, A.; Sánta, A. (ed.), Vörös könyv agyarország növénytársulásairól 1 2. [Red book of the plant communities of Hungary]. 79 310. Természetbúvár Alapítvány Kiadó, Budapest; 1999. Természetszerű növényalkalmazás jelentősége bányákban Összefoglalás agyarország területének mintegy 10%-a bányászattal érintett terület, mely magában foglalja a kitermeléssel jelenleg is érintett és a már felhagyott bányaterületeket, meddőhányókat, zagytereket, szállítóvezetékeket. A felhagyott külszíni bányák, meddőhányók rehabilitációja során kiemelt szerepe van a növénytelepítésnek, hiszen a csupasz felszínt magára hagyva sok esetben jelentős erózióval illetve porszennyezéssel kell számolni. További probléma, hogy tudatos növénytelepítés híján a primer szukcesszió során napjainkban egyre inkább az özönnövények erőteljes térhódítása figyelhető meg. A természetszerű növényalkalmazás hatására kialakuló vegetáció ökológiailag stabilabb rendszert képez, csökken a gyomosodás, a betegségek és az özönnövények előfordulásának az esélye is. nnek köszönhetően a természetszerű vegetáció nem csak élőhelyként értékesebb, de hosszabb távon gazdaságosabban tartható fenn, mint az egyéb növénytelepítések. 54
Csapó J., Albert Cs. Funkcionális élelmiszerek, múlt, jelen, jövő Csapó János 1,2, Albert Csilla 1 1 Sapientia rdélyi agyar Tudományegyetem Kolozsvár, űszaki és Társadalomtudományi Kar Csíkszereda, Élelmiszer-tudományi Tanszék, 4100 Csíkszereda, Szabadság tér 1. -mail: csapo.janos@gmail.hu; albertcsilla@sapientia.siculorum.ro 2 Debreceni gyetem, ezőgazdaság-, Élelmiszer-tudományi és Környezetgazdálkodási Kar, Élelmiszer-technológiai Intézet, H 4032 Debrecen, Böszörményi út 138. Kivonat Közleményükben a szerzők áttekintést adnak a funkcionális élelmiszerekről, és azok emberi táplálkozásban betöltött szerepükről. Az alapfogalmak tárgyalását követően olyan kérdések kerülnek megbeszélésre, mint hogy mitől lesz egy élelmiszer funkcionális, milyen a funkcionális élelmiszerek fiziológiás hatása, hogyan gyártsunk funkcionális élelmiszereket, milyen fogyasztói elvárások vannak a funkcionális élelmiszerekkel kapcsolatban. A közlemény legvégén tárgyalják az élelmiszerbiztonság és a funkcionális élelmiszerek kapcsolatát, valamint a funkcionális élelmiszer-előállítás törvényi szabályozását. egállapítják, hogy a funkcionális élelmiszerek, amennyiben a hatásuk korrekten bizonyítható, mind egészség megőrzési, mind betegség gyógyítási szempontból is jelentősek, azonban hogy nagyobb mértékben elterjednek, a törvényi szabályozás megoldása alapvető fontosságú urópában. Kulcsszavak: funkcionális élelmiszerek, prebiotikumok, probiotikumok, egészségvédő termékek Bevezetés Funkcionális élelmiszer az az élelmiszer, amely olyan alkotó elemeket tartalmaz megfelelő mennyiségben, amelyek pozitívan hatnak egy vagy több életfunkcióra, hozzájárulnak a mentális jólét állapotához, rendszeres fogyasztásukkal a táplálkozással kialakuló betegségek kockázata csökkenthe- 55
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. tő. A hagyományos élelmiszerek energia- és tápértéke mellett egészségvédő hatást fejtenek ki. ás megfogalmazás szerint a funkcionális élelmiszer az olyan élelmiszer, amely az átlagosnál nagyobb mennyiségben tartalmaz egy vagy több olyan komponenst, amely pozitív hatással van az emberi szervezetre (egészségre). Azok az élelmiszerek is funkcionálisak, amelyben valamely komponensből a szokásosnál kevesebb van (csökkentett zsírtartalmú, csökkentett szénhidrát-tartalmú, csökkentett fehérje tartalmú élelmiszerek), vagy a szokásosnál több van, valamilyen anyaggal dúsítva vannak. A nutraceutikumok olyan élelmiszerek, melyek a gyógyszerek és az élelmiszerek határán vannak. Pontos elnevezésük gyógyszernek nem minősülő étrend kiegészítők, gyógyhatású készítmények. zek nem szokásos élelmiszerek, kedvező hatású anyagok, vagy azt tartalmaznak nagyobb mennyiségben. Ilyenek a különböző kivonatok (az amerikaiak szerint az összes vitamin), a most divatos természetes antioxidánsok, a gyümölcsökből nyert sűrített gyümölcslevek, a rákok kemény külsejéből kivont kitozán és a kapszulázott halolaj. zek engedélyeztetése sokkal könnyebb, szívesen gyártják a gyógyszergyárak is, mert a technológiába könnyen illeszthetők. Hatásukat most már bizonyítani kell, csak hatásosság esetén lehet feltüntetni a termék címkéjén, hogy funkcionális. A prebiotikum olyan anyag, amely ha a tápcsatornába jut, elősegíti a kedvező mikroorganizmusok szaporodását, visszaszorítja a káros mikroorganizmusokat, elősegíti, hogy a legkedvezőbb mikroflóra alakuljon ki. A probiotikum élő mikroorganizmus kultúra, amely vagy benne van vagy vele dúsítják az élelmiszert, melyek elszaporodva az ember emésztőrendszerében, visszaszorítják a káros mikroorganizmusok életműködését. 56 itől lesz egy élelmiszer funkcionális? A funkcionális élelmiszerekkel kapcsolatban három témakört kell megvizsgálni: it, milyen komponenseket adjunk az élelmiszerhez, vagy milyen alapanyagokat keressünk benne, ami nagyobb mennyiségben jelen van, és funkcionálissá teszi azt? Két lehetőség adódik: olyan anyagokat adjunk az élelmiszerhez, amitől az funkcionális élelmiszerré válik, vagy eleve olyan nyersanyagokat használjunk fel, amiben kedvező arányban van valamely összetevő (egészségvédő komponens) jelen. A fő kérdések a következők:
Csapó J., Albert Cs. ilyen hatást lehet elérni ezen komponens adagolásával? i lesz a termék, mit gyártsunk? i az a komponens, melynek nagyobb mennyisége funkcionálissá tehet egy élelmiszert? Néhány kiragadott példa az utolsó kérdésre: A diétás rost az egyik legnehezebben definiálható komponens! A nagymennyiségű cellulóz mellett egyéb poliszacharidokat, hemicellulózt, pentozánt, lignint (elfásodott részekben) és pl. β-glükánokat tartalmaz különböző arányban. A gabonafélék, a zöldség, a gyümölcs, a cukorrépaszelet, a napraforgómag héja, a mikroorganizmusok sejtfala (élesztő), a rákok kemény héja (kitozán), a rezisztens vagy nem emészthető keményítő tartoznak ebbe a csoportba (A sütőipari termékekben lévő keményítő egy részét a tápcsatornában lévő enzimek nem tudják lebontani). A természetes antioxidánsok a szervezet redoxi egyensúlyának kialakításához szükségesek. Hiányukban, ha túl sok oxidatív anyag kerül a szervezetbe, az egyensúly felbomlik, melynek helyreállítása antioxidánsokkal lehetséges. Antioxidánsok a likopin (paradicsom), az aszkorbinsav, a tokoferolok, a karotinoidok, a flavonoidok, a kapszorubin (paprika), a zeaxantin (kukorica), melyek zöldségfélékben, gyümölcsökben, gabona magvakban és pl. a kakaóbabban fordulnak elő. Talán a daganatos megbetegedések ellen is hatásosak, mert a szervezetben végbemenő reakciók 80 90%-a redox reakció, és a daganatos sejtek érzékenyebbek a szabad gyökök támadásával szemben. A mikroelemek az enzimek alkotórészeiként esszenciálisak. gyre több mikroelemmel dúsítjuk ételeinket, azonban vigyázni kell a túladagolásra (szelénes és krómozott kenyér, jódozott, fluorozott só, kalciumos sajt stb.). Fogyasztjuk tabletta formájában is, ezért felhalmozódhatnak. A többszörösen telítetlen zsírsavak szempontjából a szervezet számára az a megfelelő, ha a telített és telítetlen zsírsavak aránya optimális. Többszörösen telítetlen zsírsavak hőre érzékenyebbek, ezért a hőkezelés során káros bomlástermékek keletkezhetnek belőlük. Sütésre inkább telített zsírsavakban gazdag zsiradékokat használjunk. A transzzsírsavaknál a kettős kötések egy része transz helyzetű, a természetben viszont a cisz izomer az általános. A margarin készítésénél az olajokat hidrogénezik, melynek során emelkedik az olvadáspont, a margarin ezért magasabb hőmérsékleten is szilárd. A hidrogénezés során transzzsírsavak is keletkezhetnek, amelyek károsak az emberi szervezetre. Sok országban deklarálni kell, hogy az adott élelmiszer mennyi transz zsírsavat tartalmaz. Káros hatásuk magyarázata az, hogy a transzzsírsavaknál az enzimek elakadnak, nem ismerik fel szubsztrátként 57
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. őket, felszaporodhatnak az emberi szervezetben, nincs rájuk szükség, és problémát okoznak. Speciális fehérjék is lehetnek funkcionális élelmiszerek komponensei. A sütőipari termékek tejjel, tejsavóval, kazeinnel dúsíthatók, de alkalmaznak peptidekkel való dúsítás is, melyek a tejfehérje lebontásából származnak. Az antifríz vagy fagyásgátló fehérjékkel a fagylaltkészítés során kisebb zsírtartalom mellett is meg lehet akadályozni, hogy kristályosodás következzen be. A természetben, a sarkvidéki halakban és a fagytűrő növényekben találhatók. Nagyon sok egészségvédő komponens ismert, melyeket kolosztrumból vagy tejből állítanak elő, és amelyeket bizonyos betegségek megelőzésére vagy gyógyítására használnak. Az oligoszacharidok prebiotikumként szerepelhetnek, mint pl. a tejben a laktóz, mint fő oligoszacharid, de mellette kisebb mennyiségben van több hasonló tulajdonságú vegyület is (glükooligoszacharidok, galaktooligoszacharidok). zek az ember számára emészthetetlenek, de a kedvezően befolyásolják a bélben élő mikroorganizmusok fejlődését. Gyümölcs- és zöldség-szárítmányokba szokták tenni pl. a trehalózt és a tagatózt, mert így a termék a szárítás során kevésbé barnul, kevésbé édes, és kevésbé emésztődik. gyes vitaminokkal kapcsolatban a túladagolás lehet veszélyes. A vízoldható vitaminok is túladagolhatók, és ha a szervezet túl nagy mennyiségben kapja a vitaminokat, rosszabbul gazdálkodik vele, kevésbé hasznosítja (C-vitamin oxálsav kristályképződés vesekő). A fitokemikáliák növényekben előforduló kémiai vegyületek, melyek közül többet a gyógyszeripar kezdett hasznosítani. Terjed a zöldség- és gyümölcs- koncentrátumok, kivonatok (préselt, extrudált, besűrített, tablettázott) alkalmazása, melyek természetes antioxidánsokat, mikroelemeket tartalmaznak. A természetes édesítőszereket az energiában gazdag cukrok pótlására használják. A cukornál több ezerszeres édesítő hatásuk lehet. Ilyen pl. a taumatin, egy természetes fehérje, melynek mellékhatásai nincsenek, egyetlen hátránya az igen magas ár. 58 A funkcionális élelmiszerek fiziológiás hatása ilyen fiziológiai hatást várunk el, milyen betegségek megelőzésére ajánlott fogyasztani a funkcionális élelmiszereket? A hatások lehetnek oxidatív
Csapó J., Albert Cs. károsodások gátlása, antimutagén hatás (egyes vegyületek mutációt okozó hatásának gátlása), mikrobás fertőzés gátlása, diétásrost-hatás, immunomodulátor (védekező rendszer működését erősítő) hatás, neuro regulatív (idegrendszer stimuláló) hatás, ösztrogén hatás, anti hipertenzív (vérnyomáscsökkentő) hatás, koleszterin csökkentő hatás, allergén mentesítő hatás. A daganatos megbetegedések megelőzésével kapcsolatban sokat beszélnek a funkcionális élelmiszerek jótékony hatásáról. Az erre a célra szolgáló funkcionális élelmiszereket négy kategóriába kell sorolni. Olyanok, amelyek valószínűleg hatásosak, lehetséges, hogy hatásosak, kismértékű, vagy elégtelen hatásúak és hatástalanok. A következő vegyületeknek lehet szerepük a daganatos megbetegedések megelőzésében: karotinoidok, C-vitamin, folsav, ftalátok, B12-vitamin, -vitamin, A-vitamin, gyógynövénykivonatok, természetes antioxidánsok: az előzőekben felsoroltakon kívül a brokkoliban lévő szulforafán, a szójában lévő izoflavon, a konjugált linolsav (CLA). A szív- és keringési betegségek megelőzésére szívbarát élelmiszereket fejlesztettek ki, melyek pl. koleszterin csökkentő hatással rendelkeznek. Ilyenek a diétás rostok, a nem koleszterin jellegű növényi szterinek, az o- mega-3, omega-6 zsírsavak, a β-glükánok, amelyek főleg zabban és árpában fordulnak elő, melyekből szoktak dúsított készítményeket is előállítani, amit aztán más élelmiszerekhez adnak. Az elhízás megelőzésére is fejlesztettek ki funkcionális élelmiszereket, amilyenek pl. a csökkentett cukor- és zsírtartalmú készítmények, mert a fizikai igénybevétellel arányos energia bevitelt célszerű alkalmazni az elhízás megelőzésére. Sószegény élelmiszereket is fejlesztettek, mert a só fogyasztás a hazai viszonylatban magasabb az átlagosnál, de figyelembe kell venni azt is, hogy a kevés só alkalmazásának technológiai vonzata is van (sütőipar). Hogyan gyártsunk funkcionális élelmiszereket? it gyártsunk, hogyan gyártsunk, hogy funkcionális élelmiszerré váljon? Az alábbi lehetőségek állnak rendelkezésünkre: Az adott élelmiszer jellegzetes, hasznos komponensének koncentrációját kell megnövelni, a dúsítás során az élelmiszerre nem jellemző, de hasznos komponenst kell 59
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. hozzáadni, a meglévő hasznos komponenst kell módosítani, pl. rezisztens keményítő hozzáadásával, a káros komponenseket, pl. allergén fehérjét el kell távolítani, vagy a káros komponenseket helyettesíteni kell valami mással. A növényi eredetű funkcionális élelmiszerek legtöbbször gabonából készülnek, a malomipari vagy sütőipari alapanyagot dúsítják valamilyen komponenssel, és szükség szerint lehet belőlük nutraceutikum termékeket is előállítani. A diétásrost-tartalom növelése során a teljes kiőrlésű liszteket használnak, hidrotermikusan kezelt termékeket alkalmaznak, és más gabonafélét is adnak a felhasználandó alapanyaghoz, sőt más növényekből származó rostot (pl. cukorrépaszelet) adagolnak az élelmiszerhez. Az ilyen sütőipari termékek mindig kisebb térfogatúak a normál termékeknél, és a bélszerkezetük is rosszabb. zt ellensúlyozandó felületaktív emulgeátorokat használnak, melyek a szervezetben felhalmozódva allergiás reakciókat válthatnak ki. A felhalmozódás oka, hogy túl sok termékben megtalálhatók, és gyakran fogyasztunk sütőipari termékeket. Pentozánok, xilanázok alkalmazása a diétás rostokat fellazítja, melynek következtében a térfogat nő. Pékáruk színezésére sokszor használnak karamell-kivonatot (esetleg melaszt). Vitaminok, mikroelemek adagolása is eléggé elterjedt a funkcionális élelmiszerek előállítása során. Folsavval dúsított lisztből készült kenyér kismamáknak, kalciumban dúsított Kalci sajt gyermekeknek és időseknek, és előállítottak szelénes tej és tejtermékeket, valamint tojást is. A gabona fehérjék közül a glutén az, amely sok embernél válthat ki allergiás reakciót, amely súlyos megbetegedéshez is vezethet. Fentiek vezettek a gluténmentes termékek előállításához, melynek során az allergiát okozó, a búzalisztben, a rozsban és a zabban lévő gliadin kiváltása kukoricaliszttel vagy rizsliszttel lehetséges. A különleges táplálkozási igényeket kielégítő termékek országos terítése nehézkes, ezért előtérbe kerül a diéta típusának megfelelő kész lisztkeverék terjesztése, melyből otthon mindenki a saját szokásainak, betegségének megfelelő friss terméket tud gyártani, az ajánlott technológiával. Az allergén hatás csökkenthető fehérjekezelő eljárással, melynek során a fehérjéhez hozzáadnak pár aminosavat valamilyen peptidkezelő eljárással. A fehérjével történő dúsítás is elterjedt a funkcionális élelmiszerek előállítása során, mikor leginkább tejet és a belőle készült termékeket és magas fehérjetartalmánál fogva szóját használnak. A tejpor dúsításra való alkalmazását az amerikaiak kezdték el, majd ezt kiszorította az olcsóbban előál- 60
Csapó J., Albert Cs. lítható szója. A tejnél hátrányt jelent a tejcukor-tartalom is, mely korlátozza a tejporral kiegészített élelmiszer-alapanyag felhasználhatóságát, ma pedig egyre elterjedtebb az olajos magvak használata. A tésztafélék dúsításánál emulgeátorokat és adalékanyagokat is használnak, és a transzglutamináz enzimet is alkalmazzák a megfelelő szerkezet kialakítása miatt. anapság egyre terjed a gyümölcslé-sűrítmények, kivonatok, koncentrátumok, és gyógynövénykivonatok alkalmazása funkcionális élelmiszerként. zek természetes antioxidánsokat, mikroelemeket, színanyagokat tartalmaznak, és a választékbővítést is szolgálják (pl. az erdei gyümölcsök és a bodza). Terjednek a funkcionális italok is, melyek előállítása során a szokásos gyümölcsitalokat multivitaminnal, Ca-mal, g-mal és karotinoidokkal dúsítják. Fogyasztói elvárások a funkcionális élelmiszerekkel kapcsolatban ilyen fogyasztói elvárások vannak, milyen az érzékenység a funkcionális élelmiszerekkel kapcsolatban? Legfontosabb az élelmiszerminőség. Legyen finom, ízletes, praktikus, változatos, olyan mint a többi, de legyen pozitív hatással az egészségre! Legyen választék, a vásárló tudja leküzdeni az újtól való félelmet. A fogyasztói érzékenység, befogadás legyen pozitív, mely magában foglalja a hajlamot a befogadásra, a fogyasztó vegye komolyan a betegségét, annak megítélését, a fogyasztó tudja a várható előnyöket, korlátokat, lássák el a fogyasztót tanácsokkal, információkkal. A funkcionális élelmiszer megvásárlásánál fontos a kockázati tényezők ismerete, a bizalom szerepe. Fontos, hogy az élelmiszer legyen biztonságos, a vásárló tudja, hogy milyen betegség előzhető meg, esetleg gyógyítható vele, de a kapcsolódó betegségek ne legyenek túlhangsúlyozva piaci érdekből, épüljön ki a bizalom a vásárlóban a speciális élelmiszerekkel kapcsolatban, higgye el, hogy szüksége van-e rá, biztosan jó neki. A fogyasztói elvárások és érzékenység miatt ki kell alakulni az élelmiszer-preferenciának, elfogadásnak, melyeket befolyásolnak a társadalmi, demográfiai és kulturális tényezők, a globalizáció. 61
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. 62 Élelmiszer-biztonság és a funkcionális élelmiszerek Élelmiszer-biztonság szempontjából a funkcionális élelmiszerekre ugyanazok a törvények, szabályok vonatkoznak, mint a többi élelmiszerre. Az élelmiszerminőség megítélése a törvény szerint (1995. évi XC. törvény 2. 21. pont.) az alábbi: Az élelmiszerminőség az élelmiszer azon tulajdonságainak összessége, amelyek alkalmassá teszik a rá vonatkozó előírásokban rögzített és a fogyasztók által elvárt igények kielégítésére. Az élelmiszerbiztonság, élelmiszerminőség megítélése szempontjából fontos tulajdonságok a funkcionalitás, a táplálkozástani érték, az érzékszervi tulajdonság, az élelmiszer egészségügyi minőség, a környezeti minőség és az immateriális minőség. Az élelmiszerbiztonság értelmezése: az élelmiszerlánc szinte minden szereplője arra törekszik, hogy biztonságos élelmiszert állítson elő. Biztonságos az az élelmiszer, amelynek fogyasztása nem jelent egészségügyi kockázatot. Teljesen kockázatmentes élelmiszerfogyasztás nem létezik, így az egészségkárosodás valamilyen szintű valószínűségének ki vagyunk téve, mert gyakran (folyamatosan) fogyasztjuk ugyanazt az élelmiszert, mert a betegség kialakulása az általános egészségügyi állapottól függ, mert számos természetes vagy mesterséges élelmiszerkomponens hatása nem tisztázott. ilyen jellemző veszélyekről beszélhetünk a funkcionális élelmiszereknél? Az általános élelmiszerbiztonsági kérdések nehezebben kezelhetők a keleti csodaszerek alapanyagainak termelési, szállítási és tárolási körülményei (vegyszer, tartósítás, egzotikus mikrobiális problémák, vírusok) kapcsán. Viszonylag új élelmiszer csoportról van szó, ezért első alkalommal nem tudni jó-e, hat-e, nem okoz-e más problémákat a túlfogyasztás, nincs-e keresztreakció az általánosan fogyasztott élelmiszerekkel, gyógyszerekkel, nem toxikusak-e az új élelmiszerek, milyen állapotban vannak benne a tápanyagok. Történt-e az előállítás során denaturáció, hozzáférhetőség csökkenés, esetleg hatóanyag csökkenés. Az emésztés és felszívódás során nincsenek-e hiányosságra utaló tünetek, az új élelmiszer hogyan befolyásolja más anyagok hasznosulását. A funkcionális élelmiszerek szempontjából nagyon fontosak a gazdaságossági kérdések, melynek során elsősorban azt kell tárgyalni, hogy mi szükséges a piac növekedéséhez? Szempont lehet az ár-érték arány, hogy elegendő információ áll-e a fogyasztó rendelkezésére, fontos a fogyasztói döntés-előkészítés, hogy mitől veszi meg a vásárló a terméket, lényegesek
Csapó J., Albert Cs. az additív költségek (drágább termék, több hirdetés, meggyőzés, informálás), a piaci verseny, mely a gyártó kockázata, és végül a méltányossági szempontok, ugyanis ha nagyon drága az egészségesebb élelmiszer, a szegényebbek nem veszik. Funkcionális élelmiszerek és a törvényi szabályozás ilyen a törvényi szabályozás urópában? A szabályozás eléggé heterogén, az országok egyelőre saját direktívákat alkalmaznak, a funkcionális élelmiszerekkel kapcsolatos egységesítés jelenleg van folyamatban; még arra sincs egységes definíció, hogy mit nevezünk élelmiszernek. A tiszta, izolált készítményekre és kiegészítőkre létezik szabályozás, de pl. a nutraceutical elnevezés nem népszerű és nem eléggé ismert. Az egészségügyi hatással rendelkező élelmiszerekre az U direktívák a következő kategóriákat határozzák meg: csecsemő tápszerek, formulák, kiegészítő tápszerek, bébitápszerek, alacsony és csökkentett energiatartalmú élelmiszerek testsúlyszabályozás céljából, tápszerek speciális orvosi kezelés céljából, csökkentett Na-tartalmú és Na-mentes termékek, sikérmentes termékek, sporttápszerek, testépítő szerek, élelmiszerek cukorbetegek számára. Összegzésül elmondható, hogy a funkcionális élelmiszerek megítélésénél sok szempontot figyelembe kell venni, nem (csak) hinni kell benne, bizonyítani kell(ene) a hatásosságát, a megelőzésből jelentős társadalmi és gazdasági előny származik, fogyasztásánál azonban nem (csak) a piaci előnyök a meghatározóak. Az egységes törvényi szabályozás elősegítheti a funkcionális élelmiszerek elterjesztését, jótékony hatásuk kiaknázását. Köszönetnyilvánítás A szerzők köszönetüket fejezik ki a Debreceni gyetem ezőgazdaság-, Élelmiszer-tudományi és Környezetgazdálkodási Kar, Élelmiszer-technológiai Intézetnek és a Sapientia rdélyi agyar Tudományegyetem Kolozsvár, űszaki és Társadalomtudományi Kar Csíkszereda, Élelmiszer-tudományi Tanszéknek az anyagi és erkölcsi támogatásért. 63
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. Functional Foods, Past, Present, Future Summary In their paper the authors give an overview about the functional foods, and their role in human nutrition. During the discussion of the basic conceptions, the probiotics, prebiotics and nutraceuticals are defined, and their important properties are discussed. They talk over such questions like what makes a food functional, what are the physiological effects of the functional foods, how functional foods are manufactured, and which are the expectations in relation to the functional foods. At the end of their presentation the connection between the food safety and the functional foods and legal regulation are discussed. They state that functional foods, if their beneficial effect can be demonstrated correctly, are significant both from the points of view of health protection and cure of illness, but in order to use them more widely legal regulation is of vital importance in urope. 64
Tájékoztató munkatársainknak Tájékoztató munkatársainknak Az rdélyi úzeum-gyesület Természettudományi Szakosztálya által kiadott Acta Scientiarium Transylvanica úzeumi Füzetek Biologia (biológia), Chimica (kémia), Agronomia (mezőgazdaságtudomány) füzetei közlésre elfogadnak: a. eredeti, máshol meg nem jelent, tudományos kutatások eredményeit bemutató dolgozatokat; b. máshol meg nem jelent összefoglaló értekezéseket (review), amelyekben a szerző az általa művelt tudományág valamely szűkebb területének legújabb ismereteit foglalja össze; c. máshol meg nem jelent könyvismertetést. Kérjük munkatársainkat, hogy közleményeiket tömören megfogalmazva, de jól érthetően írják meg angol vagy magyar nyelven, és a nemzetközi szakirodalomban elfogadott szakkifejezéseket használják. A dolgozatokat a szerkesztőség által kijelölt szaklektorok véleményezése alapján fogadjuk el közlésre, vagy utasítjuk el. gy szerzőtől egy tanulmányt közlünk számonként. A közlemények tartalmáért kizárólag a szerzők felelősek, a szerkesztőség idegen nyelvű fordítást nem vállal. A kézirat másfeles sorközzel, 12 pontos Times New Roman betűtípussal készüljön, A4-es méretben. A szöveg terjedelme lehetőség szerint ne haladja meg a 15 oldalt, illetve a 20 oldalt ábrákkal és táblázatokkal együtt. A bekezdéseket ne jelöljük be tabulátorral (TAB), a szöveget ne szerkesszük, hagyjuk balra rendezve. Az oldaltükör nagysága: fent és lent 3,17 cm margó, jobb és bal felől 2,5 cm margó. A gondolatjeleket két rövid kötőjellel helyettesítsük. Ne használjunk automatikus sorszámozást és fejlécet. Az ábrákat és táblázatokat ne illesszük be a szövegtestbe, hanem külön egységként adjuk le őket. A kéziratot számítógépes formátumban kérjük beküldeni a szerkesztőknek, és itt is kérjük külön állományokban tárolni a szöveget, az ábrákat, valamint a táblázatokat. inden táblázatnak legyen külön címe (a táblázat tetején), amely a közlemény elolvasása nélkül is utal tartalmára, ezek legyenek meg angolul és magyarul is. Az ábraszöveget és az ábrák jegyzékét külön lapon kérjük beadni, és hasonlóan a táblázatok- 65
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. hoz, magyarázatuk kétnyelvű (magyar és angol) legyen. A táblázatok esetében kérjük, hogy vigyázzanak arra, hogy a táblázatok oszlopszélességből fakadó szélessége (11 pontos betűmérettel) ne haladja meg a 13 cm-t, ha álló, és a 17 cm-t, ha fekvő elhelyezésben szerkesztik azokat. Ábrákat csak nagy felbontású (min. 300 dpi) elektronikus formátumban (jpg, tif, bmp, wmf) fogadunk el. Ha a grafikonok valamilyen ismertebb adatkezelő/adatfeldolgozó programban (xcel, Statistica, SPSS) készültek, akkor kérjük csatolni az eredeti állományokat. Az ábrákat és táblázatokat minden esetben arab számokkal lássuk el, s azokra a szövegben minden esetben hivatkozzunk zárójelben vagy a szövegben. agyarul: 1. ábra, 1. táblázat; angolul: Fig. 1, Table 1. A táblázatokban közölt adatokat ne ismételjük meg ábrában. A szövegben közölt egyenletek közül csak azokat számozzuk meg, amelyekre a sorszám megjelölésével később hivatkozunk. Fényképeket (fekete-fehér) csak kivételes esetben mellékeljünk, ezek legyenek kontrasztosak és fényes papírra készüljenek. Színes fényképet nem fogadunk el közlésre. A kéziratban a következő fejezetek használata javallott: Cím: konkrétan tájékoztasson a tartalomról, de lehetőleg rövid legyen. A cím alatt feltüntetendő a szerző(k) teljes neve (család és utónév), intézményi háttere (munkahelye), a postai levelezési címe (pl. az intézmény címe), valamint elektronikus levelező címe (e-mail). Több szerző esetén kérjük * gal megjelölni a kapcsolattartásért felelős szerző nevét. Kivonat / Abstract: a cikk nyelvén íródjon, terjedelme maximum 250 szó lehet. Világosan és tömören fogalmazva tájékoztasson a vizsgálat céljairól, a fő eredményekről és a következtetésekről. Ha nem elengedhetetlenül szükséges, az irodalmi hivatkozások használatát és az ábrákra, táblázatokra való utalást kerüljük. Kulcsszavak / Keywords: legfeljebb 5 szó, és ha lehet, ezek ne egyezzenek meg a címben használt kifejezésekkel. Bevezetés / Introduction: röviden ismertesse a vizsgálat céljait, hátterét. Anyagok és módszerek / aterials and methods: elég részletesnek kell lennie ahhoz, hogy adott esetben a vizsgálat más számára is pontosan megismételhető legyen. utassa be röviden a kutatott területet, fajt, az alkalmazott kísérleti eljárást stb., a lényegtelen részletek mellőzésével. redmények / Results: csak a cikk célkitűzésének, kérdésfeltevésének megfelelő eredményeket ismertesse. Az SI mértékegységeket használjuk, esetleg a közhasználatban még megtűrt mértékegységeket. Angol nyelvű 66
Tájékoztató munkatársainknak cikk esetében a tizedest pont és ne vessző jelölje. Statisztikai tesztek esetében megjelölendő a teszt neve, a tesztstatisztika értéke, a mintaszám vagy szabadsági fok(ok) (a teszt típusának függvényében) és a p értéke. Szabadsági fokok megadásánál az alsó index is használható (pl. ANOVA: F 1,11 =8.95, p<0.05), a mintaszám megadása esetében ez kövesse a tesztstatisztika értékét (pl. Spearman rang korreláció: r S =0.80, n=15, p<0.01). inden esetben a cikk nyelvének megfelelő megnevezést használjuk. Tárgyalás / Discussion: az eredmények összefoglalása és tárgyalása az előző munkák következtetéseinek ismeretében. Következtetések / Conclusions: a dolgozat fő következtetései röviden, pontokba szedve. Köszönetnyilvánítás / Acknowledgements Irodalomjegyzék / References: kérjük megadni a szerző(k) vezetéknevét, majd ezt követően keresztnevének kezdőbetűit (vesszővel elválasztva a vezetéknévtől). A szerző(k) nevét a közlés évszáma követi zárójelben, majd a közlemény pontos címe következik. Folyóiratok esetében a ponttal lezárt címet a folyóirat neve követi (rövidítés nélkül), majd a kötetszámot, zárójelben a füzetszám (amennyiben van), majd a közlemény kezdő és végső oldalszáma gondolatjellel elválasztva abelis, A. A., Korczyńska, J. (2001): Dispersal for survival: some observations on the trunk ant (Formica truncorum Fabricius). Netherlands Journal of Zoology, 51(3): 299 321. Könyvek esetében a cím után jelöljük meg a kiadót és kiadás helyszínét: Czechowski, W., Radchenko, A., Czechowska, W. (2002): The ants (Hymenoptera, Formicidae) of Poland. useum and Institute of Zoology, Polish Academy Sciences, Warsaw. Amennyiben egy könyvben megjelent önálló, külön szerzővel rendelkező fejezetet idézünk, akkor a közlemény címe után az In: szó segítségével tüntessük fel a szerkesztő(k) nevét, majd a könyv címét: Alonso, L.., Agosti, D. 2000: Biodiversity studies, monitoring, and ants: an overview. In: Agosti, D., ajer, J. D., Alonso, L.., Schultz, T. 67
Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, 2015 2016. R. (eds.): Ants: standard methods for measuring and monitoring biodiversity, Smithsonian Institution Press, Washington, pp. 1 7. A Kémia füzetben szögletes zárójelbe tett arab számokkal, a hivatkozás sorrendjében számozva. Társszerzős munkára hivatkozás esetében az öszszes társszerző nevét kérjük feltüntetni. Nyomtatásban még meg nem jelent cikkre a közlemény nyelvének megfelelően in press, illetve megjelenés alatt megjelöléssel lehet hivatkozni, de csak akkor, ha a cikket már közlésre elfogadták, a cikket közlő folyóirat neve mellett pedig lehetőleg meg kell adni a megjelenés évét és a kötetszámot is. ás esetekben a helyzetnek megfelelően a submitted to (közlésre beküldött) vagy az unpublished work (még nem közölt munka) megjelölést kell használni, a kutatóhely feltüntetésével, illetve a personal communications (személyes közlés) megjelölést, a közlő nevének, munkahelyének és a közlés idejének megjelölésével. A Kémia füzetben folyóiratcikk idézésekor a kérjük, használják következesen a folyóirat teljes címét, vagy ugyancsak következetesen a Chemical Abstracts Service Source Indexben található rövidítését: Ho,.; Pemberton, J.., Analytical Chemistry 70, 1998, 4915 4920. vagy Ho,.; Pemberton, J.., Anal. Chem. 70, 1998, 4915 4920. Könyv idézésekor a könyv címét dőlt betűvel kérjük:: Bard, A. J.; Faulker, L. R., lectrochemical ethods, 2nd ed.; Wiley: New York; 2001. Kötetben megjelent, külön szerzővel rendelkező fejezet idézése: Francesconi, K. A.; Kuehnelt, D. In: nvironmental Chemistry of Arsenic; Frankenberger, W. T., Jr., d.; arcel Dekker: New York, 2002; pp 51 94. Az Interneten található forrásokra csak a szerkesztőkkel való egyeztetés alapján lehet hivatkozni. A szövegben az irodalmi vonatkozásokat kerek zárójelben soroljuk fel, feltüntetve a szerző vezetéknevét és mellette a referált munka megjelenésének évét. Amennyiben két társszerzős munkáról van szó, akkor az and vagy és (a cikk nyelvének megfelelően) kötőszóval válasszuk el a társszerzők nevét. Ha a társszerzők száma meghaladja a kettőt, akkor az első szerző neve után az et al. vagy és mtsai. (a cikk nyelvének megfelelően) megjelölést használjuk. Ha több különböző munkát idézünk több szerzőtől, akkor a zárójelen belül a munkák megjelenésének sorrendjét kell alkalmazni 68
Tájékoztató munkatársainknak pl. (Kovács 1973, Smith 1984, Begon 1992), ha pedig egy szerzőnek több munkáját is idézzük, akkor nevének első kiírását követően csak a munkák megjelenésének évszámát soroljuk fel vesszőkkel elválasztva, pl. (Harper 1984, 1992, 2000). Amennyiben ugyanazon szerzőnek egy évben több munkája is megjelent, akkor ezeket az évszám után feltüntetett kis betűkkel különítsük el egymástól az a betűvel kezdve, pl. (Török 2000a, 2000b). A továbbiakban ezeket az azonosítókat következetesen ugyanúgy kell alkalmazni, s majd az irodalomjegyzékben is hasonlóan kell kezelni. Azonos évben, különböző szerzők által publikált munkákra való közös utalás esetén a zárójelen belül az ábécé szerinti sorrendet kell figyelembe venni, pl. (Harper 2000, Kocsis 2000, Slater 2000). Kivonat/ Abstract: Ha a főszöveg nyelve angol, akkor magyarul fogalmazzák meg, ha pedig a főszöveg magyarul van, akkor a kivonat angol nyelvű legyen. A kivonat a leközölt cikk rövid, fejezetenkénti ismertetése: terjedelme egy kézirat-oldal. A cikk elején közölt kulcsszavakat kérjük megadni itt a kivonat nyelvén (magyarul vagy angolul.) A fentiek alapján összeállított kéziratot számítógépes formátumban az alábbi címre kérjük beküldeni: acta@eme.ro, megjelölve a levél tárgyában, hogy mely füzetben szeretne a szerző közölni (Biológia, Kémia, ezőgazdaságtudomány). A cikkek Német nikő szerkesztőségi titkárnak is beküldhetők a nemet.eniko@eme.ro címre. -mail elérhetőség: dr. Fodorpataki László (főszerkesztő) lfodorp@yahoo.com dr. Német nikő (titkár) nemet.eniko@eme.ro. Biológia: dr. arkó Bálint (szerkesztő) balintm@gmail.com Kémia: dr. Kékedy-Nagy László lkekedy@chem.ubbcluj.ro ezőgazdaságtudomány: Lázár László lazarlaci@yahoo.com dr. Benedek Klára benedekklara@ms.sapientia.ro A szerkesztőség 69