Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Biotehnološki procesi obdelave lignoceluloznih materialov

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
4.01.02  Biotehnika  Gozdarstvo,  lesarstvo in papirništvo  Lesarstvo 

Koda Veda Področje
T460  Tehnološke vede  Lesna, kašna in papirna tehnologija 

Koda Veda Področje
2.11  Tehniške in tehnološke vede  Druge tehniške in tehnološke vede 
Ključne besede
biotehnološki postopki funkcionalizacije lignoceluloznih površin, lignin, fenolni monomeri, lakaze, EPR, spektroskopije
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (27)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  32561  dr. Luka Ausec  Rastlinska produkcija in predelava  Raziskovalec  2010 - 2013  64 
2.  32285  dr. Daniele Biglino  Fizika  Raziskovalec  2010 - 2012  29 
3.  25790  dr. Mojca Božič  Kemijsko inženirstvo  Raziskovalec  2010 - 2013  218 
4.  25518  dr. Miha Črnigoj  Farmacija  Raziskovalec  2010 - 2011  44 
5.  27655  dr. Sabina Dolenec  Geologija  Mladi raziskovalec iz gospodarstva  2010 - 2012  478 
6.  19106  dr. Miha Humar  Gozdarstvo,  lesarstvo in papirništvo  Raziskovalec  2010 - 2013  1.344 
7.  25520  dr. Vesna Jerman  Farmacija  Raziskovalec  2013  38 
8.  21546  dr. Tilen Koklič  Fizika  Raziskovalec  2010 - 2013  139 
9.  15322  dr. Vanja Kokol  Materiali  Raziskovalec  2010 - 2013  528 
10.  28408  Helena Krajnc  Materiali  Mladi raziskovalec  2010 - 2013  17 
11.  30633  Sandra Kure    Tehnični sodelavec  2010  16 
12.  17794  Simona Leskovec    Tehnični sodelavec  2010 - 2013  25 
13.  29435  dr. Špela Levičnik Hoefferle  Biotehnologija  Raziskovalec  2012  24 
14.  05993  dr. Ines Mandić-Mulec  Biotehnologija  Raziskovalec  2010 - 2013  646 
15.  33075  Alma Mehle    Tehnični sodelavec  2011 - 2013  14 
16.  34175  dr. Levin Pal  Biotehnologija  Raziskovalec  2011 - 2012  80 
17.  03070  dr. Slavko Pečar  Farmacija  Raziskovalec  2010 - 2011  415 
18.  05248  dr. Franc Pohleven  Gozdarstvo,  lesarstvo in papirništvo  Vodja  2010 - 2013  1.197 
19.  20964  Gregor Rep  Gozdarstvo,  lesarstvo in papirništvo  Raziskovalec  2010  63 
20.  28079  dr. Polonca Ropret  Kemija  Raziskovalec  2010 - 2013  299 
21.  18273  dr. Janez Štrancar  Fizika  Raziskovalec  2010 - 2013  374 
22.  19719  dr. Črtomir Tavzes  Gozdarstvo,  lesarstvo in papirništvo  Raziskovalec  2010 - 2013  195 
23.  31988  dr. Ajda Ulčnik  Gozdarstvo,  lesarstvo in papirništvo  Mladi raziskovalec  2010 - 2013  17 
24.  32057  dr. Iztok Urbančič  Fizika  Mladi raziskovalec  2010 - 2013  136 
25.  31256  Maja Vaukner Gabrič  Gozdarstvo,  lesarstvo in papirništvo  Tehnični sodelavec  2011 - 2012  14 
26.  34084  Robert Vogrinčič  Tekstilstvo in usnjarstvo  Raziskovalec  2011 - 2013  30 
27.  30871  dr. Maja Zorc  Fizika  Mladi raziskovalec  2010 - 2013  57 
Organizacije (4)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0106  Institut "Jožef Stefan"  Ljubljana  5051606000  91.882 
2.  0481  Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta  Ljubljana  1626914  67.230 
3.  0795  Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo  Maribor  5089638010  24.088 
4.  2316  Javni zavod Republike Slovenije za varstvo kulturne dediščine  Ljubljana  1423215  3.887 
Povzetek
Lignocelulozni kompoziti (iz olesenelih rastlin in enoletnic) postajajo izredno pomembni in perspektivni trajnostni materiali iz obnovljivih virov. Zaradi občutljivosti na različne biotske in abiotske dejavnike pa se lahko deformirajo in razpadajo. Te pomanjkljivosti so v preteklosti poskušali zmanjšati na različne fizikalne in kemijske načine, kar pa je lahko povzročilo še večje težave, saj so ti postopki lahko škodljivi okolju in/ali energetsko zahtevni.   Kot odgovor na te pomanjkljivosti v projektu predlagamo razvoj okolju prijaznega biotehnološko/encimskega (z uporabo lakaze) tehnološkega procesa za premrežitev in kovalentno vezavo funkcionalnih molekul (kemijsko drugačni, netoksični fenoli) na površine lignoceluloznih materialov, s čimer bi nanje uvedli ciljne (multi)funkcionalne površinske lastnosti (omakanje, hidrofobnost, protimikrobna aktivnost, odpornost na gorenje in sevanje UV in/ali obarvanje). Da bi izkoristili glavni prednosti encimov (substratna specifičnost in prostorska selektivnost), se bomo v projektu osredotočili na izboljšanje razumevanja kemijske in morfološke strukture lignina na površinah lignoceluloznih materialov; izboljšanje razumevanja in vodenja encimske aktivacije in modifikacije lignina v lignoceluloznih materialih; izboljšanje razumevanja in vodenja encimske aktivacije in polimerizacije kemijsko različnih fenolnih monomerov na aktivirani lignin in na pridobivanje nove bakterijske lakaze kot možne (boljše) alternative obstoječim glivnim lakazam. V zaključku projekta pa bomo nove procese ovrednotili z vidika ekonomike in okoljskih vplivov, ter jih primerjali z obstoječimi postopki.   S standardnimi in nestandardnimi metodami, ki so v uporabi v znanosti in tehnologiji vlaken in lesa, bomo proučevali delovanje in učinkovitost novorazvitih postopkov za biotehnološko funkcionalizacijo lignoceluloznih materialov. Več spektroskopskih tehnik, kot so fluorescenčna konfokalna mikroskopija (FCM), fluorescenčna mikrospektroskopija (FMS), elektronska paramagnetna resonanca z lovilci spinov (EPR ST), Ramanska in FTIR mikrospektroskopija bomo optimizirali za molekularno karakterizacijo strukture lignoceluloznih površin, aktivacije lignina in fenolnih monomerov ter modifikacije in polimerizacije z lakazo. Za razjasnitev odvisnosti aktivacije od položaja (globine) v lignoceluloznem matriksu bomo razvili EPR ST 1D (imaging).   Novopridobljeno znanje in metodologije bodo znatno prispevali k razvoju večih področij znanosti (lesarstvo, tekstilna in tehnična vlakna, polimerna kemija, biofizika polimerov, biotehnologija). Identificirali bomo nove strategije za modifikacijo lignoceluloznih vlaken in površin lesa, kar bo prispevalo k trajnostnemu razvoju lokalne, regionalne in evropske tekstilne in lesne industrije. Ker inovativni in okolju prijazni materiali in tehnologije lahko pripomorejo k povečanju dodane vrednosti iz njih narejenih izdelkov, bomo še posebej poskrbeli za razširjanje rezultatov projekta v znanstveni, strokovni in širši družbeni srenji.
Pomen za razvoj znanosti
Razvoj in optimizacija instrumentalnih metod, ki smo ju uresničili z delom na projektu »L4-3641 – Biotehnološki procesi obdelave lignoceluloznih materialov« pri optimizaciji postopkov za določevanje strukturnih lastnosti lignoceluloznih materialov ter optimizaciji postopkov encimatske aktivacije in polimerizacije izbranih fenolnih monomerov je prinesel nova spoznanja na področju instrumentalne metodologije in zelo povečal možnost uporabe večih analitičnih metod (elektronska paramagnetna resonanca z lovilci spinov (EPR ST) in 1D slikanje v raztopinah, Ramanska in FTIR mikrospektroskopija, ?-size, kapilarna elektroforeza, ciklična voltametrija) pri raziskavah lignoceluloznih materialov. Še poseben napredek smo dosegli z uspešno sklopitvijo nekaterih metod (kapilarna elektroforeza, ciklična voltametrija, UV-Vis spektroskopija, poraba kisika – EPR SL ter FTIR-ATR, CIELAB, TGA), kar predstavlja novost v svetovnem merilu. Z različnimi tehnikami molekularne biologiije in bioinformacijskimi orodji smo pokazali, da so lakaze zelo razširjene ne le v kraljestvu gliv, kot je bilo to že znano, ampak tudi pri bakterijah (identificirali smo preko 1200 potencialnih genov za lakaze, tudi v nekaterih ekstremofilnih bakterijah), ki je novost, ki odpira povsem novo polje pri raziskavah teh encimov. Funkcionalizacija lesne površine smreke z nanodelci preko koordinacijske vezave metaloksidnih nanocevk na polifenole preko fotoaktivacije nanodelcev z UV svetlobo pa je prvi poskus takega postopka s tako kompleksnimi nanodelci. Tako smo razvili sistem naprednih analitskih orodij za molekularno karakterizacijo strukture lignoceluloznih površin ter aktivacije fenolnih monomerov in njihove polimerizacije (premreženja) z lakazo, ki bo omogočal vrhunske raziskave na področju znanosti in tehnologije lignoceluloznih materialov. Razširili smo poznavanje kemijske in morfološke sestave lignina na površini lignoceluloznih materialov (lignocelulozna vlakna in les), ki je bila do sedaj le slabo raziskana. Še manj je bilo znanega o vplivih na učinkovitost aktivacije fenolnih monomerov z lakazo. V projektu smo premostili to vrzel v znanju, kar bo omogočilo optimizacijo encimske funkcionalizacije lignoceluloznih materialov. Izvirni izsledki raziskav bodo zato pomembno pripomogli k razvoju znanosti oziroma nekaterih strok (lesarstvo, tekstilna in tehnična vlakna, polimerna kemija, biofizika polimerov, biotehnologija). Nekatera nova spoznanja o sestavi materialov in procesih aktivacije monomernih fenolnih spojin, o relevantnem napredku pri razvoju analiznih metod in o novih možnostih za pridobivanje bakterijskih in ne le glivnih lakaz smo objavili v revijah, ki jih citira SCI, ter na referatih na mednarodnih znanstvenih konferencah. Za slovensko javnost, ki nima dostopa do tujih revij, ter za razvoj slovenskega znanstvenega jezika smo pregledni članek predstavili tudi v slovenski znanstveni in strokovni reviji. S tem smo v okviru sofinanciranega projekta tvorno prispevali k razpravi in izmenjavi mnenj v znanstveni skupnosti, kar je prvi pogoj za uspešen razvoj znanosti.
Pomen za razvoj Slovenije
Z uspešnim delom pri projektu »L4-3641 – Biotehnološki procesi obdelave lignoceluloznih materialov« smo pripravili odlično podlago za razvoj nove, okolju prijazne tehnologije za izdelavo novih materialov iz obnovljivih virov z bistveno višjo dodano vrednostjo. To bi ekonomsko še aktivnim sofinancerjem tega projekta – preostalim industrijskim partnerjem projekta (GOZD LJUBLJANA d.d., Brest-pohištvo d.o.o., Kolpa d.d., Metlika, Riko – Hiše, d.o.o.) omogočilo ohranjanje prednosti pred konkurenčnimi podjetji lesnopredelovalne proizvodne verige. V preostalih podjetjih lesnopredelovalnega in pohištvenega sektorja bo to vzbudilo spoznanje, da je navezava na biotehnologijo in njen napredek za njih najbolj naravna pot do ustvarjanja novih materialov z višjo dodano vrednostjo, kar bi imelo zares velik pomen za celotno panogo. Kot okoljsko primerni in visokokvalitetni izdelki bodo encimsko funkcionalizirani lignocelulozni materiali s svojimi izboljšanimi lastnostmi zanimivi tudi kot vzorčni primer za promocijo komercializacije obnovljivih in za pridobivanje ter predelavo energetsko nezahtevnih virov. Rezultati predlaganega projekta bodo tako pripomogli tudi k ohranjanju okolja in naravne dediščine Slovenije. Povečevanje konkurenčne prednosti partnerskih podjetij bo povečalo potencial za ohranitev delovnih mest in uvajanje novih tehnologij. Uspešna izvedba projekta zato predstavlja potencial za proizvodnjo novih izdelkov z visoko dodano vrednostjo in posledično lahko pripomore k odpiranju novih delovnih mest. Rezultati projekta lahko tako pripomorejo k socialni kohezivnosti, ker pa je pridelava in predelava lesa ter lesnih izdelkov izrazito regionalna dejavnost, tudi k enakomernemu regionalnemu razvoju. Delo na projektu je potekalo v skladu s tematskimi prioritetami Ministrstva za visoko šolstvo, znanost in tehnologijo ter raziskovalnimi področji Strateškega raziskovalnega programa (SRA) evropske "Forestry based technology platform" (FTP) in Slovenske gozdno-lesne tehnološke platforme (SGLTP). Rezultati izvedenih raziskav se zato vklapljajo v strategije razvoja na nacionalni in mednarodni ravni, delo in rezultati projekta pa so pripomogli h krepitvi slovenskega in evropskega raziskovalnega področja (ERA). Razvoj in razširjanje namena analitskih metod, odkritja o možnosti pridobivanja novih (dokazano z dvema novima lakazama) tehnološko zanimivih encimov za funkcionalizacijo ter pridobivanje znanja s področja izdelave, karakterizacije in obdelave biotehnološko funkcionaliziranih lignoceluloznih površin v izvedenem projektu, pomeni ohranjanje stika s svetovno znanstveno srenjo, tako na področju lesarstva, kot tudi na področjih, kjer delujejo drugi raziskovalci projektne skupine. Predstavitev rezultatov, tudi s sprotnim vključevanjem v pedagoške procese na področju lesarstva in tekstilnih materialov (vključitev snovi v predavanja in vaje, vključevanje diplomantov, ki so pričeli izvajali raziskave s področja programa projekta), je imel projekt pomemben prispevek k prizadevanju k transformaciji in dojemanju lesarstva in tekstilstva iz panog, za kateri je značilna uporaba manj zahtevnih tehnologij, k visokotehnološko usmerjeni dejavnosti, ki prinaša visoko dodano vrednost. Z uspešnim zagovorom disertacij več doktorandov (tudi mladih raziskovalcev), ki so bili vključeni v delo projektne skupine, smo pripomogli k njihovem razvoju v vrhunske znanstvenike in strokovnjake v svetovnem merilu.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Letno poročilo 2010, 2011, 2012, zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Letno poročilo 2010, 2011, 2012, zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Zgodovina ogledov
Priljubljeno