Илья Пиковской: Изучение структуры лигнинов является актуальной задачей

Традиционно молодые ученые САФУ успешно принимают участие в  конкурсах грантов, объявляемых Российским фондом фундаментальных исследований (РФФИ).

В  этом году одним из  победителей конкурса на  лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемых молодыми учеными, обучающимися в  аспирантуре, стал Илья Пиковской с  заявкой «Применение концепции дефектов масс Кендрика для изучения структуры лигнинов методом масс-спектрометрии высокого разрешения» (научный руководитель  — директор Центра коллективного пользования научным оборудованием «Арктика» Дмитрий Косяков).

—  Илья, какова цель Вашей работы и  чем интересен ее  объект  — лигнин?

—  Ключевая цель  — разработка и  совершенствование подходов математической обработки масс-спектрометрических данных к  изучению структуры и  функционального состава природных и  технических лигнинов. Лигнин  — это вещество, которое входит в  состав растительных клеток и  выполняет в  них механическую и  защитную функции. В  зависимости от  типа растения в  нем содержится разное количество лигнина с  различным химическим составом. По  своей природе лигнин является высокомолекулярным соединением ароматической структуры, которая состоит из  отдельных фенилпропановых звеньев, связанных между собой различными типами связей и  образующих макромолекулу.

Относительно технических лигнинов… Они является побочным продуктом деятельности целлюлозно-бумажной промышленности и  биохимических производств. Технические лигнины получают путем извлечения из  растительной ткани при помощи различных физико-химических методов, в  результате чего происходит их  химическая модификация.

Чем интересен данный объект? Лигнины в  своем составе содержат огромное количество ценных органических соединений, которые в  настоящее время, в  основном, добывают из  ископаемых углеводородов, например, из  нефти. Все мы  знаем, что нефть  — исчерпаемый ресурс, в  то  время, как биомасса растений  — возобновляемый. Сокращение глобальной зависимости от  ископаемых углеводородов возможно при должном развитии индустрии переработки возобновляемого растительного сырья. Тем не  менее, применение лигнина сильно сдерживается лабильностью его состава, а  также нерегулярностью структуры.

В  настоящее время изучение структуры лигнинов является актуальной задачей в  области аналитической химии, органической химии и  химии высокомолекулярных соединений, так как до  сих пор не  сформирована единая точка зрения о  структуре лигнина, несмотря на  то, что ее  изучают уже довольно давно.

—  Каким образом планируете изучать структуру лигнинов?

—  Данная работа будет проводиться на  базе Центра коллективного пользования научным оборудованием «Арктика» с  применением масс-спектрометрических методов анализа. По  одному препарату лигнина мы  получаем большую базу данных в  виде так называемых спектров  — набора соединений, которые входят в  состав лигнина. В  одном спектре может содержаться тысячи уникальных соединений. Если мы  будем изучать каждое соединение отдельно, то  на  это уйдет масса времени, а  это нерационально.

Поэтому в  различных науках, в  том числе и  химии, используются математические методы обработки огромного массива данных. При их  помощи мы  можем этот массив данных представить в  виде различных диаграмм, то  есть получить более упрощенную картину состава лигнинов. Применение таких современных методологии, способствует логической группировке наблюдаемые соединений так, чтобы исследователь мог воспринимать индивидуальные характеристики различных образцов, сравнивать изменения, которые происходят в  структуре и  составе лигнина, например, при каких-либо воздействии на  него или при различных путях выделения лигнина из  растительной биомассы. Таким образом, использование математических методов позволит выделить структурные особенности различных лигнинов, получить из  сложных масс-спектров ценную точечную информацию о  структуре природных и  технических лигнинов.

—  Для чего это надо?

—  Предполагаемые результаты могут в  перспективе использоваться дальнейшего развития методов и  анализа природных соединений, структурных исследований природных и  технических лигнинов, контроля их  поведения в  технологических процессах переработки растительного сырья, извлечения из  лигнина ценных компонентов и  получения различных материалов.

К  числу ценных компонентов относятся различные ароматические соединения, которые используются в  медицине, парфюмерии, пищевой промышленности. Технические лигнины используются в  различных отраслях промышленности (химической и  нефтедобывающей), являются сырьем для производства пластиков и  смол, которые применяются в  строительстве и  мебельной промышленности.

—  Как Вы  можете оценить значение этой работы?

—  Учитывая новизну и  актуальность работы, а  также имеющееся оборудование, работа соответствует современным уровням исследований во  всем мире. Адаптация концепции дефектов масс Кендрика к  анализу лигнина позволит получить новые знания о  структуре данного биополимера. Поэтому мы  надеемся, что наша работа будет благосклонно принята мировым научным сообществом.