Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Системный подход при выборе биоцидных препаратов для обработки бумаги документов, поврежденных микромицетами

ВАК РФ 03.01.06, Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

Автореферат диссертации по теме "Системный подход при выборе биоцидных препаратов для обработки бумаги документов, поврежденных микромицетами"

На правах рукописи

005007652

Трепова Екатерина Сергеевна

СИСТЕМНЫМ ПОДХОД ПРИ ВЫБОРЕ БИОЦИДНЫХ ПРЕПАРАТОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БУМАГИ ДОКУМЕНТОВ, ПОВРЕЖДЕННЫХ МИКРОМИЦЕТАМИ

03.01.06 — Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2ПНВН',2

Санкт-Петербург 2011

005007652

Работа выполнена в Федеральном центре консервации библиотечных фондов Российской национальной библиотеки

Научный руководитель: кандидат технических наук

Беликова Татьяна Дмитриевна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Рыбальченко Оксана Владимировна

кандидат технических наук Лисицкая Татьяна Борисовна

Ведущая организация: Лаборатория биологического контроля Государственного Эрмитажа

Защита состоится «25» января 2012 г. в часов, ауд. на

заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.230.04 при федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)»

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке института.

Отзывы на автореферат в одном экземпляре, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., д.26, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет). ... . | .

Ученый совет; тел. 494-93-75, факс 712-77-91, Email: dissovet@lti-gti.ru.

Автореферат разослан «/У » 201

1 г.

Ученый секретарь совета, кандидат технических наук, доцент

Шамцян М. М.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Биоповреждение документов микромицетами возникает как в случае аварий, так и при нарушении условий хранения. Микромицеты представляют наибольшую опасность для книг, рукописей и графики и занимают центральное, а зачастую и единственное место среди микроорганизмов, заселяющих бумагу. Защита документов от развивающихся на них микроскопических грибов является научно-практическим направлением решения проблемы биоповреждения библиотечных материалов, а использование биоцидов — один из важнейших способов защиты бумаги от микробиологического воздействия.

В настоящее время основной концепцией практической и исследовательской деятельности Федерального центра консервации библиотечных фондов (ФЦКБФ) Российской национальной библиотеки является обеспечение сохрашюсти документов посредством соблюдения температурно-влажностного, светового и санитарно-гигиенического режимов, а также использованием совремешшх методов консервации: научной реставрации, нейтрализации и внедрением новых материалов. Несмотря на все превентивные меры, периодически возникает необходимость применения биоцидов для дезинфекционной обработки документов. В связи с этим исследования в области поиска эффективных мер защиты документов от биоповреждения имеют большое практическое значение.

Из-за высоких и многочисленных требований, предъявляемых к биоцидам для обработки документов на бумаге, применение в практике консервации нашли лишь некоторые из них. Количество биоцидов огромно и продолжает постояшю увеличиваться как за счет модификации структуры уже известных веществ, так и за счет синтеза новых соединений. Однако отсутствие общего подхода при их испытаниях затрудняет введение новых биоцидов в практику консервации.

Цели и задачи исследования. Целью дайной работы была разработка единой схемы испытаний при выборе биоцидов для обработки бумаги документов, поврежденных микромицетами, и скрининг биоцидов в соответствии с выбранной схемой.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

— определение минимальной ингибирующей концентрации биоцидов при обработке бумаги;

— определение изменения свойств бумаги, обработанной биоцидами, непосредственно после обработки и после искусственного старения;

— исследование полимерных препаратов, применяемых в реставрационной практике, в качестве биоцидов для обработки бумаги;

— выявление комплекса микромицетов-индикаторов контаминации документов и воздушной среды книгохранилищ;

— составление набора тест-культур микромицетов для испытаний биоцидов;

— определение эффективности биоцидов против тест-культур микромицетов, в том числе их пролонгированного действия;

— разработка композиционных смесей биоцидов для дезинфекциошюй обработки бумаги и оценка их эффективности.

Научная новизна. Впервые разработан системный подход для выбора биоцидов, предназначенных для обработки материалов, с помощью которого проведен комплексный анализ 33 биоцидов по всем показателям, определяющим возможность их применения в консервации бумаги. Впервые предложены композиционные смеси биоцидов, которые

обладают высокой эффективностью против микромицетов и не снижают основные физико-химические показатели бумаги. Установлено влияние исследованных биоцидов на морфологию клеток грибов. Из 27 библиотек России выделены микромицеты 64 видов: 55 — из воздуха, 46 — с поверхности документов. На основании значений индекса Шеннона показано, что экосистемы всех библиотек обладают значительным видовым разнообразием. Установлено, что видовой состав микобиоты воздуха библиотек и документов зависит как от специфического микроклимата книгохранилищ, так и от климатических условий регионов, в которых расположены библиотеки. Впервые составлен набор тест-культур, наиболее часто встречающихся в библиотеках, для испытаний биоцидов, предназначенных для консервации документов. Впервые использована оценка степени зараженности документов с помощью ультрафиолетового флуоресцентного анализа с учетом особенностей проявления контаминации.

Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы при решении задач консервации библиотечных фондов. Проведено микологическое обследование библиотек 20 городов из 4 регионов России, даны методические рекомендации по хранению и обработке биоцидами документов, поврежденных микромицетами. Внедрен экспресс-метод определения зараженности документов с помощью лампы Вуда. Предложены методики для определения содержания в бумаге остаточного количества биоцидов на основе солей полигексаметиленгуанидина. Практическая значимость работы подтверждена приведенными в диссертации 3 актами испытаний. Результаты приведены в методических рекомендациях, опубликованных в методическом пособии «Комплексное обследование книгохранилищ», и вошли в нормативно-методическую базу по реализации Национальной программы сохранения библиотечных фондов Российской Федерации.

Апробация работы. Материалы диссертации представлены на заседаниях секции биоповреждений Русского ботанического общества (2006-2008 гг.); на V международной конференции «Обеспечение сохранности памятников культуры: традиционные подходы — нетрадиционные решения» (Санкт-Петербург, 2006 г.); на XV Конгрессе Европейских микологов (Санкт-Петербург, 2007 г.); на международной научно-методической конференции «Исследования в консервации культурного наследия» (Москва, 2007 г.); на VI международной научно-практической конференции «Сохранность и доступность культурных и исторических памятников. Современные подходы» (Санкт-Петербург, 2009 г.); на международном научно-практическом семинаре «Актуальные проблемы сохранения архивных, библиотечных и музейных фондов» (Санкт-Петербург, 2011 г.); на XVI Конгрессе Европейских микологов (Греция, Неос Мармарас, 2011 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 25 работ, из них 10 в журналах, рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов, списка литературы, насчитывающего 322 наименования, и 3 приложений. Работа изложена на 177 страницах, содержит 17 таблиц и 39 рисунков.

Место проведения работы. Научно-исследовательская работа выполнена в Федеральном центре консервации библиотечных фондов Российской национальной библиотеки в 2006-2011 гг. в соответствии с планами НИР. Микологический мониторинг осуществлялся в рамках Национальной программы сохранения библиотечных фондов Российской Федерации в 27 региональных библиотеках и архивах 20 городов России.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Выполнен анализ факторов, влияющих на повреждение бумаги микроорганизмами и приведены данные о видовом составе микобиоты документов. Рассмотрены различные биоциды и методы дезинфекции, использовавшиеся в практике консервации документов.

2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИСЛЕДОВАНИЙ

Объектом исследования были микромицеты, изолированные из воздуха книгохранилищ библиотек и с поверхности документов, и 33 препарата, активное биоцидное начало которых относится к 7 классам химических соединений: I — производные изотиазола: Анти-В, Антиплесень (производство «Эмлак»), Митон, Полидез-1Н, Санатекс, Acimacide PS 82, Rocima GT, Rocima 243; II — производные сим-триазина: Глокилп 77; III — полимеры, в том числе гуанидиновые соединения: АБП-40, Латекс, Септанол-П, Соната, Фосфопаг, Биопаг-Д, Полидез (рН раствора 6,0), Полидез (рН раствора 8,0), Мультицид, Фонгифлюид, четвертичные аммониевые производные хитозана: N,N,N-ipHMeraiixHT03an (N-TMX) со степенью замещения 0,34 и со степенью замещения 0,87; IV — четвертичные аммониевые соединения (ЧАС): Лизоформин специаль, Лесептик, Катамин АБ, Катапол, Соната-Дез, Антиплесень (Екатеринбург), Септодор; V — ароматические соединения: Нипагин, Тимол, Lichenicida; VI — фурановые соединения — Вилагин; VII — каталитические системы на основе лантаноидов — Ормекс.

Биоцидное действие препаратов определяли на бумаге двух видов: на бумаге опытной выработки из сульфатной целлюлозы (СФА) плотностью 80 г/см2 и степенью помола 50 °ШР и газетной бумаге (ГБ) из древесной массы (45 г/см2), ГОСТ 6445-74.

Тест-кулмурами служили микромицеты, предусмотренные ГОСТ 9.048-89 «Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов», а также микромицеты с высокой частотой встречаемости в воздухе книгохранилищ и на поверхности документов: Alternaría altérnala (Fr.) Keissl., Aspergillus niger Tiegh., Cladosporium cladosporioides (Fresen.) G.A. de Vries, Mucor plumbeus Bonord., Pénicillium aurantiogriseum Dierckx, P. commune Thorn, P. funiculosum Thom, P. purpurogenum Stoll, Trichoderma viride Pers. Для выращивания микроорганизмов использовали питательную среду Чапека-Докса.

Количество микроорганизмов в воздухе книгохранилищ определяли седиментационным методом (время экспозиции — 1 час). Количество микроорганизмов на поверхности документов определяли методом отпечатков с использованием влажных стерильных дисков фильтровальной бумаги с последующим перенесением их на агаризованную среду Чапека-Докса в чашки Петри. Зараженность бумаги микроорганизмами определяли методом измерения уровня АТФ по биолюминесценции на приборе Lumitester PD-10N (Япония). Для обнаружения жизнеспособных микромицетов на поверхности бумаги документов использовали ультрафиолетовую лампу Вуда (Vista UV handle фирмы Preservation Equipment Ltd).

Микромицеты идентифицировали на основании их морфолого-культуральных особенностей, используя определители отечественных и зарубежных авторов. Частоту встречаемости видов грибов определяли модифицировшшым методом Т. Г. Мирчинк. Характеристику структуры сообществ микромицетов рассчитывали с помощью индекса разнообразия Шеннона. Для сравнения видового состава грибов в различных регионах в воздухе книгохранилищ и на поверхности документов использовали коэффициент сходства Жаккара. Световую микроскопию проводили на микроскопах Биолам И и Leica DM 2000. Для сканирующей электронной микроскопии использовали микроскоп JSM-35C (Япония).

Минимальную биостатическую концентрацию (МБСК) определяли по отсутствию роста микромицетов в жидкой питательной среде, минимальную биоцидную (МБЦК) — по отсутствию роста микромицетов на агаризованной среде. Минимальную ингибирующую концентрацию (МИК) на бумаге определяли по зоне ингибирования роста микромицетов на агаризованной среде Чапека-Докса. Грибостойкость бумаги определяли по 6-балльной шкале в соответствии с ГОСТ 9.048-89. Концентрацию диоксида углерода, выделяемого микромицетами при культивировании на бумаге, определяли на газовом хроматографе "Mega series" фирмы Carlo Erba (Италия).

Прочность бумаги на излом определяли по числу двойных перегибов на приборе И2-1 в соответствии с ГОСТ 13525.2-80 при нагрузке 9,8 Н для СФА и при нагрузке 4,9 Н — для ГБ. Белизну бумаги определяли по диффузионному коэффициенту отражения в синей области спектра (R) при длине волны 457 нм на приборе «Elrepho» (ГОСТ 30113-94).

Ускоренное тепловлажное искусственное старение образцов бумаги проводили в течение 12 суток в камере «Binder» (Германия) в соответствии с ISO 5630-3:1996 при температуре 80 °С и относительной влажности 65 %. Световое старение образцов бумаги проводили под ртутно-кварцевой лампой ДРТ-0.375 без фильтра в течение 4 часов.

Значения рН образцов бумаги определяли неразрушающим контактным способом и в соответствии с ГОСТ 12523-77.

Содержание препаратов изотиазола в растворе и в бумаге определяли с помощью модифицированного биолюминесцентного метода по снижению свечения в реакции люциферин-люциферазного комплекса с АТФ.

Количественное содержание производных полигексаметиленгуанидина (ПГМГ) в бумаге определяли по его реакции с бромфеноловым синим двумя методами: по величине общего цветового различия бумаги и экстракцией индикатора из опытных образцов бумаги. Интенсивность окрашивания бумаги определяли спектроколориметрическим методом оценки малых цветовых различий в равно-контрастной трехмерной системе цветовых координат CIE L*a*b* на приборе «Elrepho». Оптическую плотность экстрактов бромфенолового синего из измельченных образцов бумаги измеряли на КФК-3 при длине волны 600 нм. Наличие летучих компонентов в биоцидах определяли по наличию изменений, образовавшихся на поверхности медной пластины.

Математическую обработку опытных данных проводили стандартными параметрическими методами с помощью программного обеспечения MS Excel 2010 и StatSoft STATISTICA 6.0.

3 ВЫБОР БИОЦИДОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БУМАГИ

Для выбора препаратов, применяемых в области консервации музейных объектов, документов библиотек и архивов, разработан системный подход, предусматривающий последовательность этапов для определения их биоцидного действия и влияния на основные свойства материалов (рисунок 1). Данной последовательности испытаний придерживались в работе при выборе биоцидов для дезинфекционной обработки бумаги.

Рисунок 1 — Схема поиска биоцидов для обработки бумаги

На начальных этапах исследования использовали набор тест-культур, предусмотренный ГОСТ 9.048-89. При определении МБСК и МБЦК (рисунок 1, шаг 1) четкой зависимости чувствительности тест-культур от химического состава исследованных биоцидов не выявлено; значения МБСК варьировались в пределах от 0,0001 до 1,0%, МБЦК— от 0,0005 до 15 %. Ингибирование роста микромицетов, развивающихся на бумаге, происходило при значительно больших концентрациях биоцидов.

Второй этап (рисунок 1, шаг 2) тестирования показал, что 29 биоцидов обладали биоцидными свойствами на бумаге. Полимерные препараты, содержащие в качестве активного вещества ПГМГ, в отличие от препаратов на основе оловоорганических полимеров, обладали достаточно высокой МИК. Препараты, в состав которых входят ароматические соединения, за исключением исИешсМа, обладали очень высокими МИК (25-35%). Большинство биоцидов на основе алифатических азотсодержащих соединений действовали в довольно низких концентрациях (2-5 %) только на ГБ, на СФА МИК была значительно выше: 10-20%. 9 препаратов при концентрации <5% предотвращали рост грибов на бумаге обоих видов, половина из них содержит в качестве активного вещества производные изотиазола. Наимеиьшие МИК на бумаге обоих видов обнаружены у препарата исЬешс1с1а.

Из 29 биоцидов, обладавших биоцидными свойствами на бумаге, 9 повышали прочность ГБ в среднем на 12-110% (4 из них содержат в своем составе производные изотиазола), а 16 оказывали значительное отрицательное влияние на ее механические свойства (рисунок 1, шаг 3). На прочность СФА 21 препарат оказывал отрицательное влияние. После обработки СФА препаратами Санатекс, 1лсЬешс1с1а и Фонгифлюид прочность бумаги изменялась в пределах погрешности; обработка препаратами Мультицид и АстаЫс1е РБ 82 повышала средние значения прочности на 19 и 75 % соответственно.

Биоциды Септанол, Соната, Биопаг, Фосфопаг и Полидез (рН=7, рН=8), активной составляющей которых являются соли ПГМГ, значительно снижали прочность бумаги, обработанной этими препаратами, поскольку их МИК составляла 20 %, и на поверхности бумаги образовывалась достаточно толстая и хрупкая пленка полимера. Мультицид, также

содержащий соль ПГМГ (его МИК была в 10 раз меньше, чем у остальных биоцидов этой группы соединений), не снижал прочность СФА. Обработка ЧАС, как известно, значительно снижает прочность бумаги, однако исследуемые препараты, содержащие ЧАС, снижали прочность в меньшей степени, чем препараты ПГМГ.

Для дальнейших испытаний (рисунок 1, шаг 4) были выбраны препараты, предотвращающие рост микромицетов на бумаге в течение 14 суток и не снижающие ее механическую прочность: Санатекс (1), АЫтас1(1е РБ 82 (2), 1лсЬешас1а (4) и Фонгифлюид (5) для бумаги двух видов, Мультицид (3) — для СФА, Анти-В (6), Антипесень (СПб) (7), Косппа ОТ (8), Кос ¡та 243 (9), АБП-40 (10) и Септодор (11):—для ГБ. Биоциды на рисунках 2 и 3 обозначены соответствующими цифрами.

Комплексное исследование изменения белизны бумаги (рисунок I, шаг 5), обработанной биоцидными препаратами, показало, что только обработка препаратом Мультицид приводит к значительному пожелтению документа на СФА бумаге. Препараты АЫтас1с1е Р8 82, Септодор и Фонгифлюид снижают белизну документов на ГБ, а Санатекс — только в случае достижения предела воздействия света (рисунок 2), что приводит к необратимым изменениям.

Рисунок 2 — Белизна бумаги, обработанной биоцидами в МИК, % к контролю: а) СФА; б) ГБ;

О — образцы бумаги, не подвергшиеся старению; TBC — образцы бумаги после искусственно! тепловлажного старения; СС — образцы бумаги после светового старения

После искусственного старения двумя способами (рисунок 1, шаг 5) прочность СФА, обработанной препаратом Мультицид, изменялась в пределах погрешности, а в результате обработки препаратом Санатекс — увеличилась не только относительно контроля, но и относительно бумаги, не подвергавшейся старению (рисунок За). Прочность СФА, обработанной препаратом Acimacide PS 82, также оставалась выше прочности контрольных образцов после старения обоих видов, причем значительно повышалась после светового старения, а тепловлажное старение изменяло прочность в пределах погрешности. Ультрафиолетовое излучение, в отличие от температуры и влажности, снижало прочность бумаги, обработанной препаратами Lichenicida и Фонгифлюид.

Прочность ГБ, обработанной препаратами Анти-В, Антиплесень и Санатекс, повышалась или оставалась на уровне контроля после старения двумя способами (рисунок 36). Остальные препараты снижали прочность на 11-36 % после тепловлажного старения, но увеличивали или изменяли ее в пределах погрешности после светового старения (кроме препарата Rocima GT, снизившего прочность ГБ на 26 %).

Рисунок 3 — Прочность на излом бумаги, обработанной биоцидами в МИК, % к контролю а) СФА б) ГБ (обозначения, как на рисунке 2)

Таким образом, для обработки бумаги обоих видов можно использовать препарат Санатекс, а Анти-В — для газетной бумаги, так как эти препараты эффективны в достаточно низкой концентрации и не оказывают отрицательного действия на свойства бумаги.

4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ ПРЕПАРАТОВ В КАЧЕСТВЕ БИОЦИДОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БУМАГИ

Большой интерес для консервации бумаги документов представляют используемые в реставрационной практике гуанидинсодержащие препараты и природный полисахарид хитозан ввиду их химического сходства с молекулами целлюлозы.

Зависимость прочности бумаги от концентрации растворов препаратов, содержащих в качестве активного вещества производные гуанидина, которыми осуществляли ее обработку, носила линейный характер: с увеличением концентрации препарата уменьшалась прочность бумаги. Лучшие прочностные характеристики наблюдали после обработки 2 % препаратом Фосфопаг (рисунок 4).

Рисунок 4 — Прочность на излом бумаги после обработки препаратом Фосфопаг в различных концентрациях Из всех препаратов ПГМГ наибольшее защитное действие в этой концентрации (отсутствие роста на бумаге в течение 5 суток) обеспечивали Фосфопаг и Биопаг-Д. Дезинфекция зараженной бумаги 2 %-ми препаратами не приводила к полному обеззараживанию, однако в результате повторной обработки происходила потеря прочности бумаги.

Грибостойкость бумаги, обработанной 0,5 % полимером ]ч1-ТМХ, оценена в 2 балла в соответствии с ГОСТ 9.048-89.1Ч-ТМХ обладал фунгицидными свойствами в соответствии с ГОСТ 9.050-75, метод Б, но при тестировании по требованиям ГОСТ 9.049-91 защитный

160 140 [ 120 о 100 ^ 80

эффект отсутствовал. Наибольшее защитное действие проявлялось на ГБ, обработанной 0,5 % Ы-ТМХ со степенью замещения 0,34, а на СФА — со степенью замещения 0,87.

Прочность бумаги обоих видов, обработанной производными хитозана в концентрации 0,5 %, увеличивалась в 3 раза, но дальнейшее увеличение концентрации производных хитозана в бумаге более 0,5 % не приводило ни к увеличению ее прочности, ни к увеличению биостойкости. Старение ГБ, обработанное №ТМХ, приводило к значительному снижению ее белизны и прочности; Обработка полимером 1Ч-ТМХ практически не меняла белизны СФА и увеличивала ее прочность на 23 и 45 % после тепловлажного и светового старения соответственно. . ■

Таким образом, применение Ы-ТМХ может быть эффективно в процессе реставрации бумаги, не содержащей древесную массу: полимер придает бумаге прочность и биостатические свойства.

Гуанидинсодержащие препараты, несмотря на то, что они обладали только биостатическими свойствами, в дальнейшем исследовали в качестве компонентов композиционных смесей ввиду их очевидного преимущества с экологической точки зрения, низкой токсичности и сродства к целлюлозе.

5 СВОЙСТВА БУМАГИ, ОБРАБОТАННОЙ КОМПОЗИЦИОННЫМИ СМЕСЯМИ БИОЦИДОВ

На основе изотиазолсодержащих биоцидов и гуанидинсодержащего препарата Фосфопаг были составлены 36 композиционных смесей. Основным компонентом, присутствующим во всех смесях, был 2 %-ый Фосфопаг, обладающий биостатическим действием и повышающий прочность бумаги. Остальные препараты на основе изотиазола (Санатекс, Анти-В, Яоста ОТ, коата 243), взятые в качестве второго компонента, обладали большей эффективностью против грибов, но они снижали механическую прочность бумаги. Для выбора композиционных смесей сначала отбирали смеси препаратов, не снижающие прочность СФА, а затем проверяли ее биостойкость (рисунок 1).

Прочность большинства образцов СФА, обработанных композиционными смесями, была больше прочности образцов, обработанных индивидуальными изотиазолсодержащими препаратами (отмечено нижней горизонтальной линией на рисунке 5).

Снижение прочности образцов бумаги по сравнению с бумагой, обработанной 2 %-м Фосфопагом, наблюдалось как при увеличении доли изотиазолсодержащих биоцидов, действие которых и ранее оказывало отрицательный эффект, так и при увеличении доли Фосфопага в смеси. Только в одном случае — после обработки смесью Анти-В с Фосфопагом (концентрация Анти-В в смеси 3,75 %) — наблюдали синергическое действие: увеличение прочности бумаги, обработанной композиционной смесью биоцидов, было больше, чем при обработке только 2 %-м Фосфопагом (верхняя горизонтальная линия).

¡#

в) 120 -

0,20 0,25 0,33 0,60 0,66 0,76 Концентрация препарата на основе и

Д)180 -

С 60

I

1,00 1,26 1,45 1,65 2,60 3,30 3,7 Концентрация препарата на основе изотиазола в с

б) 120

-А

1,00 1,26 1,65 2,60 3,30 3,7{ Концентрация препарата на основе изотиазола в

гЙ

Рисунок 5 —Прочность на излом образцов бумаги, обработанных композиционными смесями Фосфопаг и: а) Косина ОТ (I %); б) Косила йТ (5 %); в) Косила 243; г) Санатекс; д) Аигти-В;

^ — статистически значимое повышение

прочности; I | — отсутствие значимого изменения — прочности;

—статистически значимое снижение прочности

Смеси препаратов, не снижающие прочность бумаги, испытывали на биостойкость. Все выбранные смеси обладали отчетливо выраженным биоцидным действием, однако его продолжительность была различной. Биоцидным действием в течение всего периода испытаний (14 суток) обладали 8 смесей с различными соотношениями составляющих компонентов (таблица 1). Зона ингибирования роста микромицетов смесью препаратов была больше, чем отдельным препаратом Фосфопаг и меньше, чем отдельными изотиазолсодержащими препаратами, поскольку низкомолекулярные соединения легче диффундируют из бумажного образца в агар, чем высокомолекулярные, что позволяет им формировать зону ингибирования роста большего диаметра. Только в случае обработки смесью Косина СИ и Фосфопага наблюдали синергическое увеличение защитного действия препаратов: зона ингибирования увеличилась с 0-5 мм до 26 мм.

Таблица 1 — Зона ингибирования роста микромицетов и прочность бумаги, обработанной композиционными смесями биоцидов_

Изотиазолсодержащий биоцид Сред нее значение зоны ингибирования, мм (размер образца 15x15 мм) Изменение прочности, % к контролю

Название Концентрация в смеси, %

Анти-В (5 %) 1,45* 20±2 101±16

2,50 15± 1 106±16

3,30 15±1 92±13

4,00 16±1 117±17

Санатекс (5%) 2,50* 16±1 123±14

Яоста 243 (1 %) 0,66* 17±1 99±16

Лоста вТ (1 %) 0,80* 16±1 99±15

1,65 19±2 91±14

* — смеси для дальнейших испытаний

На основании испытаний выбраны четыре смеси биоцидов, которые одновременно обладали биоцидными свойствами на бумаге и не снижали ее прочность (таблица 1). Ни обработка смесями, ни жесткое световое старение не влияли на белизну бумаги. Тепловлажное старение снижало белизну всех обработанных образцов СФА по сравнению с контрольными образцами на 2-4 %, что является незначительным, а колебаниями в пределах 2% можно пренебречь. Следовательно, белизна бумаги, обработанной исследуемыми композиционными смесями, в процессе длительного хранения под действием ультрафиолетового излучения или влаги изменяется не больше, чем необработанной бумаги.

Прочность бумаги, обработанной композиционными смесями во всех исследованных сочетаниях, после тепловлажного старения была выше, чем у контрольных образцов, на 1841 %. После светового искусственного старения прочность бумаги, обработанной тремя смесями из четырех, была в среднем на 16-43 % больше, чем у контрольного образца. Прочность бумаги, обработанной смесыо Санатекса и Фосфопага, не отличалась от прочности контроля. Таким образом, все четыре выбранные композиционные смеси, можно использовать для дезинфекционной обработки бумаги (таблица 1).

Несмотря на то, что обработка ПГМГ рекомендована ГОСТ 7.50-2002 «Консервация документов. Общие требования», не предусмотрен контроль остаточного количества биоцида в бумаге. При обработке документов производными ПГМГ важно, чтобы концентрация препарата, оставшегося в бумаге, была не выше допустимой.

Количественное содержание ПГМГ в бумаге определяли с помощью его реакции с бромфеноловым синим по величине общего цветового различия и интенсивности окраски экстрактов индикатора из образцов бумаги. Полученные калибровочные кривые имели высокие коэффициенты детерминации (0,81 и 0,93). С их помощью, используя образцы тест-бумаги, можно рассчитать содержание препарата Фосфопаг после однократной или повторной обработки, а также его остаточное количество в процессе хранения и естественного старения бумаги.

6 ВЫДЕЛЕНИЕ МИКРОМИЦЕТОВ-ИНДИКАТОРОВ КОНТАМИНАЦИИ ДОКУМЕНТОВ И ВОЗДУХА КНИГОХРАНИЛИЩ

Для составления набора тест-культур и дальнейшего испытания биоцидов выявляли микромицеты, наиболее часто встречающиеся в воздухе библиотек и на

поверхности документов в 27 библиотеках из 20 городов России, расположенных в 4 регионах. В результате микологических обследований выделены микромицеты 64 видов, относящиеся к 20 родам, причем из воздуха книгохранилищ выделено 55 видов, а с поверхности документов — 46 видов (таблица 2).

Таблица 2 — Видовой состав и частота встречаемости (%) видов микромицетов, выделенных из воздуха книгохранилищ и с поверхности документов__

Виды грибов Воздух книгохранилищ Поверхность документов

Acremonium charticola (Lindau) W. Gams 0,21 0

A. strictum W. Gams 1,27 0,61

Alternaria altérnala (Fr.) Keissl. 7,59 10,73

A. temiissima (Kunze) Wiltshire 0 0,4

Aspergillus flavipes (Bainier et. R. Sartory) Thom et. Church 0,21 0,2

A. flavus Link 1,05 5,26

A. flavus var. oryzae (Ahlb.) Kurtzman, M.J. Smiley, Robnett et. Wicklow 0 0,2

A. fumigatus Fresen. 4,85 0,61

A. nidulans (Eidam) G. Winter 0,21 0

A. rtiger Tiegh. 4,01 15,99

A. ochraceus G. Wilh. 2,32 1,82

A. repens (Corda) Sacc. 0,84 0,81

A. sclerotiorum G.A. Huber 0 0,2

A. sydowii (Bainier et. Sartory) Thom et. Church 0,84 0,81

A. ustus (Bainier) Thom et. Church 1,48 2,23

A. versicolor (Vuill.) Tirab. 8,44 3,24

Aureobasidium pullulans (de Bary) G. Arnaud 0,21 0

Beauveria bassiana (Bals.-Criv.) Vuill. 0,21 0

Botrytis cinerea Pers. 4,22 0,81

Chaetomium globosum Kunze 0,63 3,24

Chrysonilia sitophila (Mont.) Arx 1,48 2,83

Cladosporium brevicompactitm Pidopl. et. Deniak 1,48 0

C. cladosporioides (Fresen.) G.A. de Vries 30,8 15,18

C. herbarum (Pers.) Link 1,05 0

C. sphaerospermam Penz. 0,21 1,21

Fusarium anguioides Sherb. 0,42 0

F. poae (Peck) Wollenw. 0,42 0

F. solani (Mart.) Sacc. (= Haematonectria haematococca (Berk. et. Broome) Samuels et. Rossman) 0,21 0,4

F. solani var. argillaceum (Fr.) Bilai (= Nectria ventricosa C. Booth) 0,21 0,2

F. sporotrichioides Sherb. 0 0,2

Продолжение таблицы 2

Виды грибов Воздух книгохранилищ Поверхность документов

Hapsidospora milkoi Beliakova (спорообразующая стадия —Acremonium strictum W. Gams) 0,42 0,4

Mucor plumbeus Bonord. 1,48 6,68

Oospora lutea Kamyschko 1,27 1,21

Paecilomyces farinosus (Holmsk.) A.H.S. Br. et. G. Sm. (= Isaria farinosa (Holmsk.) Fr.) 0,63 0

P. variotii Bainier 0,84 4,05

Pénicillium aurantiogriseum Dierckx 11,81 8,3

P. aurantiogriseum var. viridicatum (Westling) Frisvad et. Filt. 1,9 0

P. brevicompactum Dierckx 2,32 1,21

P. camemberti Thom 4,01 1,01

P. canescens Sopp 2,11 0,2

P. chrysogenum Thom 0,63 1,42

P. commune Thom 14,77 13,77

P. corylophilum Dierckx 0,63 0

P. funiculosum Thom 0,21 0,4

P. glabrum (Wehmer) Westling 3,59 0,61

P. granulatum Bainier 0,84 0

P. hirsutum Dierckx var. hirsutum 0 0,2

P. implicatum Biourge 0 0,42

P. janthinellum Biourge 0 0,2

P. jensenii K.M. Zalessky 0,21 0

P. lanosum Westling 0 0,61

P. miczynskii K.M. Zalessky 0,21 0

P. ochrochloron Biourge 1,05 0,4

P. purpurescens (Sopp) Biourge 0,21 0

P. purpurogenum Stoll 0,21 0,2

P. roseopurpureum Dierckx 0 0,2

P. simplicissimum (Oudem.) Thom 1,48 1,01

P. variabile Sopp 0,84 0

Rhizopus stolonifer (Ehrenb.) Vuill. 1,48 2,83

Stachybotrys chartarum (Ehrenb.) S. Hughes 0,21 0,2

Torula herbarum (Pers.) Link 2,53 1,01

T. lucifuga Oudem. 0,21 0

Trichoderma viride Pers. 2,95 2,83

Ulocladium consortiale (Thiim.) E.G. Simmons 0,84 0

Наибольшим числом видов среди контаминантов воздуха представлены роды Pénicillium и Aspergillus (по 18 и 10 соответственно), Cladosporium и Fusarium (по 4 вида), роды Acremonium, Paecilomyces и Torula включали в себя по 2 вида, остальные роды

представлены одним видом. Наибольшее число видов на документах, так же как и в воздухе, представлено грибами из родов Pénicillium и Aspergillus (по 16 и 11 видов соответственно), 3 вида из рода Fusarium, по 2 вида Alternaria и Cladosporium, остальные представлены одним видом.

В воздухе книгохранилищ преобладали представители родов Pénicillium (48 %), Cladosporium (34 %) и Aspergillus (24 %), часто встречались грибы из родов Alternaria (8 %), Botrytis (4 %) и Trichoderma (3 %) (рисунок 6).

Ulocladium -Trichoderma -

Torula Stachybotrys Rhizopu:

Pénicillium С

Aspergillus

Aureobasidium Beauveria

Paecilomyces Oospora Mucor Hapsidospora

Botrytis Chaetomium Chrysonilia Cladosporium

Рисунок 6 — Соотношение родов микромицетов (%) в воздухе библиотек

Преобладающими по частоте встречаемости на поверхности документов являлись представители родов Aspergillus и Pénicillium (31% и 30% соответственно), которые обнаружены на документах во всех обследованных библиотеках, а также довольно часто на поверхности документов присутствовали грибы из родов Cladosporium (16 %), Alternaria (11 %), Mucor (7 %), Paecilomyces (4 %), Chaetomium (3 %), Chrysonilia (3 %), Trichoderma (3 %) (рисунок 7).

Trichoderma Torula —J Stachybotrys Rhizopus

Acremonium

Alternaria

Pénicillium

Paecilomyces Oospora

Mucor Hapsidospora

Aspergillus

Botrytis Chaetomium Chrysonilia

- Fusarium

Рисунок 7 — Соотношение родов микромицетов (%) на документах

Сравнение видового состава микромицетов, выделенных из воздуха книгохранилищ, с микобиотой поверхности документов в различных регионах

показало существенное видовое различие: значения коэффициентов Жаккара варьировались от 0,42 до 0,65 (таблица 3). Это может быть связано с тем, что не все микромицеты, постоянно встречающиеся в воздухе книгохранилищ, способны развиваться на библиотечных материалах, что обусловливает их видовую специфичность. Следует отметить, что различие в количестве видов — в основном за счет редко встречающихся и случайных видов..

Таблица 3 — Индекс разнообразия Шеннона и коэффициент сходства видового состава микромицетов Жаккара в библиотеках разных регионов__

Регион Индекс Шеннона Коэффициент Жаккара*

В воздухе На поверхности документов

Северо-Западный 3,1 2,8 0,42

Центральный 2,8 3,0 0,65

Южный 2,3 2,6 0,48

Приволжский 2,6 2,7 0,52

*— сравнение видового состава микромицетов, вьщеленных из воздуха книгохранилищ и с поверхности документов

Значения индекса разнообразия Шеннона (2,6-3,1) в обследованных регионах свидетельствуют о значительном видовом разнообразии микромицетов.

Сравнение видового состава микобиоты различных регионов показало невысокий уровень сходства. Максимальные значения коэффициентов сходства Жаккара (0,56-0,47) определены для территориально близких регионов со схожим климатом.

Использование показателя частоты встречаемости видов позволило выявить комплексы микромицетов-индикаторов контаминации воздуха и документов (таблица 4).

Таблица 4 — Структура комплексов доминирующих и часто встречающихся видов микромицетов, выделенных из воздушной среды и с поверхности документов

В воздухе книгохранилищ На поверхности документов

Доминирующие виды

Cladosporium cladosporioides —

Часто встречающиеся виды

— Alternan a altérnala

— Aspergillus niger

— Cladosporium cladosporioides

Penicillium aurantiogriseum —

Penicillium commune Penicillium commune

Общими часто встречающимися видами для воздушной среды книгохранилищ и поверхности документов являются Cladosporium cladosporioides и Penicillium commune. На основании полученных данных можно говорить о широком диапазоне толерантности у 5 видов микромицетов книгохранилищ, причем независимо от условий их обитания.

7 ИСПЫТАНИЯ БИОЦИДОВ НА ХАРАКТЕРНЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЯХ МИКОБИОТЫ ВОЗДУХА КНИГОХРАНИЛИЩ И ДОКУМЕНТОВ

Индивидуальную устойчивость к биоцидным препаратам, выбранным в результате комплекса испытаний, определяли у 5 микромицетов, обладающих широким диапазоном толерантности независимо от условий их обитания и являющихся индикаторами контаминации воздушной среды книгохранилищ и поверхности документов (рисунок 1,

шаг 6) {Alternaría altérnala, Aspergillus niger, Cladosporium cladosporioides, Pénicillium aurantiogriseum, Pénicillium commune), y Ttïchoderma viride, обладающего высокой целлюлазной ферментативной активностью, у Мисог plumbeus, часто встречающегося на поверхности документов с высокой запыленностью, у P.fimiciilosiim и P. purpurogenum, которые выделены с 8 % документов, находящихся в ФЦКБФ на реставрации, и часто вызывают пигментацию бумаги.

На исследованные микромицеты (кроме Aspergillus niger) препарат Фосфопаг, имеющий в качестве активного компонента полигексаметиленгуанидин фосфат, действовал в наименьших МБСК. В жидкой среде микромицеты Alternaría alternata, A. niger и Мисог plumbeus оказались наиболее устойчивыми к препарату Анти-В, Cladosporium cladosporioides и Pénicillium purpurogenum — к Санатексу, a Trichoderna viride — к обоим этим препаратам. Три препарата на основе изотиазола — Санатекс, Анти-В и Rocima 243 — оказывали 100 %-ное биоцидное действие при сравнительно низких концентрациях — 0,05 % и ниже.

Самыми чувствительными к действию препаратов на бумаге обоих видов были Alternaria alternata и Cladosporium cladosporioides, достаточно чувствительными при выращивании на СФА — Мисог plumbeus и Pénicillium commune. Наиболее устойчивым к действию биоцидов различных классов химических соединений как в жидкой среде, так и на бумаге был Aspergillus niger, поэтому он может быть использован для экспресс-анализа.

Только препарат Санатекс защищал бумагу обоих видов от всех исследуемых тест-культур в течение 14 суток. Фосфопаг был эффективен против 6-7 тест-культур, препараты Rocima предотвращали на бумаге рост микромицетов 3-4 видов. Наименее эффективным был препарат Анти-В.

Изучено действие исследуемых препаратов в биоцидных концентрациях на морфологию микромицетов. Воздействие препаратов Анти-В, Санатекс, Rocima GT, Фосфопаг и Lichenicida вызывало появление хламидоспор, деформацию и нарушение целостности мицелия, увеличивало адгезию спор на его поверхности. Видоизменения формы и характера взаимного расположения спор относительно друг друга обнаружены только при увеличении в 3000 раз. Максимальное повреждение оболочки спор вызывал препарат Анти-В, мицелия — Фосфопаг.

8 ОЦЕНКА ПРОЛОНГИРОВАННОГО ДЕЙСТВИЯ ФУНГИЦИДОВ

На этапе определения способности бумаги, обработанной биоцидами, сохранять грибостойкость в процессе длительного хранения (рисунок 1, шаг 7) показано, что все выбранные препараты и композиционные смеси тормозили развитие микромицетов. Защитное действие, определенное газохроматографичеким методом по выделению диоксида углерода, достигало 78-87 %.

Грибостойкость большинства образцов бумаги, обработанной биоцидами и композиционными смесями, оценена в 1-2 балла в соответствии с ГОСТ 9.048-89, кроме Анти-В на ГБ (3 балла).

Эффективность обработки зараженной бумаги выбранными препаратами и их смесями показана тремя методами (определением жизнеспособности грибов методом отпечатков с поверхности, биолюминесцентным методом и с помощью источника ультрафиолетового излучения с длиной волны 365 нм). После обработки биоцидами содержание АТФ на поверхности образцов СФА снизилось в 80-250 раз, ГБ — в 480 раз. Количество жизнеспособных микроорганизмов на поверхности бумаги после обработки составило от 0 до 6 КОЕ/дм2 (таблица 5).

Таблица 5 — Зараженность бумаги после обработки биоцидными препаратами

АТФ* 10", моль/дм2 Наличие

Бумага Препарат КОЕ/дм2 свечения (лампа Вуда), % площади образца

Санатекс 0 . ,51±4 0

Анти-В: Фосфопаг 6±2 65±5 <10

СФА Санатекс: Фосфопаг 0 ' 22:14 0

Яос1та 243: Фосфопаг 0 • ■ '34.!.6' 0

Яоата ОТ: Фосфопаг 0 67.; 4 ■ • 0

Контроль 520±20 5420±110 >60

Анти-В 6±2 12±2 <10

ГБ Санатекс 0 13±2 0

Контроль 670±30 6230± 140 >60

Исследования действия биоцидов на библиотечные материалы показали, что препараты Анти-В, Санатекс, Яоата 243 и Фосфопаг, рекомендуемые для обработки бумаги, не выделяют агрессивных веществ и отвечают экологическим требованиям безопасности.

ВЫВОДЫ

1 Впервые разработана последовательная схема выбора биоцидов, применяющихся в консервации документов для обработки бумаги, поврежденной микромицетами.

2 Выделены микромицеты 64 видов, относящиеся к 20 родам, в том числе из воздуха книгохранилищ — 55 видов, а с поверхности документов — 46 видов. Показано, что экосистемы всех библиотек обладают достаточным видовым разнообразием, это подтверждено высокими значениями индекса Шеннона. Видовой состав микобиоты воздуха библиотек и документов зависит как от специфического микроклимата книгохранилищ, так и от климатических условий регионов, в которых расположены библиотеки. Выявлены микромицеты-индикаторы контаминации воздушной среды книгохранилищ и поверхности документов.

3 На основе микромицеггов-индикаторов контаминации поверхности документов и воздушной среды книгохранилищ, а также наиболее часто встречающихся деструкторов целлюлозы составлен набор тест-культур для испытаний при окончательном выборе биоцида и его концентрации для обработки документов. Исследована устойчивость к препаратам микромицетов из разработанного набора тест-культур.

4 Впервые проведено комплексное исследование 33 биоцидов, относящихся к 7 классам химических соединений. На основании всех исследованных показателей — эффективности биоцидов против тест-культур микромицетов и их влияния на физико-химические характеристики бумаги — изотиазолсодержащий препарат Санатекс рекомендован для обработки бумаги документов.

5 Показано, что применение четвертичных аммониевых производных хитозана в реставрации для закрепления текста придает бумаге прочность и.биостатические свойства.

6 Впервые предложены 4 двухкомпонентные композиционные биоцидные смеси на основе препаратов, содержащих соли гуанидина и производные изотиазола, не оказывающие отрицательного влияния на свойства бумаги в процессе длительного хранения.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕЕРТАЦИИ

1 ВеяиковаТ. Д., Ганичева С. И., Трепова Е. С., Добрусина С. А., Нудьга JI. А., Петрова В. А. Исследование прочностных характсрисгак и биостойкости бумаги после обработки растворами хитозана и его проговодных // Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана. Матер. 8 Междунар. конф. М.: ВНИРО, 2006. С. 278-281.

2 Трепова Е. С., Беликова Т. Д. Грибосгойкосгь бумаги, обработанной хигозаном // Обеспечение сохранности памятников культуры: традиционные подходы — нетрадиционные решения. Маггер. V между нар. конф. СПб.: РЫБ, 2006. С. 255-266.

3 Трепова Е. С., Беликова Т. Д. Экспресс-метод определения зараженности документов с помощью ультрафиолетовой лампы // Комплексное обследование книгохранилищ. Методическое пособие. СПб.: РНБ, 2007. С. 161-166.

4 Трепова Е. С., Горяева А. Г. Биолюминесценгный метод определения зараженности полимерных материалов // Комплексное обследование книгохранилищ. Методическое пособие.

:Пб.:РНБ,2007.С. 167-175.

5 Трепова Е. С. Зараженность микроорганизмами бумаги, обработанной растворами игозана// Микология и фитопатология. 2007. Т. 41, вып. 5. С. 474.

6 Velikova Т. D., Popikliina Е. Л., Goiyaeva A. G., Trepova Е. S. Air microflora of libraries in Lussia // Abstracts XV Congress of European Mycologists. St-Petersburg: TREEART LLC, 2007. P. 10607.

7 Беликова Т. Д., Трепова Е. С. Исследование действия биоцидов на бумагу // Исследования консервации культурного наследия. Вып. 2. Матер, междунар. науч.-мегод. конф. М.: Индрик,

008. С. 51-56.

8 Трепова Е. С. Применение препаратов Соната и Сонага-Дез для защиты бумаги от шкромицегов // Микология и фитопатология. 2008. Т. 42, вып. 4. С. 391.

9 Мамаева Н. Ю., Трепова Е. С. Саншврно-гигиеническое состояние фондов в библиотеках 'Ф // Теория и практика сохранения памятников культуры. Сб. науч. тр. СПб.: РНБ, 2009. Вып. 22.

69-78.

10 Трепова Е. С., Беликова Т. Д. Исследование действия различных биоцидов на прочность умаги // Теория и практика сохранения памятников культуры. Сб. науч. тр. СПб.: РНБ, 2009. Вып. 2. С. 44-53.

11 Трепова Е. С., Беликова Т. Д., Хазова С. С. Действие биоципных препаратов на [икромицеты — деструкторы бумаги // Микология и фитопатология. 2009. Т. 43, вып. 2. С. 15156.

12 Трепова Е, С., Беликова Т. Д. Исследование биоциднош действия производных уанидина для обработки бумаги, пораженной микромицетами // Збершання ¡сторико-кулыурно!' падщини. Наука та практика. Науков! доповцц VII К/ПжнародноУ науково-пракгичноТ конференци. Ив: Нацюнальний i иуково-доо/едшй ресгаврацшний центр Украши, 2009. С. 310-315.

13 Трепова Е. С., Мамаева Н. Ю., Горяева А. Г. Санитарно-гигиенический режим хранения юндов в библиотеках // Збер1гання ¡сторико-культурноУ спадщини. Наука та практика HayKoei .оповцц VII М1жнародноТ пауково-практичноТ конференци. Кшв: Нацюнальний науково-доследнш ссгаврац1й1[ий ценф УкраУни, 2009. С.315-320.

14 Трепова Е. С., Беликова Т. Д. Ингибирующее действие биоцидов на микромицегы, ювреждающие бумагу // Иммунопатология. Аллергология. Инфектология. 2009. Вып. 2. С. 15455. ' ......

15 Беликова Т. Д., Трепова Е. С. Биоццды, применяемые для обработки бумаги. //Защита документов от биоповреждения. Издание второе, исправленное и доношенное. СПб.: РНБ, 2009. С. 108-118.

16 Мамаева H. Ю, Трепова Е. С. Гигиеническое и микробиологическое состояние фондов в библиотеках РФ // Микология и фитопатология. 2010. Т. 44, вып. 2. С. 175-176.

17 Трепова Е. С. Применение препарата Фосфопаг для защшы бумаги от микромицстов // Микология и фитопатология. 2010. Т. 44, вып. 2. С. 174-175.

18 Трепова Е. С., Беликова Т. Д. Действие биоцидов на морфологию микромицешв // Иммунопатология. Аллергология. Инфекшлогия. 2010. Вып. 1. С. 229-230.

19 Трепова Е. С., Беликова Т. Д., Розен Т. А. Кислсггообраювание микромицетов, выделенных из книгохранилищ библиотек // Иммунопатология. Аллергология. Инфекшлогия. 2010. Вып. 1.С. 76-77.

20 Трепова Е. С., Беликова Т. Д. Синергическое действие биоццдов // Сохранность и доступность культурных и исторических памятников. Современные подхода. Матер. VI между пар. научн.-пракг. конф. СПб.: РНБ, 2010. С 284-293.

21 Трепова Е. С., Беликова Т. Д Физико-химические свойства бумаги, обработанной смесью биоцидов // Сохранность и доступность культурных и исторических памятников. Современные подходы. Матер. VI междунар. научн.-пракг. конф. СПб.: РНБ, 2010. С. 294-299.

22 Трепова Е. С. Системный подход при выборе фунгиццдных препаратов // Естественные и технические науки. № 5 (49). 2010. С. 178-181.

23 Velikova T. D., Trepova E.S., Lebedeva E.V. Morphology alteration of fiingi cells at presence fungicides used for books damaged by molds // Abstracts XVI Congress of European Mycologists. Thessaloniki: NAGREF, 2011. P. 140-141.

24 Velikova T. D., Trepova E.S., Rosen T.A. The use of biocides for the protection of library documents: before and now // Science against microbial pathogens: communicating current research are technological advances. Badajoz: Formatex Research Center, 2011. №. 3.1108-1115.

25 Трепова E. С., Горяева А. Г., Попихина E. А., Беликова Т. Д., Хазова С. С. Микобиота i библиотеках различных регионов России // Микология и фитопатология. 2011. Т. 45, вып. 5. С. 427435.

Подписано в печать 23.11.2011 Формат 60x90/16 Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1 Тираж 100 экз. Заказ 571

Отпечатано в типографии «Адмирал» 199048, Санкт-Петербург, В.О., 6-я линия, д. 59 корпус 1, оф. 40

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата технических наук, Трепова, Екатерина Сергеевна, Санкт-Петербург

61 12-5/1240

Федеральный центр консервации библиотечных фондов Российской национальной библиотеки

На правах рукописи

Трепова Екатерина Сергеевна

Системный подход при выборе биоцидных препаратов для обработки бумаги документов, поврежденных микромицетами

03.01.06 — Биотехнология (в том числе бионанотехнологии)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, Беликова Татьяна Дмитриевна

Санкт-Петербург 2011

Список используемых сокращений

СФА — бумага из сульфатной целлюлозы; ГБ — газетная бумага; И-ТМХ — КДЧ,Ы-триметилхитозан; СЗ — степень замещения;

ПГМГ — соединения полигесаметиленгуанидина;

ЧАС — четвертичные аммониевые соединения;

МБСК — минимальная биостатическая концентрация;

МБЦК — минимальная биоцидная концентрация;

МИК — минимальная ингибирующая концентрация на бумаге;

О — обработка;

ТВС — тепловлажное искусственное старение;

СС — световое искусственное старение;

С-Ф — композиционная смесь Санатекса и Фосфопага;

АВ-Ф — композиционная смесь Анти-В и Фосфопага;

1ШТ1-Ф — композиционная смесь 1 % Лоста СТ и Фосфопага;

ЯСТ5-Ф — композиционная смесь 5 % Поста вТ и Фосфопага;

11243-Ф — композиционная смесь Яоснпа 243 и Фосфопага.

Введение................................................................................................................6

1 Аналитический обзор......................................................................................11

1.1 Причины повреждения бумаги микроорганизмами...................................11

1.2 Микробиота книгохранилищ.......................................................................14

1.3 Методы дезинфекционной обработки документов.....................................17

1.3.1 Физические методы...................................................................................18

1.3.2 Химические методы...................................................................................21

1.3.2.1 Газообразные соединения.......................................................................26

1.3.2.2 Элементоорганические соединения.......................................................28

1.3.2.3 Ароматические соединения....................................................................30

1.3.2.4 Поверхностно-активные вещества.........................................................33

1.3.2.5 Производные гуанидина.........................................................................34

1.3.2.6 Гетероциклические соединения.............................................................35

1.3.2.7 Антибиотики...........................................................................................36

1.3.2.8 Природные биоциды...............................................................................37

1.3.2.9 Механизмы действия биоцидов, используемых в консервации...........38

2 Материалы и методы.......................................................................................42

2.1 Материалы исследования.............................................................................42

2.2 Методы исследования...................................................................................51

2.2.1 Используемые культуры микроорганизмов.............................................51

2.2.2 Определение минимальной биостатической и минимальной биоцидной концентрации препаратов в жидкой среде........................................................52

2.2.3 Определение грибостойкости бумаги, обработанной биоцидами..........52

2.2.4 Определение изменения физико-механических свойств бумаги, обработанной биоцидами...................................................................................53

2.2.5 Определение рН бумаги............................................................................54

2.2.6 Искусственное старение бумаги...............................................................54

2.2.7 Определение активности роста микромицетов на бумаге газохроматографическим методом............................ ........................................55

2.2.8 Определение зараженности бумаги..........................................................56

2.2.9 Определение содержания биоцидных препаратов в бумаге....................57

2.2.10 Тест на определение летучих компонентов биоцидов...........................59

2.2.13 Выделение микромицетов из воздуха и с поверхности документов ....60

2.2.13 Микроскопирование культур микромицетов.........................................61

2.2.13 Метод статистической обработки...........................................................61

3 Выбор биоцидов для обработки бумаги.........................................................62

3.1 Схема испытаний при выборе фунгицидных препаратов..........................62

3.2 Определение минимальной биостатической и минимальной биоцидной концентрации препаратов в жидкой среде........................................................65

3.3 Определение минимальной ингибирующей концентрации биоцидов на бумаге..................................................................................................................67

3.4 Определение изменения механических свойств бумаги после обработки биоцидами...........................................................................................................70

3.5 Изменение свойств бумаги, обработанной биоцидами, до и после искусственного старения....................................................................................72

4 Исследование полимерных препаратов в качестве биоцидов для обработки бумаги..................................................................................................................80

4.1 Поиск оптимальной концентрации полимеров для обработки бумаги.....81

4.2 Влияние тепловлажного и светового старения на физико-механические характеристики бумаги, обработанной полимерными препаратами...............86

5 Свойства бумаги, обработанной композиционными смесями биоцидов.....89

5.1 Прочность бумаги, обработанной композиционными смесями биоцидов89

5.2 Определение биоцидных свойств бумаги, обработанной композиционными составами препаратов.........................................................................................94

5.3 Определение изменения физико-механических свойств бумаги, обработанной композиционными смесями биоцидов до и после искусственного старения...............................................................................................................99

5.4 Определение содержания препаратов в бумаге........................................102

6 Исследование микобиоты в библиотеках различных регионов России.....106

7 Испытания биоцидов на характерных представителях микобиоты воздуха книгохранилищ и документов.........................................................................117

7.1 Определение минимальных биоцидных и биостатических концентраций на различных микромицетах в жидкой среде......................................................117

7.2 Определение минимальных биоцидных концентраций на бумаге для различных микромицетов................................................................................121

7.3 Влияние обработки биоцидами на морфологию микромицетов..............127

8 Оценка пролонгированного действия фунгицидов......................................138

8.1 Определение газохроматографическим методом грибостойкости бумаги, обработанной фунгицидами, после искусственного старения.......................138

8.2 Определение грибостойкости бумаги, обработанной биоцидами, в соответствии с ГОСТ 9.048-89.........................................................................140

7.3 Определение эффективности обработки бумаги фунгицидами..............142

8.4 Тест на определение летучих компонентов биоцидов..............................143

Выводы..............................................................................................................145

Список литературы...................................... .....................................................146

Приложение А...................................................................................................178

Приложение Б...................................................................................................183

Приложение В...................................................................................................185

Бумага до настоящего времени остается самым распространенным носителем информации. В библиотеках и архивах постоянно увеличивается количество документов [186, 217], только в странах Европы, Азии и в США в 320 000 публичных и 10 000 академических библиотеках хранится 4,8 и 1,7 биллионов книг соответственно [322]. С течением времени документы на бумаге подвергаются неизбежному старению, поэтому проблема их сохранения существовала всегда и не потеряла своей актуальности сегодня [91,211].

История защиты документов от биоповреждения относится еще к временам античных библиотек, когда использовали кедровое масло и экстракт лимона для предотвращения повреждения папирусов насекомыми. О микробиологических повреждениях документов стало известно только после открытий JI. Пастера и Р. Коха. Первая научная публикация о микробиологическом повреждении бумаги датирована 1917 г. [322].

Поражение документов микромицетами наблюдается повсеместно и является мировой проблемой. Около 10 % библиотечных фондов Европы и США повреждены настолько, что не пригодны к использованию, 30 % — можно спасти, если немедленно принять меры [110]. В рамках Национальной программы сохранения библиотечных фондов Российской Федерации [134] с 2000 по 2009 годы обследованы более 118 библиотек и архивов из 66 городов России [210]. Только в трех из них не было обнаружено документов, поврежденных микромицетами. Особенно опасными являются поставарийные ситуации и стихийные бедствия, вызывающие повреждения водой [69, 139]. В мире ежегодно происходят катастрофы как техногенного характера (аварии систем водоснабжения и отопления, протечки крыш, тушение пожаров), так и природного (наводнения, ливни и т.д.). Так, в 2004 г. несколько тысяч книг пострадало из-за аварии в здании Национальной библиотеки Франции, в 2002 г. — 200 тысяч изданий в Национальной библиотеке Украины им. Вернадского, многие книги были поражены микромицетами. В Санкт-Петербурге в результате крупной аварии в 1998 г.пострадали редкие издания в Санкт-Петербургской Государственной театральной библиотеке, в 2001 г. — в музыкально-художественной библиотеке

им. Блока несколько тысяч уникальных книг и альбомов, среди которых есть издания, существующие в единственном экземпляре, погибли редчайшие рукописные экземпляры нотных рукописей конца ХГХ в., ещё ни разу не изданные. С 1995 по 2011 гг. в Российской национальной библиотеке произошло 84 аварии, в результате которых пострадало около 710 тыс. единиц хранения. В Российской государственной библиотеке с 1995 по 2000 гг. произошло 20 аварий; в Государственной публичной исторической библиотеке — 2; в Российской государственной библиотеке по искусству — 4 [134]. С 1991 по 1999 гг. в различных библиотеках РАН в результате протечек и тушения пожаров пострадало около 650 тыс. книг [16]. В 1988 г в библиотеке РАН после пожара 3,5 млн. экземпляров пострадали от воды, пара и высокой температуры, 8,1 млн. изданий оказались под угрозой повреждения биологическими агентами [90]. В Санкт-Петербурге с проблемой спасения пострадавших от воды и огня уникальных фондов столкнулись Дом писателей, библиотека сельскохозяйственной Академии наук, библиотеки Государственной астрономической обсерватории, Российского этнографического музея, Русского Географического общества [17,68].

Примерами наиболее значительных катастроф за рубежом являются прорыв системы водоснабжения в Историческом обществе Чикаго, пожары в Публичной библиотеке Лос-Анжелеса в 1986 г., в Федеральном центре документов Св. Луиса (1973 г.), в Библиотеке Гете (2002 г.), наводнения в библиотеках Флоренции (1966 г.) и Лиссабона (1967 г.), вода нанесла ущерб библиотекам Квебека (1975 г.) и Кракова (1980 г.), вследствие цунами полностью разрушена городская публичная библиотека в Меулабо (Индонезия) (2004 г.), наводнение 2002 г нанесло огромный ущерб библиотекам и музеям Европы [68,107,156,199,280].

Таким образом, проблема биоповреждения документов остается чрезвычайно актуальной [69, 139, 169, 226]. Одним из способов защиты документов от биоповреждений является использование биоцидов. Существует большое количество препаратов, способных подавлять рост микроорганизмов, и их количество постоянно растет, однако далеко не все они по тем или иным причинам применимы для защиты бумаги, поэтому постоянно ведется поиск новых

препаратов в качестве альтернативного средства для обработки документов, пораженных грибами.

Цели и задачи исследования. Целью данной работы была разработка единой схемы испытаний при выборе биоцидов для обработки бумаги документов, поврежденных микромицетами, и скрининг биоцидов в соответствии с выбранной схемой.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

— определение минимальной ингибирующей концентрации биоцидов при обработке бумаги;

— определение изменения свойств бумаги, обработанной биоцидами, непосредственно после обработки и после искусственного старения;

— исследование полимерных препаратов, применяемых в реставрационной практике, в качестве биоцидов для обработки бумаги;

— выявление комплекса микромицетов-индикаторов контаминации воздушной среды книгохранилищ и документов;

— составление набора тест-культур микромицетов для испытаний биоцидов;

— определение эффективности биоцидов против тест-культур микромицетов, в том числе их пролонгированного действия;

— разработка композиционных смесей биоцидов для дезинфекционной обработки бумаги и оценка их эффективности.

Научная новизна. Впервые разработан системный подход для выбора биоцидов, предназначенных для обработки материалов, с помощью которого проведен комплексный анализ 33 биоцидов по всем показателям, определяющим возможность их применения в консервации бумаги. Впервые предложены композиционные смеси биоцидов, которые обладают высокой эффективностью против микромицетов и не снижают основных физико-химических показателей бумаги. Установлено влияние исследованных биоцидов на морфологию клеток грибов. Из 27 библиотек России выделены микромицеты 64 видов: 55 — из воздуха, 46 — с поверхности документов. На основании значений индекса Шеннона показано, что экосистемы всех библиотек обладают значительным видовым разнообразием. Установлено, что видовой состав микобиоты воздуха библиотек и

документов зависит как от специфического микроклимата книгохранилищ, так и от климатических условий регионов, в которых расположены библиотеки. Впервые составлен набор тест-культур, наиболее часто встречающихся в библиотеках, для испытаний биоцидов, предназначенных для консервации документов. Впервые использована оценка степени зараженности документов с помощью ультрафиолетового флуоресцентного анализа с учетом особенностей проявления контаминации.

Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы при решении задач консервации библиотечных фондов. Проведено микологическое обследование библиотек 20 городов из 4 регионов России, даны методические рекомендации по хранению и обработке биоцидами документов, поврежденных микромицетами. Внедрен экспресс-метод определения зараженности документов с помощью лампы Вуда. Предложены методики для определения содержания в бумаге остаточного количества биоцидов на основе солей полигексаметиленгуанидина. Практическая значимость работы подтверждена приведенными в диссертации 3 актами испытаний. Результаты приведены в методических рекомендациях, опубликованных в методическом пособии «Комплексное обследование книгохранилищ», и вошли в нормативно-методическую базу по реализации Национальной программы сохранения библиотечных фондов России.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на заседаниях секции биоповреждений Русского ботанического общества (2006-2008 гг.); на V международной конференции «Обеспечение сохранности памятников культуры: традиционные подходы — нетрадиционные решения» (Санкт-Петербург, 2006 г.); на XV Конгрессе Европейских микологов (Санкт-Петербург, 2007 г.); на международной научно-методической конференции «Исследования в консервации культурного наследия» (Москва, 2007 г.); на VI международной научно-практической конференции «Сохранность и доступность культурных и исторических памятников. Современные подходы» (Санкт-Петербург, 2009 г.); на международном научно-практическом семинаре «Актуальные проблемы сохранения архивных, библиотечных и музейных фондов» (Санкт-Петербург,

2011г.); на XVI Конгрессе Европейских микологов (Греция, Неос Мармарас, 2011 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 25 работ, из них 10 в журналах, рекомендованных ВАК.

Работа выполнялась в соответствии с планами РНБ по НИР. Обследование библиотек и архивов городов России проводилось в рамках Национальной программы сохранения библиотечных фондов Российской Федерации.

Автор выражает глубокую признательность кандидату биологических наук Елене Валентиновне Лебедевой за консультации и постоянную помощь.

1 Аналитический обзор

1.1 Причины повреждения бумаги микроорганизмами

Бумага — композиционный материал, содержащий в своей основе целлюлозное волокно и такие компоненты как белки, крахмал, лигнин, гемицеллюлозу, смолы, танины, желатин, рыбий, животный клей и другие органические и минеральные вещества, которые могут служить источником питания для микроорганизмов [13, 214, 280, 282, 286]. Накоплено значительное количество данных о биоповреждениях книг и документов на бумажной основе [19, 34,76,98,121,129,139,164,256,257,264,279,309].

Большинство грибов, обитающих на бумаге, — это сапрофитные грибы, основным источником которых является почва [11, 101, 195, 229]. Широкому распространению микромицетов способствуют их быстрый рост, интенсивный способ размножения и лабильный метаболизм [155]. Сложный ферментный аппарат грибов, в который входят такие внеклеточные ферменты как оксидоредуктазы (каталазы, пероксидазы, фенолоксидазы) и гидролазы (амилазы, пектиназы, целлюлазы, протеазы, липазы) [24, 133], обладает возможност