Д В Микулич, Р Ф Замбриборщ - Разработка экологически чистой технологии переработки азово-черноморских водорослей - страница 1

Страницы:
1 

ОДЕССКИЙ ФИЛИАЛ ИНСТИТУТА БИОЛОГИИ ЮЖНЫХ МОРЕЙ НАН УКРАИНЫ

ОДЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. И.И. МЕЧНИКОВА

ОДЕССКИЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ ИНСПЕКЦИЯ ОХРАНЫ ЧЕРНОГО МОРЯ МИНЭКОБЕЗОПАСНОСТИ УКРАИНЫ

ОДЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЦЕНТР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

 

 

 

 

 

 

 

Экологические проблемы Черного моря

 

 

Сборник научных статей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Одесса ОЦНТЭИ 1999

ББК 26.221 (922.8) Э40

УДК 551.46.09:628.5(262.5)

Редакционная коллегия: AM Андрианов, докт. хим. наук, профессор, А .К.Виноградов, докт.биол.наук; ЮП. Зайцев, докт биол. наук, профессор, академик НАЛУ; В.Н. Золотарев, докт биол. наук; ВА. Иваница, докт. биол. наук, профессор; ГГ. Миничева, докт. биол наук; ВИ Михайлов, докт. геогр наук; ТА. Сафранов, докт геол-мин наук, профессор; ЮН. Соколов докт техн наук, профессор; А.Г. Тарнопольский, докт. геогр наук, профессор; А Г Топчиев, докт геогр наук,профессор; АЛ Цыкало,докт хим. наук, профессор; Г И Швебслокт геоф. наук, профессор;

Ответственные редакторы  к.б.н., Б.Г. Александров

д.г.-м н., проф., ТА. Сафранов д..т.н.,проф., А.Г. Топчиев

Экологические проблемы Черного моря: Сб. научн. ст. / ОЦНТЭИ; - Одесса: ОЦНТЭИ,

1999,- 330 с.

ISBN 966-7635-02-3

Настоящий сборник посвящен вопросам современного состояния и прогнозируемых изменений экосистемы Черного моря в условиях антропогенного воздействия, проблемам экологической безопасности морепользования, различным аспектам охраны природы. В нем отражены основные итоги  работы  специалистов  различных  ведомственных учреждений  Украины,  связанных с реализацией.   Стратегического  плана действия по  реабилитации   и  охране  Черного моря, утвержденного Министерской Конференцией (г.Стамбул, г.Турция, 30 - 31 октября 1996 г.). Статьи представляют ранее не опубликованные результаты  научных исследований  и  печатаются в соответствии с решениями Ученых советов Одесского филиала Института биологии южных морей НАН  Украины   (по   спец   "Биология")  и   геолого-географического   факультета Одесского госуниверситета им. ИИ. Мечникова (по спец "Конструктивная география и рациональное использование природных ресурсов").

Предназначен для широкого круга специалиств в области биологии и экологии моря, океанографии и техногенной безопасности.

Ecological problems of Black Sea: Collected papers /OCSTEI; -Odessa: OCSTEI, 1999.-330p.

Issues on the contemporary state and predicted changes in the Black Sea ecosystem in conditions of anthropogenic impact, on ecological safety of marine use, on different aspects of nature conservation are considered. The main results of the studies carried out by specialists of different sectors of institutions of Ukraine connected with the realization of the strategic Action Plan for rehabilitation and protection of the Black Sea declared at the Ministerial Conference (Istambul, Turkey, 30-31 October 1996) have been elaborated. Papers deal with unpublished sesults of scientific investigations and have been Submitted according to decisions of the Scientific Councils of the Odessa Branch Institute of Biology of Southern Seas, National Academy of Sciences of Ukraine (Speciality "Biology") and the Geological - Geographical Faculty of Odessa Mechnikov State University (Speciality "Constructive Geography and Rational Use of Natural Resources"). Designated for specialists in the field of Biology and Ecology of the Sea, Oceanography and Technogenic Safety.

 

 

1903040000                                                                                                                   ББК 26,221 (922.8)

УДК 551.46.09:628.5(262.5)

 

О Составитель

Одесский центр научно-технической и экономической информации, 1999.

РАЗРАБОТКА ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ АЗОВО-ЧЕРНОМОРСКИХ ВОДОРОСЛЕЙ

 

Д.В.  Микулич,  Р.Ф. Замбриборщ

 

Одесский филиал Института биологии южных морей НАН Украины Одесское отделение Южного научно-исследовательского института морского рыбного хозяйства и океанографии

 

Решение вопросов практического использования водорослей не­разрывно связано с проблемой охраны окружающей среды. Являясь од­ним из основных компонентов морской экосистемы, оказывающим ог­ромное влияние на водную среду, водоросли синтезируют органические соединения, в том числе высокомолекулярные полимеры с уникальными физико-химическими свойствами и высокой биологической активно­стью. Среди таких биополимеров особый интерес представляют полиса­хариды красных и бурых морских водорослей - агары, каррагинаны, аль-гинаты, обладающие высокой стабилизирующей способностью, что обеспечивает их широкое использование в различных областях промыш­ленности, медицине, микробиологии, биохимии и других отраслях, где они применяются в качестве студнеобразователей, загустителей, рыхли­телей, связующих, антикоагулянтов и сорбентов.

Использование водорослей связано с рядом конкретных факторов, зачастую оказывающих негативное влияние на водную среду. Это нера­циональная дикая добыча промысловых водорослей, несовершенство технологических процессов их переработки, высокая водоемкость тех­нологий, значительное количество отходов (50% и выше), использование химических реагентов, обусловливающее высокую загрязненность сточных вод - отработанных технологических растворов, образующихся

в больших количествах на отдельных стадиях процесса (химическое

3

потребление кислорода до 16000 мг/дм ). Все эти факторы оказывают значительное влияние на общее состояние водной среды, нанося ущерб природным ресурсам.

В Украине, в частности в Одессе, фундаментальные и прикладные

 

258исследования по использованию водорослей активно проводятся в течение последних двух десятилетий. Однако внедрение рекомендаций и разработок ограничивается рядом факторов, в том числе экологических. Так, разработанные технологии получения спектра каррагинанов пищевого и технического назначения из черноморской красной водоросли филлофоры (PhyUopliora nervosa, PrryUopliora brodiaei) приняты к промышленному внедрению, в то время как технология получения высококачественного студнеобразователя филлофорина из этой водоросли оказалась экологически опасной в силу использования в технологическом процессе жестких методов обработки и агрессивных химических реагентов /1/.

Разработаны несколько вариантов технологий переработки отходов филлофоры после выделения из нее студнеобразователей с получением ряда технических продуктов и кормовых добавок, однако данные технологии также не внедрены в производство.

Технология получения медицинского агара из филлофоры, разработанная ВНИРО, не нашла практического применения из-за низкой эффективности использования основного сырья - филлофоры (выход агара 7-10%) и образования значительных объемов агрессивных отходов и сточных вод.

Исходя из анализа информации, касающейся вопросов использования черноморских водорослей, возможно сделать вывод об их актуальности и перспективности продолжения проведения таких исследований, а также разработок в Украине технологий получения высокакачественных студнеобразователей и загустителей, поскольку производство таких продуктов в Украине отсутствует, а потребности в них удовлетворяются за счет импорта.

Одним из направлений решения вопросов охраны окружающей среды является расширение сырьевой базы производства пищевых стабилизаторов. Так, расширение сырьевой базы для получения этих продуктов может быть осуществлено за счет вовлечения в сферу переработки марикультуры макрофитов, обладающих ценными технологическими свойствами. Это, в первую очередь, относится к агарофитам, таким, например, как грацилярия.

Положительные результаты по культивированию этой водоросли в Черном море получены сотрудниками ИнБЮМ НАН Украины.

Результаты исследований черноморской грацилярии (Gracilaria ver­rucosa) свидетельствуют, что эта водоросль синтезирует от 30 до 50% агара,     студнеобразующая     способность     которого     изменяется в

 

259зависимости от условий произрастания, времени сбора водоросли и других факторов. Структурные особенности агара грацилярии определяют возможность регулирования его свойств в зависимости от применяемых условий обработки водоросли.

С учетом этого, исследования технологических режимов выделения студнеобразователя из грацилярии проведены при варьировании параметров обработки водоросли для получения продуктов с заданными технологическими характеристиками. Кроме того, при проведении эксперимента на основе математического моделирования были учтены и исследованы экологические характеристики процесса - состав сточных вод (отработанных технологических растворов), образующихся в значительных количествах на основных стадиях процесса.

В результате проведенных исследований разработан гибкий экологически чистый технологический процесс получения высококачественного агара, исключающий применение жестких методов обработки, использующихся в мировой практике в технологиях переработки этой водоросли 12, 3/.

Другим перспективным направлением расширения сырьевой базы производства студнеобразователей и загустителей является вовлечение в сферу переработки штормовых выбросов водорослей. Таким сырьем может явиться биомасса фитопланктона гипергалинных водоемов, выбросы которого на некоторых участках в районе озер Сиваша являются промысловыми.

Для определения возможности использования фитопланктона как сырья для производства стабилизаторов определен химический состав биомассы, а также состав и свойства основных углеводных компонентов, в большинстве случаев являющихся носителями стабилизирующих свойств целевых продуктов.

Выявленной специфичной особенностью полисахарида фитопланктона является многокомпонентность его состава, характерная для полисахаридов микроводорослей. Моносахариды фитопланктона представлены галактозой, глюкозой, маннозой, ксилозой, арабинозой и уроновыми кислотами. Соотношения моносахаридов существенно отличаются от таковых для полисахаридов красных водорослей, где преимущественная часть их состоит из галактозы и глюкозы /4/.

Специфика состава полисахарида обусловила необходимость
применения к этому сырью нетрадиционных методов обработки, так как
использование             методов,            применяемых        для выделения

 

260студнеобразователей из красных водорослей, влечет за собой значительные потери продукта с отработанными растворами, в частности, на стадии предварительной обработки сырья, что обусловливает, в свою очередь, высокую загрязненность сточных вод органическими веществами.

Возможность снижения экологического ущерба была реализована при разработке процесса за счет изменения схемы обработки фитомассы при условии получения высокого выхода полисахарида. С этой целью была разработана схема фракционирования сырья, позволяющая получить из водоросли не менее, чем два продукта с высокими студнеобразующими и вязкостными характеристиками.

Оптимизация технологического процесса переработки фитопланктона проведена с привлечением метода математического моделирования. Эффективность процесса оценена по выходу сухих веществ (УСВ) и вязкостным свойствам экстрактов (Y„). Исследованные технологические параметры - условия обработки сырья: рН экстрагента (X,), температура экстракции (Х2), гидромодуль - соотношение масс экс­трагента и водоросли - (Х3). Реализация плана эксперимента позволила оценить вклад каждого фактора и их совокупности в общую оценку эф­фективности исследуемых технологических режимов и определила воз­можность выбора необходимых условий обработки фитомассы для по­лучения максимально возможного выхода продукта с необходимыми технологическими свойствами.

Уравнения регрессии имеют следующий вид:

Yc,= 13,4-8,0 X, - 0,4 Х2 +3,86X3+ 1,8 Х,Х2-2,86 Х,Х3...

Y„ = 4,1 + 0,3 X, + 0,95 Х2 - 1,5 Х3 + 2,2 Х,Х2 - 0,65 Х,Х3...

 

Исследование технологических режимов обработки фитомассы было проведено, исходя из условия сохранения в отходах таких ценных соединений, как белок и иод, что позволило рекомендовать их для использования в качестве кормовой добавки сельскохозяйственным животным.

Таким образом, при осуществлении разработанной технологии может быть достигнуто практически полное использование сырья, при этом выход целевого продукта составляет 25-30 % от массы сырья, кор­мовой добавки - 40-60 %. Технологический процесс может быть осуще­ствлен на простом, серийно выпускаемом оборудовании, малоэнерго­емок, не требует дорогостоящих вспомогательных материалов, реакти­вов. Процесс экологически безопасен. Целевой продукт - стабилизатор,

 

261может быть рекомендован для использования в качестве загущающей, разрыхляющей и студнеобразующей добавки в производстве техниче­ских, кормовых и пищевых продуктов, в косметической промышленно­сти, при этом разработанная технология предусматривает получение спектра свойств стабилизатора в зависимости от задаваемых потребите­лем требований.

Разработана и представлена принципиальная технологическая схе­ма переработки фитопланктона.

Литература

1.  А. с. (СССР) 603367. Способ получения агароида из черноморской филлофоры /УН.М. Бойдык, РФ. Замбриборщ, Е.Б. Каганович и др. -опубл. 1978. - МКИА 23 /I.

2.  Д.В. Микулич. Исследование условий предварительной обработки грацилярии и оптимизация процесса по технологическим и экологиче­ским параметрам //Биотехнология. - 1994. - N 9-10. - С. 11- 14.

3.  Д.В. Микулич, СВ. Красильникова, С.Г. Дырикова. Исследование со­става сточных вод производства студнеобразователей и возможные направления снижения их загрязненности /I Биотехнология. - 1997. -N2.-C 53-58.

4.  Д.В. Микулич, Г.Д Лукина, СП. Липовецкая. Исследование химическо­го состава штормовых выбросов гипергалинных водоемов Сиваша как сырья для производства стабилизаторов// Альгология. - 1996. -Т.6.-т.-С 214-217.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

262

Страницы:
1 


Похожие статьи

Д В Микулич, Р Ф Замбриборщ - Разработка экологически чистой технологии переработки азово-черноморских водорослей