Комплексное использование продуктов переработки водорослей Белого моря (Перлюк М.Ф., Лебская Т.К. и Шканова Н.Е., ПИНРО) (УДК 582.26-119.2.002.68(268.46))

На Архангельском водорослевом комбинате при извлечении из бурых и красных водорослей жира, альгиновых кислот, маннита выделяется ряд побочных продуктов: экстракт "ламинария", смола, минерально-витаминный концентрат, экстракт анфельции. Изучение химических свойств этих продуктов и поиск рационального их использования - такова цель нашего исследования.

Экстракт "ламинария", конечный продукт маннитного производства, представляет собой темно-коричневую жидкость плотностью 1,2-1,3 г/см³ с рН 4 и содержанием маннита от 31 до 59 % (Некрасова, Полянская, 1987). Во фракциях экстракта и смолы обнаружено до 2 % веществ, растворимых в органических растворителях, свыше 9 % белков и 65 % исходной массы безазотистых экстрагируемых веществ (БЭВ). Значительно меньше таких веществ содержится в сухом остатке переработки данной водоросли (табл. 1).

При переработке анфельции после извлечения агара содержание биоорганических соединений: белков, БЭВ и веществ, экстрагируемых органическими растворителями, - составило соответственно 3,5, 47 и 0,3 %.

Таблица 1

Из данных об аминокислотном составе побочных продуктов переработки водорослей (табл. 2) следует, что наиболее обогащена аминокислотами жидкая фракция - конечный продукт маннитного производства ламинарии. В ней массовая доля аминокислот составила около 20 %. В порошкообразном экстракте анфельции после извлечения агара концентрация аминокислот 2,3 %. В исследуемых образцах основная доля приходится на незаменимые аминокислоты. В частности, в отходах переработки анфельции содержание эссенциальных аминокислот превышает 60 % общей суммы. Характерно, что содержание аспарагиновой и глутаминовой кислот в поле аминокислот достигает 13-28 %, что согласуется со сведениями о химическом составе исходного сырья.

Таблица 2

Побочные продукты переработки ламинарии и анфельции содержат широкий спектр макро- и микроэлементов: щелочные, щелочноземельные и такие биологически активные элементы, как Na, К, Fe и др. (табл. 3).

Концентрация токсичных металлов, в частности ртути, не превышала предельно допустимых концентраций - около 0,02·10^-6 % сухой массы исследуемых продуктов.

Отходы от переработки водорослей - минерально-витаминный концентрат и экстракт анфельции - характеризуются высоким содержанием сухих веществ - соответственно около 99 и 93 %, в том числе доля золы 97 и 50 %.

В зольных остатках исходного сырья Laminaria saccharina концентрационные ряды химических элементов (в мг/кг сухой массы) выборочно характеризуются следующей последовательностью:

В отходах переработки ламинарии, имеющих различную консистенцию (раствор, смола, порошок), металлы располагаются в следующие ряды:

В первом приближении эти ряды идентичны, причем в отходы более чем на 50 % попадают Zn, Сu, Ni, Fe и другие элементы.

Химический состав сухого остатка от переработки анфельции после извлечения агара можно проиллюстрировать (в порядке уменьшения) изменением концентраций металлов:

Cd>Na>Fe>K>Mn>Cr>Zn>Cu>Pb>NiCo>Cd.

На основании полученного экспериментального материала по химическому составу побочных продуктов переработки бурых и красных водорослей можно заключить, что данное сырье является источником ценных кормовых и технических веществ, которые найдут применение в различных отраслях народного хозяйства.

Таблица 2

В частности, присутствие в исследуемых объектах биологически активных органических и минеральных соединений позволяет рекомендовать их для использования в качестве эффективных добавок в рецептуры кормов рыб, сельскохозяйственных животных. Поскольку в макро- и микроэлементарном составе отходов маннитного и агарового производства содержатся металлы К, Na, Fe, Zn, Ni, Mn и др., которые находятся в связанном состоянии с органическими веществами и относятся к природным минеральным премиксам, обогащение отечественных комбикормов добавками отходов переработки водорослей приблизит их к норвежским и финским аналогам.

Так как у макрофитов высокая сорбционная активность (Сухарев, 1987), была предпринята попытка использовать отходы их переработки в качестве сорбентов при очистке сточных вод опытного промышленного завода белковых концентратов г. Мурманска. Промышленные заводы содержат в большом количестве взвешенные и белковые вещества, поэтому степень их очистки оценивалась по эффективности извлечения данных компонентов. В качестве фильтра служили чистый песок и песок в сочетании с сухим остатком экстракта анфельции после извлечения агара (толщина слоев песка и водорослевого остатка была одинакова, режим фильтрации соответствовал 6-8 м/ч). Из данных лабораторных исследований (табл. 4) следует, что эффективность очистки стоков от взвешенных веществ с использованием отходов переработки анфельции изменяется незначительно, а степень извлечения белковых веществ - одного из главных загрязняющих показателей - возросла более чем на 10 %.

Есть основания предполагать, что сорбционные свойства экстракта анфельции после извлечения агара обусловлены наличием агарозы (в чистом агаре ее содержится 70 %), обладающей высокой гидрофильностью и способствующей прочному сцеплению клеток в живом организме морских растений. Поскольку этот ценный полианион извлекается из тканей водорослей горячей водой с предварительной щелочной обработкой, возможно образование в отходах анфельции гидратированных оксидов железа (ГОЖ) и других элементов, которые селективны к широкому спектру катионов. В литературе отмечается (Сухарев, 1987), что для ГОЖ установлен следующий ряд селективности: Cl³⁺>Bi³⁺>А1³⁺>La³⁺>Rb³⁺>Cu²⁺>Cd²⁺>Zn²⁺>Mn²⁺>Ni²⁺Co²⁺>Cd²⁺>Ba²⁺>Mg²⁺.

Таблица 4

Учитывая, что сродство сорбента значимо для ионов, переходных металлов (Мn, Со, Ni, Сu, Zn, Cd) и редкоземельных элементов (Cl, La), отходы агарного производства можно оценивать как перспективный технических сорбент для извлечения указанных выше элементов из водных объектов. Для улучшения сорбционных свойств отходов красных водорослей и получения прочных гелей необходимо растворять сухой остаток в кипящей воде с последующим охлаждением до 32-39 °С.

Анализ химического состава макрофитов и побочных продуктов их переработки позволяет сделать вывод о возможности рационального использования отходов в качестве удобрений и добавок в строительные материалы. Обогащение почв биологически ценными органическими и минеральными веществами, особенно такими, как N, Р, К, Си, будет способствовать их плодородию, а добавки соединений Cd и Мn - снижению кислотности кислых почв.

Из приведенных выше экспериментальных данных также следует, что основные компоненты строительных материалов (Cd, Mg, Si и др.) присутствуют в отходах водорослей в больших количествах, а в зольных остатках, например, ламинарии мольная доля оксидов калия, натрия, кальция, магния и кремния превышает 60 %.