Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Агропромышленность arrow Биоконверсия вторичных продуктов агропромышленного комплекса

Рациональное использование вторичных продуктов

Анализ опыта ведущих стран в области управления отходами и их утилизации позволяет утверждать, что в настоящее время активно идёт формирование новой отрасли промышленности - экоиндустрии.

Перспективным сырьём для получения биогаза является высшая водная растительность {.макрофиты).

Биогазовые установки экологичны, а образовавшийся после метанового сбраживания осадок является, как известно, готовым биоудобрением, ценность которого может быть существенно повышена за счёт биологической трансформации органической массы.

Для биоэтанола в качестве источника сырья могут служить красные водоросли (Furceilaria lumbricolis). Они гидролизуются с помощью спиртовых дрожжей Sacharomyces cerevisiae. Наибольший выход этилового спирта (33%) можно получить, если использовать химикоферментативный гидролиз водорослей с получением маннита, целлюлозы и др.

На базе вторичных продуктов агропромышленных предприятий возможна разработка технологии активных полимикробных посевных материалов, в том числе заквасок для производства ферквитированных напитков и других продуктов общественного питания. Создание эффективных технологий продуктов функционального назначения будет направлено на укрепление защитных функций организма человека и животных за счёт лечебно-профилактических действий дрожжевых клеток, лактобактерий и биологически активных добавок (вторичных продуктов спиртозаводов, молокозаводов, мукомольных предприятий и т.п.). Наиболее перспективным штаммом дрожжей служит Pichia anomala, а в качестве сырья для производства дрожжевых посевных материалов могут быть использованы различные виды твёрдого растительного сырья, как первичного, так и вторичного. Универсальным субстратом являются зерновые отруби. Микробный консорциум на основе дрожжей и промышленного штамма лактобактсрий Lactobacillus acidophilus накапливал больше биомассы в условиях твердофазного культивирования на молочной сыворотке, чем при глубинной ферментации.

В развитых странах переработка вторичных продуктов является большой отраслью экономики, в которой заняты тысячи фирм и используются сотни разных технологий и биотехнологий. В Австрии и Германии реализовано энергетическое направление - сжигание отходов в спецкотлоагрегатах ТЭЦ с выработкой электрической и тепловой энергии. При этом до 80% газов очищается. В Венгрии из ТБО получают биогаз. В США, Канаде, Японии, Бельгии развивают экологически чистое направление по сжиганию отходов в цементных печах, не требующее дополнительной очистки. В странах Евросоюза стимулируют переработку и повторное использование их (кроме сжигания и устройства свалок). Известно, что строительство новых полигонов ведёт в тупик.

Средний уровень использования отходов в качестве вторичного сырья в России оценивается примерно в 30%. Только в Москве в настоящее время собирается свыше 200 тыс. т макулатуры, а перерабатывается - не более 10%. Рынок продукции, изготовляемой из вторичного сырья или с его использованием, отсутствует. Особенно востребованы отходы полимеров, текстильные отходы, макулатура, тароупаковочные материалы.

В рамках ЕС (2002 г.) Россией подписан Киотский протокол о значительном снижении выброса отходов в окружающую среду (до 8-10%). Есть надежда на эффективное использование возвратного конвертируемого вторичного продукта.

Хорошие результаты имеются по составлению различных клеевых композиций, в состав которых входят вторичные продукты пищевой и перерабатывающей промышленности. Модифицируются основные компоненты клеевых композиций за счёт разнообразных добавок (отходы различных отраслей промышленности), повышающие клеящую способность биоклеев. Адгезивные материалы получают за счёт синтеза декстрана микробиологическим методом с использованием дешёвых питательных сред, содержащие вторичные продукты сахарной, молочной и спиртовой пищевой промышленности.

Декстрин получают, используя культуру молочнокислых бактерий рода Leuconostoc, применяя в качестве питательного субстрата сахарозу. Меласса - побочный продукт сахарной продукции, содержит высокий процент сахарозы. Меласса, пахта и барда - вторичное сырьё - обеспечивают максимальный выход технического декстрана. Причём клеевые композиции на основе культуральной жидкости характеризуются светло-коричневым цветом, с характерным запахом молочных продуктов и жжёного сахара, присущего мелассе. Имеют вязко-текучую консистенцию и обладают пластичностью, стойкие к разрушению грибами и микроорганизмами. Отличаются высокой прочностью. Декстрановый клей находит применение при склеивании бумаги и древесины.

Загрязнение окружающей среды отходами пластмасс и проявление ими токсического действия на здоровье человека обусловило разработку биораыагаемых полимерных материалов. Для получения подобных материалов перспективны и экономически выгодны возобновляемые природные источники (крахмал, целлюлоза, молочная кислота и др.). Композиты синтетических полимеров с известными биодеградабельными компонентами способны инициировать распад полимеров в естественных условиях.

Наиболее ярким примером рециклизации вторичных продуктов служат биотехнологии производства биодизеля. В последние десятилетия в связи с удорожанием нефтепродуктов резко возрос интерес к использованию альтернативных источников биотоплива. По прогнозам специалистов, в 2050 г. по дорогам планеты будут бегать 2 млрд автомобилей. Сейчас их около 1000 млн, а 50 лет назад на Земле было всего 60 млн автомобилей.

В США производят биоэтанол, а в странах Евросоюза и Канаде -биодизель. Директивы ЕС по использованию биологических источников энергии предусматривают, что доля биодизеля в структуре моторного топлива к 2030 г. должна быть доведена до 25%. В странах ЕС производство биодизеля в 2012 г. - более 18 млн тонн. Сырьём для производства биодизеля являются растительные масла (для Европы - рапсовое масло). В нашей стране предложено производить биодизель из некондиционного рыбьего жира. Полученный биодизель соответствует требованиям европейского стандарта. Он содержит в 3 раза меньше механических примесей, чем допускает стандарт.

В ходе процесса производства биодизеля триглицериды масел гидролизуются с образованием жирных кислот и глицерина, затем жирные кислоты метилируются в эфиры, и эфиры этих кислот, собственно, и являются биодизелем. Побочным продуктом данного производства является глицерин.

На каждую тонну произведённого биодизеля накапливается 120 кг глицерина, который в биодизеле не используется и является отходом производства. Глицерин очищают и используют в фармакологии, но такого количества не нужно в фармакологии. Вместе с тем получаемый глицерин в виде 80%-го водного раствора может быть использован в микробиологическом способе получения лимонной кислоты и её соли - цитрата натрия, практически значимых продуктов. Из 1 млн 400 тыс. т лимонной кислоты, производимой ежегодно в мире, 70% кислоты используется в пищевой промышленности и в производстве напитков, 18% в виде цитрата натрия - для изготовления «чистых» синтетических молочных средств.

Глицеринсодержащие вторичные продукты биодизельных заводов используют для получения цитрата натрия микробиологическим способом. Специально селекционированный штамм дрожжей позволяет получать до 100 г/л лимонной кислоты или 135 г/л цитрата натрия. Процесс ферментации (в непрерывном или периодическом режиме) и выделения лимонной кислоты и цитрата натрия осуществляется с использованием стандартного микробиологического и химического оборудования. Продукты процесса - дрожжевая биомасса продуцента - характеризуются высоким содержанием белка (до 20% а.с.б.) и липидов (25% а.с.б.) и могут использоваться в качестве кормовой добавки в животноводстве.

В связи с широким распространением «заболеваний цивилизации» (диабет, желудочно-кишечные и др.) совершенствуются традиционные технологии пищевых продуктов в сторону создания функциональных изделий.

В производстве мороженого перспективно использование сыворотки. Рациональным обогатителем может служить растительное сырьё, отсутствующее в традиционных технологиях мороженого,- сушёный чернослив. В качестве биологически активной добавки и структурообразователя целесообразно введение хитозана, предварительно растворённого в молочной сыворотке.

Хитозан является полифункциональным структурообразовате- лем (иммунорегулятор, энтеросорбент и т.д.). Этот ценный биополимер получают из гидробионта.

Переработка планктона, основанная на гидролизе биомассы протеолитическими ферментами микроорганизмов, позволяет в итоге получить гидролизату обогащённый незаменимыми аминокислотами, комплексом биологически ценных жирных кислот, микроэлементами. Подобное сочетание питательных веществ легко усваивается и оказывает комплексное воздействие на организм животного, нормализует обмен веществ, повышает иммунитет и устойчивость к неблагоприятным факторам (стрессу, перепадам температуры, инфекциям), способствует лучшему перевариванию кормов, стимулирует процессы синтеза белка. Наряду с гидролизатом из гидробионта получают хитин и хитозан.

Следует заметить, что материалы, созданные на их основе, нетоксичны, обладают высокой реакционной способностью и весьма перспективны для использования не только в пищевой и косметической промышленности. При получении гидролизата важным фактором является глубина гидролитического расщепления белков на полипептиды и свободные аминокислоты.

Кормовой белок получают также из продуктов переработки раков. В готовом гидролизате определено содержание,%: воды - 77,6; белка- 19,3; жира - 1,6; золы - 1,5; хитина -0,1-0,2.

Утилизация рыбных вторичных продуктов. В процессе переработки рыбы образуется до 30% пищевых отходов, которые в основном не используются. После исследования сырья, т.е. основных и вспомогательных сырьевых источников, пришли к выводу, что оно содержит биологически активные вещества, способные восстанавливать опорно-двигательную систему человека. В качестве сырья предложено использовать коллагенно-костно-хрящевые ткани судака

(костный коллаген, продукты кислотного гидролиза глюкозаминогли- канов костной ткани и костные неколлагеновые белки из трубчатых костей сельскохозяйственных животных). Используются лиофили- зированные сухие хрящи акул, ферментативный гидролизат хрящевой ткани хрящевых рыб и др., привносятся также растительные добавки и консерванты.

Готовые формы препарата аттестованы, подвергнуты биологическим испытаниям, что свидетельствует© перспективности биотехнологического подхода к технологии производства полифункционального препарата на основе натурального рыбного сырья, содержащего необходимые природные ингредиенты в заданном соотношении. В итоге обогащённая фитопарафармацевтиками растений природная композиция потенциально обладает синергическим эффектом, необходимым для регенерации опорпо-двигателыюй системы человека.

Питание должно отвечать современным требованиям науки, ориентироваться на индивидуальные особенности человека, быть функциональным. Применение природных источников - лекарственных трав, овощей, фруктов и др.-является перспективным направлением функционального питания, которое позволяет расширить ассортимент продуктов повышенной биологической ценности. Часто используют в творожный продукт ламинарию японскую, сушеную морскую капусту, обладающие высокой сорбционной ёмкостью и способствующие меньшему отделению сыворотки, улучшению пищевой ценности и повышению выхода готовой продукции.

Технологии биоконверсии.молочной сыворотки дрожжами дают возможность получать продукты, используемые на пищевые и кормовые цели. В большинстве случаев это сухие продукты (за счёт сгущения и распыления). Более экономичным является получение жидких концентратов дрожжеванной сыворотки. Используются дрожжи рода Kluyveromyces marxianus, которые отличаются высокой скоростью роста, активно утилизируют лактозу и синтезируют большее количество аминокислот, чем многие бактерии, пивные и кормовые дрожжи. В дрожжесывороточном концентрате по сравнению с контролем увеличенное общее содержание незаменимых аминокислот на 3,1%, при этом лейцина - на 94%, фенилаланина - на 25%, треонина - на 4%. Изменения аминокислотного состава получаемого концентрата связаны с особенностями состава белка дрожжей. Концентрат рекомендуется использовать для приготовления комплексных кормовых добавок или для непосредственного введения в рацион.

Молочная сыворотка с добавлением пектина служит функциональным продуктом. Основу напитка составляет неосветленная творожная сыворотка как перспективное вторичное молочное сырьё, обладающее высокой биологической ценностью.

В последние годы целенаправленно формируется принципиально новое направление промышленной переработки молочной сыворотки - получение производных компонентов, являющихся целевыми продуктами, в частности, спирта.

Биотехнология утилизации молочной сыворотки на молокоперерабатывающих предприятиях в спирт предусматривает применение штаммов дрожжей рода Kluyveromyces lactis и Kluyveromyces fragilis. Длительность их культивирования составляет 2-3 сут. при температуре 30°С, pH = 5,0-5,5; концентрация спирта при данных условиях достигает 2,9 об.%. При этом возникает возможность совместной глубокой очистки сточных вод, образующихся при утилизации сыворотки и в основном производстве. Поступление в производственный сток сточных вод от утилизации сыворотки в спирт положительно влияет на процесс биокоагуляции органических веществ.

Промышленная переработка сыворотки в спирт позволяет реализовать принципы безотходной технологии, увеличить ресурсы полноценных продуктов питания и кормов, обеспечить рентабельность производства и исключить загрязнение окружающей среды.

Значение растительных вторичных продуктов трудно переоценить. В последнее время целлюлоза нашла широкое применение в медицине для изготовления препаратов-изделий. Они представляют собой биосовместимый носитель из волокнообразующего полимера, содержащий иммобилизованные медицинские препараты.

Препараты получают введением химически активных функциональных групп в макромолекулу целлюлозы для обеспечения иммобилизации лекарственного средства на ней за счёт образования химических связей без значительной потери физиологической активности. Эти раневые покрытия пролонгированного терапевтического действия незаменимы в условиях массового поражения людей, позволяют сократить сроки очищения и полного заживления гнойной или ожоговой раны. Созданы лечебные перевязочные материалы в виде медицинской марли, частично окисленной до диальдегидцел- люлозы, с иммобилизованными на ней лекарственными средствами различных классов: салфетка с трипсином, салфетка с трипсином и мексидолом и др.

Контрольные вопросы

  • 1. Оценка энергии биомассы вторичных продуктов.
  • 2. Энергия и возобновляемое сырьё.
  • 3. Получение функциональных продуктов из отходов.
  • 4. Биоэнергетика.
  • 5. Получение энергии и моторного масла.
  • 6. Технологии утилизации и переработки отходов.
  • 7. Доходные вторичные продукты.
  • 8. Преобразование целлюлозы.
  • 9. Нетрадиционные пути биоконверсии АПК.
  • 10. Практическое использование материалов биоконверсии вторичных продуктов.
 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы