Введение к работе
Актуальность темы исследования.
В настоящее время основным направлением применения торфа является его использование в качестве топлива. При этом сжигание торфа не всегда эффективно и целесообразно, так как в нем содержится большое количество соединений, на основе которых возможно получение широкого класса продуктов применяющихся в различных областях.
Известно применение торфа и продуктов его переработки в растениеводстве в качестве удобрения и стимуляторов роста растений, в животноводстве как кормовой добавки, так же продукты из торфа применяются в качестве детоксицирующих агентов, связывающих тяжелые металлы и нефтепродукты.
Основным носителем биологической активности в торфе является гуминовые вещества, оставшийся при этом целлолигнин практически не подвергается переработке, что делает проблему его применения и утилизации актуальной.
Экономическая эффективность переработки торфа возможна только при
комплексном подходе с получением широкого ассортимента продуктов.
Комплексный подход предполагает разделение торфа по фракционно-групповому
признаку и использование каждой фракции в качестве сырья при производстве
конкретных продуктов. Компоненты торфа по фракционно-групповому составу
возможно разделить на битумы, гуминовые вещества, легко- и
трудногидролизуемые вещества и лигнин.
Проведенные ранее исследования показывают возможность
электрохимического синтеза хелатных соединений железа с гуминовыми кислотами, которые целесообразно использовать в качестве кормовой добавки.
Одним из способов переработки целлолигнина торфа может быть биотехнологический, с получение биомассы микроорганизмов с последующей ее переработкой на биопродукты.
В этой связи комплексная переработка торфа с получением биопродуктов для кормления животных весьма актуальна.
Цель и задачи исследования.
Целью данной работы является - разработка технологии комплексной переработки торфа с получением биопродуктов.
Для достижения цели решались следующие задачи:
- разработать способ разделения торфа на гуминовые вещества и
целлолигнин, пригодные для получения биопродуктов на их основе;
разработать способ получения гумата железа, пригодного для применения в качестве биопродукта;
исследовать дисперсный состав и свойства гумата железа;
- разработать способ биоконверсии целлолигнина торфа с получением
биопродуктов;
- разработать технологию комплексной переработки торфа с получением
биопродуктов: гумата железа, адсорбента микотоксинов и кормового белка.
Научная новизна.
Впервые показана возможность синтеза гумата железа из гуминовых веществ торфа, электрохимическим способом. Определено влияние плотности тока и продолжительности электрохимического синтеза на образование соединений гуминовых веществ торфа с железом. Установлены технологические параметры электрохимического синтеза гумата железа.
Показано, что электрохимический способ получения гумата железа позволяет получать агломераты с меньшими размерами частиц и соответственно более растворимые, по сравнению с исходным гуматом натрия.
Термогравиметрическими исследованиями показано, что структура гумата железа, полученного электрохимическим способом, аналогична структуре гумата железа, полученного химическим способом, но более подвержена разложению, что улучшает его усвоение.
Впервые показана возможность биоконверсии целлолигнина торфа мицелиальным грибом Trichoderma reesei M18 методом твердофазной ферментации. Установлено, что предварительная бисульфитная обработка целлолигнина торфа способствует повышению целлюлазной и ксиланазной активности мицелиального гриба Trichoderma reesei M18 и синтезу кормового белка.
Практическая значимость.
Разработана технология комплексной переработки торфа, которая предусматривает получение гумата железа электрохимическим способом, биоадсорбента микотоксинов и кормового белка.
В технологии предусмотрено электрохимическая регенерация гидроксида натрия, применяемого для разделения гуминовых веществ и целлолигнина торфа. Предложено электромагнитное перемешивание при экстракции гуминовых веществ, которое позволяет снизить энергозатраты на разделении гуминовых веществ и целлолигнина торфа.
Проведены опытные выработки гумата железа, биоадсорбента
микотоксинов и кормового белка. В результате проведенных испытаний гумата железа, полученного электрохимическим методом, на животных, показано, что гумат железа обладает профилактическим и противоанемическим действием при алиментарных микотоксикозах животных.
Установлено, что биоадсорбент микотоксинов, полученный из клеточных стенок мицелиального гриба и лигнина, обладает выраженной адсорбирующей способностью к Т-2 микотоксину и может быть рекомендован к применению в животноводстве и птицеводстве в качестве адсорбента для профилактики Т-2 микотоксикоза.
Получаемый кормовой белок микробиологического происхождения рекомендован в качестве кормовой добавки.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и
обсуждались на международных и всероссийских конференциях: ХIII, XIV Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и
биотехнологии» (Казань. 2013, 2014), Международная выставка конкурс «Биоиндустрия» (Казань, 2014), Biotechnology: “State of the ART and prospects of Development” (Москва, 2015, 2017), Международной научно-практической конференции «Новая наука: теоретический и практический взгляд (Стерлитамак, 2016), изложены в тезисах научной сессии КГТУ (Казань, 2011, 2012, 2014, 2015).
Реализация работы.
На основе проведенных исследований разработан технологический регламент на экспериментальное производство лекарственного препарата на основе гумата железа и адсорбента микотоксинов на основе растительных и микробиологических полимеров. На основе регламента проведены опытные выработки гумата железа и адсорбента микотоксинов. Получены акты безопасности и эффективности гумата железа при моделировании микотоксикоза на белых крысах.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Методы интенсификации разделения гуминовых веществ и целлолигнина торфа, позволяющие снизить материальные и энергетические затраты;
-
Электрохимический способ получения гумата железа для применения в кормлении животных;
-
Дисперсный состав и структурные свойства гумата железа;
4. Способ биоконверсии целлолигнина торфа с получением биопродуктов
для кормления животных;
5.Опытная технология комплексной переработки торфа с получением кормовой добавки гумата железа, адсорбента микотоксинов и кормового белка на основе клеточной стенки мицелиального гриба Trichoderma reesei M18 и лигнина.
Личное участие автора.
Автором были поставлены цель и задачи исследований, осуществлены
экспериментальные работы по разработке биопродуктов на основе торфа,
определены оптимальные параметры получения гумата железа
электрохимическим способом, проведены работы по оптимизации состава питательной среды и продолжительности культивирования гриба Trichoderma reesei M18 при биоконверсии целлолигнина торфа.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 11 статей в журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем диссертации.