полный текст статьи в формате на ваш компьютер

УДК 663.11
КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОМАССЫ
МИКРОВОДОРОСЛИ CHLORELLA VULGARIS
COMPLEX USE OF BIOMASS MICROALGAE CHLORELLA VULGARIS
Дворецкий Д.С., д.т.н., доцент
Пешкова Е.В., к.т.н.
Темнов М.С., аспирант
ФГБОУ ВПО Тамбовский государственный технический университет, кафедра
«Технологии и оборудование пищевых и химических производств»
Г.Тамбов, Россия
DOI: 10.12737/6212
Аннотация: Обосновано применение биомассы микроводоросли
Chlorella vulgaris в качестве источника широкого спектра продуктов
(биотопливо, биогаз, фосфолипиды, удобрения, добавка к корму для
сельскохозяйственных животных). Приведены эскизные схемы получения
биотоплива и очистки фосфолипидов.
Summary: The article substantiates the use of microalgae Chlorella vulgaris
biomass as a source of a wide range of products (biodiesel, biogas, phospholipids,
fertilizers, feed additive for livestock). Sketch shows the scheme of biofuel
production and purification of phospholipids.
Ключевые слова: биомасса, Chlorella vulgaris, липиды, компоненты
смесевого биодизельного топлива, фосфолипиды, биогаз.
Keywords: biomass, Chlorella vulgaris, lipids, phospholipids, biogas.
Микроводоросль Chlorella vulgaris – микроскопические одноклеточные
фотосинтезирующие микроорганизмы (рисунок 1). Клетка Chlorella vulgaris
имеет сферическую форму, около 2-10 мкм в диаметре и не имеет жгутиков.
Как и у всех высших растений, в пластидах Chlorella vulgaris содержатся
хлорофиллы форм a и b, функция которых состоит в аккумулировании энергии
солнечного света и использовании ей для образования органических веществ.
Рисунок 1 – Клетки Chlorella vulgaris
478
Характерным свойством клеток микрводоросли Chlorella vulgaris
является изменчивость химического состава клеток в широком диапазоне в
зависимости от условий культивирования (уровень освещенности, состав
питательной среды). Как и высшие растения, микроводоросли содержат
нейтральные, и полярные липиды. Нейтральные липиды состоят в основном из
сложных эфиров глицерина. При благоприятных условиях микроводоросли
производят в основном полярные липиды (например, фосфолипиды) [1].
Полярные липиды являются структурными компонентами всех живых клеток,
входят в состав цитоплазматической, митохондриальной и других мемебран,
играют существенную роль в мембранной проницаемости, ответственны за
расположение ферментов дыхательной цепи и перенос электронов. Поэтому
фосфолипиды широко применяются в качестве пищевых и БАВ добавок.
При
неблагоприятных
или
ограниченных
условиях
роста
микроводорослей (стрессовые условия культивирования), накапливаются
нейтральные липиды в виде липидных капель в цитоплазме [2] и являются
основными запасными компонентами клетки. Неполярные липиды находят
широкое применение при производстве биотоплива, биополимеров и других
продуктов технической биотехнологии.
На рисунке 2 представлена схема комплексной переработки биомассы.
1 Биомасса chlorella vulgaris
5 Остатки
биомассы
2 Липиды
3 Неполярные
липиды
- Компоненты
биотоплива
- Сырье для
биополимеров
4 Полярные
липиды
6 Смешение с
отходами с/х
- Пищевые добавки
- Лекарственные
препараты
- Добавка к корму
сельскохозяйственны
м животным
- Биогаз
- Удобрения
Рисунок 2 – Комплексное использование биомассы микроводорослей
Chlorella vulgaris
Технология комплексного использования биомассы микроводоросли
Chlorella vulgaris заключается в следующем. Штамм культивируется в течение
479
8 дней на стандартной питательной среде до достижения стационарной стадии
роста, затем для клеток штамма создаются стрессовые условия, путем
пересадки на питательную среду с дефицитом азота для стимулирования
накопления внутриклеточных липидов (выращивание в течение 3 дней). Затем,
клетки биомассы (1) отделяются от суспензии. На следующем этапе стенки
клеток разрушаются для более полного извлечения липидов. Извлечение
липидов осуществляется смесью полярного и неполярного растворителей, при
этом фосфолипиды (4) будут содержаться во фракции полярного растворителя,
а триглицериды (3) – неполярного.
Триглицериды после проведения реакции с метанолом (метанолиз) в
присутствии катализатора образуют метиловые эфиры жирных кислот
(компонент смесевого биодизельного топлива) (эскизная схема на рисунке 4) и
технический глицерин, который применятся во многих отраслях
промышленности (производство моющих и косметических средств, сельское
хозяйство, текстильная, бумажная и кожевенная отрасли промышленности,
производство пластмасс, лакокрасочная промышленность, электротехника и
радиотехника).
Штамм
Питательная среда
Вода
Экстрагент
Остатки биомассы
Экстрагент
Полярные липиды
Катализатор
Метанол
Глицерин, катализатор,
избыток метанола
Рисунок 2 – Эскизная схема производства биотоплива из биомассы
Chlorella vulgaris
480
50% р-р CdCl3
Хлороформ
Cпирт
50% р-р CdCl3
Хлороформ
Cпирт
Na2SO4
Спирт абсолют.
Рисунок 3 – Очистка фосфолипидов
Извлеченные фосфолипиды подвергаются очистке (рисунок 3) и
используются в качестве пищевой или биологически активной добавки
(поддержка нервной системы (периферическая нервная система содержит 17%
лецитина (комплекс фосфолипидов), мозг – 30%), лечение нервозов, мигреней,
бессонницы, глазных заболеваниях, так же восстановление клеток печени) [3].
Остатки биомассы (5) (белки, углеводы) подвергаются очистке, и
используются как добавка для корма сельскохозяйственных животных, либо
смешивается с отходами сельского хозяйства и используется для получениях
биогаза, жидких и твердых удобрений.
Заключение
Наши исследования показывают, что при комплексном подходе к
биотехнологии микроводоросли Chlorella vulgaris, культура является
перспективным продуцентом для получения широкого спектра продуктов.
Список литературы
1. Held, Paul. Determination of Algal Cell Lipids Using Nile Red - Using
Microplates to Monitor Neutral Lipids in Chlorella Vulgaris/ Paul Held , Keri
481
Raymond .- (http://www.biotek.com/resources/articles/nile-red-dye-algal.html).
2.Gouveia, Luisa/ Microalgae as a Feedstock for Biofuels.учеб./ Luisa
Gouveia. - Springer, 2011.
3. Швец, В.И. Фосфолипиды в биотехнологиях: статья/ В.И. Швец. – М.:
Вестник МИТХТ, 2009.
4. Ronald, Halim et al. Extraction of oil from microalgae for biodiesel
production: A review// Biotechnology Advances. 2012. vol 30. P. 710-731.
doi:10.1016/j.biotechadv.2012.01.001
УДК 691.115
БИОПЛАСТИКИ ИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЛИГНИНА
BIOPLASTIC OF TECHNICAL LIGNIN
Тунцев Д.В., к.т.н., доцент
ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский
технологический университет»
г. Казань, Россия
Хайруллина М.Р., магистр
ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский
технологический университет»
г. Казань, Россия
Гараева И. Ф., магистр
ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский
технологический университет»
г. Казань, Россия
DOI: 10.12737/6206
Аннотация: В обзоре рассмотрены возможные направления и методы
использования промышленных лигнинов, которые являются крупнотоннажным
отходам целлюлозных и гидролизных производств. Пути использования и
утилизации лигнина в исходной форме основаны на использовании их
диспергирующих, адгезионных и поверхностно-активных свойств. А так же
представлен метод получения бипластика из лигнина, который является
полностью биоразлагаемым природным материалом и может подвергаться
многократной переработки.
Summary: The review considers the possible directions and methods of use of
industrial lignins, which are large-capacity waste cellulose hydrolysis and
482