Переробка фітомаси амаранту: інноваційний метод

27.9.2018

Фітомаса амаранту характеризується вмістом великої кількості цінних і корисних речовин. Дослідники і вчені продовжують роботу над пошуком оптимальної технології переробки зеленої маси, що дозволяє отримувати максимум користі від цієї рослини.

Подібні дослідження проводилися в ФДЦ «КазНЦ РАН» — Федеральному дослідницькому центрі «Казанський науковий центр Російської академії наук». Вчені використовували спеціальну пілотну установку, яка дозволяє переробляти зелену масу амаранту в умовах механоакустичного впливу. Що дозволило створити дійсно ефективну, екологічну безпечну технологію.

За допомогою даної технології дослідникам вдалось істотно інтенсифікувати процес, завдяки чому збільшився кінцевий вихід корисних продуктів. Для цього використовувалися м’які харчові кислоти, серед яких бурштинова і лимонна.

Ця технологія дозволяє отримувати унікальні кормові добавки, які характеризуються підвищеною харчовою цінністю, у них виявлена відмінна перетравлюваність. Крім того, такі добавки збагачені біологічно активними речовинами.

Навіщо проводилися ці дослідження

Вчених усього світу вже давно цікавить тема переробки відновлюваних рослинних ресурсів. Адже це дозволяє отримувати різні продукти. Наприклад, не тільки їжу, ліки або БАД, але і біогаз, який використовується для опалення приміщень.

До того ж, переробка рослинних ресурсів — відмінна можливість створити безвідходне виробництво, що позитивно відіб’ється на екологічній обстановці на всій планеті в цілому.

Крім того, підвищується загальна раціональність застосування природних ресурсів, що розширює асортимент продукції різних сфер промисловості:

харчової;
фармакологічної;
і т.д.

При цьому створюються додаткові джерела для отримання вторинної сировини. Тому дослідники з Федерального дослідного центру «Казанський науковий центр Російської академії наук» доклали максимум зусиль, щоб розробити дійсно екологічно чисту, ефективну і раціональну технологію комплексної переробки зеленої маси амаранту.

Чому вибрали саме амарант

Дослідники акцентували увагу на тому, що амарант є дійсно перспективною сировиною. До нього прикута увага вчених усього світу, а в багатьох країнах вирощуванням амаранту займаються все більше фермерів.

Обумовлено це тим, що в рослині амарант містяться такі важливі і корисні речовини:

незамінні амінокислоти (їх вміст збалансовано);
білки;
мінерали і вітаміни;
мінеральні солі.

До того ж, амарант характеризується високою врожайністю, він не дуже вимогливий до кліматичних умов. Може вирощуватися навіть при відносно високій сухості повітря.

Вчені відзначають, що амарант може використовуватися для виробництва і отримання певних біологічно активних сполук, які в наслідку будуть застосовуватися в медицині. Йдеться про вміст наступних речовин:

високоякісного рослинного білка;
пектину;
флавоноїдів;
каротиноїдів.

Окремі дослідники розглядають амарант, як шлях до вирішення різних труднощів і існуючих проблем, що виникають при виробництві високоякісних кормів, харчових продуктів, ліків.

Як проводилися дослідження

Під час досліджень ІК-спектри були зняті на приладі UR-20 і IRS-113 фірми Bruker з дозволом 1 см-1 в діапазоні 400-4000 см-1 в таблетках КВг.

Визначення змісту сухих речовин по щільності в екстрактах ареометром проводилося відповідно до ГОСТ 87562-70, визначення вологості — ГОСТ 15 113.3-77.

Відповідно до ГОСТ 29186 проводились дослідження наступних показників:

мікробіологічних;
органолептичних;
фізико-хімічних.

Метод Лоурі використовувався для визначення рівня вмісту білка в екстрактах амаранту.

Крім того, використовуючи різні методи і способи, спеціалізоване обладнання, дослідники з ФДЦ «КазНЦ РАН» визначили:

елементний склад (С, Н, N і S);
склад біогазу та його теплопровідність.

Що було встановлено в результаті досліджень

Дослідниками була створена унікальна технологія, що дозволяє виконувати комплексну переробку фітосировини амаранту. Дана технологія проста, універсальна і раціональна.

Широкий спектр різноманітних з’єднань, що відрізняються своєю цінністю, витягувався завдяки послідовній екстракції сировини:

70% розчином етанолу;
дистильованою водою;
розчином органічної кислоти;
розчином соди.

Створення даної технології дозволило вченим отримати з фітомаси амаранту такі компоненти, які є харчовими і можуть використовуватися при виробництві харчових продуктів:

рутин;
харчовий барвник амарантін;
рослинний білок — високоякісний, збалансований за своїм складом амінокислот;
кислий полісахарид пектин.

У чому переваги нової технології

Як відзначають самі дослідники, основні переваги розробленої ними технології полягають в екологічності і малих фінансових витратах. При створенні нової технології вчені використовували інноваційні підходи до отримання функціональних продуктів з фітомаси амаранту.

Такий підхід дає можливість механоакустичному впливу інтенсифікувати процес гідролізу-екстракції і домогтися екологічно безпечних умов, при яких зберігається висока біологічна активність цільових продуктів.

Під час цього процесу була виявлена можливість, що дозволяє провести заміну мінеральних кислот, які використовуються при традиційних методах отримання пектину, на органічні кислоти. Зокрема, мова йде про такі кислоти, як:

молочна;
бурштинова;
лимонна.

Було встановлено, що також можливе застосування екстрагену молочної сироватки — в такому випадку допустиме використання проміжних продуктів переробки фітомаси амаранту, як високопоживної кормової добавки. Вона буде характеризуватися:

підвищеною поживною цінністю;
чудовою перетравлюваністю.

Крім того, її застосування дозволяє понизити шкоду для екології, що виникає при виробництві пектину традиційними методами. Така шкода проявляється появою великих об’ємів стічних вод, які необхідно правильно утилізувати.

Вироблені кормові добавки були досліджені в реальних умовах. Їх використовували для годівлі молодняку курей на птахофабриках. Були отримані наступні результати:

рівень падежу молодняка знизився на 15-50%;
підвищення маси тіла збільшилося на 5-15%.

Жом амаранту для одержання біогазу

Також дослідники оцінили можливість переробки вторинної сировини для організації безвідходного виробництва. Вони використовували амарантовий жом, який залишився після переробки фітомаси, для виробництва біогазу.

Було встановлено, що даний продукт являє собою ефективний косубстрат, добре підходить для метанового бродіння і виробництва біогазу.

Питомий вихід при додаванні жому в мезофільному режимі склав 251.9 мл / г сухої речовини (СВ). При зброджуванні осаду стічних вод (ОСВ) в термофільномурежимі питомий вихід біогазу збільшується з 134.7 до 354.0 мл / г СВ. Вміст CH4 залишався на рівні 60% протягом усього експерименту.

Однак після того як був отриманий біогаз, перед дослідниками виникла нова проблема — як саме провести утилізацію зброджених відходів. Над цією проблемою вчені працювали спільно зі своїми колегами з кафедри біохімії Казанського (Приволзького) федерального університету. Спільна робота дозволяла встановити, що якщо не проводити додаткову аеробну обробку збродженого субстрату, у нього залишається підвищена фітотоксичність.

Коли була проведена додаткова аеробна обробка збродженого субстрату, в стерильному грунті рівень схожості насіння кукурудзи становив 100%, хоча без використання субстрату схожість насіння досягала показника в 54%. Тому можна з упевненістю говорити, що субстрат в перспективі може використовуватися як добриво.

Підводячи підсумок: чим цінні дослідження

Головна цінність проведених досліджень полягає в тому, що вченими була розроблена сучасна, унікальна технологія переробки амарантової фітомаси.

Вона дає можливість в одному циклі отримувати біологічно активні продукти, що використовуються в харчовій, фармакологічній та інших галузях промисловості, в тому числі — технічних. Йдеться про такі продукти, як: