Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,829

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО СЫРЬЯ ЯКУТИИ

Аньшакова В.В. 1 Степанова А.В. 1
1 ФГАОУ ВПО Северо-Восточный федеральный университет им. М. К. Аммосова
В статье даны экологические характеристики лишайников рода Сladonia, произрастающих в Якутии, и предложена разработка экологически чистая, безотходная, ресурсосберегающая технология сбора и биотехнологическая переработка лишайникового сырья для получения порошкообразных биоматериалов медицинского и пищевого назначения. Доказано полное соответствие биоресурсов всем гигиеническим нормативам, также подтвержден тот факт, что применение ресурсосберегающей технологии промышленного сбора слоевищ лишайников рода Cladonia в таежных регионах Якутии способствует его максимально быстрому самовосстановлению. В настоящее время в СВФУ осуществляется запуск производства разработанных биопрепаратов. Универсальность «активного наполнителя» позволяет быстро перестраивать производство с получения одного продукта на другой, меняя только вводимый в механохимический передел источник соответствующего фармакона.
биопрепараты.
механохимические нанобиотехнологии
слоевища лишайников
возобновляемое биологическое сырье
1. Аньшакова В. В. Механохимическая нанобиотехнология получения высокоэффективных комплексов на основе универсального наполнителя // Нанотехнологии и охрана здоровья. – 2012. – № 4 (Т.4). – С.18-25.
2. Аньшакова В. В., Кершенгольц Б. М. Влияние механоактивации биокомплексов на основе слоевищ лишайников на экстрагируемость эссенциальных микроэлементов в модельных средах // Химия в интересах устойчивого развития. – 2011. – № 4. – С. 433-436.
3. Аньшакова В. В., Кершенгольц Б. М. Способ получения высокоактивного твердофазного биопрепарата антибиотического действия ЯГЕЛЬ из слоевищ лишайников // Патент RU № 2467063 C1 от 05.05. 2011.
4. Савватеева Л. Ю., Туршук Е. Г. Научное обоснование и перспективы пищевого использования ягеля, содержащего усниновую кислоту // Актуальные вопросы развития профилактической медицины и формирования здорового образа жизни: сб. науч. ст. / Под ред. А. Е. Агапитова. – Иркутск: РИО ИГИУВа, 2010. – 180 с.
5. Anshakova V. V. The mechanochemical technology for producing of biocomplexes based on lichen material // International Journal of BioMedicine #3. – 2012. – P. 232-236.

Наша республика благополучно обосновалась на Севере-Востоке страны, порождая удивительные растения с уникальными свойствами, которые позволяют выжить в суровой северной природе. Среди них ярко выделяются лишайники своими индивидуальными характеристиками, потому не раз привлекающие внимание ученых и обывателей. Всем известно, что лишайниковые сообщества используются в качестве кормовой базы северного оленеводства. Но многим будет интересно знать, что лишайники можно использовать в сельском хозяйстве, пищевой, химической, фармацевтической, парфюмерной промышленности, при оценке экологических характеристик окружающей среды.

Целью исследования является изучение экологической характеристики лишайников рода Сladonia, произрастающих в Якутии, и разработка экологически чистых, безотходных, ресурсосберегающих технологий сбора и биотехнологической переработки лишайникового сырья для получения высокоэффективных биопрепаратов широкого спектра действия.

Материалы и методы

Объектом исследования являлись слоевища лишайников рода Cladonia (ягель), произрастающие на территории Республики Саха (Якутия), продукт их механоактивации.

Механохимическую активацию проводили в воздушной среде в мельнице-активаторе проточного типа ЦЭМ 7-80.

Количество сырьевой фитомассы оценивали в соответствии с требованиями инструкции по сбору и сушке (ГОСТ 13727-68). Микробиологические, санитарно-гигиенические исследования по методикам ГОСТ.

Содержание токсичных элементов определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Для исследования радиоактивности образцов ягеля и биопродуктов на его основе использовали метод спектрометрии.

Результаты и обсуждение

В Якутии лишайники встречаются на почве в сосновых борах, среди растительности тундр, в различных растительных поясах таежной зоны региона. Наиболее распространенным видом является Кладония оленья – Cladonia rangiferina (L.) Web (ягель). Подеции сероватые или серовато-беловатые, до 20 см высотой, сильноразветвленные, особенно в верхней части, с поникающими в одну сторону конечными веточками, верхушки которых обычно окрашены в темно-коричневый цвет. Образует густые дерновинки.

В слоевище ягеля содержится до 70 % углеводов, близких по своей химической природе к целлюлозе (табл. 1) [4].

Таблица 1

Химический состав сухого ягеля, %

Показатели

ягель высушенный

Влага

14,10

Белки

4,19

Липиды

4,36

Минеральные вещества

3,40

Углеводы

73,3

Усниновая кислота

0,94

β-каротин, мг/100 г

1,2

Витамин С, мг/100 г

10,1

Кроме того, в составе слоевища ягеля обнаружены уникальные лишайниковые кислоты: усниновая, глюкуроновая кислоты, минеральные соли, витамины группы В.

Высокая чувствительность лишайников к чистоте атмосферного воздуха позволяет использовать их в качестве биоиндикаторов загрязнения окружающей среды. В условиях атмосферного загрязнения выявляются обеднение видового состава эпифитов, изменение спектра жизненных форм (уменьшение доли кустистых лишайников). Известно, что лишайники концентрируют радионуклиды из воздуха. Поэтому сбор лишайникового сырья необходимо выполнить в экологически чистой зоне. По результатам ежегодных измерений удельной активности техногенных радионуклидов цезия-137 и стронция-90 на универсальном спектрометрическом комплексе УСК «Гамма плюс» исследуемое биосырье признано соответствующим нормативам СанПиН 2.3.2.1078-01, что свидетельствует об экологичности зон сбора лишайникового сырья.

Слоевища кладонии заготавливались в летний период ближе к осени. При сборе слоевища отделяли от субстрата, очищали от посторонних примесей (сопутствующих лишайников, мхов, песка и пр.) и высушивали.

Характеристика сырьевой фитомассы указана в табл. 2, которую оценивали в соответствии с требованиями инструкции по сбору и сушке.

Таблица 2

Характеристика сырья C. rangiferina

Наименование показателя

Характеристика по ГОСТ 13727-68

Цвет

верхней поверхности серовато-белый, нижней – светло-серый, оснований слоевища красновато-коричневый.

Запах

Слабый, своеобразный

Вкус

Горьковатый, с ощущением слизистости

Содержание влаги, % не более

10,0

Органическая примесь, % не более

5,0

Минеральная примесь, % не более

0,5

Согласно полученным данным, в таежной зоне с одного гектара смешанных зарослей сбор составил 41,0 г/м2 лишайникового сырья при влажности 7,1 %.

Ресурсосберегающая технология сбора слоевищ лишайников рода Cladonia учитывает особенности восстановления ягельников и ареалы их произрастания, предполагает сбор на таежных территориях произрастания, где наименьший процент выпаса оленей, и срезание в ходе заготовки не более 1/3 подеция, в результате чего период восстановления исходной биомассы не превысит 8 лет.

Дальнейший передел лишайникового сырья происходит механохимической технологией, являющейся новой рациональной твердофазной технологией нанодиспергирования сухого природного биосырья. Механохимическую активацию проводили в воздушной среде в мельнице-активаторе проточного типа ЦЭМ 7-80, где воздействие гравитационного поля на рабочее тело (мелющие шары) заменено центробежной силой.

Использование данной технологии обработки веществ основывается на физико-химических эффектах, общих для прикладной механохимии – от активации твердых веществ, вследствие разупорядочения и образования дефектов, ускорения диффузионно-затруднённых стадий процессов в твердой фазе, до осуществления твердофазных химических реакций непосредственно в ходе обработки и образования супрамолекулярных наноразмерных частиц. Большая часть биологически активных веществ (БАВ) в растительном сырье связана в комплексы различными связями физической и химической природы, и лишь небольшая их часть может находиться в биодоступной форме. Ударно-истирающее воздействие, даже без добавок твердофазных химических реагентов (например, щелочей, солей), сопровождается наряду с разрушением клеточных стенок изменением химического состава компонентов растительного сырья в результате разрыва ряда химических связей (даже таких прочных, как β-гликозидных) и протекания химических реакций с участием образовавшихся активных частиц.

Кроме того, целесообразность применения механохимических технологий объясняется возможностью исключения экологически небезопасных и энергозатратных стадий при получении веществ из природного сырья (рис.1).

Рис.1. Преимущества механохимической технологии биосырья

Использование механохимической обработки лишайникового сырья в одну технологическую стадию приводит к повышению биодоступности некоторых биогенных элементов в водной вытяжке, таких как Se, Ca, Na [2].

С целью наиболее полного изучения потребительских характеристик лишайника были проведены микробиологические, санитарно-гигиенические исследования по методикам ГОСТ. По результатам определения микробиологической чистоты и антимикробных свойств лишайникового сырья и его продукта – нанодисперсного порошка, было установлено отсутствие патогенной микрофлоры во всех пробах, что свидетельствует о самой высокой степени микробиологической чистоты как сырья, так и биопродукции, также абсолютной его безопасности для человека.

Рассмотрена возможность использования таких показателей аккумулирующей способности лишайников, как накопления тяжелых металлов. Показано, что лишайниковое сырье и биопродукция на его основе являются экологически чистыми, т.к. содержание тяжелых металлов не превышает ПДК (табл. 3).

Таблица 3

Содержание токсичных элементов в мг/кг сухой массы

Определяемые показатели

Содержание, мг/кг

Гигиенические нормативы

НД на методы исследований

1

Свинец

0,97

Не более 6,0

МУК 4.1.986-00

2

Мышьяк

0,21

Не более 0,5

ГОСТ Р 51766-2001

3

Кадмий

0,007

Не более 1,0

МУК 4.1.986-00

4

Ртуть

0,002

Не более 0,1

ГОСТ 26927-86

Более того, методом атомно-абсорбционной спектрометрии доказано, что при механообработке содержание некоторых токсичных элементов, например, мышьяка, существенно уменьшается (в десятки раз). Вероятно, это связано с процессом комплексообразования во время механоактивации [1, 5, 3].

Заключение

Таким образом, анализ экологических характеристик исходного лишайникового сырья и его биопродукта, полученного экологически чистой, безотходной механохимической биотехнологией, доказал их полное соответствие всем гигиеническим нормативам, применение ресурсосберегающей технологии промышленного сбора слоевищ лишайников рода Cladonia в таежных регионах Якутии способствует его максимально быстрому самовосстановлению.

Рецензенты:

Борисова Наталья Владимировна, д-р мед. наук, зам. директора по учебной работе Медицинского института СВФУ, г. Якутск.

Кершенгольц Борис Моисеевич, д-р биол. наук, профессор, зам. директора по науке Института биологических проблем криолитозоны СО РАН, г. Якутск.


Библиографическая ссылка

Аньшакова В.В., Степанова А.В. БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО СЫРЬЯ ЯКУТИИ // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=8860 (дата обращения: 16.12.2017).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252