Герасименко В.Г., Герасименко М.О., Цвіліховський М.І. та ін. Біотехнологія
Подождите немного. Документ загружается.
У штаті Каліфорнія є спеціальний магазин, в якому прода
ються вирощені для харчових цілей дощові черв’яки вартістю
25 доларів за фунт.
Використання вермікультури у фармакології. До
щові черв’яки використовуються у китайській медицині близь
ко двох тисячоліть. Нині в Китаї на основі нової технології
виготовлена антивірусна і антипухлинна сироватка F 76. Ек
стракти з біомаси черв’яків використовуються при виготовлен
ні мазей для лікування лишаю, екземи і варікозної язви нижніх
кінцівок.
Біомаса черв’яків використовується у косметології при ви
готовленні кремів, шампуней, лосьйонів.
Збагачення ґрунту черв’яками. Дощові черв’яки віді
грають винятково важливу роль у формуванні ґрунту і створен
ні сприятливих умов для розвитку рослин. Вони проривають у
ґрунті численні канали і галереї (ходи), які утворюють розгалу
жену дренажну і вентиляційну системи. Аерація і дренаж —
важливі фактори родючості ґрунтів. Ходами дощова вода швид
ко проникає у ґрунт разом з розчиненими в ній копролітами до
щових черв’яків. Наявність ходів сприяє процесу розгалуження
коріння без великих енергетичних затрат і проникнення їх у
більш глибокі шари ґрунту. В орних ґрунтах кількість ходів до
щових черв’яків може перевищувати 1 км на 1 м
2
. Якби ходи
черв’яків зімкнулись по всій глибині, то поверхня ґрунту опу
стилася б на 2 см (Повхан М.Ф. та ін., 1994).
Ходи черв’яків ідуть у ґрунті у різних напрямах. Стінки їх
просочені слизовими виділеннями черв’яків, що надає їм вели
кої міцності. Змінюється хімічний склад ґрунту, а біля копролі
тів енергійно розвивається корисна мікрофлора.
Заселення ґрунту дощовими черв’яками проводиться на
ступним чином. Ґрунт попередньо зорують або скопують на
глибину 0–35 см і по всій площі розкидають органічний суб
страт, який забезпечить харчування черв’яків протягом 6 міся
ців. Потім поливають площу так, щоб вона добре промочилася,
але не перетворилася на багно і заселяють черв’яками з розра
хунку 50 особин на 1 м
2
. Це бажано робити рано вранці, щоб з
появою сонця вони одразу заглибились у землю. Нагадаємо, що
перш ніж проводити звичайну культивацію, необхідно дати
ґрунту відпочити протягом 13 місяців.
ЧастинаII.Спеціальнібіотехнолоії
560
23.11. БІОГУМУС, ЙОГО СКЛАД І ВИКОРИСТАННЯ
Біотехнологічний процес одержання біогумусу грунтується
на здатності черв’яків використовувати органічні рештки, тран
сформувати їх у кишечному каналі і виділяти у вигляді копро
літів (екскрементів).
У процесі перетравлення органічних відходів у кишечнику
черв’яків формуються гумусові речовини. Вони відрізняються
за хімічним складом від гумусу, який утворюється у ґрунті за
участю тільки мікрофлори, тому що в кишечнику черв’яків від
буваються процеси полімеризації продуктів розпаду органічних
речовин і формуються молекули гумінових кислот, які утворю
ють комплексні сполуки з мінеральними компонентами, що
довго зберігаються у вигляді стійких утворень. Тільки черв’яки,
на відміну від інших біологічних об’єктів ґрунту, мають таку
специфічну особливість, як здатність до меліорування і острук
турування ґрунтів. Перероблений черв’яками грунт, кількість
якого за добу дорівнює масі їхнього тіла, вони перетворюють у
гранули – копроліти. Концентрація гумусових речовин у копро
літах черв’яків у 4–8 разів більша, ніж у гнойовій біомасі. Ко
проліти – це щільні чорнокоричневі палички без запаху, які не
злежуються. Копроліти складають основу речовини, що нази
вається біогумусом, а їх гранульована (комкова) форма надає
йому розсипчастого вигляду, що дуже важливо для структуру
вання ґрунту.
Біогумус, або вермікомпост — це органічне добриво, одер
жане в результаті розкладу гетеротрофними організмами орга
нічних речовин. Основою його є копроліти черв’яків. Крім цьо
го, в його формуванні беруть участь мікрофлора і мікрофауна,
які входять до складу біоценозу компостного бурта.
Склад і властивості біогумусу залежать від складу вихідно
го субстрату і технології компостування (вермікультивування).
У біогумусі акумульована велика кількість макро і мікроеле
ментів, є ростові речовини, вітаміни, антибіотики, амінокислоти
і корисна мікрофлора. Він гідрофільний, має високу водостій
кість, вологоємність, механічну міцність, відсутнє насіння
бур’янів. Біогумус може утримувати до 70 % води і в 15–20 ра
зів ефективніший за будьяке органічне добриво.
У середньому біогумус має такий склад: % — суха органічна
речовина — 40–60 %; гумус — 10–12; N — 0,9–3,0; P — 1,3–2,5;
Розділ23.Біотехнолоія"тилізаціїоранічнихвідходівметодом...
561
К — 1,2–2,5; Ca — 4,5–8; Mg — 0,5–2,3; Fe — 0,5–2,5%; мг/кг —
Cu — 3,5–5,1мг/кг ; Mn — 60–80; Zn — 28–35 мг/кг та pH —
6,8–7,2.
Поживні елементи в біогумусі знаходяться в доступній для
рослин органічній формі, він має зернисту структуру, стійку до
розмивання водою, повільно розчиняється у воді, що забезпечує
його пролонговану дію.
Особливу цінність біогумусу надає наявність в ньому гуміно
вих кислот, уміст яких коливається від 5,6 до 17,6 % на суху речо
вину. Ціни на біогумус, наприклад, в Італії встановлюють за вмі
стом гумінових кислот, до складу яких входять C, O, H, N та P, S,
Si, Al та ін., що є складовими гумусу. Гумус визначає родючість
ґрунтів. До його складу входять три основних групи сполук:
1) речовини вихідних органічних решток (білки, вуглево
ди, лігнін та ін.);
2) проміжні продукти перетворення органічних решток —
амінокислоти, моноцукри та ін.;
3) гумусні речовини, які складають до 85–90 % маси гуму
су і визначають його властивості.
За останні 20–25 років спостерігається скорочення кілько
сті гумусу в ґрунті. Значна частина орних земель втратила від
15 до 40 % цієї речовини (Городній М.М. та ін., 1996). Широке
використання мінеральних добрив, пестицидів, хімічної меліо
рації ґрунтів призвело, поряд з підвищенням врожайності на по
чатковому етапі, до багатьох проблем – втрати гумусу, деструк
ції і перетворення ґрунту в індиферентну масу, нездатну
всмоктувати й утримувати воду та схильну до водної і вітрової
ерозії. Перенасичення ґрунту різними хімічними речовинами
стерилізує його, знищуючи біологічні об’єкти, які утворюють
складну екологічну систему.
Результати досліджень показали, що позитивний вплив біо
гумусу на врожайність сільськогосподарських культур визнача
ється тим, що він містить необхідні для рослин поживні елемен
ти у добре збалансованій і легкозасвоюваній рухомій формі. Він
має оптимальну для ґрунту величину рН (6,8–7,2), а також
містить велику кількість бактеріальної флори, яка може відно
вити мертві ґрунти. В 1 г біогумусу міститься до 2000 млрд. ко
лоній порівняно зі 150–350 млн в гноєві, який вважається най
кращим натуральним органічним добривом.
ЧастинаII.Спеціальнібіотехнолоії
562
Біогумус містить велику кількість біологічно активних ре
човин (1 м
3
біогумусу прирівнюється до 70 тис. м
2
ґрунту).
Дощові черв’яки, споживаючи разом з ґрунтом велику кіль
кість рослинних решток, мікроорганізмів, грибів, водоростей, пе
ретравлюють їх і виділяють з копролітами велику кількість киш
кової мікрофлори, яка володіє антибіотичними властивостями,
запобігає розвитку патогенної мікрофлори та процесів гниття.
Біогумус після вибірки черв’яків має вологість 70–82 %. Як
що він використовується у тому ж господарстві, то його можна
не піддавати технологічній обробці.
Для реалізації біогумус підсушують до 50–60 % вологості й
просівають на ситах з отворами різного діаметра. У країнах За
ходу гумус розділяють на 3 фракції за величиною гранул (час
тинок): найдрібніша — гранули до 0,1 мм; дрібна — 0,3–0,7;
крупна — понад 0,7 мм.
Найдрібніша фракція, або гумусова мука, при внесенні в
ґрунт одразу ж розчиняється і засвоюється рослинами. Її вико
ристовують для «лікування» рослин і одержання швидкого
ефекту. Дрібну фракцію використовують для підживлення го
родніх, парникових і оранжерейних культур (овочі, квіти). Тре
тя фракція використовується у рослинництві та садівництві. В
Україні біогумус теж розділяється на три фракції, але вони
значно крупніші: найдрібніша фракція — гранули до 1 мм, дріб
на — до 2, а крупна — до 3 мм.
Упаковують біогумус у поліетиленові мішки або пакети, що
забезпечує збереження вологості на рівні 50 %.
В Італії з біогумусу одержують рідке добриво, яке містить
10 % сухої речовини і має вигляд пастоподібної маси.
Оптимальними дозами є 3–3,5 т чистого біогумусу або 4–5 т
неочищеного (із залишками субстрату) на 1 га площі. Але це
умовні дози, тому що біогумусом неможливо «переудобрити»
ґрунт. Доза встановлюється виходячи з економічної доцільно
сті. Максимальна доза — 4 т/га. За поживністю 1 т біогумусу
рівноцінна 60–70 т гною.
Як показує закордонний досвід, біогумус «омолоджує»
ґрунти. Навіть виснажені, холодні та «мертві» ґрунти відроджу
ються після систематичного внесення біогумусу протягом 4х
років з розрахунку 3 т/га.
Розділ23.Біотехнолоія"тилізаціїоранічнихвідходівметодом...
563
Технологія переробки гною й інших органовмісних відходів
за допомогою дощових черв’яків дає можливість через викори
стання біогумусу реанімувати ґрунт, підвищити його родючість,
стійкість до водної і вітрової ерозії. Крім цього, це практично
єдиний метод рекультивації «стерилізованих» і «отруєних» за
собами хімізації ґрунтів.
Існує міжнародний стандарт на біогумус, згідно з яким біо
гумус повинен мати (%): вологість 30–40; органічна речовина —
20–30; водорозчинні солі — 0,5; залишковий азот — 1; Р — 1,5;
К — 1; Mg — 1; Ca — 4; pH — 6,5–7,5.
Контрольні питання
1. Якого розповсюдження набула біотехнологія вермікульти
вування і чому?
2. Яку біотехнологічну продукцію можна отримати в резуль
таті утилізації відходів методом вермікультивування?
3. Які біологічні особливості має біологічний об’єкт – дощові
черв’яки і, зокрема, червоний каліфорнійський гібрид?
4. Якими способами можна вирощувати черв’яків?
5. Що таке ложе?
6. Що є кормом для черв’яків і як його потрібно підготувати?
7. Яким вимогам має відповідати субстрат (відходи), щоб
одержати якісний корм?
8. Які процеси відбуваються при ферментації субстрату і в
яких режимах вона проходить?
9. Яким вимогам має відповідати субстрат, готовий до спожи
вання черв’яками і що є показником його готовності?
10. Які особливості підготовки гнойової біомаси як корму для
черв’яків?
11. Як формуються ложа?
12. За якими показниками визначається якість базового суб
страту?
13. Якими методами визначаються якісні показники корму?
ЧастинаII.Спеціальнібіотехнолоії
564
14. Як і коли заселяються ложа черв’яками?
15. Які необхідно створювати умови утримання черв’яків у
ложах?
16. За якими показниками оцінюється фізіологічний стан по
пуляції черв’яків?
17. Що таке розділення лож? Яким чином розділюються ложа?
18. Які існують технологічні прийоми вибірки черв’яків?
19. Які особливості вермікультивування взимку?
20. Як проводиться вермікультивування на присадибних
ділянках?
21. Яка щільність заселення черв’яками субстрату при промис
ловому вермікультивуванні та на присадибних ділянках?
22. Який хімічний склад біомаси черв’яків?
23. Як використовується черв’ячна біомаса у тваринництві?
24. Які інші аспекти використання черв’ячної біомаси?
25. Як і для чого проводиться заселення ґрунту дощовими
черв’яками?
26. Що таке біогумус і який його хімічний склад?
27. Від чого залежить склад і властивості біогумусу?
28. Чим визначається позитивний вплив біогумусу на родю
чість грунтів?
29. На які фракції розділяють біогумус у країнах Заходу і в
Україні?
30. В яких дозах застосовується біогумус і чим це дозування
зумовлено?
Розділ23.Біотехнолоія"тилізаціїоранічнихвідходівметодом...
565
Розділ 24.
БІОТЕХНОЛОГІЯ ОТРИМАННЯ
БІОМАСИ ОДНОКЛІТИННОЇ
ВОДОРОСТІ СПІРУЛІНИ
Спіруліна є представником синьозелених водоростей, які
широко розповсюджені в природі. Вона належить до найдавні
ших рослин на Землі, її вік – понад 500 мільйонів років. Світовий
досвід свідчить, що спіруліну доцільно розмножувати для нако
пичення біомаси з наступним її використанням як харчового про
дукту і кормової добавки для тварин і птиці та сировини для фар
мацевтичної промисловості. За врожайністю і виходом білка
спіруліна випереджає пшеницю, кукурудзу та сою (табл. 24.1).
Перші повідомлення про використання спіруліни у харчу
ванні людей з’явилися ще в 1521 р. у Мексиці. Нею харчувались
стародавні єгипетські жреці і фараони. Високорозвинені цивілі
зації майя і ацтеків використовували її в їжу. І сьогодні біомаса
спіруліни використовується як традиційний продукт харчуван
ня місцевих жителів Мексики, Східної Африки, деяких країн
Центральної Америки та Індії.
Тепер спіруліну вирощують і використовують більш ніж в
60 країнах світу. Річне виробництво її у 1995 році становило:
Таблиця 24.1.
Порівняльна оцінка урожайності спіруліни з іншими культурами
(за Альбер Сассон, 1987)
Мексика – 133 тис. кг сухої маси, США – 118 тис. кг, Таїланд –
110 тис. кг, Японія – 140 тис. кг, Тайвань – 43 тис. кг, Індія і
Китай – по 110 тис. кг.
У природі спіруліна росте у прісних, солоних та лужних во
доймищах. У дуже лужних водах (рН до 11) озера Текскоко
(Мексика) та ставках, які оточують озеро Чад, спіруліна дуже
швидко розмножується і росте як монокультура. Ріст спіруліни
продовжується до тоді, доки поверхня водоймища не стане на
стільки щільною, що перестає пропускати світло, яке необхідне
для її росту.
Під час експерименту, проведеного в 1967 р. Французьким
інститутом нафти спільно з мексиканською компанією «Соса
Текскоко», з поверхні озера Текскоко площею 900 га одержува
ли подвоєння біомаси спіруліни уже через 34 дні. В 1982 р. ви
робництво муки зі спіруліни цієї компанії становило до 1000 т
вартістю 15 млн доларів. Головними імпортерами мексикансь
кої муки зі спіруліни є Японія, США і країни Європи. Компанія
випускає свою продукцію у вигляді муки, таблеток і капсул, які
продаються лише у дієтичних магазинах. Мука з біомаси спіру
ліни використовується для виробництва галет і кондитерських
виробів з високим вмістом білка.
В Індії спіруліну збирають у прісних ставках та висохлих во
доймищах і використовують у їжу. В Ізраїлі спіруліну вирощу
ють на болотах площею до 12000 м
2
(фірма «Хіллз кур продакшн
лтд.», Хайфа). В 1982 р. фірма виробляла 50 т муки, яка згодову
валась тваринам і додавалась до харчових продуктів людей.
В Італії збудована фабрика, де спіруліна вирощується в зак
ритій системі, яка складається з поліетиленових труб, які є со
нячними колекторами, що дозволяє продовжити продуктивний
сезон. Експерименти у Флоренції показали, що час розмножен
ня спіруліни у ставках і озерах триває з червня по вересень, а в
трубах – з квітня до середини листопада.
В Україні промислове виробництво спіруліни для фармако
логічної промисловості освоєно фірмою «Спіруліна ЛТД»
(м. Миколаїв). З цією метою проведено переобладнання теп
личного комбінату під технологію вирощування мікроводоро
сті. Фірмою проводились організація і фінансування наукових
досліджень щодо вивчення біологічних властивостей, розробки
нових технологій вирощування та використання спіруліни у гу
манній медицині і харчуванні.
Розділ24.Біотехнолоіяотриманнябіомасиоднолітинноїводоростіспір"ліни
567
В Інституті кормів УААН (м. Вінниця) був узагальнений
досвід виробництва спіруліни та використання біомаси в харчо
вих і кормових цілях (Кир’яченко С.П., Прокопенко Л.С., 1995), а
в АТ «Русь» Золотоніського району Черкаської області була
розроблена установка для промислового культивування спіру
ліни у штучних умовах на мінеральних поживних середовищах
відкритим способом у лотках для використання біомаси у годів
лі сільськогосподарських тварин (Кир’яченко С.П., 1994, 1997).
Багатолоткові системи нарощування біомаси мікроводоро
стей широко використовуються у практиці. Великий внесок в
удосконалення технології та обладнання було зроблено групою
вчених Кишинівського університету (Рудик В.Ф. та інші, 1991).
Спіруліну вирощують також на стічних водах з метою тран
сформації залишкових органічних і мінеральних речовин та на
рідкій фракції збродженого гною (після БГУ). Деякі дослідни
ки вважають за можливе використовувати спіруліну для очи
щення стічних вод від вмісту важких металів (ртуть, мідь, мар
ганець, залізо, цинк).
24.1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА СПІРУЛІНИ
На відміну від вищих рослин середовищем для існування
синьозеленої спіралевидної одноклітинної водорості спіруліни
є вода, і тому вона має іншу анатомічну будову. Спіруліна нале
жить до прокаріотів і має низький рівень клітинної диференці
ації. Характерною ознакою є відсутність організованого ядра,
ядерець, апарату Гольджі та інших органел. Основною ознакою
спіруліни є здатність фіксувати в аеробних умовах вуглекисло
ту та азотовмісні сполуки.
Фотосинтез у водорості проходить у видимій частині спек
тру (400–700 нм) і залежить від накопичення енергії. Тран
сформація енергії фотонів у органічну речовину проходить за
участю хлорофілу, біліпротеїнів (фікоціанін і фікоеритрин) та
каротиноїдів.
Запасні речовини у спіруліни відкладаються у вигляді фіко
ціанінових гранул, аргініну і аспарагінової кислоти. Водорості
цього класу не мають хлоропластів. Їх фотосинтезуючі ламели
(тилакоїди) вільно розміщені в цитоплазмі по периферії. Клі
тинна стінка чотирирядна, основним компонентом якої є пепти
ЧастинаII.Спеціальнібіотехнолоії
568
доглюкан (муреїн). Розмір спіруліни приблизно у 100 разів
більший, ніж хлорели та сценодесмуса, і становить 500 мкм.
У природі зустрічаються різноманітні штами Spirulina: S.
рlatensis, S. fenneri, S. massartil, S. maxima тощо. Але найбільш
розповсюдженими є S. рlatensis та S. maxima, які найбільш при
датні для культивування в штучних умовах. В біотехнології
найбільш широко використовується Spirulina рlatensis.
Дослідженнями доведено, що на інтенсивність росту спіру
ліни та швидкість нагромадження біомаси впливає інтенсив
ність освітлення та температура середовища, причому спостері
гається чітка пряма кореляційна залежність. Оптимальним для
спіруліни є температурний режим у межах 30–42
о
С.
24.2. СКЛАД ЖИВИЛЬНОГО СЕРЕДОВИЩА ДЛЯ
ВИРОЩУВАННЯ СПІРУЛІНИ
Спіруліна – вибаглива фітотрофна ціанобактерія і для сво
го росту вимагає збалансованого живильного середовища, до
складу якого мають обов’язково входити такі біогенні елементи,
як вуглець, азот, фосфор, сірка, магній, натрій, калій, залізо.
Особливе значення має концентрація азоту в середовищі.
Вуглець. На відміну від наземних рослин, яким доступна
лише атмосферна сполука СО
2
, водорості можуть використову
вати Н
2
СО
3
(вуглецеву кислоту) та її іони – бікарбонат
(НСО
3
—
) і карбонат (СО
3
2
—
). Це залежить від показника рН, со
лоності води, парціального тиску СО
2
в атмосфері і температу
ри середовища. У кислих розчинах домінує оксид вуглецю
(СО
2
), але його вплив різко зменшується при значенні рН 79,
коли домінує бікарбонат (НСО
3
—
), а в більш лужному середови
щі важливу роль починає відігравати аніон СО
3
2
—
.
Поряд з вуглецем для синтезу органічної речовини водоро
сті використовують водень, кисень, фосфор та азот.
Азот. Спіруліна може асимілювати азот за рахунок його
трьох форм: газоподібний, у вигляді неорганічних сполук та
азот біополімерів. Здатність фіксувати газоподібний азот вияв
лено лише у прокаріот, до яких належить і спіруліна. З міне
ральних сполук використовуються іони нітрату (NO
3
—
), нітриту
(NO
2
—
) і амонію (NH
4
+
).
Розділ24.Біотехнолоіяотриманнябіомасиоднолітинноїводоростіспір"ліни
569