Производство продукции из бурых водорослей

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ  ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 
 

Кафедра Э и ЗОС 
 

Контрольная работа на тему: «Производство продукции из бурых водорослей». 
 
 
 
 
 
 

   Выполнила: Новгородцева А. С.

   студентка группы Из-571 

   Проверила: Васильева Ж. В. 
 
 
 
 
 
 
 

   Мурманск

   2011 

     Введение 

     В настоящее время к пищевым  продуктам стали относиться как  к эффективному средству, улучшающему  физическое и психическое здоровье, снижающему риск возникновения многих заболеваний. В связи со сложной  экологической ситуацией возрастает необходимость использования в  пищу натуральных пищевых продуктов, сбалансированных по микронутриентам  и содержащих биологически активные вещества (БАВ) различного спектра действия, положительно влияющих на функции органов  и тканей человека. Морские бурые  водоросли и их БАВ могут быть в полной мере использованы для профилактики и лечения ряда «болезней цивилизации», а также для устранения последствий  влияния токсических веществ  на организм человека. Бурые водоросли  содержат комплекс БАВ: полисахариды, свободные аминокислоты, липиды, микро- и макроэлементы, йод. Поэтому водоросли  широко используют при производстве пищевых продуктов, а также выделенные из них вещества. Ассортимент подобной продукции не велик. В настоящее  время ученые уделяют внимание разработке технологий получения функциональных пищевых продуктов (ФПП) из водорослей и их БАВ. Производные бурых водорослей также используют как пищевые  добавки, повышающие качество основных продуктов путем сохранения или  улучшения их структуры, вкуса, внешнего вида и удлинения сроков хранения. Кроме того, в прибрежных зонах  морей России сосредоточены значительные запасы фукусовых и ламинариевых водорослей, которые способны возобновляться. В связи с этим разработка комплексной  технологии переработки бурых водорослей при получении функциональных пищевых  продуктов (ФПП) является актуальной.

     Разработка  и реализация комплекса технологий ФПП позволит не только рационально  использовать запасы бурых водорослей, но и расширить ассортимент, что  является актуальной задачей для  науки и пищевой промышленности. Решение этих задач и выпуск новой  продукции обеспечит население низкокалорийными, обогащенными БАВ продуктами, органолептические свойства которых не отличаются от традиционных и сбалансированных по пищевой ценности. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Значение  бурых водорослей 

   Бурые водоросли — один из основных источников органического вещества в прибрежной зоне, особенно в морях умеренных и приполярных поясов, где их биомасса может достигать десятков килограммов на квадратный метр. Заросли бурых водорослей служат укрытием, местом размножения и питания многих прибрежных животных, кроме того, они создают условия для поселения других микроскопических и макроскопических водорослей.

   Велика роль бурых водорослей и в хозяйственной деятельности человека. Вместе с другими организмами они участвуют в обрастании морских судов и буев, ухудшая их эксплуатационные показатели. Но гораздо большее значение имеют бурые водоросли как сырье для получения различного рода веществ.

   Во-первых, бурые водоросли —  это единственный источник получения альгинатов — солей альгиновой кислоты. В зависимости от того, какие металлы участвуют в образовании альгинатов, они могут быть растворимыми в воде (соли одновалентных металлов) или нерастворимыми (соли поливалентных металлов, кроме магния). Наибольшее применение находит альгинат натрия, обладающий всеми свойствами водорастворимых альгинатов. Он способен поглощать до 300 весовых единиц воды с образованием вязких растворов. Поэтому его широко используют для стабилизации разнообразных растворов и суспензий. Добавление небольшого количества альгината натрия повышает качество пищевых продуктов (консервов, мороженого, фруктовых соков и т. д.), разнообразных красящих и клеящих веществ. Растворы с добавлением альгинатов не теряют своих качеств при замораживании и размораживании. Применение альгинатов повышает качество печатания книг, делает натуральные ткани невыцветающими и непромокаемыми. Альгинаты используют при производстве пластмасс, синтетических волокон и пластификаторов, для получения стойких к атмосферным воздействиям лакокрасочных покрытий и строительных материалов. С их помощью изготовляют высококачественные смазочные материалы для машин, растворимые хирургические нити, мази и пасты в фармацевтической и парфюмерной промышленности. В литейном производстве альгинаты улучшают качество формовочной земли. Альгинаты находят применение при брикетировании топлива, в производстве электродов для электросварки, позволяющих получать более высококачественные сварные швы. Трудно назвать отрасль народного хозяйства, где бы не использовались альгинаты.

   Другое важное вещество, получаемое из бурых водорослей,— шестиатомный спирт маннит. Он находит применение в фармацевтической промышленности для изготовления таблеток, в приготовлении диабетических продуктов питания, в производстве синтетических смол, красок, бумаги, взрывчатых веществ, при выделке кож. Все больше маннит используют при проведении хирургических операций.

   Бурые водоросли содержат большое количество йода и других микроэлементов. Поэтому они идут на приготовление кормовой муки, используемой как добавка в корм сельскохозяйственным животным. Благодаря этому сокращается падеж скота, повышается его продуктивность, в ряде сельскохозяйственных продуктов (яйца, молоко) увеличивается содержание йода, что имеет важное значение для районов, где население страдает от его недостатка.

   Когда-то бурые водоросли в больших количествах перерабатывались для получения йода, но сейчас с этой целью используют лишь отходы водорослевой промышленности: в связи с появлением других, более рентабельных источников получения йода, стало выгоднее перерабатывать бурые водоросли на другие вещества.

   Бурые водоросли в свежем и переработанном виде применяют в качестве удобрений.

   Издавна бурые водоросли используют в медицине. Сейчас выявляются все новые направления их применения, например, для изготовления заменителей крови, для получения препаратов, предотвращающих свертывание крови, и веществ, способствующих выведению радиоактивных веществ из организма.

   С давних времен бурые водоросли употребляют в пищу, особенно народы Юго-Восточной Азии. Наибольшее значение в этом отношении имеют представители порядка ламинариевых, из них приготавливают наибольшее число самых разнообразных блюд. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Получение альгиновой кислоты  и альгината натрия из бурых водорослей 

   Изобретение относится к производству из бурых водорослей, например ламинарии сахаристой (Laminaria cichoriocides) или ламинарии японской (Laminaria japonica), альгиновой кислоты и альгината натрия, которые могут быть широко использованы в различных отраслях промышленности.    Водорослевое сырье обрабатывают кислотными и щелочными химическими реагентами, извлеченные альгинаты очищают и обесцвечивают, выделяют альгиновую кислоту с последующим получением альгината натрия нейтрализацией. В качестве кислотного и щелочного химических реагентов используют растворы анолита и католита, полученные электрообработкой электролита - водного раствора солей щелочных металлов, например поваренной соли, в анодной и катодной камерах двухкамерного электролизера соответственно. Изобретение позволяет повысить эффективность и экологическую безопасность производства альгиновой кислоты и альгината натрия, упростить технологические процессы, а также улучшить его санитарно-гигиенические условия.  
 
   В обобщенном виде производство альгиновой кислоты и альгинатов (натрия, аммония и др.) включает следующие основные операции: предварительную подготовку водорослей (замачивание в растворах серной или соляной кислот); обработку щелочным раствором (альгиновую варку); очистку от взвешенных частиц, красящих, белковых и минеральных веществ (флотация воздухом или кислородом, электрофлотация); обесцвечивание гипохлоритом натрия или перекисью водорода; высаживание альгинатов в виде альгиновой кислоты или альгината кальция с последующим переводом его в альгиновую кислоту; получение растворимых форм альгинатов. 
 
   Недостатками перечисленных способов является использование агрессивных сред - кислот и щелочей при подготовке водорослей и высаживании альгиновой кислоты; использование формалина для замачивания водорослей и этилового спирта для промывки и обезвоживания альгината натрия; недостаточно полное отделение механических примесей из галерты из-за применения несовершенных способов очистки; использование бикарбоната натрия для перевода альгиновой кислоты в альгинат натрия, часто приводящие к нежелательному повышению рН выше оптимальных значений, а также многостадийность, сложность и продолжительность процессов, большое количество вспомогательного оборудования, значительные расходы электроэнергии. 
 
   Эти способы не обеспечивают полного удаления взвешенных частиц, минеральных и органических примесей и достаточную отбелку готового продукта. Цель изобретения - упрощение всего процесса производства альгиновой кислоты и альгината натрия из бурых водорослей путем сокращения и совмещения ряда операций, замены опасной кислотно-щелочной обработки и других химических реагентов более прогрессивной и относительно безопасной электрохимической технологией. 
 
   При этом решена задача создания эффективного экологически безопасного способа получения альгиновой кислоты и альгината натрия, позволяющего в улучшенных санитарно-гигиенических условиях с минимальными потерями сырья и промежуточных продуктов, со сниженными трудовыми затратами и расходом электроэнергии, организовать производство готовых продуктов с более высокими функциональными и потребительскими свойствами. 
 
   Отсутствие агрессивных сред и возможность взаимной нейтрализации стоков анодной и катодной фракций значительно улучшают экологическую безопасность производства.  
 
 
Формула изобретения 
 
1. Способ получения альгиновой кислоты и альгината натрия из бурых водорослей, включающий предварительную обработку исходного водорослевого сырья кислотным химическим реагентом, щелочную обработку щелочным химическим реагентом, последующие очистку извлеченных альгинатов флотацией и обесцвечивание, например, гипохлоритом или перекисью водорода, высаживание в виде альгиновой кислоты кислотным реагентом и получение альгината натрия нейтрализацией щелочным реагентом, отличающийся тем, что в качестве кислотного и щелочного реагентов используют электрохимически активированные растворы - анолит и католит, полученные электрообработкой электролита - водного раствора солей щелочных металлов, например поваренной соли, в анодной и катодной камерах двухкамерного электролизера соответственно. 
 
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве электролита используют преимущественно водный раствор поваренной соли концентрацией 1-2% в пресной воде, например водопроводной. 
 
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что кислотную и щелочную обработку водорослевого сырья растворами анолита и католита осуществляют непосредственно в анодной и катодной камерах электролизера соответственно, при этом значения величин рН растворов, температуры, гидромодуля и плотности тока устанавливают в зависимости от физико-химических свойств исходного водорослевого сырья и заданных свойств готового продукта. 
 
4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что предварительную кислотную обработку осуществляют при соотношении водорослевое сырье: раствор электролита в диапазоне 1:10-1:15 до достижения рН смеси значения не более 2 и температуры - не более 40-50oС, при этом нагревание смеси осуществляют одновременно с электрохимической обработкой в анодной камере электролизера с подогревом или после окончания процесса электрохимической обработки в отдельной емкости, например реакторе, снабженном системой подогрева. 
 
5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что щелочную обработку осуществляют при соотношении водорослевое сырье: раствор электролита в диапазоне 1:30-1:50 до достижения рН смеси значения не менее 12 и температуры - не более 60oС, при этом нагревание смеси осуществляют одновременно с электрохимической обработкой в катодной камере электролизера с подогревом или после окончания процесса электрохимической обработки в отдельной емкости, например, в реакторе, снабженном системой подогрева. 
 
6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что очистку смеси осуществляют одновременно с ее электрохимической обработкой микропузырьками электролизных газов непосредственно в электролизере в объеме между диафрагмой и электродами. 
 
7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что высаживание альгиновой кислоты осуществляют в анодной камере электролизера при значении рН=2 и ведут процесс до полного выделения последней. 
 
8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что обесцвечивание альгиновой кислоты осуществляют одновременно с процессом высаживания последней в анодной камере путем обработки гипохлоритом, полученным электрообработкой электролита, например водного раствора поваренной соли. 
9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что получение альгината натрия осуществляют электрохимической обработкой смеси в катодной камере электролизера при соотношении альгиновая кислота: электролит 1:10-1:15 и значении рН смеси 8-9, при этом концентрацию электролита выбирают в диапазоне 0,5-1%. 
 
10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что проведение процессов осуществляют при постоянном механическом перемешивании.

   Заготовка и первичная переработка водорослей делается на Архангельском водорослевом комбинате - единственном предприятии в России, занимающимся промышленной переработкой морских водорослей.      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Отходы  альгинатного производства 

   Отходы альгинатного производства, получаемые на Архангельском водорослевом комбинате в процессе глубокой переработки бурых водорослей, представляют собой мелкоизмельченную массу в виде смеси древесной муки и остатков выработанных морских водорослей фукуса и ламинарии. В химический состав отходов входят необходимые для жизнедеятельности растений элементы: азот, фосфор, калий, кальций, железо, медь, марганец, цинк, натрий, кобальт. Содержание сухого вещества в них составляет 22-28%, рН8,7-9,4, органического вещества 42-47%, общего азота 0,65-0,78%, золы около 6%. Содержание тяжелых металлов находится в пределах допустимых норм.

   В ходе исследований проводилось изучение сравнительного действия навоза, торфа и отходов альгинатного производства в чистом виде, а также смесей отходов с торфом, минеральными удобрениями и корой. Оба опыта с посевами многолетних трав и турнепса были расположены на одном участке. Участок представляет собой осушенный суходол, эксплуатируемый после мелиорации около десяти лет. Почва участка супесчаная, средней окультуренности с содержанием гумуса 2,4%.

   Многолетние травы были высеяны в виде злаковой травосмеси из овсяницы луговой с тимофеевкой и ежой сборной. Норма высева семян 24 кг на гектар. Сорта трав районированные для условий Архангельской области. Турнепс сорт Остерзундомский высевали ежегодно в первых числах июня с нормой высева семян 2 кг на гектар. Органические удобрения в дозе 60 т на гектар вносили единовременно в год закладки опытов. Минеральные удобрения в дозеN₆₀Р ₆₀К ₆₀ вносились весной под обработку почвы на посевах турнепса и по отрастающему травостою многолетних трав.

   Метеорологические условия трех лет испытаний в целом были благоприятными для роста и развития растений. В первый год растения произрастали в условиях близких к среднемноголетним значениям по температурному фактору и при достаточном и временно-избыточном уровне влажности почвы. Климатические условия II-го года были менее благоприятные из-за дефицита влаги в течение всего вегетационного периода и особенно остро в середине лета. Тепловой режим в период вегетации растений находился в пределах среднемноголетних значений. Погодные условия вегетации III-го года были самыми благоприятными: температурный режим в целом за вегетацию был на 15% выше среднемноголетних данных, осадков выпало в 1,7 раза выше нормы.

   На основании проведенных исследований установлено, что отходы альгинатного производства по своему химическому составу ближе к такому распространенному органическому удобрению, как навоз. По своему влиянию на агрохимические, физические, биологические свойства почвы, на величину урожая сельскохозяйственных культур и их качество, отходы альгинатного производства не уступают ни навозу, ни торфу. Сельскохозяйственная продукция, выращенная с применением в качестве органического удобрения отходов комбината, не содержит в своем составе веществ вредных для человека и животных.

   Осваиваемые участки для создания плодородного слоя требуют значительных объемов органики. Ее производство ограничено. Поэтому использование отходов переработки растительного сырья моря в качестве компонента для приготовления органического удобрения оправдано. 
 
 

Список  использованной литературы 

1. Баранов B.C. 1982. Разработка технологии производства пищевого альгината натрия из фукусов и его использование в пищевой промышленности//МИНХ: Реферат НИР и ОКР. - Сер. 12.-№6.-55с.

2. Барашков Г.К. 1963. Химия водорослей. М.: Академия наук СССР.-142 с.

3. Беспалов В.Г. 2005. Профилактические препараты из морских водорослей. 160 с.

4. Богданов В.Д. 1990. Структурообразователи в технологии рыбных продуктов. Владивосток: Из-во Дальневост. Ун-та, - 104 с.

5. Вафина Л.Х., Подкорытова А.В. Фукусовые и ламинариевые водоросли основа для получения функциональных продуктов питания.// Известия ТИНРО, - Владивосток, Изд. Центр ФГУП "ТИНРО-центр". - том 156. - С. 348-357.

6. Вишневская Т.Н. 2003. Комплексная технология йод- и альгинат-содержащих продуктов из бурых водорослей дальневосточных морей // Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. 24 с.