Способ обогащения воды биологически активными веществами Советский патент 1992 года по МПК C02F3/32 A01H13/00 

Изобретение относится к биологической обработке (разрушению клеточной стенки) суспензии микроводорослей, заключенных в воде или питательной среде, для обогащения этой воды биологически активными веществами и может быть использовано как в лабораторной практике, так и в сельском хозяйстве при решении ряда практических задач, связанных с обогащением воды, используемой для производственных целей для обогащения кормов витаминами и аминокислотами.

Известен способ разрушения клеточной стенки микроводорослей, включающий гидролиз стенки ферментными препаратами, полученными из бактерий (Bacillus subtilis N 43 или Bacillus mesentericus N 56). При проведении гидролиза к биомассе микроводорослей при рН среды 7-8 и температуре 40-50°С добавляют ферментный препарат в количестве 2-3%. Время гидролиза 60-70ч.

Однако данный способ отличается высокой стоимостью, так как требует дополнительных затрат, связанных с культивированием микроорганизмов выделением ферментного препарата и его использование в строго определенных условиях.

Известен способ разрушения клеточной стенки микроводорослей путем применения теплообработки суспензии этих водорослей, дальнейшего их охлаждения и ферментного гидролиза. Тепловая обработка осуществляется при 85-95°С в течение 3-5 мин с последующим охлаждением до 45- 48°С. Ферментная обработка микроводорослей осуществляется культурой гриба Trichoderma lignorum в течение 1-3 ч.

Существенными недостатками известного способа являются разрушение витаминных веществ в процессе теплообработки биомассы микроводорослей в условиях повышенной температуры (до 85-95°С), дополнительное культивирование в стерильных условиях гриба Trichoderma lignorum и в результате этого - высокая стоимость способа.

VI

СО

о о

О1

о:

Цель изобретения - увеличение содержания витаминов и аминокислот в воде.

Поставленная цель достигается внесением суспензии микроводорослей на двух- слойный биофильтр, через который постоянно пропускается вода. В процессе фильтрации гидролитические ферменты сапрофитных гидробактерий разрушают стенки микроводорослей. Процесс ведется при температуре 22-34°С. В указанном интервале температуры проявляется оптимальная активность экзогенных ферментов.

Биофильтр заполнен двумя равными слоями песка и гравия. Верхний слой биофильтра состоит из песка с диаметром час- тиц 0,1-1,0 мм, нижний слой - из гравия с диаметром частиц 1,0-5,0 мм. Песок и гравий промыты и простерилизованы сухим жаром. На торец фильтра надето сито. Ёмкость биофильтра 1025 мл. Скорость фильт- рации суспензии микроводорослей 25-81 мл/ч.

Микроводоросли являются основным продуцентом биологически активных веществ, находящихся в водорослевой клетке в связанном состоянии.

Опыты проведены с фитоценозом микроводорослей, характерных для пресноводных экосистем и состоящих из сине-зеленых - Anabaena viguieri Denis et Fremy, Aphanizomenon flos - aquae (L.) Ralfs, Gloeocapsa limnetica (Lemm.) Hollerb., Gomhosphaeria lacustris Chod., Lyngbya limnetica Lemm., Merismopedia punctata Meyen, Microcystis aeruginosa Kutz. emend Elenk.; диатомовых - Diatoma elongatum (Lyngb.) Ag., Asterionella formosa Hass., Fragilaria crotonensis Kitt., F. construens (Ehr.) Grun. v. venter (Ehr.) Grun., Melosira granulata (Ehr.) Ralfs, M. islandica 0. Mull, Navicula sp., Nitzschia vermicularis (Kutz.) Grun., Synedra acus Kutz., Stephnodiscus hantzschii Grun., St. astraea (Ehr.) Grun., Surirella sp., Tabellaria fenestrata (Lyngb.); зеленых - Ankistrodesmus falcatus (Corda) Ralfs, Closterium aciculare Tuff. West, Coelastrum microporum Naeg., Cosmarium undulatum Corda, Oocystis lacustris Chodat., 0. solitaria Wittr., Pediastrum , boryanum (Turpin) Menegh., P. duplex Meyen, Scenedesmus quadricauda (Turp.) Breb., Sc. obliquus (Turp.) Kg.

Биомасса микроводорослей с целью количественного ее определения собирается из водоема планктонным капроновым си- том с мелкими порами. Перед внесением биомассы на биофильтр ее разбавляют водой в соотношении 1:15, которая пропускается через биофильтр. После загрузки биофильтра биомассой микроводорослей

через него постоянно пропускается вода, в которой находится комплекс сапрофитных гидробактерий, состоящий из Bacillus amarus, Вас. mycoides, Вас. cereus, Вас. elegans, Вас. luteus, Вас. gracilis, Вас. flexus, Вас. formosus, Bacterium album, Mycobacterium globiforme, Pseudomonas fluorescens, Ps. liquefaciens, Ps. liquida, Sarcina flava, S. alba, Micrococcus macerans в концентрации 1,0-1,5 млн. кл/мл воды и разрушающий стенки клеток микроводорослей продуцируемыми ими гидролитическими ферментами. Для того, чтобы процесс проходил при требуемой температуре, биофильтры содержат в помещениях с температурой 22±2 или 34±2°С. При таких условиях автолиз и минерализация микроводорослей проявляется на 2-3 сут и продолжается до полного разрушения клеток внесенной биомассы микроводорослей (примерно до 15 сут). Обогащение профильтрованной воды биологически активными веществами зависит не только от количества загруженной биомассы микроводорослей, но и от содержания ее в подаваемой воде. Если биомасса микроводорослей в воде, непрерывно пропускаемой через биофильтр, большая (40-90 мг/л), то дополнительная загрузка биофильтра суспензией микроводорослей не нужна.

За счет проходящего в биофильтре процесса автолиза и минерализации органического вещества микроводорослей бактериальным населением биофильтра, в зависимости от времени пребывания микроводорослей в биофильтре фильтрат по концентрации витаминных веществ и аминокислот превышает направляемую в биофильтр воду соответственно в 2-57 и 2-46 раз.

Способ осуществляют следующим Образом.

Биофильтры, состоящие из вертикального цилиндра длиной 120 см, диаметром 5 см, емкостью 1025 мл, заполнены песком и гравием, промытыми и простерилизованны- ми сухим жаром. На торец цилиндра надето мельничное капроновое сито № 59.

Каждый вариант испытания проводят в двух повторностях.

Биомассу планктона, сырой вес которой 13,414 г(сухой - 3,607 г), разбавляют 200 мл воды и вводят в биофильтр. Через биофильтр пропускают воДу с присутствующим в ней небольшим количеством биомассы микроводорослей, вес которой установлен и учитывается при вычислении результатов опыта.

В табл. 1 приведен расход воды и заключенной в ней биомассы микроводорослей в течение опыта.

В натуральной биомассе микроводорослей сухой вес составляет приблизитель- но 25%. Испытания проводят при соотношении биомассы (сухой) микроводорослей и емкости биофильтра примерно 1:300.

Микроскопирование фильтрата показывает, что микроводоросли даже самые мелкие, полностью задерживаются на биофильтре.

Продолжительность опыта 330 ч. Через 60, 110, 210 и 330 ч в фильтрате определяют количество восьми витаминов группы В и аминокислот.

Контролем служит направляемая на биофильтры вода в естественном необработанном состоянии. Контрольных вариантов было 4, на каждом этапе опыта брали свежую воду ; в которой те же ингредиенты Ьыли определены, как и в филь- трате.

П р и м е р 1. Процесс фильтрации проводили непрерывно при температуре 22±2°С. Через 60 ч профильтровано4850 мл воды и с ней дополнительно внесено на биофильтр 0,3643 г биомассы микроводорослей (сырой вес). Скорость фильтрации 80,8 мл/ч.

В табл. 2 показано содержание витаминов группы В в фильтрате (мкг/л).

Как видно из данных табл. 2, через 60 ч в фильтрате опытных вариантов содержание витаминов группы В по сравнению с контролем (Ki) увеличилось в среднем до 606%. Та же картина прослеживается так- же по аминокислотам.

В табл. 3 приведено содержание аминокислот в фильтрате.

Обогащение фильтрата опытных вариантов аминокислотами превосходит конт- роль до 632% (по сумме аминокисот).

Через 110 ч было профильтровано дополнительно к первому этапу 3750 мл воды с присутствующей в ней биомассой микроводорослей 0,1781. Скорость фильтрации 73 мл/ч. В фильтрате по сравнению с контролем (К2) содержание витаминов увеличилось в среднем до 787 %, а аминокислот (по сумме) - до 546% (табл. 2 и 3).

Через 210ч было профильтровано дополнительно к предыдущим первому и второму этапам еще 4550 мл воды с биомассой микроводорослей 0,1479. Скорость фильтрации 45,5 мл/ч. В фильтрате по сравнению с контролем (Кз) содержа,- ние витаминов увеличилось в среднем дй 1195, а аминокислот (по сумме) - до 939% (табл. 2 и 3).

Через 330 ч было профильтровано дополнительно к предыдущим первому-третьему этапам еще 3100 мл воды с биомассой микроводорослей 0,2945г. Скорость фильтрации 25,8 мл/ч. В фильтрате по сравнению с контролем (Кз) содержание витаминов увеличилось в среднем до 778, а аминокислот (по сумме) - до 750% (табл. 2 и 3).

П р и м е р 2. Процесс фильтрации проводили непрерывно при температуре 34±2°С.

Через 60 ч было профильтровано 4850 мл воды и с ней дополнительно внесено на биофильтр 0,3643 г биомассы микроводорослей (сырой вес). Скорость фильтрации 80,8 мл/ч (табл. 1). В фильтрате опытных вариантов по сравнению с контролем (Ki) содержание витаминов увеличилось в среднем до. 1067, а аминокислот (по сумме) - до 748% (табл. 2 и 3).

Через 110ч было профильтровано дополнительно еще 3600 мл воды с биомассой микроводорослей 0,1710 г. Скорость фильтрации 72,0 .мл/ч. В фильтрате по сравнению с контролем (Ка) содержание витаминов увеличилось до 1201, а аминокислот (по сумме) - до 949 % (табл. 2 и 3).

Через 210 ч было профильтровано еще 4250мл воды с биомассой 0,1381 г. Скорость фильтрации 42,5 мл/ч. В фильтрате по сравнению с контролем (Кз) содержание витаминов увеличилось в среднем до 1667, а аминокислот (по сумме)-до 949% (табл. 2 и 3).

Через 330 ч было профильтровано дополнительно еще 3000 мл воды с биомассой микроводорослей 0,2850 г. Скорость фильтрации 25,0 мл/ч. В фильтрате по сравнению с контролем (К4) содержание витаминов увеличилось до 771, а аминокислот (по сумме) - до 650%.

Результаты исследований (табл. 2 и 3) разрушения стенок клеток микроводорослей свидетельствуют о значительном увеличении в фильтрате биофильтров по сравнению с контролем содержания витаминных веществ и аминокислот.

Более высокое содержание биологически активных веществ в фильтрате выявлено при температуре 34°С.

Формула изобретения

Способ обогащения воды биологически активными веществами, предусматривающий разрушение стенок клеток микроводорослей, отличающийся тем, что, с целью увеличения содержания в воде витаминов и аминокислот, разрушение клеточных стенок осуществляют путем пропуска

суспензии микроводорослей через двухслойный фильтр, верхний слой которого состоит из песка с диаметром частиц 0,1-1,0 мм, а нижний слой - из частиц гравия с

диаметром частиц 1,0-5,0 мм, при этом пропуск суспензии осуществляют со скоростью 25-81 мл/ч при температуре 22-34°С.

Изобретение относится к биологической обработке вЪды и может быть использовано для ее обогащения биологически активными веществами. Цель изобретения -увеличение содержания в воде витаминов и аминокислот. Для этого суспензию микроводорослей пропускают через двухслойный фильтр, верхний слой которого состоит из песка, а нижний - из частиц гравия. Процесс ведут при 22-34°С. 3 табл.

Через 60 ч

Таблица 2