6.3. Водоросли - источник промышленного сырья (Н. П. Масюк, Л. Ф. Разумна)

Водоросли являются продуцентами большого количества многообразных ценных, дефицитных и уникальных биоорганических соединений. Использование макроводорослей в качестве источника промышленного сырья имеет сравнительно длительную историю. Еще в начале прошлого столетия из морских водорослей-макрофитов начали получать иод, несколько позже - бром, натрий, калий и некоторые другие элементы. Однако водоросли оказались слишком ценным сырьем, содержащим уникальные, остродефицитные соединения органической природы, чтобы расходовать их на получение химических элементов, извлекаемых ныне из морской воды после ее предварительного концентрирования. К наиболее ценным продуктам, получаемым из водорослей, принадлежат фикоколлоиды (агар, агароид, агароза, каррагенан, агаропектин), альгиновая кислота и ее соли - альгинаты, маннит, сорбит и др.

Фикоколлоиды, являющиеся уникальными продуктами биосинтеза красных водорослей (основные продуценты - виды родов Gracilaria Grev., Gelldium. Lamour., Ahnfeltia Fries, Chondrus Stack., Phyllophora Grev. и др.), находят широкое применение в пищевой, фармацевтической, химической, микробиологической, текстильной, целлюлозно-бумажной, парфюмерной и других отраслях промышленности [180, 545]. В больших количествах потребляют агар для научных целей (в бактериологии, экспериментальной микологии и альгологии), а также в санитарно-эпидемиологической практике и технике. Не менее широко применяют альгиновую кислоту и альгинаты, уникальными продуцентами которых являются бурые водоросли. Альгинаты используют в химической промышленности (для стабилизации растворов и суспензий, в производстве клеев, лаков, красок, пластмасс, синтетических волокон), в пищевой промышленности (при изготовлении консервов, мороженого, фруктовых соков, хлебо-булочных и кондитерских изделий), при изготовлении строительных материалов, в книгопечатанье, в текстильной, фармацевтической промышленности (при изготовлении растворимых хирургических нитей, паст, лечебных мазей, биопротекторов и т. д.), в парфюмерии, литейном производстве, электросварке и т. д. [180, 252]. Маннит используют в фармакологии (изготовление лекарств для диабетиков), в пищевой промышленности (продукты питания для диабетиков), химической - при изготовлении синтетических смол, красок, целлюлозно-бумажной, кожевенной, оборонной промышленности и т. д. Из водорослей изготовляют кормовую муку, использование которой в животноводстве способствует повышению его продуктивности, увеличению содержания иода и других микроэлементов в продуктах питания. Морские водоросли являются сырьем для получения дорогостоящих дефицитных медицинских препаратов - онкостатических, заменителей крови, препаратов для лечения лучевой болезни и др. [252].

Потенциальные возможности применения морских водорослей-макрофитов, несомненно, шире масштабов их современного использования. Они рассматриваются как перспективный объект для выделения гемагглютининов [350], гликопротеидов, получения полиэлектролитов [494], простых сахаров и кормовых дрожжей [111], как сырье для целлюлозно-бумажной промышленности [504]. Из морских водорослей выделены метаболиты, обладающие антимикробным, антивоспалительным, антигельминтным, антикоагулирующим действием. Полученный из ламинарии ламинин является гипотензивным средством, фукостерин способствует снижению содержания холестерина в организме млекопитающих. Некоторые комплексные полимеры водорослей являются противоядием против сильнейших токсинов типа кураре [603]. Особый интерес для фармакологии представляют токсинообразующие водоросли [88].

Бурный рост водорослевой промышленности привел к необходимости учета естественных запасов промысловых водорослей, исследования темпов их естественного возобновления при промышленном использовании. Ведется разведка новых видов сырья и оценка перспектив их использования водорослевой промышленностью. Промысловые водоросли стали объектом марикультуры; разрабатывается технология их искусственного культивирования в промышленных масштабах, сбора урожая, оценки качества сырья, способов его хранения и комплексной переработки. Реальностью стали морские плантации промысловых водорослей [363, 709]. Ряд морских держав, таких как Япония, США, Канада, Франция, Дания, СССР, Филиппины, Индонезия и другие, особенно те, для которых водоросли являются важной статьей экспорта и государственного дохода, планируют дальнейшее расширение их площадей, интенсификацию методов марикультуры [550, 709].

Масштабы использования микроводорослей в качестве промышленного сырья пока более ограничены, хотя перспективы здесь практически необозримы. Особенно ценятся водоросли - продуценты стеролов, витаминов, пигментов, ферментов, веществ гормональной природы, антибиотиков, альгицидов, инсектицидов, репеллентов и других физиологически активных соединений [195, 280], концентраторы ценных и редких элементов - кобальта, никеля, молибдена, золота и др. [264]. Обсуждаются возможности использования микроводорослей для промышленного получения липидов [396], углеводородов [341], водорода [340], глицерина, полисахаридов [345], меченых и дейтированных соединений [320]. Внеклеточные полисахариды микроводорослей могут быть использованы как эмульгаторы, флоккуленты, сырье для получения очищенной нефти [345]. Разрабатывают способы одновременного получения из видов рода Dunaliella Teod. глицерина, каротина и белка; причем стоимость глицерина из водорослей составляет 1 доллар за 1 кг [345].

Микроводоросли находят применение в микробиологической промышленности - как биостимуляторы, заменители пищевых продуктов (мяса, молока и др.) в питательных средах, а также для осуществления управляемого биосинтеза различных органических соединений. Заслуживают внимания факты использования микроводорослей в фармацевтической, пищевой, парфюмерной промышленности в качестве источников жиров, красителей, ароматических, физиологически активных соединений и других веществ [530]. Из водорослей изготавливают лекарственные препараты для лечения незаживающих ран, сердечно-сосудистых, желудочно-кишечных, онкологических заболеваний [582].

Важное значение приобретают водоросли как источник иммобилизированных ферментов [449, 677], используемых в пищевой и мясо-молочной промышленности для получения аминокислот. Гидрогеназы применяют в искусственных фотосинтетических системах [364, 395]. Обсуждаются перспективы использования водорослей для обогащения руд при извлечении благородных металлов [332].

Более широкое использование массовых культур микроводорослей как источника промышленного сырья лимитируется сравнительно высокой стоимостью их биомассы, обусловленной несовершенством методов их выращивания и сбора урожая, применением дорогостоящих сред для их выращивания и т. д. [293]. Наиболее рентабельным считают производство промышленного сырья из микроводорослей, сопряженное с очисткой сточных вод [267, 317, 345, 672]. Почти в 3-5 раз снижается себестоимость биомассы при использовании специально отселектированных высокопродуктивных штаммов водорослей. Рентабельность промышленной культуры микроводорослей повышается при использовании биомассы для получения ценных метаболитов, в первую очередь, лекарственных препаратов.

Дешевым источником промышленного сырья является биомасса водорослей, вызывающих "цветение" воды [290]. Разработана технология сбора, консервирования и промышленной переработки биомассы синезеленых водорослей для получения кормовых концентратов, аминокислот, хлорофиллкаротиновой пасты, ароматических соединений, компонентов питательных сред для выращивания кормовых дрожжей, энтомопатогенных микроорганизмов, флоккулентов, репеллентов, антифудантов и пр. [290, 292].

Важным промышленным сырьем являются также полезные ископаемые, образовавшиеся в результате фотосинтетической деятельности древних водорослей в минувшие геологические эпохи. К ним принадлежат мощные залежи графита, известняков, мела, диатомитов и трепелов, горючих сланцев и газов, сапропелей, некоторых разновидностей каменного угля, возможно, также нефти. На территории Тюменской области недавно открыты огромные залежи диатомитов - до 500 триллионов м³. Считают, что это открытие можно поставить в одни ряд с обнаружением за Уралом запасов нефти и газа, так как диатомиты - сырье многоцелевого назначения. Уже сегодня они могут служить источником около 100 разнообразных продуктов, в том числе хрусталя, жидкого стекла, шлифовальных материалов, сорбентов, оптического кварца, оптического стекловолокна, необходимого для развития электроники, энергетики и некоторых других отраслей народного хозяйства. Диатомиты используют при изготовлении динамита и бездымного пороха, в парфюмерии, металлургии и других отраслях легкой и тяжелой промышленности. Это превосходный, принципиально новый строительный материал - красивый, легкий, дешевый, доступный, огнеупорный, с высокими звуко- и теплоизоляционными свойствами. Обсуждается возможность использования его для получения принципиально новых промышленных материалов, а также в сельском хозяйстве. Трудно назвать отрасль, в которой диатомиты не нашли бы применения [180].

Не менее разнообразно применение сапропелей. Это источник получения кокса, смол, бензина, керосина, парафина, горючих газов, органических кислот, спиртов, смазочных масел, аммиака, пластмасс, изоляционных материалов, лаков, красок, бумаги, фармацевтических препаратов и т. д. В больших количествах сапропели используют как топливо, а в сельском хозяйстве - как высококачественное органическое удобрение и в качестве добавок к корму скота.

В химическом отношении до сих пор изучена лишь небольшая часть мировой флоры водорослей - не более 1-2% их видового состава. Учитывая огромное разнообразие мира водорослей, а также все возрастающий интерес к ним со стороны ученых и практиков народного хозяйства, можно ожидать в недалеком будущем новых открытий в этом мире уникальных органических соединений, выделения новых перспективных продуцентов ценных метаболитов, в том числе лекарственных препаратов, выявления новых аспектов их применения в различных отраслях народного хозяйства и медицины. Сегодня микроводоросли являются одним из признанных объектов биотехнологии [60, 254]. Есть все основания ожидать, что они станут одним из основных объектов промышленного фотосинтеза, идея которого, принадлежащая К. А. Тимирязеву, ныне близка к осуществлению.