Вездесущие водоросли

Всестороннее использование растительных и животных ресурсов Мирового океана создаст большие возможности не только для увеличения пищевого баланса, но и для создания серьезной сырьевой базы многих отраслей промышленности.

Еще в древние времена донная флора ценилась не только как высокопитательный продукт. Диапазон использования водорослей был довольно широким. Более двух тысячелетий назад знатные римлянки предпочитали румяна, приготовленные из фукусовых растений. Плиний Старший писал, что для окрашивания одежды в пурпурный цвет пользовались специальным экстрактом, полученным также из водорослей.

Позже, в XVII в., французы кустарным способом стали извлекать из морской растительности соду для стекольной промышленности. Керамические изделия, покрытые водорослевой глазурью, выглядели красиво и изящно. Хорошими качествами обладало и стекло, приготовленное из водорослевой соды. А уже в начале XX в. производство соды из некоторых видов водорослей достигло, например в Шотландии, широких масштабов. Здесь сжигали многие тысячи тонн морских растений только для мыловаренной и стекольной промышленности.

Высокая концентрация йода в водорослях позволила наладить добычу из них этого ценного для многих отраслей промышленности химического элемента. Со времени открытия йода (середина XIX в.) Норвегия и Шотландия извлекали его почти исключительно из донных растений.

А с 70-х годов прошлого века, когда нашли более дешевый способ получения йода из чилийской селитры, от водорослей как основного поставщика этого элемента многие отказались.

Во время первой мировой войны, когда потребность в препаратах йода резко возросла, вновь стали налаживать его производство из морской флоры. Так, за четыре военных года японские заводы, переработав миллионы тонн сырых водорослей, получили около 600 т йода, что составляло более половины всего количества, добытого другими странами. Такой метод добычи йода, при котором сжигались громадные количества растений, был весьма нерентабельным, поскольку с золой терялось много ценных водорослевых компонентов.

В конце XIX и в начале XX в. водорослевая промышленность получила довольно широкое развитие. Появились водорослевые отрасли хозяйства с большой перспективой на будущее. В середине прошлого столетия Стенгауз получил из донных растений уксусную кислоту, а позже из них научились добывать ацетон, спирт, технические жиры, и другие ценные промышленные продукты. В США в начале XX столетия из водорослей вырабатывали десятки и сотни тонн разнообразных веществ: хлористый калий, ацетон, спирт и т. д. Только из 100 кг сухих морских растений можно получить 15 л спирта высокого качества.

Доктор экономических наук С. В. Михайлов в своей книге «Экономика Мирового океана» пишет, что из 10 000 ц сухих водорослей можно получить 1500 ц маннита, 1900 ц солей калия, 27 ц пищевого и технического натрия. По другим данным, 100 000 т сырых морских растений дают промышленности 4000 т альгиновой кислоты, 1000 т маннита, 20 т йода, 1000 т солей калия. Стоимость такой продукции оценивается в 1 млн. рублей. Полученные при этом промышленные отходы могут найти применение в самых различных отраслях народного хозяйства.

По данным Центрального научно-исследовательского института хлопчатобумажной промышленности, ламинариевые растения после специальной обработки могут полностью заменить крахмал, широко применяемый в настоящее время для отделки различных тканей. Несколько лет тому назад химики Архангельской научно-исследовательской водорослевой лаборатории из водорослей северных морей получили ценный порошок — маринит. Эксперименты показали, что 1 кг этого порошка способен заменить 2 кг крахмала. В присутствии маринита ткани более ровно и ярче окрашиваются. Применение такого порошка в широком масштабе даст возможность сэкономить десятки тысяч тонн крахмала для других нужд народного хозяйства. И действительно, в настоящее время только текстильная промышленность расходует в год более 60 000 т этого ценного продукта. В Корейской Народно-Демократической Республике в течение многих лет ткани обрабатываются водорослевыми ингредиентами.

Практика показала, что из морской растительности можно с большим успехом вырабатывать высокосортную бумагу, в которой так нуждается наша страна, нитроцеллюлозу, чернила, ацетон и много других ценных промышленных продуктов. Еще в 30-х годах в Новосибирске бумажная фабрика начала вырабатывать бумагу из водорослей. Получаемые при этом отходы применялись как строительный материал. Сухие морские растения использовали с успехом для набивки мебели, матрацев.

В последние годы проводятся серьезные работы по получению из донной растительности таких дефицитных химических элементов, как стронций, кобальт, никель.

В Беломорске недавно стали производить водорослевый порошок для нефтяной промышленности. Фуколь — так называется этот порошок, полученный из фукусов, — способен полностью заменить дорогостоящие стабилизаторы глинистых растворов, применяющиеся для бурения нефтяных скважин. По авторитетному заключению научных сотрудников Института нефти Академии наук Казахской ССР и Архангельской водорослевой лаборатории, фуколь оказался весьма эффективным стабилизатором, который значительно удлиняет время эксплуатации бурильных труб.

В недалеком будущем большое значение в различных отраслях промышленности будут иметь планктонные организмы. Они, несомненно, займут свое место в народном хозяйстве и здравоохранении, в том числе для выработки пищевых и кормовых средств, витаминов, антибиотиков, ферментов, для изыскания новых приемов агротехники.

В последнее время водоросли даже добавляют в пенобетоны, которые при этом становятся абсолютно водонепроницаемыми. Пенобетоны с большим успехом используют для строительства прачечных, бань, силосных башен и т. д.

Но несмотря на то что химическая промышленность сейчас развивается гигантскими темпами, до сих пор, к сожалению, справедливыми остаются слова, высказанные несколько десятилетий тому назад известным ученым Стенфордом: «Можем ли мы удивляться, что промысел водорослевой золы в упадке? Что этот промысел поддерживается лишь на пустынных морских берегах? Тому, кто не посещал эти берега, трудно составить себе представление об обширных скоплениях морских водорослей, выбрасываемых там ежегодно зимой... Возможно ли, чтобы наш век, проникнутый духом утилитаризма, не сумел использовать эти огромные, бесполезно гибнущие богатства?».

 

Химии младшая сестра

В конце XIX в. Стенфорд впервые открыл в составе некоторых морских растений альгиновую кислоту. Спустя несколько лет ее обнаружил Крефтинг и назвал эту кислоту водорослевой, считая, что впервые открыл это ценное вещество.

Трудно назвать отрасль промышленности, где бы не нашла применение альгиновая кислота и ее соли. Содержание альгиновой кислоты в водорослях колеблется от 11 до 60%. Около 60% кислоты находится в водорослях в виде свободной, остальная часть представлена ее различными соединениями с некоторыми химическими элементами.

Вообще все промышленные морские растения можно разделить в основном на две группы. К первой относятся красные водоросли, являющиеся основными поставщиками агаров и агароидов. Наибольшую ценность из них имеют анфельция, филлофора, фурцеллярия, гелидиум, грацилярия. Главными производителями агаров являются Япония, США, СССР, Англия, Австралия, Новая Зеландия и ряд стран Южной Америки.

Другая группа водорослей представлена бурыми, которые в основном используются для получения альгиновой кислоты и ее солей, маннита, калия и ряда минеральных удобрений. Для этой цели, как правило, используются ламинариевые, фукусовые и цистозира.

Применение альгиновой кислоты в различных отраслях промышленности в основном объясняется ее способностью образовывать с различными металлами как растворимые, так и нерастворимые соли. Щелочные соединения альгиновой кислоты не обладают ни запахом, ни вкусом. Обладая хорошей вязкостью и кислотоустойчивостью, они при нагревании, как это бывает с другими аналогичными веществами, не проявляют коагулирующих свойств и поэтому не дают прочного студня при охлаждении.

Кроме растворимых в воде солей натрия, калия, аммония, магния, альгиновая кислота образует также водорастворимые соединения с кальцием, барием, свинцом, ртутью и т. д. Сама же альгиновая кислота обладает замечательной способностью адсорбировать воду весом почти в 300 раз больше собственного, что дает возможность использовать ее в некоторых отраслях пищевой промышленности.

Альгиновую кислоту и ее соли можно получать не только из свежих водорослей, но и из штормовых выбросов, предварительно обработанных.

Где же находят применение ценные соединения, полученные из морской растительности? Из промышленных отходов, содержащих альгиновую кислоту, получен высокого качества клей, превосходящий по своей силе более чем в 30 раз гуммиарабик и почти в 15 раз клеющую способность крахмала. Полученный в последние годы альгоэкстракт в эксперименте показал себя прекрасным средством для закалки высококачественных сортов стали. Этот альгоэкстракт значительно превосходит применявшиеся до сих пор для этой цели различные масла. Добавление некоторых водорослевых экстрактов к цементу, бетону, асфальту дает более прочную и водонепроницаемую продукцию.

Из соединений альгиновой кислоты приготовляют лаки и краски. Например, альгиновые соли железа, меди, свинца, цинка дают хорошие водонерастворимые краски, оставляющие на мебели ровный и блестящий покров.

Несколько лет назад был разработан метод хранения рыбы в альгинате натрия. Этот метод получил практическое применение в ряде городов Прибалтики и Дальнего Востока. Глазирование рыбы в блоках альгинатом натрия не только предохраняет ее от прогоркания, но и освобождает рабочих от разборки блоков, способствовавшей оттаиванию продукта. Как показали исследования, рыба при таком способе консервации не теряет своей свежести и вкусовых качеств в течение года.

Альгинат натрия нашел широкое применение в текстильной промышленности. Его употребляют для протравливания и фиксации различных тканей, которые в результате приобретают новое свойство — водонепроницаемость. С помощью альгинатов изготовляют высококачественные пряжи и ткани. Альгинат натрия, нанесенный на поверхность бумаги или картона, делает их непроницаемыми не только для воды, но и для различных масел. Это соединение способно в значительной мере снизить жесткость воды. Стены домов, покрытые тонким слоем альгината натрия, отличаются большой устойчивостью к влаге.

Большое применение альгинаты находят в пищевой промышленности, в частности в производстве мороженого. Известно, что в качестве стабилизатора этого продукта употребляют желатин. Проведенные эксперименты показали, что желатин с большим успехом можно заменить альгинатом натрия, который, активно всасывая воду, препятствует образованию крупных кристаллов льда. Мороженое приобретает гладкую структуру, более ровную консистенцию и при этом совершенно не теряет своих вкусовых качеств.

Добавление незначительного количества альгинатов в джемы и варенья предохраняет их на долгое время от засахаривания. Хлебобулочные изделия с небольшим включением в них альгинатов долгое время сохраняют первоначальную свежесть. Натриевые соединения альгиновой кислоты с успехом используются при замораживании и обезвоживании некоторых продуктов питания. Их используют для быстрого приготовления многих кондитерских изделий, которые отличаются повышенной устойчивостью к различным неблагоприятным факторам внешней среды.

Не удивительно поэтому, что альгиновая кислота и ее соединения пользуются большим спросом на мировом рынке. И страны, владеющие секретом производства этих дефицитных веществ, естественно, уделяют большое значение строительству вородослевых предприятий. В мире в настоящее время добывается примерно 5000 т альгината натрия, из которых на долю Советского Союза приходится более 500 т.

Широко используют альгинаты в Норвегии, США. В Норвегии, например, освоен выпуск 55 видов соединений альгиновой кислоты.

На мировом рынке альгинаты фигурируют под различными названиями: альгипон, верекс, кельгин, протай, целекс, протанал и т. д.

Большое значение производству альгинатов уделяется в нашей стране. Построены специальные заводы по выработке этого ценного сырья, продукция их пользуется большим спросом у потребителей. Предусматривается расширение действующих предприятий и строительство новых.

Из водорослей можно получить и другое ценное вещество — маннит, или шестиатомный спирт. В настоящее время его вырабатывают примерно в десяти странах мира. Маннит, как и агар-агар, является хорошей питательной средой для многих микроорганизмов, выращиваемых в лабораториях. В текстильной промышленности этот ценный продукт используется в качестве хорошего сгустителя некоторых красок.

В химической промышленности маннит используется как реактив, действующий на многие металлы. Он также служит индикатором загрязненности сточных вод. В разных водорослях содержится неодинаковое количество маннита (от 1 до 29%), что объясняется, по-видимому, неодинаковой активностью фотосинтетических процессов у различных видов морских растений, так как сам по себе этот спирт является продуктом фотосинтеза.

Весьма большое значение для самых разнообразных отраслей народного хозяйства имеют различного рода агары. Наиболее богата агаром у нас красная водоросль анфельция, представляющая собой ветвящийся кустик, приближающийся по цвету к фиолетовому.

Обычно для получения агара водоросли высушивают, прессуют и варят в известковом молоке. Из образующегося темного студня после промывания водой и очищения от балластных веществ получают агар-агар. Содержание агара, или, как его называют, растительного желатина, в сухой анфельции составляет 15 и более процентов.

Еще несколько лет тому назад только в Японии производилось до 90% этого ценного продукта. Сейчас многие страны имеют свою агаровую промышленность. Советский Союз имеет самые большие возможности по резкому увеличению производства растительного желатина. Кстати, ни из одной наземной культуры нельзя добыть это вещество.

Промышленное использование агаров и агароидов основано на их замечательной способности образовывать студни. Практически все микробиологические лаборатории используют агар-агар в качестве искусственных питательных сред.

Агар почти в восемь раз более устойчив к нагреванию, чем желатин, поэтому он постепенно вытесняет желатин во многих производственных процессах. Вот почему агаровая промышленность получила большое развитие еще много столетий назад в Китае и Японии. В начале XX в. Япония имела 500 заводов по производству агара. Из некоторых водорослей здесь вырабатывали в больших количествах клей под названием «фунори».

Практически везде, где для образования студня употребляется желатин, вполне можно применять агар. Шесть — восемь весовых частей желатина можно заменить всего одной весовой частью агара. Все чаще агар стали добавлять в хлебобулочные изделия — они при этом долго не черствеют и не теряют первоначальных вкусовых качеств. Агаром стабилизируют многие консервы, сиропы, шоколадные напитки и другие продукты.

Хорошую услугу оказывают агары при изготовлении мармелада. Различной формы фигурки хорошо сгибаются и обладают упругостью благодаря наличию студня. Его очень часто приготовляют из яблочного пектина, обладающего желеобразующими свойствами. Но нередко пектин как нестойкое к нагреванию вещество разлагается и вместо мармелада получается повидлообразная масса. При замене же пектина агаром получается мармелад высокого качества, который при сгибании не тянется, а ломается, что и присуще этому продукту.

Широко используют агар при изготовлении пастилы, драже. Агар позволяет получать вкусные кондитерские изделия из различных фруктовых смесей, не обладающих желеобразными качествами. Агар и агароиды в некоторых странах применяют для приготовления ряда первых и вторых блюд с целью придать им более высокие вкусовые качества. При добавлении агара в сыры усвояемость их значительно улучшается. Как и альгинат натрия, агар используют в производстве мороженого — оно становится более нежным и некрошащимся. В ряде стран агар с успехом применяют для осветления некоторых алкогольных и безалкогольных напитков.

Особенно полезно добавление агара и агароидов в скоропортящиеся продукты. Хорошие стабилизирующие свойства этих водорослевых компонентов позволяют сохранить первоначальные вкусовые качества продуктов в течение нескольких дней даже в теплом месте. Это особенно необходимо для областей с жарким климатом. Население южных стран для сохранения многих продуктов подвергает их непродолжительной варке в растворе агара.

Широкое применение агар и агароиды стали находить в текстильной, бумажной и кожевенной промышленности. Кожа, бумага или ткань, обработанные агаром, делаются более прочными и приобретают приятный блеск. Папиросная бумага, пропитанная агаром, значительно улучшает запах и вкусовые ощущения табачного дыма. В парфюмерной промышленности эти вещества применяются для закрепления эмульсий и суспензий.

Химики научились разделять с помощью агара и агароидов целый ряд элементов-близнецов. Агар обладает хорошими антинакипными свойствами, и это позволило с успехом использовать его для удаления накипи в котлах. Антикоррозийные свойства агара используются в металлургии. Коррозия некоторых металлов в присутствии агара уменьшается на 95 и более процентов.

Агар находит применение и в фотографии. Из него получают высококачественные термостойкие фотопленки. В отличие от других эти пленки более прозрачны.

В последнее время намечается новая область использования водорослевых коллоидных полисахаридов в хлебопекарном деле. Известно, что качество выпекаемого хлеба зависит главным образом от свойств теста. Белковые вещества зерна или клейковины обусловливают форму изделия, его структуру, пористость и т. д. Но природные свойства клейковины весьма различны, они зависят от многих причин. И не всегда клейковина характеризуется хорошими показателями. В связи с этим хлебопекарная промышленность уже давно изыскивает средства, воздействующие в нужном направлении на свойства клейковины.

Исследования показали, что из всех веществ, в той или иной степени улучшающих качество хлеба, наибольшее внимание заслуживают некоторые водорослевые полисахариды. Из изученных компонентов (фурцеллярин, каррагенин, агароид, альгинат натрия, агар-агар) наиболее эффективными при выпечке хлебобулочных изделий оказались каррагенин и фурцеллярин. Сейчас ставится вопрос об их широком использовании в хлебопекарной промышленности.

В нашей стране уделяется серьезное внимание развитию агаровой промышленности. Большой мощностью обладает Одесский завод по выработке агароидов. Предполагается, что в скором времени этот завод по выработке водорослевых компонентов станет крупнейшим в мире. Разрабатываются мероприятия по переселению некоторых водорослей из холодных вод Дальнего Востока в воды Черного моря. Искусственно созданные таким образом водорослевые плантации явятся мощным поставщиком агара и агароидов.

Потребности страны в водорослевом сырье день ото дня растут. Целесообразным поэтому является строительство новых предприятий по переработке морской растительности.

Неисчерпаемые богатства таит в себе океан.

Познание океана и использование его ресурсов

является важной задачей ближайших лет.

М. В. КЕЛДЫШ