Модификация молочной сыворотки солодкой голой с использованием ЭХА-воды и хитозана

14-05-2014, 15:10

Школой проф. А.В. Брыкалова (СтГАУ) по нашей инициативе были поставлены широкомасштабные исследования по использованию молочной сыворотки в земледелии. Результаты реализованы в кандидатских диссертациях Е.В. Плющ и E.М. Головченко. Ниже, во временной последовательности, излагаются краткие результаты исследовательской части работ. Подробная информация по данной тематике представлена в докторской диссертации А.В. Брыкалова и публикациях.
Теоретическое обоснование использования молочной сыворотки в качестве сырьевого ресурса для получения регуляторов роста растений
В условиях биологизации и экологизации защиты растений возрастает значение вопросов применения как природных, так и синтетических физиологически активных веществ, к которым относятся и регуляторы роста растений — фиторегуляторы. Природные и синтетические фиторегуляторы являются важным средством регулирования дифференцировки клеток, клеточных делений, образования новых тканей и органов, темпов роста и развития растений, их продуктивности и качества урожая.
В настоящее время известно шесть групп природных регуляторов роста: ауксины, гибберелины, брассиностероиды, цитокинины, этилен, абсцизовая кислота. К современным регуляторам роста растений относятся: Силк — препарат на основе тритерпеновых кислот, выделенных из зелени лапок пихты сибирской; Фитохин — с действующим началом сукцинатом хитозания; Агат-25 К — препарат на основе Pseudomonas aureofaciens, штамм H16 и продуктов метаболизма; Биомакл и Биочис — препараты на основе лекарственных растений.
Применение регуляторов роста и развития растений в настоящее время вошло в технологии интенсивного возделывания многих важнейших сельскохозяйственных культур как приемы, позволяющие повысить устойчивость растений к неблагоприятным факторам окружающей среды, устраняющие недостатки, присущие отдельным сортам, повышающие продуктивность растений и устойчивость к заболеваниям.
Разработка технологии получения регуляторов роста растений на основе молочной сыворотки для предпосевной обработки семян решает важнейшую проблему поиска дешевого сырья, что способствует снижению в конечном итоге себестоимости продовольственной сельскохозяйственной продукции, а также создает условия экологической безопасности в связи с рациональной утилизацией данного вторичного сырья молочной промышленности.
На рис. 10.2 представлена блок-схема теоретического обоснования использования молочной сыворотки в качестве сырьевого ресурса для получения регуляторов роста растений.

Установлено, что соотношение азота и фосфора 5:1 обеспечивает нормальное питание зерновых агрокультур. Оптимальная сумма обменных оснований (Ca и Mg) в количестве 25-28 мг-экв/100 г почвы является также важным элементом сбалансированного питания растений, что подтверждает возможность использования молочной сыворотки в качестве многокомпонентной удобрительной смеси.
В состав защитно-стимулирующих препаратов, применяемых в предпосевной обработке семян, кроме фунгицидов, ростостимулирующих препаратов, обязательным условием является включение микроудобрений, содержащих набор микроэлементов. Действие микроэлементов на растения обусловлено тем, что они принимают активное участие в окислительно-восстановительных процессах, углеводном и азотном обменах, являются обязательной частью многих ферментов, витаминов, ростовых веществ, повышают устойчивость растений к болезням и неблагоприятным условиям внешней среды.
Под влиянием микроэлементов в листьях увеличивается содержание хлорофилла, улучшается процесс фотосинтеза, усиливается ассимилирующая деятельность всего растения. Микроэлементы способны образовывать комплексы с нуклеиновыми кислотами, влиять на физические свойства, структуру и физиологические функции рибосом, а также на проницаемость клеточных мембран и поступление элементов питания в растения. Недостаток микроэлементов может резко повлиять как на величину урожая, так и на его качество. Из микроэлементов в молочной сыворотке содержатся в значительных количествах марганец, цинк, медь, кобальт, йод. Функции данных микроэлементов для растений представлены в табл. 10.4.

Обеспеченность молочной сыворотки важными микроэлементами является одним из резервов ее использования в растениеводстве. Значительное содержание в молочной сыворотке комплекса биологически активных веществ способствует сбалансированному по химическим элементам питанию и активации микрофлоры ризосферы растений.
Своевременное обеспечение растений азотсодержащими соединениями не только увеличивает содержание белка в семенах пшеницы, но и изменяет их фракционный состав. В таких белках возрастает количество глиадинов и глютелинов, а также остаточного белка, в котором в значительных количествах содержатся незаменимые аминокислоты. Существуют факты, подтверждающие зависимость всхожести семян от содержания в них белка. Семена, содержащие больше белка, обладают высокой энергией прорастания, полевой всхожестью и большей мощностью роста проростков. Присутствие аминокислот в свободном состоянии играет важную роль при прорастании семян, так как они в первую очередь используются для новообразования белка в начальных фазах перехода семян из состояния покоя к прорастанию
Кроме того, углерод- и азотсодержащие соединения способствуют питанию и развитию микрофлоры почв. Микроорганизмы почвы и продукты их метаболизма являются ключевым фактором процесса почвообразования, круговорота биогенных веществ и самоочищения почвы. В качестве источников азота выступают белки, пептиды, аминокислоты, нитраты, аммонийные соединения и молекулярный азот. Кроме источников основных элементов-органогенов, зольных элементов и микроэлементов, многие микроорганизмы нуждаются в специфических веществах — факторах роста (витамины, аминокислоты, пуриновые основания).
Положительная направленность использования в растениеводстве регуляторов роста растений на основе молочной сыворотки основывается во многом на управлении почвенной биотой путем направленного регулирования жизнедеятельности микроорганизмов в почве. Это связано со следующими факторами:
— комплекс биологически активных веществ молочной сыворотки является стимулятором ризосферой и почвенной микрофлоры, от деятельности которой зависит большинство благоприятных процессов, протекающих в почве;
— повышение численности микроорганизмов — стимуляторов в ризосфере растений позволяет повысить коэффициент использования минеральных удобрений. В ризосфере растений возрастает доля микроорганизмов, способных синтезировать в прикорневой зоне экзогенные биологически активные вещества, активирующие корневое питание и обмен веществ, обеспечивающие повышение урожая и его качества;
— достигается повышение биологической активности почвы, что снижает почвоутомление, наблюдающееся при насыщении севооборотов культурами, после которых остаются трудномобилизуемые микрофлорой растительные остатки;
— создаются благоприятные режимы в почве, обеспечивающие оздоровляющие процессы противодействия фитопатогенным грибам, и это способствует сокращению объемов применения химических средств защиты растений.
Молочная сыворотка обладает комплексом биоантиоксидантов (аминокислоты, витамины), что может приводить к стабилизации процесса перекисного окисления липидов, повышению фактора стресс-устойчивости сельскохозяйственных растений при действии неблагоприятных факторов окружающей среды. При прорастании семян наряду с использованием имеющихся витаминов происходит интенсивное их образование. Усиленный синтез витаминов в это время обусловливается физиологической потребностью семян в них. Предпосевная обработка пшеницы витаминами B1 и PP улучшает рост и развитие растений, повышает урожай озимой пшеницы на 20-25%, никотиновая кислота заметно стимулирует прорастание семян кукурузы и рост проростков.
Содержащиеся в молочной сыворотке вещества антибиотической природы, (например, низин), могут противодействовать фитопатогенным грибам, а иммуномодуляторы (ангиогенин) — поддерживать иммунитет растений.
Таким образом, применение регуляторов растений на основе молочной сыворотки в растениеводстве, будет направлено на повышение эффективности земледелия в экономическом и экологическом планах. Это связано с решением актуальных проблем: поддержкой плодородия почвы, повышением эффективности питания растений с целью увеличения урожайности и охраны окружающей среды.
Получение и исследование комплексных препаратов на основе молочной сыворотки и ЭХА-воды с применением методов сорбции и ферментации
Для получения препарата использовали технологический прием разведения и раскисления молочной сыворотки ЭХА-водой при различных соотношениях. Для определения параметров посевных качеств семян (табл. 10.5) при воздействии на них препаратов использовали отраслевую методику.
Данные, представленные в табл. 10.5 свидетельствуют о том, что нативная молочная сыворотка не оказывает существенного влияния на ростовые процессы. Возможно, в этом случае играет фактор концентрации. При разведении молочной сыворотки как творожной, так и подсырной ЭХА-водой наблюдается значительное увеличение ростостимулирующей активности.

Наилучшие результаты достигнуты при соотношении компонентов молочная сыворотка: ЭХА вода — 1:10 (полив). При этом прирост в энергии прорастания составил 5-6%; длины корешков 30-31%; длины проростков 33-34%; биомассы корешков 21-22%; биомассы проростков 24-25%.
На основании проведенных исследований можно сделать вывод, что достаточно простой технологический прием разведения молочной сыворотки ЭХА-водой позволяет получить эффективный препарат с ростостимулирующей активностью и при этом экологически безопасный.
Технология препарата усовершенствована на основе использования фракционирования молочной сыворотки на компоненты сорбционными методами. В качестве сорбента был использован природный полисахарид хитозан. Хитозану, а также препаратам на его основе, уделяется в настоящее время особое место в экологизации природной среды.
При обработке сыворотки хитозан является коагулянтом, и флокулянтом. Он может применяться в качестве сорбента при обработке экологически загрязненного молочного сырья с целью обеспечения его промышленной пригодности и безопасности.
Молочная сыворотка после сорбционной очистки ее коллоидным раствором хитозана была использована для получения комплексного препарата обладающего ростостимулирующей активностью для прорастания семян. Молочную сыворотку после сорбционной очистки хитозаном смешивали с ЭХА-водой в разных соотношениях. Результаты исследований представлены в табл. 10.6.

После получения комплексного препарата была проведена его стерилизация и стандартизация, результаты представлены в табл. 10.7.

Результаты исследований позволяют рекомендовать для стандартизации использование метода фотоэлектроколориметрии.
В целом, применение сорбционной очистки молочной сыворотки хитозаном для удаления балластных примесей белков и липидов при последующем смешивании с ЭХА-водой при оптимальных соотношениях 1:10, обеспечивает получение препарата с высоким уровнем биологической активности.