МИКРОВОДОРОСЛИ И ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ В ЭНЕРГЕТИКЕ И ЗАЩИТЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Резюме. Цель данной работы – показать возможность и эффективность крупномасштабного промышленного производства микроводорослей в Республике Дагестан для развития сельского хозяйства (корма для животных и птицы) и других технологических применений в пищевой и фармацевтической промышленности для получения альгалиновой муки (экохлеб), физиологически необходимых для человека полиненасыщенных жирных кислот (омега-3, омега-6), биологически активных веществ (астаксантин, фикоцианин), антибиотиков нового поколения, биотоплива и другой биотехнологической продукции с высокой добавленной стоимостью. Рассматриваются проблемы использования микроводорослей для биоремедиации окружающей среды, в частности, очистки геотермальных вод от фенолов перед их сбросом в канализацию. Методы. Выращивание микроводорослей производится в установках закрытого и открытого типов, а извлечение из них ценных компонентов будет осуществляться путем использования сверхкритической флюидной технологии непрерывного действия. Результаты. Сравнительная оценка эффективности использования микроводорослей как биологического сырья по сравнению с традиционно используемыми масличными культурами. Заключение. Для Дагестана, расположенного на берегу Каспийского моря, имеющего теплый климат и изобилие солнечной и геотермальной энергии, развитие этой технологии является задачей, имеющей большое народнохозяйственное значение. Преимущества микроводорослевых технологий являются основой для создания крупномасштабного производства микроводорослей в Южной России. Биотехнология в Дагестане может стать не только прибыльной, но и высокотехнологичной и инновационной отраслью.

1. Pulz O., Gross W. Valuable products from biotechnology of microalgae // Applied microbiology and biotechnology. 2004. Vol. 65, no. 6. P. 635–648. DOI: 10.1007/s00253-004-1647-x

2. Kim S.-K., Chojnacka K., ed. Marine Algae Extracts: Processes, Products, and Applications, 2 Volume Set, John Wiley & Sons, 2015. 707 p.

3. Абдулагатов И.М., Бадавов Г.Б., Алиев А.М. Технология коммерческого производства микроводорослей в качестве сырья для биотоплива, белкововитаминных кормов и ценных биоактивных соединений с использованием возобновляемой энергии на территории Республики Дагестан: бизнес-план инвестиционного проекта // Материалы объединенного семинара NIST (Боулдер, США) и Института проблем геотермии ДНЦ РАН (Махачкала, Южная Россия). 2011. С. 5–157.

4. Бадавов Г.Б. Состояние и проблемы использования геотермальной энергии в Республике Дагестан // О состоянии и проблемах развития энергетики, транспорта и связи Республики Дагестан. Перспективы использования возобновляемых источников энергии // Материалы общественных слушаний. Общественная Палата Республики Дагестан. Махачкала, 25 октября 2012. С. 3–5.

5. Догеев Г.Д., Ханбабаев Т.Г. Развитие новой технологической модели аграрной экономики региона // Горное сельское хозяйство. 2017. N 2. С. 6–8.

6. Открытие физиков из России поможет заменить бензин водорослями. URL: http://www.energosovet.ru/news.php?zag=1497980875 (дата обращения: 21.06.2017).

7. Роснано совместно с американским партнером инвестирует в биотехнологии. URL: http://www.cleandex.ru. orenda.ru (дата обращения: 28.10.2015).

8. Производство энергии из биотоплива – крупнейший возобновляемый источник в мире. URL: http://www.cleandex.ru; infobio.ru (дата обращения: 26.06.2017).

9. В США открылся первый в мире полностью экологичный завод биотоплива. URL: http://www.cleandex.ru/news/2017/07/27/; teknoblog.ru (дата обращения: 27.07.2017).

10. Horn S.J., Aasen I.M., Østgaard K. Ethanol Production from Sea-weed Extract // Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology. 2000. Vol. 25, iss. 5. P. 249–254.

11. Katre G., Joshi C., Khot M., Zinjarde S., Ravikumar A. Evaluation of single cell oil (SCO) from a tropical marine yeast Yarrowia lipolytica NCIM 3589 as a potential feedstock for biodiesel // AMB Express. 2012. vol. 2, iss.1. 36 p. doi: 10.1186/2191-0855-2-36

12. Knothe G. "Designer" Biodiesel: Optimizing Fatty Ester Composi-tion to Improve Fuel Properties // Energy & Fuels. 2008, vol. 22, no. 2. P. 1358–1364. DOI: 10.1021/ef700639e

13. Olmstead I.L., Kentish S.E., Scales P.J., Martin G.J. Low solvent, low temperature method for extracting biodiesel lipids from concentrated microalgal biomass // Bioresour. Technol. 2013. vol. 148. P. 615–619. doi: 10.1016/j.biortech.2013.09.022

14. Saraf S., Thomas B. Influence of feedstock and process chemistry on biodiesel quality // Process. Saf. Environ. 2007. Vol. 85, iss. 5. P. 360–364.

15. Knothe G. Dependence of biodiesel fuel properties on the struc-ture of fatty acid alkyl esters // Fuel processing technology. 2005. vol. 86, no. 10. P. 1059– 1070. DOI: 10.1016/j.fuproc.2004.11.002

16. Aliev A.M., Abdulagatov I.M. The study of microalgae Nannochlo-ropsis salina fatty acid composition of the extracts using different techniques. SCF vs conventional extraction // Journal of Molecular Liquids. 2017, vol. 239. P. 96–100. DOI: 10.1016/j.molliq.2016.08.021

17. Aliev A.M., Radjabov G.K., Stepanov G.V. Composition of Extract of the Juniperus Oblonga M. Bieb. Fruits Obtained by Supercritical CO2 extraction // Russian Journal of Physical Chemistry. 2013. Vol. 7, no. 7. P. 795–801. DOI: 10.1134/S1990793113070038

18. Aliev A.M., Stepanov G.V. The visual investigation of solubility of biological active substances // Proceedings, 9th Meeting on Supercritical Fluids, Trieste, Italy, 2004. P. 13–16.

19. Алиев А.М., Степанов Г.В. Исследование влияния давления на процесс сверхкритической экстракции биологически активных веществ из растительного сырья // Сверхкритические Флюиды: теория и практика. 2006. Т. 1, N 1. С. 101–105.

20. Santoyo S., Jaime L., Herrero M., Señorans F.J., Cifuentes A., Ibáñez E. Functional characterization of pressurized liquid extracts of Spirulina platensis // European Food Research and Technology. 2006. Vol. 224, no. 1. P. 75–81. DOI: 10.1007/s00217-006-0291-3

21. Olmos J., Paniagua-Michel J. Bacillus Subtilis a Potential Probiotic Bacterium to Formulate Functional Feeds for Aquaculture // J Microb & Biochem Technol. 2014. Vol. 6, no. 7. P. 361–365. doi: 10.4172/19485948.1000169

22. Schörken U., Kempers P. Lipid Biotechnology: Industrially Relevant Production Processes // European journal of lipid science and technology. 2009. Vol. 111, iss. 7. P. 627–645. DOI: 10.1002/ejlt.200900057

23. Hirahashi T., Matsumoto M., Hazeki K., Saeki Y., Ui M., Seya T. Activation of the Human Innate Immune System by Spirulina: Augmentation of Interferon Production and NK Cytotoxicity by Oral Administration of Hot Water Extract of Spirulina Platensis // International Immunopharmacology. 2002. Vol. 2, no. 4. P. 423–434.

24. Capelli B., Cysewski G.R. Potential Health Benefits of Spirulina Microalgae // Nutrafoods. 2010. Vol. 9, iss. 2. P. 19–26.

25. Caroprese M., Albenzio M., Ciliberti M.G., Francavill M., Sevi A. A mixture of phy-tosterols from Dunaliella tertiolecta affects proliferation of peripheral blood mononuclear cells and cytokine production in sheep // Veterinary immunology and immunopathology. 2012. Vol. 150, iss. 1. P. 27–35. doi: 10.1016/j.vetimm.2012.08.002

26. Ganesan K., Kumar K.S., Rao P.V.S. Comparative assessment of antioxidant activity in three edible species of green seaweed, Entero-morpha from Okha, Northwest coast of India // Innovative Food Science & Emerging Technologies. 2011. Vol. 12, no. 1. P. 73–78. DOI: 10.1016/j.ifset.2010.11.005

27. Kannan G., Saker K.E., Terrill T.H., Kouakou B., Galipallia S., Gelayea S. Effect of seaweed extract supplementation in goats exposed to simulated preslaughter stress // Small Ruminant Research. 2007. Vol. 73, iss. 1-3. P. 221–227. Doi: 10.1016/j.smallrumres.2007.02.006

28. Владимирова М.Г., Семененко В.Е. Интенсивная культура одноклеточных во-дорослей. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 59 с.

29. Винберг Г.Г. Культивирование зеленых планктонных водорослей на сточной жидкости // Микробиология. 1964. Т. 33, N 1. С. 508–515.

30. Гаевская Н.С. Проблемы промышленного использования одноклеточных водо-рослей // Вопросы ихтиологии. 1959. Вып. 12. С. 67–69.

31. Грыцык Б. Опыт замещения концкормов в кормлении молочных коров загущенной суспензией хлореллы // Материалы 4-го координационного собрания и научного симпозиума по теме VI-2,5 СЭВ. Краков, 1966. C. 52–56.

32. Махамадбеков С.M., Хаитова Л.Т. Продуктивность хлореллы и перспективы ее использования в хозяйственных целях // Физиология растений - сельскому хозяйству: Сб. статей. Душанбе: Изд-во АН ТаджССР, 1965. С. 55–63.

33. Музафаров А.М., Таубаев Т.Т. Массовое культивирование хлореллы и ее ис-пользование в животноводстве. Ташкент: Фан, 1968. 160 с.

34. Пиневич В.В., Верзилин Н.И. Культивирование протококковых водорослей в установках под открытым небом // Вестник ЛГУ. Серия биологическая. 1965. Т. 15, N 3. 54 с.

35. Мельников С.С. Спирулина: Справочное пособие в вопросах и ответах. Минск: Право и экономика, 2005. 51 с.

36. Тумалаев Н.Р., Рамазанов З.М. Культивирование протококковых водорослей для получения кормового и пищевого белка // Матер. конф. Европейских биохимических обществ: тезисы доклада. Копенгаген, 1977. С. 175–176.

37. Тумалаев Н.Р., Рамазанов З.М. Перспективы использования термоминеральных вод для получения белково-витаминных кормов // Низкопараметрическая геотермальная энергетика: сб. статей. Махачкала: Даг.ФАН, 1979. С. 104–108.

38. Тумалаев Н.Р. Продуктивность и биохимическая активность альго- и бактериальных популяций в искусственной экосистеме // Микроорганизмы в сельском хозяйстве: матер. всесоюзной конференции. Москва: МГУ, 1986. С. 25–26.

39. Тумалаев Н.Р., Тумалаева П.К. Влияние химического состава термоминеральных вод на биохимические показатели биомассы хлореллы // Материалы региональной конференции «Химия Северного Кавказа народному хозяйству», Махачкала, 1987. С. 56–57.

40. Тумалаев Н.Р. Биодеградация органических веществ термоминеральных вод в искус-ственной экосистеме // Социально-экологические проблемы интенсивного освоения устьевых приморских регионов: матер. всесоюзного совещания. Ростов-наДону, 1987. С. 28–29.

41. Тумалаев Н.Р., Османов Х.А., Тумалаева П.К. Перспективы культивирования зеленых и синезеленых микроводорослей в Дагестане // Актуальные проблемы современной альгологии: материалы всесоюзной конференции. Киев: Наукова думка, 1987. С. 274–275.

42. Спруж Я.Я., Тумалаев Н.Р. Перспективы использования хлореллы: рекомендации. Махачкала: Госагропром ДАССР, 1990. 68 с.

43. Zhang L., Cheng J., Peia H., Pan J., Jiang L., Hou Q., Han F. Cultivation of microalgae using anaerobically digested effluent from kitchen waste as a nutrient source for biodiesel production // Renewable Energy. 2018, vol. 115, iss. C. P. 276–287. DOI: 10.1016/j.renene.2017.08.034

44. Olsson J., Xin Mei Feng, Ascue J., Gentili F.G., Shabiimam M.A., Nehrenheim E., Thorin E. Codigestion of Cultivated Microalgae and Sewage Sludge from Municipal Wastewater Ttreatment // Bioresource Technology. 2014. Vol. 171. P. 203–210. Doi: 10.1016/j.biortech.2014.08.069

45. Трифонов В.Ю. Технология, способная решать проблемы "парникового эффекта" // Экологический вестник России. 2010. N 3. С. 2–4.

46. Трифонов В.Ю. Использование дымовых газов, образующихся в процессе термической переработки твердых бытовых отходов, для выращивания микроводоросли Spirulina Platensis // Экологический вестник России. 2009. N 11. С. 28–32.

47. Егоров А.А. Некоторые данные физиологии бактерий, окисляющих фенол при высокой температуре // Микробиология. 1946. Т. 15, N 6. С. 467–477.

48. Роговская Ц.И., Лазарева М.Ф. Интенсификация процессов биохимической очистки промышленных сточных вод. Микробиологическая характеристика активных илов, очи-щающих различные промышленные сточные воды // Микробиология. 1959. Т. 28, N 4. С. 565–573.

49. Лабинская А.С. О микробиологическом методе обесфеноливания сточных вод // Ученые записки Московского института санитарии и гигиены. 1960. N 3. С. 34–36.

50. Винберг Г.Г., Остапенея П.В. Биологические пруды в практике сточных вод // Очистка сточ-ных вод в биологических прудах. Минск: Изд-во АН БССР, 1961. С. 3–43.

51. Сивко Г.Н. Опыт очистки в биологических прудах сточных вод Минска // Очистка сточных вод в биологических прудах. Минск: Изд-во АН БССР, 1961. С. 43–102.

52. Путилина Н.Т. Описание микробного метода обесфеноливания сточных вод // Микробный метод обесфеноливания сточных вод. Киев: Здоров'я, 1964. С. 23–28.

53. Тумалаев Н.Р. Очистка термоминеральных вод от фенолов с использованием альго- и бактериальных культур // Химия и технология воды. 1986. N 4. С. 81–83.

54. Магомедов М.-Р.Д., Власова О.К., Гасанова А.Ш. Геотермальные воды и микроводоросли Nannochloropsis salina // Материалы первого международного форума «Возобновляемая энергетика. Пути повышения энергетической и экономической эффективности REENFOR-2013», Москва, 22–23 октября 2013. С. 397–398.