Описание технологий.

1. Общая характеристика растительного сырья и технологий его переработки
1.1 Продукты растительного происхождения
1.2 Технологические подходы к переработке растительного сырья
2. Общая характеристика гидролизных производств
2.1 Обзор гидролизных производств
2.2 Отходы гидролизных производств
3. Переработка твердых отходов гидролизных производств
3.1 Физико-химическая переработка
3.2 Биотехнологическая переработка
3.2.1 Биохимия растительных биополимеров

3.2.3 Примеры технологий биодеструкции растительного сырья
4. Кормопроизводство
4.1 Состав кормов
4.2 Кормовые добавки
4.3 Микробные кормовые добавки
1. Общая характеристика растительного сырья и технологий его переработки

Ресурсы растительной биомассы, постоянно возобновляются путем фотосинтеза, и они уже сегодня служат важным источником сырья для получения различных органических веществ и материалов, в том числе они используются для химической переработки в некоторые виды мономеров, полимеров и полимерных материалов: волокон, пленок и пластиков.
Однако последнее направление пока еще не достигло таких объемов, чтобы количественно конкурировать с веществами и материалами на основе минерального органического сырья - нефти и газа. Тем не менее ситуация существенно меняется в пользу использования возобновляемых растительных ресурсов, поскольку цены на нефть и газ постоянно повышаются и в обозримом будущем ожидается серьезный дефицит этих видов сырья.
Этому способствует также быстрое развитие биотехнологических процессов переработки растительного сырья, которые имеют существенные преимущества по сравнению с традиционными термохимическими и химическими технологиями по высокому выходу целевой продукции, экономичности и экологичности.
Недостатками же использования возобновляемого растительного сырья являются ограниченная сырьевая база и круг использования, отсутствие массового производства оборудования, трудности автоматизации.
Возобновляемые растительные ресурсы являются практически неисчерпаемым источником полисахаридов - целлюлозы, гемицеллюлозы, крахмала, - которые микробиологически конвертируются в различные виды веществ и соединений, используемых в самых разнообразных отраслях.

Продукты растительного происхождения
Растительное сырье имеет широкое и разнообразное применение в пищевой, целлюлозно-бумажной, химической, текстильной, медицинской, фармацевтической, парфюмерной, косметической и многих др. отраслях.
Среди растительных ресурсов выделяют 8 групп:
1. Лекарственные растения. Растения этой группы содержат различные биологически активные вещества (алкалоиды, гликозиды, кумарин, витамины и др.), которые при поступлении в организм человека оказывают терапевтическое (целебное) действие. Такое растительное сырье применяется в медицине и фармации. На их основе изготовляются лекарственные препараты, лекарственная форма и действие которых очень разнообразно.
2. Кормовые растения являются кормом для диких и домашних животных.
3. Жирно-масличные растения, из плодов или семян которых получают растительные (пищевые) или технические масла.
4. Эфирно-масличные растения содержат разнообразные эфирные масла, представляющие собой смеси различных веществ (спиртов, эфиров, терпенов) и обладающие своеобразным запахом (например: чистотел, крапива). Такие растения находят применение в косметической и парфюмерной промышленности для производства косметики и парфюмерии, в медицине и фармации для производства лекарственных препаратов.
5. Медоносные растения. Все растения, выделяющие нектар и дающие пыльцу, создают хорошую базу для пчеловодства. А также широко используются в пищевой промышленности.
6. Ядовитые растения. Некоторые виды ядовитых растений используется в качестве инсектицидных, антифунгальных средств.
Растительное сырье имеет самое разнообразное применение в пищевой промышленности, деревообрабатывающей, текстильной, фармацевтической и медицинской, химической отраслях. А также на сегодняшний день огромное значение приобретает возобновляемое растительное сырье.
Пищевые растениями - Овощные (салатные) растения используют в пищу в виде салатов, супов, вторых блюд (например, папоротник).
- Пряно-ароматические и пряно-вкусовые растения, объединенные в одну подгруппу содержат летучие и приятно пахнущие эфирные масла, гликозиды, тонические и другие вещества и традиционно применяется в пищевой промышленности.
- Напиточные растения применяются для изготовления напитков и придания им своеобразных вкуса и аромата, а также как суррогаты чая и кофе (например: зверобой, кипрей или иван-чай), включая практически все плодово-ягодные.
- Крахмалоносные и хлебные растения для получения крахмала или (в сухом и размолотом виде) в качестве добавки к муке при выпечке хлеба.
Технические растения - Красильные растения содержат в разных своих частях красящие химические вещества, чаще всего гликозиды. Используются в химической, пищевой и др. отраслях.
- Дубильные растения содержат дубильные вещества (таниды). Получаемые из дубильного сырья экстракты находят широкое применение в кожевенной, текстильной, авиационной промышленности, а также в медицине.
- Волокнистые растения по физика – механическим свойствам своих органов пригодны для использования в текстильной промышленности и народном промысле (плетение из ивы).
- Специально – технологические растения отличаются рядом полезных свойств, позволяющих использовать их для оптимизации некоторых технологических процессов, предохранения пищевых продуктов от порчи в процессе хранения и в других целях (например: брусника, чистотел).
При этом растительное сырье можно перерабатывать с помощью как традиционных термохимических и химических процессов (пиролиза, кислотного гидролиза), так и микробиологических технологий: ферментативного гидролиза, микробиологической конверсии и др. (Рис. 1)
Рис. 1 Процессы переработки растительного сырья и его продукты
Технологии переработки древесины.
Для получения различных видов органических веществ достаточно давно получили развитие методы термической и термохимической переработки растительного сырья, главным образом древесных материалов и сельскохозяйственной продукции, в том числе и их отходов. Этими методами являются пиролиз (терморазложение без доступа воздуха), кислотный гидролиз, а также комплексные процессы, сочетающие пиролиз и гидролиз. При этом получают целый ряд ценных веществ, некоторые из которых могут быть исходными для получения различных видов мономеров.
Перспективны новые процессы каталитического (кислотного) пиролиза растительных материалов с применением в качестве катализаторов неорганических кислот, солей и различных неорганических соединений - антипиренов. При этом образуются также фурфурол, левогдюкозан (1,6-ангидро-b-D-глюкопираноза) и другие органические вещества, на основе которых могут быть получены различные мономеры для получения полимерных материалов - волокон, пленок, пластиков.
При гидролизе растительного сырья в присутствии кислот происходят различные химические реакции, но с разными скоростями для разных компонентов. Основными являются две группы реакций:
целлюлоза > гексозы;
гемицеллюлозы > декстрины > пентозы + гексозы.
Кроме того, с меньшими скоростями могут протекать вторичные реакции:
пентозы > фурфурол;
фурфурол > гуминовые вещества + муравьиная кислота;
гексозы > оксиметилфурфурол;
оксиметилфурфурол > гуминовые вещества + левулиновая кислота + муравьиная кислота.
Подбирая условия гидролиза, можно свести вторичные реакции к минимуму.
Наиболее перспективен двухступенчатый гидролиз древесины и других растительных отходов под давлением с применением в качестве катализатора низкоконцентрированной серной кислоты:
При гидролизе растительного сырья необходимо его полное комплексное использование, что позволяет создать более экономичные технологии. При этом основной отход - лигнин. Однако в связи с затруднениями в использовании значительных количеств лигнина для гидролиза предпочтительнее применять растительные материалы, содержащие минимум лигнина, поскольку его утилизация наиболее сложная и энергоемкая.
Поэтому важным видом сырья являются крахмалсодержащие сельскохозяйственные продукты и сельскохозяйственные отходы, содержащие минимум лигнина и некоторое количество крахмала, например отходы в виде кукурузных початков. Их кислотный или предпочтительнее ферментативный гидролиз, позволяет получать различные низкомолекулярные вещества, особенно глюкозу для ее последующей биохимической переработки в различные мономеры и полимеры для получения волокон и пленок, в частности молочную кислоту и алифатические полиэфиры - полиалканоаты.
Делигнификация древесины. Сущность процессов делигнификации сводится к удалению лигнина из древесной биомассы с получением целлюлозы. Наиболее крупномасштабное направление использования древесных целлюлоз - это производство бумаги и картона, а также различных химических производных целлюлозы. В настоящее время разрабатываются новые, более приемлемые в экологическом плане технологии получения целлюлозы, в частности основанные на методах окислительной делигнификации древесины кислородом в среде едкого натра или соды (кислородно-щелочная и кислородно-содовая делигнификация). Процесс делигнификации древесины наиболее дешевым и экологически чистым реагентом - молекулярным кислородом отличается такими преимуществами, как отсутствие дурнопахнущих серусодержащих газовых выбросов, низкая токсичность сточных вод, более легкая отбелка целлюлозы на последующей стадии.
Газификация древесины. Поскольку карбогидраты биомассы n содержат много кислорода и влаги, в процессе газификации требуется гораздо меньше водяного пара, чем при газификации ископаемых углей. Реакцию окислительной газификации растительной биомассы осуществляют в автотермическом режиме, добавляя кислород или воздух.
Предложен способ газификации древесины, основанный на паровом крекинге летучих веществ древесины в неподвижном слое алюмоникелевого катализатора. При этом выход газообразных продуктов повышается с 50 до 90% по сравнению с некаталитическим процессом. Высокое отношение Н2 /СО (1,96) дает возможность использовать продуцируемый синтез-газ для получения метанола без стадии конверсии СО водяным паром.
Представляются перспективными процессы окислительной газификации измельченной растительной биомассы в псевдоожиженном слое катализатора окисления. На этой основе возможно создание комбинированных процессов переработки биомассы с одновременным получением топливного газа или синтез-газа, а также пористых углеродных материалов.
Ожижение древесины и лигнина. Создание экономичных способов получения жидких углеводородных смесей из древесных отходов позволит решить проблему их утилизации и достичь экономии нефтяного сырья. Перспективные направления получения жидких топлив связаны с разработкой процессов каталитического восстановления растительной биомассы и ее компонентов водородом, моноксидом углерода и другими восстановителями.

Технологические подходы к переработке растительного сырья
В зависимости от типа получаемого продукта выделяют следующие технологии переработки растительного сырья: термохимические и химические процессы (пиролиз, кислотный гидролиз), микробиологические технологии: ферментативный гидролиз, микробиологическая конверсия и др.
В последней четверти XX века стали интенсивно развиваться промышленные микробиологические методы и технологии переработки лигноцеллюлозного растительного сырья. Однако они имеют целый ряд особенностей по сравнению с давно известными процессами гидролиза крахмала, основные из них:
предварительная обработка растительной массы, в том числе активирующая обработка;
культивирование микроорганизмов и получение ферментных препаратов;
собственно биохимические трансформации исходного сырья в целевой продукт (глюкозу или др. гексозы);
разделение полученной биомассы и выделение целевого продукта (глюкозы и др.);
утилизация отходов.
Выбор штаммов микроорганизмов во многом определяет эффективность биохимических процессов.
Микробиологическая деградация растительных материалов производится в аэробных или анаэробных условиях, периодическими и непрерывными методами с применением различных технологий и аппаратурных решений.
Выбор конкретной технологической схемы должен определяться, исходя из вида используемого растительного сырья, вида микроорганизмов и многих других факторов. При этом большое значение имеет оптимизация питательной среды, содержащей источники углерода, азота, а также фосфора, серы, ионов щелочных и щелочноземельных металлов, микроэлементов и других минеральных веществ. Условия культивирования микроорганизмов, в том числе рН среды, концентрация компонентов, температура играют важную роль в обеспечении максимальной производительности, минимизации побочных реакций и обеспечении максимального выхода целевого продукта.
Выделение и очистка получаемого полупродукта или готового продукта производится в зависимости от состава реакционной среды и свойств выделяемого компонента с применением различных методов, используемых также в традиционных химических технологиях: фильтрации, центрифугирования, экстрагирования, сорбции, ионного обмена, мембранного разделения, электродиализа и других.
Как уже указывалось ранее, переработка растительного сырья осуществляется также с помощью термохимических и химических процессов (пиролиз - терморазложение без доступа воздуха, кислотный гидролиз и др.).
Пиролиз или сухая перегонка древесины является одним из старинных методов ее переработки для получения различных продуктов, в том числе древесного угля, дегтя, скипидара и др. В настоящее время пиролитические процессы переработки древесного и другого растительного сырья дают возможность получать различные продукты, используемые в процессах органического синтеза.
Гидролиз растительного сырья - наиболее перспективный метод химической переработки древесины, так как в сочетании с биотехнологическими процессами позволяет получать кормовые и пищевые продукты, биологически активные и лекарственные препараты, мономеры и синтетические смолы, топливо для двигателей внутреннего сгорания и разнообразные продукты для технических целей. Гидролизные производства основаны на реакции гидролитического расщепления гликозидных связей полисахаридов биомассы одревесневшего растительного сырья с образованием в качестве основных продуктов реакции моносахаридов, которые подвергаются дальнейшей биохимической или химической переработке, либо входят в состав товарной продукции. Подробнее процесс гидролиза и гидролизные производства описаны в Главе 2.
Общая характеристика гидролизных производств
Гидролизная промышленность, объединяет производства, основанные на химической переработке растительных материалов путём каталитического превращения полисахаридов в моносахариды. Вырабатывает из непищевого растительного сырья - отходов лесозаготовок, лесопиления и деревообработки, а также сельского хозяйства - кормовые дрожжи, этиловый спирт, глюкозу и ксилит, фурфурол, органической кислоты, лигнин и др. продукты. Народно-хозяйственное значение гидролизной промышленности заключается прежде всего в том, что она использует огромные ресурсы растительных отходов для производства ценной продукции (целлюлозно-бумажной и микробиологической промышленности), на выпуск которой в других отраслях промышленности расходуется значительное количество пищевых и кормовых продуктов (зерно, картофель, патока и др.).
На базе технологий гидролиза растительной биомассы в 30-70 гг. прошлого столетия в СССР была создана гидролизная промышленность (более 40 гидролизных и биохимических заводов), где в качестве сырья использовались: отходы деревообрабатывающей (щепа, горбыль, стружка, опилки) и целлюлозно-бумажной (сульфитные щелока) промышленности, сельскохозяйственные отходы (кукурузная кочерыжка, подсолнечная лузга, солома и др.), а также некоторые виды отходов переработки пищевой продукции. К концу 80-х годов на предприятиях гидролизной промышленности в СССР выпускалась следующая продукция: этиловый спирт - 15 млн. дал в год; кормовые дрожжи - 400 тыс. тонн в год; фурфурол - 30 тыс. тонн в год; углекислота - 25 тыс. тонн в год; ксилит - 3 тыс. тонн в год;
Кроме того, на гидролизных заводах осуществлялся выпуск фурфурилового и тетрагидрофурилового спиртов, тетрагидрофурана, ксилитана, кормового сахара, лигнобрикетов, нитролигнина, лечебного лигнина и прочей продукции. Во второй половине 20 века по технологиям, разработанным во ВНИИГИДРОЛИЗ, были построены гидролизные заводы в Китае, Болгарии, Бразилии и на Кубе. Исследованный во ВНИИГИДРОЛИЗ спектр возможных источников сырья для производства гидролизной продукции охватывает как традиционные для России виды, так и экзотические для нас: багассу, финики и т.д. и т.п.
К настоящему времени в России действуют 16 гидролизных заводов, производящих, главным образом, этиловый спирт и спиртосодержащую продукцию. При этом уровень производства традиционной продукции резко снизился, за исключением производства этилового спирта. Так, например, производство кормовых дрожжей снизилось более чем 10 раз, фурфурола - в 5 раз, а ксилит не производится и вовсе.
Следует отметить, что, как известно, в процессе гидролиза используются кислотные и солевые катализаторы. При этом, наибольшее распространение получила технология гидролиза разбавленной серной кислотой. Результаты многолетних исследований в области гидролиза концентрированными кислотами (серной и соляной) позволяют сделать вывод о перспективности такого рода технологий. Аналогичного мнения придерживаются и зарубежные исследователи.
В г. Канске (Россия) на протяжении ряда лет успешно эксплуатировалась опытно-промышленная установка мощностью 600 тонн глюкозы в год, на которой была реализована технология производства кристаллической глюкозы методом гидролиза древесины высококонцентрированной соляной кислотой.
Таким образом, Россия обладает необходимым научно-технологическими и промышленными возможностями для производства топливного этанола. При этом, учитывая тот факт, что наша страна находится в области рискованного земледелия, а с другой стороны, обладает значительными запасами древесины, производство этанола по гидролизным технологиям представляется целесообразным.
При определенных условиях имеющиеся мощности предприятий гидролизного профиля могут стать объектом инвестиций, которые позволят существенно увеличить (в 2-3 раза) производство этилового спирта, а также восстановить производство другой профильной продукции. За счет использования технологий комплексного использования сырья, реализации энергосберегающих технологий, включая утилизацию гидролизного лигнина в качестве энергетического топлива, себестоимость этанола может быть снижена не менее чем в 2 раза.
Технология гидролиза включает обоснование и характеристику технологических параметров и схем процесса гидролитической переработки растительного сырья с получением гидролизата - водного раствора моносахаридов, основного промежуточного продукта производства. Технологические схемы, характеристика и режимы работы основного оборудования составляют основу технологического регламента производства.

Обзор гидролизных производств
Гидролизно-дрожжевое производство.
Кормовые дрожжи вырабатываются с использованием следующих видов углеводного сырья: гидролизатов древесины и растительных отходов сельскохозяйственного производства и обесспиртованной барды гидролизно-спиртового производства; сульфитных щелоков и предгидролизатов сульфатно-целлюлозного производства; обесспиртованной барды - отхода производства этилового спирта при переработке сахарной свеклы.
Микроорганизмы также культивируют на углеводородном сырье. Кормовую микробную биомассу можно также получить при использовании в качестве сырья окисленных углеводородов, в первую очередь метанола и этанола.
Основными стадиями производства кормовых дрожжей являются: получение и подготовка гидролизата к биохимической переработке, непрерывное культивирование дрожжей (ферментация), концентрирование и сушка дрожжей.
Получение этанола.
В спиртовом производстве технология гидролиза и подготовки гидролизата для биохимической переработки мало отличается от соответствующих процессов в дрожжевом производстве. Отличие состоит в том, что в спиртовом производстве применяется древесина хвойных пород, при гидролизе которой достигается более высокий выход гексоз по сравнению с пентозосодержащим сырьем. С целью получения высокой концентрации моносахаридов гидролиз проводят при более низком значении гидромодуля по варочной кислоте (около 12) и субстрат не разбавляют перед ферментацией.
Технология фурфурола и его производных.
В отличие от спиртового и дрожжевого производства, базирующихся на биохимической переработке моносахаридов гидролизатов, в основе фурфурольного производства лежат процессы химических превращений моносахаридов. Параметры обработки растительного сырья в фурфурольном производстве должны обеспечивать гидролиз гемицеллюлоз и дегидратацию образующихся пентозных моносахаридов. В промышленных масштабах фурфурол получают исключительно из растительного сырья, в связи с чем этот продукт вырабатывают только на предприятиях гидролизного профиля.
Технология пищевого ксилита.
Ксилит получают гидрированием гемицеллюлозных гидролизатов пентозансодержащего сырья, содержащих в основном ксилозу. Растительное пентазансодержащее сырье - единственный источник получения ксилита, который вырабатывается только гидролизной промышленностью.
Технологический процесс получения пишевого ксилита можно разделить на следующие основные стадии: механическую подготовку и химическое облагораживание пентозансодержащего сырья; двухстадийный пентозно-гексозный гидролиз сырья; подготовку пентозного гидролизата к процессу гидрирования; гидрирование ксилозного раствора; очистку ксилитного раствора; концентрирование ксилитного раствора и кристаллизацию ксилита.
Технология углеводных кормов.
В настоящее время потребности сельскохозяйственного производства в углеводных кормах возрастают, но удовлетворяются далеко не полностью. В связи с этим в гидролизном производстве развиваются новые направления переработки растительного сырья с получением кормовых растительно-углеводных добавок и кормового гидролизного сахара. На Рис. 2 приведена общая схема получения кормов из растительного сырья различными методами.

Э - экструзия; ГР - горячий размол; КОДВМ - кормовая осахаренная древесноволоконистая масса; РУК - растительно-углеводная кормовая добавка; РУБК - растительно-углеводный белковый корм; РМД - растительно-минеральная добавка
Рис. 2 Общая схема получения кормов из растительного сырья различными методами
Отходы гидролизных производств
Выход основной и побочной товарной продукции из перерабатываемого сырья характеризует уровень совершенства технологии и в значительной степени определяет экономическую эффективность производства. Глубина использования сырья влияет также на экологическую чистоту производства. Чем ниже выход целевых продуктов, тем больше образуется твердых, жидких и газообразных отходов, загрязняющих окружающую среду.
В последние годы развитие гидролизных производств и стабильное функционирование ряда действующих предприятий лимитируется в первую очередь экологическими факторами, значение которых долгое время недооценивалось.
Для кардинального решения проблемы охраны окружающей среды необходимо применение экологически оптимальной технологии, включающей комплексную переработку исходного сырья, очистку и использование сточных вод и газовых выбросов.
Значительное загрязнение окружающей среды происходит в результате газовых выбросов (пылегазовых, парогазовых, газовоздушных). Высокая загрязненность газовых выбросов лимитирует работу ряда предприятий.
Для гидролизных предприятий характерны постоянные и периодические выбросы, нагретые и холодные, по точкам сброса высокие и низкие, организованные (предусмотренные технологической схемой) и неорганизованные (вызванные негерметичностью оборудования и коммуникаций). В связи с несовершенством технологических процессов и оборудования в атмосферу поступает аэрозоль, содержащий воздух, неконденсирующиеся газы, пары воды и органических примесей, мелкодисперсные капли жидкости и твердые частицы (пыль) исходного сырья, лигнина, дрожжей, золы и др.
Значительное количество выбросов основного производства (80-90%) приходится на инвенторы, нейтрализаторы, сушилки. Точками выделения выбросов являются сцежи, ферментаторы, отстойники, сборники и другое оборудование.
Отрицательное влияние парогазовых выбросов на окружающую среду в первую очередь связано с наличием фурфурола. На санитарное состояние атмосферы также влияет выброс из ферментаторов с отработанным воздухом живых клеток продуцента (аспорогенных дрожжей) и продуктов белковой природы в отработанном воздухе после распылительных сушилок.
Помимо выбросов основных производственных цехов существуют выбросы котельных.
В настоящее время очистка отработанного воздуха должна проводиться на всех предприятиях дрожжевого профиля. Так, при технологии непрерывного культивирования дрожжей в процессе ферментации в ферментаторе происходит следующее: проходя вблизи аэратора, циркулирующая питательная среда дообогащается кислородом воздуха. В результате циркуляции мелких пузырей увеличивается средняя продолжительность пребывания воздуха в ферментаторе и степень его использования. Крупные пузыри однократно проходят через ферментатор. Отработанный воздух проходит фильтр или скруббер Вентури для очистки от микробных клеток и сбрасывается в атмосферу. Таким образом, необходима герметизация ферментаторов на всех заводах и организация очистки отработанного воздуха. Также особое значение имеет вопрос конденсации фурфуролсодержащих паров, образующихся в инвенторах, сборниках и отстойниках.
Таким образом, широкое использование методов сухой и мокрой очистки выбросов с высокоэффективными пылегазоулавливающими установками является необходимым при создании малоотходной и безотходной технологии гидролизных производств.
Основным загрязняющим стоком гидролизно-дрожжевого производства является отработанная культуральная жидкость (ОКЖ) или так называемая последрожжевая бражка (ПДБ). Она составляет по объему 30-35 % от общего количества загрязнений. В расчете на 1 т. абс. сухого сырья в ОКЖ содержится 100-150 кг сухих веществ; их концентрация составляет 0,9-1,3%.
В связи с высоким содержанием примесей ОКЖ относится к высококонцентрированным стокам и требует глубокой очистки и утилизации.
Вакуум-выпарка ОКЖ позволяет получить конденсат вторичных паров, пригодный для использования в основном производстве вместо свежей воды, и последрожжевой остаток (ПДО) в виде жидкого концентрата либо в порошкообразном состоянии после сушки.
Промышленные предприятия имеют две системы водоснабжения: технической водой на производственные нужды и питьевой водой на хозяйственно-бытовые нужды. Производственные и хозяйственно-бытовые сточные воды отводятся по раздельным системам канализации и подвергаются очистке на различных или общих очистных сооружениях. При создании оборотных систем водоснабжения необходима раздельная очистка производственных и хозяйственно-бытовых стоков.
На предприятиях гидролизной промышленности основными сточными водами являются: ОКЖ дрожжевого и спиртодрожжевого производства; сточные воды прочих производственных и вспомогательных цехов; условно чистые (нормативно чистые) воды после теплообменной аппаратуры; ливневые общеплощадные и хозяйственно-бытовые стоки.
По своему функциональному назначению все методы очистки сточных вод делятся на внутрицеховую очистку стоков и внеплощадную очистку.
Внутрицеховая локальная очистка применяется для частичного удаления некоторых видов загрязнений с целью последующего использования очищенных вод в системе оборотного водоснабжения или в замкнутых циклах водоиспользования по основному технологическому потоку, для снижения общего уровня загрязнения стоков, направляемых для более полной очистки на внеплощадные очистные сооружения промышленного предприятия, либо на городские очистные сооружения. При внутрицеховой очистке возможно использование механических, химических, биологических и электрохимических методов.
Внеплощадная очистка сточных вод используется для очистки общего стока. При механобиологической очистке сочетается механическая очистка стоков от взвешенных веществ и биологическая - от растворенных примесей.
Основные растворенные загрязнения удаляются при биологической (биохимической) очистке стоков. Этот метод основан на способности микроорганизмов ассимилировать органические и неорганические соединения сточных вод.
Для интенсификации процессов биологической очистки сточных вод испытываются методы целенаправленного подбора культур микроорганизмов, аэробная стабилизация культур, применение химических мутагенов и др.
Биологическую очистку сточных вод проводят в аэротентах или аэрофильтрах.
В гидролизной промышленности основным типом оборудования для биологической очистки сточных вод являются аэротенки-смесители, в которых очищаемая сточная вода и активный ил рассредоточено вводятся в аэротенк вдоль продольной стенки и так же выводится иловая смесь. На второй ступени биологической очистки, где концентрация загрязнений понижена, возможно применение аэротенков-вытеснителей,в которых поступающая вода не перемешивается с ранее поданной на очистку.
Наиболее радикальным методом охраны водоемов от загрязнений является переход на технологические схемы с полностью или максимально замкнутыми схемами водоиспользования.
При создании безотходных технологических процессов большое значение имеет изыскание путей рационального использования избыточного активного ила очистных сооружений.
Отходы гидролизного производства крупнотонажны и включают: технологический гидролизный лигнин (ТГЛ), шламы, осадки сточных вод в первичных отстойниках, избыточный активный ил после биологической очистки сточных вод и производственные стоки. Особенно в больших количествах образуется ТГЛ, выход которого составляет 30-40 % массы перерабатываемого сырья, или 3,5 млн. т/год.
Таким образом, проблема утилизации лигнина - серьезная и многоаспектная задача гидролизного производства. Более подробно проблема твердых отходов гидролизного производства рассмотрена в Главе 3.

Переработка твердых отходов гидролизных производств
Как уже было сказано ранее, переработка твердых отходов вызывает наибольший интерес в вопросе утилизации отходов гидролизного производства.
К твердым отходам гидролиза относятся биополимеры, которые делятся на: производные крахмала, целлюлозные полимеры, полимеры на основе лигнина.
Крахмал - высокомолекулярный полисахарид. Он образован двумя полисахаридами - амилозой и амилопектином. В растениях идут процессы распада крахмала, продукты которого являются источниками энергии и основным материалом для биосинтеза. В промышленности из крахмала получают патоку, спирт, искусственный каучук и другую важную продукцию.
Крахмал - основное запасное питательное вещество многих растений. В клубнях картофеля его содержится в среднем 15-18%, в других овощах и плодах - значительно меньше.
Целлюлоза (клетчатка) - это полисахарид, характеризующийся высокой степенью полимеризации, из него в основном построены клеточные стенки растительных тканей. Химическая стойкость целлюлозы высока. Это соединение не растворяется в воде даже при кипячении.
Разлагаются ее молекулы под действием сильных кислот при нагревании и под давлением. Этот процесс используют для получения технического спирта из непищевого сырья. Целлюлоза усваивается в сложном желудке жвачных животных, где имеются бактерии, разлагающие клетчатку и способствующие ее перевариванию.
Установлено, что повышенное содержание целлюлозы связано с механической прочностью тканей, транспортабельностью и лежкостью овощей и плодов. Содержание целлюлозы в плодах колеблется от 0,5 до 2%, в овощах - от 0,2 до 2,8%.
Лигнин - высокомолекулярное вещество, сопутствующее целлюлозе. Присутствует в одревесневших тканях растений. В заметном количестве (десятые доли процента) лигнин накапливается в столовой свекле при перезревании и огрублении сосудисто-волокнистых пучков. В других плодах и овощах его содержание незначительно.

Физико-химическая переработка
К наиболее распространенному физико-химическому методу переработки твердых отходов относится сжигание.
Как уже указывалось ранее, наиболее тоннажным видов отходов гидролизного производства является лигнин. Поэтому следует более подробно рассмотреть методы физико-химической переработки лигнина.
В настоящее время в промышленности используют различные схемы предварительной подготовки лигнина и сжигания его в котельных.
Наиболее эффективны схемы подготовки и сжигания топлива с предварительным размолом лигнина. Практическое применение находят полуразомкнутые схемы и схемы прямого вдувания, по которым лигнин сушат топочными газами парового котла в нисходящих трубах-сушилках, а размалывают и досушивают - в мельничных вентиляторах.
Методы карбонизации лигнина. На основе технического лигнина возможно получение разнообразных углеродистых материалов (в частности, лигнинных углей) в результате его термической или химической карбонизации. Коллактивит - это полифункциональный сорбент - активный уголь, получаемый в результате химической карбонизации технического лигнина концентрированной серной кислотой. Основное практическое применение коллактивит находит для очистки пентозного гидролизата в ксилитном производстве.
Окисление лигнина азотной кислотой. Из многочисленных методов химической переработки гидролизного лигнина с получением его производных практическое применение нашли методы окисления и нитрования лигнина азотной кислотой. Получаемые производные лигнина применяют при бурении нефтяных и газовых скважин в качестве реагентов для снижения вязкости, напряжения сдвига и водоотдачи пресных и минерализованных глинистых растворов.
Лигнинный преобразователь ржавчины. Преобразователь ржавчины является многокомпонентной композицией, основу которой составляет модифицированный гидролизный лигнин. Лигнин способен образовывать комплексные соединения с оксидами железа и другими его соединениями.
Преобразователь ржавчины применяют при подготовке металла к окраске и для предотвращения его коррозии во многих отраслях народного хозяйства.
Получение медицинского лигнина. Медицинский лигнин применяется для лечения острых желудочно-кишечных заболеваний инфекционной и неинфекционной природы, сопровождающихся дисбактериозом и интоксикацией. Технология получения лигнина для лечебных целей сравнительно проста. Гидролизный лигнин очищают от примесей, активируют путем щелочной обработки при повышенной температуре, отмывают от щелочи и измельчают.

Биотехнологическая переработка 3.2.1 Биохимия растительных биополимеров

В природе существует ряд микроорганизмов, которые вырабатывают определенные ферменты, необходимые для переработки растительного сырья. К таким ферментам относятся целлюлазы, пектиназы, ксиланазы, лакказы, пероксидазы, тирозиназы и др.
В первую очередь - это микроскопические грибы.
Вообще грибы, разрушающие древесину, подразделяются на четыре группы:
1. Грибы бурой гнили- принадлежат к подотделу базидиомицетов, разрушают, главным образом, полисахариды древесины.
2. Грибы белой гнили- - принадлежат к подотделу базидиомицетов, разрушают, главным образом, лигнин, однако способны разрушать полисахариды.
3. Грибы мягкой гнили- сумчатые и несовершенные грибы, разрушают полисахариды и лигнин.
4. Грибы синевы- сумчатые и несовершенные грибы, живут, главным образом, за счет остаточных белков паренхимных клетках. Ограничено разрушают полисахариды.
Бактерии - способны разрушать полисахариды и лигнин, однако, их морфологические свойства (колониальный рост) не позволяет им выступать в качестве высоко эффективных деструкторов при твердофазной ферментации.
Грибы белой гнили вырабатывают различные ферменты, способствующие усвоению лигнина. Некоторые из грибов дают, преимущественно, лакказу, другие пероксидазу и тирозиназу. Процесс выработки ферментов различен в зависимости от того используется фермент внутри или вне гиф.
Лигноцеллюлозный комплекс растительного субстрата состоит из трех основных компонентов: целлюлозы, гемицеллюлоэы и лигнина. Соотношение компонентов отличается в разных субстратах.
Легче всего деградации подвержена гемицеллюлоза, состоящая из таких мономеров как ксилоза (ксилан), арабиноза (арабан) и манноза (маннан). Комплекс специфичных для этого субстрата ферментов расщепляет полисахариды на олигомеры, а затем на мономеры-сахара. Целлюлоза состоит из мономера глюкозы и плотно упакована в микротрубочки, которые также расщепляются комплексом ферментов-целлюлаз: С1 - ферменты разрыхляют микрофибриллы, Сх - ферменты образуют олигомеры, а глюкозидоза (целлобиаза) отщепляет моносахара. Наиболее устойчив к ферментативному разрушению лигнин, состоящий из различных фенольных мономеров, которые могут соединяться также различным образом.
У всех видов диких грибов обнаружена комбинированная деструкция всех компонентов древесины. Обнаружен фермент, который нуждается в целлобиозе (продукте разложения целлюлозы) для деструкции лигнина при совместном действии с локказой. Этот фермент был назван целлобиозохиноноксиредуктазой. В дальнейшем было показано, что для разложения лигнина грибом Phanerohaete chrisosporium наличие целлобиозохиноноксиредуктазы не является необходимым. Наличие же лакказы абсолютно необходимо. Изменение в лигнине под воздействием грибов белой гнили заключается в увеличение содержания карбонильных и карбоксильных групп.
Наиболее эффективные продуценты целлюлаз - грибы. Ферментные системы грибов содержат, как правило, множественные формы обеих форм целлюлаз. Основными продуцентами целлюлаз являются грибы родов Trichoderma, Fusarium, Chaetomium, Dematium, Stachybotrys, Styzanus, Aspergillus и др.
Наиболее изученным продуцентом целлюлаз, имеющим важное прикладное значение, является почвенный гриб Trichoderma viride (reesei). Он секретирует по меньшей мере 2 изофермента целлобиогидролазы. Оптимальное каталитическое действие целлюлаз большинства грибов проявляется при рН 4-5.
Среди анаэробных бактерий наиболее известный продуцент целлюлаз - Clostridium thennocellum. Структура целлюлаз этих бактерий существенно отличается от целлюлаз грибов. Этот микроорганизм секретирует крупные надмолекулярные образования, в составе которых обнаруживается не менее 14 различных белков, в том числе молекулы целлюлазы, - так называемые целлюлосомы (общая мол. м. более 2 млн.). Сходные образования обнаруживаются и у некоторых других анаэробных бактерий, в том числе. находящихся в желудке жвачных животных.
Активными продуцентами ксиланаз и пектиназ являются грибы рода Trichoderma и Aspergillus

3.2.2 Микроорганизмы-деструкторы растительного сырья

Биологические факторы, или агенты биоразрушения растительного сырья, древесины - это живые организмы, способные оказывать на него разрушающее воздействие, среди таких микроорганизмов - бактерии, грибы.
Бактерии разрушают древесину ограниченно, они размножаются делением клеток и не могут продвигаться в древесине, за исключением той, которая находится под водой. Бактерии имеют тенденцию создавать колонии в клетках древесины, используя белки в качестве источников питания. Нет никакого сомнения в том, что лигнин могут разрушать не только грибы, но и бактерии. Однако разложение его происходит настолько медленно, что представляется совершенно ничтожным в сравнении с другими метаболическими процессами бактерий. Сложные соединения (лигнин, целлюлоза) являются недоступными для дрожжей.
Таким образом, наиболее активными деструкторами растительного сырья являются микроскопические грибы, большая роль в процессе деструкции принадлежит плесневым грибам.
В растительном субстрате содержатся легко доступные органические вещества, такие как растворимые сахара, олигосахариды, крахмал. Эти соединения потребляются всеми микроорганизмами и, в первую очередь, конкурентными плесневыми грибами - Trichoderma, Penicillium, Aspergillus, Mucor и т.п. Такие грибы называют еще "сахарными".
Трудно доступные соединения в форме полисахаридов: целлюлозы, гемицеллюлозы, пектина утилизируют грибы, имеющие соответствующие комплексы гидролитических ферментов: целлюлаз, пектиназ, ксиланаз. Разрушая целлюлозу из лигноцеллюлозного комплекса, эти грибы оставляют нетронутым лигнин, что придает субстратам более темный, коричневый вид. Среди них - такие конкурентные плесени как Trichoderma, среди которых перспективным в получении ксиланаз является Trichoderma viride, а пектиназ - Aspergillus niger.
Также общеизвестно деструктивное действие гриба рода Phanerochaete, вызывающего «белую гниль», и гриба рода Fusarium.
Возбудители биоповреждений древесины, относятся в основном к следующим группам грибов: Coniophora, Tyromyces, Zentinus, Serpula, Gloeophyllum, Trametes, Pleurotus, Schizophyllum.
К грибам, разрушающим прежде всего лигнин, относятся Polystictus versicolor и некоторые другие (например, Stereum hirsutum). Есть также грибы, действующие одновременно на лигнин и целлюлозу; таковы Pleurotus ostreatus, Ganoderma applanatum, Polyporus adustus, Armillaria mellea.

Примеры технологии биодеструкции растительного сырья
Большая часть растительного вещества находится в форме прочных полимеров, таких как целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин, которые с трудом или совсем не используются животным организмом в качестве питательных веществ. Чтобы улучшить усвояемость компонентов растительного сырья, интенсивно разрабатываются физические, химические и биологические методы деструкции полимеров и конверсии их в более ценные продукты.
Для биоконверсии углеводов растительного сырья применяются различные группы микроорганизмов: бактерии, дрожжи, микроскопические грибы.
В настоящее время выделяются по крайней мере пять направлений биоконверсии растительного сырья (включая отходы животноводческих ферм, которые можно рассматривать как отходы переработки растительного сырья): получение белковых концентратов пищевого и кормового назначения из зеленой массы растений; микробная протеинизация крахмал- и целлюлозосодержащего сырья для получения пищевых и кормовых продуктов; метановое сбраживание и фракционирование или аэробная обработка отходов животноводческих ферм как для получения высококачественного органического удобрения, кормовых добавок, биогаза (для энергетических целей), так и для защиты окружающей среды; консервация кормов с целью сохранения и даже повышения их питательности; комплексная переработка растительного сырья.
Новые перспективы открывает твердофазная ферментация увлажненных до 50-60% влажности субстратов. Для такой ферментации крахмал-и целлюлозосодержащего сельскохозяйственного сырья (зерно, отруби, солома, шелуха, кочерыжка и др.) могут быть использованы мицелиальные грибы. В лабораторных и полупроизводственных условиях при помощи дрожжеподобной культуры Endomycopsis fibuliger получены продукты из зерна с содержанием 18-20% белка, а при помощи Trichoderma lignorum - продукты из соломы с содержанием 12--18% белка. По биологической ценности белок этих продуктов не уступает белку дрожжей. Мицелиальная масса содержит меньше нуклеиновых кислот, чем дрожжи. Полученный продукт может служить источником витаминов группы В и гидролитических ферментов.
Ведутся также работы по микробной деградации лигнина, что открывает перспективу получения микробного белка за счет не только целлюлозы и гемицеллюлозы растений, но и лигнина - наиболее прочного полимера клеточной стенки. К сожалению, пока еще не существует высокопроизводительного оборудования для твердофазной ферментации растительного сырья в промышленных масштабах.
Таким образом, биодеструкция растительного сырья и побочных продуктов сельского хозяйства и промышленности решает одновременно производственные и природоохранные задачи. Речь идет о достижении двух целей в едином процессе: утилизации (биодеградации) и превращении ненужного сырья в полезные продукты (биоконверсия).
4.Кормопроизводство
4.1 Состав кормов

Кормопроизводство - это комплекс организационно-хозяйственных и агротехнических мероприятий, применяемых для создания кормовой базы животноводства.
Для нормального животноводства необходимо, чтобы корм содержал белки, жиры, углеводы, витамины в определенных пропорциях.
Разнообразные корма, которые используются в животноводстве, отличаются по составу и питательности и принадлежат к разным классификационным группам.
Корма группируют в зависимости от их происхождения и наиболее важных качеств (содержанию питательных веществ в единице массы, физических свойств, физиологичного влияния, и другие).
По происхождению (за основу взята классификация специалиста Г.О. Богданова) корма разделяют на зеленые, сочные, грубые, концентрированные, кормовые отходы технических производств, пищевые отходы, корма животного и микробиологического происхождения, минеральные, небелковые азотистые и другие добавки, витаминные корма, антибиотики.
Зеленые корма являют собой зеленую массу, которую скармливают животным на пастбище и в скошенном виде. На зеленый корм выращивают бобовые и злаковые культуры и их смеси - горох, вику, кукурузу, рожь, овес, злаковые и бобовые травы, а также подсолнух, рапс и некоторые другие.
Сочные корма. К этой группе относятся силосные кормы, сенаж, корне клубнеплоды и бахчевые культуры.
В России из корневых, клубнеплодных и бахчевых культур выращивают кормовую свеклу, кормовую морковь, брюкву, турнепс, картофель, кормовые тыквы, кабачки.
Силосные корма - это вышеупомянутые сочные корма, которые сохраняются за счет консерванта - молочной кислоты, которая накапливается во время силосования в результате молочно-кислого брожения.
Грубые корма - это сено естественных и искусственных сенокосов - сено бобовых и злаковых трав, сенная и травяная мука, сенаж, солома зерновых культур.
Зелени, сочные и грубые корма называют еще объемными.
Концентрированные корма содержат в 1 кг свыше 0,65 кормовых единиц (кормовая единица - это единица измерения и сравнения общей питательности кормов. На основе кормовой единицы рассчитывают нормы кормления для сельскохозяйственных животных) . К этой группе относятся зерновые злаковые и бобовые кормы (целое и дробимое зерно, дерть, мука), концентратные комбикорма и некоторые отходы технических производств (макуха, шроты, высевки, зерновая сечка, солодовые ростки, и тому подобное). Концентратные комбикорма - это смеси разных сухих измельченных зерновых кормов с добавками минеральных веществ, витаминов, антибиотиков и других биологически активных веществ. Концентратные комбикорма предназначены для дополнения основного рациона из грубых и сочных кормов.

4.2 Кормовые добавки (балансирование кормов)

На сегодняшний день в животноводстве существует две проблемы: 1) балансирование кормов и 2) переработка отходов. При этом существуют кормовые добавки, которые являются отходами производства какой-либо области. Такая биоконверсия помогает решать обе эти проблемы.
В целом же, экономический и биологический смысл животноводства состоит в конверсии растительных полимеров в полимеры животного происхождения, обладающие более высокой пищевой или технологической ценностью для человека. Соответственно, животноводство базируется на двух основаниях, двух «столпах». Первое основание – это комбикорм, в котором растительные полимеры плотно упакованы и дополнены необходимыми балансирующими компонентами животного, микробного, синтетического и минерального происхождения. Второе основание – это животные и птица, выполняющие роль биологического конвертора. По мере того как, благодаря успехам генетики и селекции, скорость анаболических процессов усовременных пород и кроссов становится все выше, лимитирующим фактором развития отрасли оказывается способность пищеварительной системы с соответствующей скоростью вовлекать питательные вещества в биосинтетические процессы внутри организма. Отсюда возникает потребность в функциональной поддержке пищеварительной системы с помощью комплекса кормовых добавках, повышающих эффективность усвоения корма.
Общепринятая классификация кормовых добавок выглядит следующим образом:
технические добавки, действующие непосредственно на корм, например, органические кислоты;сенсорные добавки, влияющие на поедаемость корма, например, ароматизаторы;питательные добавки, обеспечивающие необходимый уровень аминокислот, витаминов и микроэлементов в рационе;зоотехнические добавки, улучшающие использование питательных веществ корма, например, ферменты, антибиотики; кокцидиостатики и гистомоностатики; Наибольший интерес представляет группа 4 – зоотехнические добавки – но здесь необходимы некоторые уточнения и дополнительная классификация по биологическим критериям. К основным регуляторам пищеварительной системы можно отнести кормовые ферменты, кормовые антибиотики, пробиотики и пребиотики. Они имеют разную биологическую природу и, соответственно, разные первичные механизмы действия. Однако все они осуществляют свое влияние на здоровье и продуктивность животного, по всей видимости, сходным образом, а именно, через регулирование микробной популяции в желудочно-кишечном тракте, ЖКТ.
Это особенно хорошо изучено в отношении кормовых антибиотиков. Антибиотики представляют собой продукты микробиологического или химического синтеза, подавляющие размножение других микроорганизмов. Под действием антибиотиков число микроорганизмов в кишечнике сокращается. При этом снижается риск развития заболеваний, вызываемых условно-патогенной микрофлорой, и, одновременно, часть питательных веществ, ранее потреблявшихся кишечными микробами, достается организму-хозяину. Оба процесса приводят к увеличению сохранности и продуктивности. Однако применение антибиотиков неизбежно сопровождается и негативными явлениями: уничтожением полезной микрофлоры кишечника, экологическими рисками. В странах с высокими гигиеническими требованиями к продуктам животноводства применение кормовых антибиотиков либо полностью запрещено, либо резко ограничено. В поисках альтернативы антибиотикам специалисты стали уделять больше внимания кормовым ферментам, пробиотикам и пребиотикам.
Кормовые ферменты относятся к классу гидролаз и обладают способностью разрушать растительные полимеры, недоступные для пищеварительных систем высших животных. Кормовые ферменты выделяют из грибов или бактерий. Кормовые ферменты не действуют непосредственно на микробов кишечника, однако влияют на их пищевую базу. Ксиланазы и глюканазы, составляющие основу энзимных композиций, разрушают некрахмальные полисахариды (НКП) клеточных оболочек, делая крахмал и белок зерна более доступными для пищеварительной системы птицы. Кормовые ферменты способны также разрушать растворимые НКП, благодаря чему снижается вязкость химуса и ускоряется его продвижение по кишечнику. В совокупности эти факторы позволяют удерживать кишечную микрофлору на контролируемом, благоприятном для организма-хозяина уровне. Снижается конкуренция со стороны микробов за пищевые ресурсы, и, хотя и не в такой степени, как в случае применения антибиотиков, уменьшается риск развития условно-патогенной микрофлоры.
Пробиотики представляют собой живые полезные микроорганизмы, в норме, как правило, входящие в состав кишечного биоценоза, но в недостаточном количестве. Подробнее данная группа кормовых добавок будет рассмотрена в следующем разделе.
Таблица N 1
Достоинства и недостатки различных видов кормовых добавок
Кормовые добавки
Механизм действия и положительный эффект
Ограничения и недостатки
Кормовые ферменты, в т.ч. фитазы
Разрушение растворимых и нерастворимых некрахмальных полисахаридов; гидролиз фитатов; снижение вязкости химуса; повышение доступности питательных веществ.
Неспособность повлиять на видовой состав кишечной популяции.
Кормовые антибиотики
Уничтожение части микроорганизмов в ЖКТ; перераспределение питательных веществ в пользу организма-хозяина, снижение риска заболеваний
Неспособность разрушать НКП; уничтожение полезной микрофлоры; негативные эколого-санитарный эффекты.
Пробиотики
Адсорбция на кишечном эпителии, синтез органических кислот; вытеснение патогенной микрофлоры.
Неспособность разрушать НКП
Пребиотики
Создание благоприятных условий для полезной микрофлоры и вытеснение патогенной микрофлоры.
Неспособность разрушать НКП
Наконец, пребиотики – это новая группа кормовых добавок, еще окончательно не сформировавшаяся и строго не определенная. К пребиотикам относят органические соединения небольшой молекулярной массы (олигосахариды, органические кислоты), производные дрожжевых клеток и т.д., благоприятствующие развитию полезных микробов и препятствующие развитию вредных микроорганизмов. С некоторым огрублением можно сказать, что пребиотик это либо корм, либо иного рода синергист для пробиотика.
Основные характеристики кормовых добавок, их преимущества и недостатки кратко суммированы в таблице N 1.

Микробные кормовые добавки
Пробиотики (греч. pro – для + bios – жизнь) – живые микробные кормовые добавки, обладающие благоприятным эффектом и улучшающие состояние кишечного микробиологического баланса организма животного. Пробиотики – средства искусcтвенной регуляции нормальной кишечной флоры животных, обычно лактобациллы. Ранее это определение охватывало также и секретируемые субстанции (для семантического противопоставления антибиотикам). Эубиотики – более специализированное понятие, обозначающее препараты из микроорганизмов, являющихся представителями нормальной микрофлоры кишечника животных и также предназначенные для нормализации кишечной флоры (бифидумбактерин, бификол, лактобактерин).
При введении в ЖКТ с кормом или как отдельный лечебно-профилактический препарат, пробиотический микроорганизм заселяет кишечник, вытесняет патогенные организмы с кишечного эпителия, создает кислотность, неблагоприятную для патогенов, выделяет некоторые другие антимикробные факторы, повышает иммунитет. В результате, кишечная микрофлора модифицируется в желательном направлении.
На сегодняшний день существует большое количество препаратов-пробиотиков, применяемых в животноводстве. Вкратце рассмотрим некоторые из них.
Биоплюс 2Б
В его состав входят два штамма микробных культур - B.subtilis и В. licheniformis. Они дополняют друг друга по спектру антибактериальной антагонистической активности, продукции ферментов и аминокислот и, что очень важно, не подавляют при этом резидентные микроорганизмы. Применение препарата БиоПлюс 2Б не приводит к образованию устойчивых штаммов патогенных бактерий, что наблюдается в случае использования антибиотиков. Бактерии, входящие в состав препарата БиоПлюс 2Б синтезируют ферменты амилазу, липазу и протеазу, при этом существенно улучшается пищеварение. Животные быстрее набирают вес, экономятся корма. Препарат стабилен и технологически удобен для использования.
Лактоамиловорин
Данный препарат предназначен для профилактики и лечения диарейных заболеваний поросят, телят, цыплят- бройлеров, нормализации микробного баланса в пищеварительном тракте. Создан на основе чистой культуры Lactobacillus amylovorus БТ-24/88, выделенного из кишечника поросят. Повышает сохранность поголовья и эффективность выращивания животных.
Целлобактерин
Целлобактерин представляет собой выделенную из рубца жвачных животных ассоциацию микроорганизмов с высокой целлюлозолитической активностью и способностью продуцировать органические кислоты (молочную, уксусную и др.). За счет целлюлозолитической активности Целлобактерин, подобно кормовым ферментам, разрушает некрахмальные полисахариды корма. Однако если в кормовых ферментах каждая ферментная молекула работает в растворе по отдельности, то у бактерий взаимодополняющие ферменты собраны в специализированные блоки на мембранах, что позволяет им разрушать даже плотные структуры клеточных оболочек. Поэтому Целлобактерин эффективно повышает усвояемость не только зерновых, но также подсолнечного шрота и отрубей. За счет образования низкомолекулярных органических кислот и. возможно, ряда других антимикробных факторов Целлобактерин выполняет функцию классического пробиотика, т.е. вытесняет условнопатогенную микрофлору.

Список литературы

Андреев А.А., Брызгалов Л.И. Производство кормовых дрожжей. - М.: Лесная промышленность, 1986. - 248 с. Бирюков В.В. Основы промышленной биотехнологии. - М.: Изд. "Колос", "Химия", 2004. - 296 с.Большаков В.Н., Никонов И.Н., Солдатова В.В. "Утилизация отходов пивоваренной промышленности путем микробиологической переработки" "Экология и промышленность России" №10, с.36-39, 2009.Воробьева ЛюИ. Техническая микробиология. - М.: Изд-во МГУ, 1987. - 168 с.Вавилин О.А. Защита атмосферы от промышленных выбросов гидролизных предприятий. - М.: Лесная промышленность, 1986. - 176 с.Выродов А.А. и др. Технология лесохимических производств. - М.: Лесная промышленность, 1987.Геллер Б.Э. Некоторые проблемы развития сырьевой базы химических волокон // Химические волокна. 1996, No 5, с.3-14 Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. Пер. англ. Под ред. Н.К. Янковсеого. - М.: Мир, 2002. - 589 с.; Иванов С.Н. Технология бумаги. 2-е изд. - М.: Лесная промышленность, 1970.Кислюк С.М. "Классификация кормовых добавок с точки зрения производителя и потребителя" "ЮБИЛЕЙНЫЙ СБОРНИК к десятилетию компании "Витаргос-Россовит", с.30-31, 2009Кислюк С. М. "Микробиологический подход к оптимизации использования растительного сырья в кормлении животных" "РацВетИнформ" №2 с.18-19, 2005Кислюк С.М. "Оптимизация набора кормовых добавок в рационах сельскохозяйственных животных с помощью Целлобактерина" "Рынок АПК" №11(37) с.67, 2006Кормопроизводство /А.Ф. Иванов, В.Н. Чурзин, В.И. Филин.-Москва «Колос»,1996.-400с Кормопроизводство /Н.В. Парахин,И.В. Кобозев, И.В. Горбачев и др.-М.: КолосС,2006.-432с. Кузнецов Б.Н., Щипко М.Л., Кузнецова С.А., Тарабанько В.Е. Новые подходы в переработке твердого органического сырья. Красноярск: ИХПОС СО РАН, 1991. Левин, Б.Д. Об утилизации гидролизного лигнина [Текст] / Б.Д. Левин, Т.В. Борисова, С.М. Воронин // Достижения науки и техники – развитию города Красноярска. - Красноярск: КГТУ, 1997. – С. 38-39.Лекарственное растительное сырье и препараты: справ. пособие. – М. : Высш. шк., 1987. – 191 с.Лобанок А.Г., Бабицкая В.Г., Богдановская Ж.Н. Переработка целлюлозосодержащих отходов в ценные продукты с помощью микроорганизмов. - М.: ОНТИТЭИмикробиопром, 1981. - 43с. Морозов Е.Ф. Производство фурфурола: вопросы катализа и новые виды катализаторов. М.: Лесн. пром-сть, 1988. Мосичев М.С., Складнев А.А., Котов В.Б. Общая технология микробиологических производств. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 264 с.Непенин Н.Н., Непенин Ю.Н. Технология целлюлозы. 2-е изд. Т. 1 и 2. - М.: Лесная промышленность, 1976-1990. Никитин В.М. Теоретические основы делигнификации. М.: Лесн. Пром-сть, 1981. Огарков В.И., Киселев О.И., Быков В.А. Биотехнологические направления использования растительного сырья// Биотехнология, - 1985. - №3. - С. 1-15. Осадчая А.И., Подгорский В.С., Семенов В.Ф. и др. Биотехнологическое использование отходов растениеводства. Под ред. В.С. Подгорского, Иванова В.Н. - Киев: Наукова Думка, 1990. - 96 с. Осипова Л.В. Использование продуктов растительного происхождения в качестве сырья для получения органических продуктов и полимерных материалов.- Хим.промышленность за рубежом,-1989, №8. с.48-60. Перепелкин К.Е. Возобновляемые растительные ресурсы и продукты их переработки в производстве химических волокон // Химические волокна. 2004, No 3, с. 1-15.Перепелкин К.Е. Прошлое, настоящее и будущее химических волокон. - М.: Изд. МГТУ, 2004. - 208 с. Растительность. Целлюлоза (статьи). В кн.: Биологический энциклопедический словарь. - М.: Изд. БСЭ, 1986. Роговин З.А. Химия целлюлозы. - М.: Химия, 1972. - 520 с. Роговин З.А., Гальбрайх Л.С. Химические превращения и модификация целлюлозы. Изд. 2-е. - М.: Химия. 1979. - 208 с. Саловарова В.П., Козлов Ю.П. Эколого-биотехнологические основы конверсии растительных субстратов. - М.: Изд. Ун-та дружбы народов, 2001. - 331 с. Самылина, И. А. Пути использования растительного сырья / И. А. Самылина, И. А. Баландина // Фармация. – № 2. – 2004. – С. 39–40. Семенов М.В., Василькович Л.А. Использование лигнина в качестве топлива.- Гидролизная и лесохимическая промышленность,-1980, №2, с.15-17. Справочник по кормопроизводству / Под ред. В.Г. Игловикова. - М.: ВНИИМК, 1993. – 218 с. Фенгел Д., Вегенер Г. Древесина: химия, ультраструктура, реакции. М.: Лесн. пром-сть, 1988. Холькин Ю.И. Общие принципы классификации методов гидролиза// Гидролизная и лесохимическая промышленность. 1986. - №5. - С. 9-10. Холькин Ю. И. Технология гидролизных производств. Учебник для вузов. - М.: Лесн. Пром-сть, 1989. - 496 с. Чудаков М.И. Промышленное использование лигнина. М.: Лесн. пром-сть, 1983. Шарков В.И., Сапотницкий С.А., Дмитриева О.А. и др. Технология гидролизных производств. - М.: Лесная промышленность, 1973. - 408 с. Яковлев В.И. Технология микробиологического синтеза. - Л.: Химия, 1983. - 272 с.
Бирюков В.В. Основы промышленной биотехнологии. - М.: Изд. "Колос", "Химия", 2004. - 296 с.
Перепелкин К.Е. Возобновляемые растительные ресурсы и продукты их переработки в производстве химических волокон // Химические волокна. 2004, No 3, с. 1-15.
Лекарственное растительное сырье и препараты: справ. пособие. – М. : Высш. шк., 1987. – 191 с.

Огарков В.И., Киселев О.И., Быков В.А. Биотехнологические направления использования растительного сырья// Биотехнология, - 1985. - №3. - С. 1-15.
Иванов С.Н. Технология бумаги. 2-е изд. - М.: Лесная промышленность, 1970.
Самылина, И. А. Пути использования растительного сырья / И. А. Самылина, И. А. Баландина // Фармация. – № 2. – 2004. – С. 39–40.
Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. Пер. англ. Под ред. Н.К. Янковсеого. - М.: Мир, 2002. - 589 с.;

Фенгел Д., Вегенер Г. Древесина: химия, ультраструктура, реакции. М.: Лесн. пром-сть, 1988.
Перепелкин К.Е. Прошлое, настоящее и будущее химических волокон. - М.: Изд. МГТУ, 2004. - 208 с.
Выродов А.А. и др. Технология лесохимических производств. - М.: Лесная промышленность, 1987.
Никитин В.М. Теоретические основы делигнификации. М.: Лесн. Пром-сть, 1981.
Выродов А.А. и др. Технология лесохимических производств. - М.: Лесная промышленность, 1987.
Кузнецов Б.Н., Щипко М.Л., Кузнецова С.А., Тарабанько В.Е. Новые подходы в переработке твердого органического сырья. Красноярск: ИХПОС СО РАН, 1991.

Огарков В.И., Киселев О.И., Быков В.А. Биотехнологические направления использования растительного сырья// Биотехнология, - 1985. - №3. - С. 1-15.
Геллер Б.Э. Некоторые проблемы развития сырьевой базы химических волокон // Химические волокна. 1996, No 5, с.3-14


Холькин Ю. И. Технология гидролизных производств. Учебник для вузов. - М.: Лесн. Пром-сть, 1989. - 496 с.
Холькин Ю.И. Общие принципы классификации методов гидролиза// Гидролизная и лесохимическая промышленность. 1986. - №5. - С. 9-10. Андреев А.А., Брызгалов Л.И. Производство кормовых дрожжей. - М.: Лесная промышленность, 1986. - 248 с.
Морозов Е.Ф. Производство фурфурола: вопросы катализа и новые виды катализаторов. М.: Лесн. пром-сть, 1988.
Шарков В.И., Сапотницкий С.А., Дмитриева О.А. и др. Технология гидролизных производств. - М.: Лесная промышленность, 1973. - 408 с.
Шарков В.И., Сапотницкий С.А., Дмитриева О.А. и др. Технология гидролизных производств. - М.: Лесная промышленность, 1973. - 408 с.

Шарков В.И., Сапотницкий С.А., Дмитриева О.А. и др. Технология гидролизных производств. - М.: Лесная промышленность, 1973. - 408 с.
Вавилин О.А. Защита атмосферы от промышленных выбросов гидролизных предприятий. - М.: Лесная промышленность, 1986. - 176 с.
Осадчая А.И., Подгорский В.С., Семенов В.Ф. и др. Биотехнологическое использование отходов растениеводства. Под ред. В.С. Подгорского, Иванова В.Н. - Киев: Наукова Думка, 1990. - 96 с.
Шарков В.И., Сапотницкий С.А., Дмитриева О.А. и др. Технология гидролизных производств. - М.: Лесная промышленность, 1973. - 408 с.
Шарков В.И., Сапотницкий С.А., Дмитриева О.А. и др. Технология гидролизных производств. - М.: Лесная промышленность, 1973. - 408 с.

Шарков В.И., Сапотницкий С.А., Дмитриева О.А. и др. Технология гидролизных производств. - М.: Лесная промышленность, 1973. - 408 с.
Чудаков М.И. Промышленное использование лигнина. М.: Лесн. пром-сть, 1983.
Непенин Н.Н., Непенин Ю.Н. Технология целлюлозы. 2-е изд. Т. 1 и 2. - М.: Лесная промышленность, 1976-1990.
Роговин З.А. Химия целлюлозы. - М.: Химия, 1972. - 520 с.
Растительность. Целлюлоза (статьи). В кн.: Биологический энциклопедический словарь. - М.: Изд. БСЭ, 1986.
Роговин З.А., Гальбрайх Л.С. Химические превращения и модификация целлюлозы. Изд. 2-е. - М.: Химия. 1979. - 208 с.
Семенов М.В., Василькович Л.А. Использование лигнина в качестве топлива.- Гидролизная и лесохимическая промышленность,-1980, №2, с.15-17.
Левин, Б.Д. Об утилизации гидролизного лигнина [Текст] / Б.Д. Левин, Т.В. Борисова, С.М. Воронин // Достижения науки и техники – развитию города Красноярска. - Красноярск: КГТУ, 1997. – С. 38-39.
Левин, Б.Д. Об утилизации гидролизного лигнина [Текст] / Б.Д. Левин, Т.В. Борисова, С.М. Воронин // Достижения науки и техники – развитию города Красноярска. - Красноярск: КГТУ, 1997. – С. 38-39.
Большаков В.Н., Никонов И.Н., Солдатова В.В. "Утилизация отходов пивоваренной промышленности путем микробиологической переработки" "Экология и промышленность России" №10, с.36-39, 2009.

Яковлев В.И. Технология микробиологического синтеза. - Л.: Химия, 1983. - 272 с.
Воробьева ЛюИ. Техническая микробиология. - М.: Изд-во МГУ, 1987. - 168 с.
Воробьева ЛюИ. Техническая микробиология. - М.: Изд-во МГУ, 1987. - 168 с.
Воробьева ЛюИ. Техническая микробиология. - М.: Изд-во МГУ, 1987. - 168 с.
Воробьева ЛюИ. Техническая микробиология. - М.: Изд-во МГУ, 1987. - 168 с.
Лобанок А.Г., Бабицкая В.Г., Богдановская Ж.Н. Переработка целлюлозосодержащих отходов в ценные продукты с помощью микроорганизмов. - М.: ОНТИТЭИмикробиопром, 1981. - 43с.
Саловарова В.П., Козлов Ю.П. Эколого-биотехнологические основы конверсии растительных субстратов. - М.: Изд. Ун-та дружбы народов, 2001. - 331 с.
Мосичев М.С., Складнев А.А., Котов В.Б. Общая технология микробиологических производств. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 264 с.
Осипова Л.В. Использование продуктов растительного происхождения в качестве сырья для получения органических продуктов и полимерных материалов.- Хим.промышленность за рубежом,-1989, №8. с.48-60.
Справочник по кормопроизводству / Под ред. В.Г. Игловикова. - М.: ВНИИМК, 1993. – 218 с.
Кормопроизводство /Н.В. Парахин,И.В. Кобозев, И.В. Горбачев и др.-М.: КолосС,2006.-432с.
Кислюк С.М. "Классификация кормовых добавок с точки зрения производителя и потребителя" "ЮБИЛЕЙНЫЙ СБОРНИК к десятилетию компании "Витаргос-Россовит", с.30-31, 2009
Кормопроизводство /А.Ф. Иванов, В.Н. Чурзин, В.И. Филин.-Москва «Колос»,1996.-400с

Кислюк С. М. "Микробиологический подход к оптимизации использования растительного сырья в кормлении животных" "РацВетИнформ" №2 с.18-19, 2005
Кислюк С.М. "Оптимизация набора кормовых добавок в рационах сельскохозяйственных животных с помощью Целлобактерина" "Рынок АПК" №11(37) с.67, 2006

Изобретение относится к области получения газообразного, жидкого и/или твердого топлива и может быть использовано при утилизации отходов растительного происхождения на основе лигнина, крахмала, целлюлозы, полиозы, гуминовых соединений или их производных. Переработку растительного сырья, выбранного из сырья на основе лигнина, гуминовых кислот, целлюлозы, крахмала, полиозы или их производных, с получением газообразных, жидких и твердых топливных смесей осуществляют посредством сухой перегонки с одновременным воздействием ионизирующего излучения и температуры. Облучение сырья проводят электронным или иным ионизирующим излучением в процессе сухой перегонки при высокой температуре без доступа воздуха. Отгонку летучих целевых продуктов ведут в токе газов, преимущественно газообразных алканов, водорода или водяного пара при умеренном или пониженном давлении. Для повышения выхода конверсии и регулировки соотношения жидкой, газообразной и твердой фракций процесс переработки ведут циклически в замкнутом контуре, возвращая часть газов и паров в голову процесса. Дополнительными управляющими факторами в зависимости от состава исходного сырья могут служить применение углеводородных присадок, предварительное озонирование или подщелачивание исходной массы, ее частичная биохимическая деградация, применение катализаторов. Техническим результатом является повышения степени утилизации сырья и выхода ценных фракций топливных углеводородов. 9 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области получения газообразного, жидкого и/или твердого топлива и может быть использовано при утилизации растительного сырья и производственных отходов растительного происхождения на основе лигнина, крахмала, целлюлозы, полиозы, гуминовых соединений и их производных.

Известен способ переработки посредством сухой перегонки, состоящий в разложении исходного растительного сырья при высокой температуре без доступа воздуха с образованием твердых, жидких и газообразных продуктов и конденсацией летучих продуктов вне зоны теплового воздействия (прототип) (1) [Роговин З.А., Шорыгина Н.Н. Химия целлюлозы и ее спутников. - М: Гос. научно-техн. изд-во химической литературы, 1953, с.226-227, 608-610].

Однако данным известным способом получают смесь воды, углекислого газа и углерода с низким содержанием компонентов, пригодных к использованию в качестве топлива (водород, детонационно-стойкие жидкие, твердые или газообразные углеводороды). В известном способе сухой перегонки исходное растительное сырье подвергают воздействию высокой температуры, при котором происходит разложение не только самого сырья, но и образующихся продуктов. В результате среди конечных продуктов преобладают компоненты, которые не могут использоваться в качестве топлива (вода, смолы, углекислый газ). Общий выход извлекаемых топливных компонентов не превышает 50 мас.%, из которых не более трети являются жидкими.

Целью предлагаемого технического решения является повышение полноты утилизации растительного сырья, а также повышение качества получаемых продуктов переработки.

Поставленная цель достигается тем, что переработку растительного сырья осуществляют посредством сухой перегонки при совместном воздействии ионизирующего излучения и температуры, а летучие продукты принудительно удаляют из зоны воздействия в токе газа или пара.

Способ переработки растительного сырья путем воздействия ионизирующим излучением и температурой с образованием продуктов радиолиза известен (2) [Ершов Б.Г. «Радиационно-химическая деструкция целлюлозы и других полисахаридов. // Успехи химии. 1998, Т.67, №4, с.353-375].

Однако данным известным способом можно получить уменьшение степени полимеризации облучаемых макромолекул при сохранении их химической природы, а также небольшое количество летучих хозяйственно ценных углеводородов, причем только в смеси с неутилизируемыми продуктами радиолиза.

В известном способе, основанном на применении ионизирующего излучения, исходное растительное сырье вводят в зону радиационного воздействия и выдерживают в ней в течение отрезка времени, достаточного для образования продуктов радиолиза, которые, оставаясь в этой зоне, участвуют в регенерации исходных молекул или вступают в новые реакции взаимодействия с образованием новых продуктов, в том числе и преимущественно нежелательных. Только после завершения периода воздействия ионизирующего излучения реакционную массу выводят из реактора и выделяют из нее продукты радиолиза, сложная смесь которых требует проведения сложной процедуры их разделения. При этом наиболее ценная фракция топливных углеводородов и водорода составляет лишь незначительную долю среди продуктов радиолиза (≤5 мас%).

В предлагаемом техническом решении сухую перегонку осуществляют в процессе воздействия ионизирующим излучением. Причем для повышения относительного выхода газообразных, жидких и твердых продуктов разложения сырья рекомендуется часть отогнанных продуктов отделять и смешивать с исходным сырьем, поступающим в зону воздействия.

В конкретном исполнении воздействие - нагрев и облучение - осуществляют непосредственно электронным пучком с энергией 0.4-10 МэВ при мощности дозы выше 0,5 кГр/с.

Кроме того, воздействие и отгонку летучих продуктов осуществляют в токе водорода или газообразных алканов. Эти газы могут представлять собой отделяемую часть продуктов разложения, возвращаемых в голову процесса для смешения с исходным сырьем.

Впервые установлено, что наилучшие качество целевых продуктов переработки растительного сырья ароматической природы посредством сухой перегонки под действием ионизирующего излучения и тепла можно получить, если сырье предварительно или в процессе воздействия смешивать с жидкими алканами и/или жидкими компонентами нефти (углеводородами, извлекаемыми из нефти по отдельности или в виде жидкой смеси).

В свою очередь, при переработке растительного сырья, в котором преобладают полисахариды и иные насыщенные углеводороды, наилучшее качество целевых продуктов достигается, если сырье предварительно или в процессе воздействия смешивать с непредельными соединениями.

Для получения высококалорийных и низкомолекулярных целевых продуктов рекомендуется перед подачей в зону воздействия производить озонирование исходного растительного сырья.

Целесообразным приемом, регулирующим молекулярно-массовое распределение в целевом продукте, является подщелачивание исходного растительного сырья.

Для повышения относительного выхода газообразных и жидких целевых продуктов рекомендуется в процессе переработки действие излучения и температуры чередовать с биохимической обработкой перерабатываемого материала.

В конкретном исполнении селективность воздействия и отгонку летучих продуктов регулируют за счет присутствия в зоне воздействия гомогенных или гетерогенных катализаторов.

Авторами настоящего технического решения установлено, что как степень утилизации сырья, так и выход ценных фракций топливных углеводородов и водорода можно значительно повысить, а технологию их получения можно значительно упростить, если в процессе сухой перегонки воздействие температуры сочетать с воздействием ионизирующего излучения и принудительно удалять продукты разложения в токе газа или пара.

Впервые установлено, что новое комбинированное воздействие обеспечивает возможность снижения температуры переработки, селективность разложения исходных компонентов и целенаправленность процесса радиолиза растительного сырья. Хозяйственно ценная фракция топливных компонентов, образующаяся в зоне воздействия, ингибирует процесс разложения сырья и за ее уровнем в зоне воздействия необходимо следить и не позволять, чтобы ее содержание превышало допустимый предел.

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие заявляемое техническое решение.

Пример 1. В качестве растительного сырья используют лигнин, выделяемый из древесины на Сегежском целлюлозно-бумажном комбинате. Сырье в токе метана пропускают через нагреваемый полый реактор, помещенный под пучок линейного электронного ускорителя У-003, где он подвергается воздействию потока электронов с мощностью дозы 5 кГр/с и энергией Е=8 МэВ. На выходе из реактора смесь летучих продуктов охлаждают до 20°С. Конденсированные продукты отделяют от газа в инерционном газо-жидкостном сепараторе. Образующийся конденсат - смесь жидких углеводородов и воды - разделяют на делительной воронке и сливают в емкости-хранилища. Оставшуюся газовую смесь направляют в газовый мембранный сепаратор, где извлекают водород и газообразные углеводороды. Твердые продукты, накапливающиеся на дне реакторе, выводят и ссыпают в хранилище. При необходимости из них удаляют водорастворимые нецелевые примеси. В составе продуктов присутствуют 11 мас.% газообразных, 48 мас.% жидких и 41 мас.% твердых. Из них топливные компоненты составляют соответственно 7, 38 и 39 мас.%. Выход целевых топливных продуктов в расчете на 1 кВт·ч поглощенной энергии составил 1,2 кг. Таким образом, при полной конверсии сырья получено 84 мас.% целевых продуктов.

Результаты приведены в таблице 1 и 2, где Е - энергия потока электронов; Р - мощность поглощенной дозы; V - массовая скорость подачи сырья в реактор, G - тип газа, Н - наличие нагревателя («+» - воздействие излучения сочетается с дополнительным нагревом; «-» - нагрев осуществляется только за счет излучения), Т - максимальная температура в зоне воздействия, Д - абсолютное давление.

Пример 2. По методике примера 1 подвергли переработке препарат гуминовую кислоту (фирмы Chemapol). В качестве источника ионизирующего излучения использован γ-изотоп 60 Со. Условия проведения процесса и полученные результаты представлены в таблице 1.

Пример 3. По методике примера 1 подвергли переработке хлопковую целлюлозу. Условия проведения процесса и полученные результаты представлены в таблице 1.

Пример 4. По методике примера 1 подвергли переработке древесный опил (лиственный). Условия проведения процесса и полученные результаты представлены в таблице 1.

Пример 5. По методике примера 1 подвергли переработке измельченную сосновую кору. Условия проведения процесса и полученные результаты представлены в таблице 1.

Пример 6. По методике примера 1 подвергли переработке рубленую ржаную солому. Условия проведения процесса и полученные результаты представлены в таблице 1.

Пример 7. Лигнин обработали по методике примера 1, но исходное сырье предварительно смешали с 14 мас.% додекана. При этом сырьевую смесь облучали и нагревали только ускоренными электронами без использования дополнительного источника тепла. Из таблицы 2 видно, что добавка жидкого алкана к сырью позволяет увеличить выход жидкого топлива относительно твердого, а также общий выход целевого продукта. Додекан и его ближайшие гомологи являются также характерными жидкими компонентами нефти.

Пример 8. По методике примера 1 переработали лигнин, предварительно подвергнутый озонированию (0.3 моль О 3 на моль сырья). Представленные в таблице 2 данные свидетельствуют влиянии озона на перераспределение относительных выходов жидкого и твердого топлива и повышение общего выхода целевой конверсии.

Пример 9. Лигнин обработали по методике примера 1, но исходное сырье предварительно было подщелочено алкоголятом натрия, а нагрев осуществляли только за счет электронного пучка. Эффект предварительного подщелачивания, как видно из таблицы 2, также состоит в повышении относительного выхода жидкого топлива, хотя общий выход целевых продуктов практически не изменяется.

Пример 10. По методике примера 3 подвергали переработке целлюлозу, которую предварительно смешали с антраценом. Нагрев образца происходил только вследствие поглощения электронного пучка. Представленные в таблице 2 данные свидетельствуют о влиянии антрацена на общий выход целевой конверсии при существенном росте выхода жидкой топливной фракции.

Пример 11. Коммерческий препарат полиозы обработали по методике примера 1, но после нагрева и облучения следовала анаэробная биохимическая обработка сырья в метан-тэнке. В результате образовались только жидкие и газообразные продукты, причем суммарное содержание топливных компонентов достигло 90% от массы сырья. Условия проведения процесса и полученные результаты представлены в таблице 2.

Пример 12 По методике примера 1 подвергали переработке полиозу, на которую предварительно напылили комплексную соль никеля. Нагрев образца происходил как с помощью нагревателя, так и электронного пучка. Представленные в таблице 2 данные свидетельствуют, что добавка оказала каталитическое действие, резко повысив выход жидкого топлива и общий выход целевых веществ.

Пример 13. По методике примера 3 подвергли переработке хлопковую целлюлозу, но при пониженном давлении - 102 мм.рт.ст. Из таблицы 2 видно, что понижение давления способствовало росту относительного выхода жидких топливных продуктов.

Пример 14. По методике примера 5 подвергли переработке сосновую кору, но при пониженном давлении - 78 мм.рт.ст. Данные, представленные в таблице 2, свидетельствуют о большем выходе жидкого целевого продукта при пониженном давлении.

Пример 15. По методике примера 1 подвергли переработке лигнин, но сырье предварительно смешали с 16 мас.% жидкой фракции, полученной при прямой перегонке (конец кипения 340°С) девонской нефти. Таблица 2 свидетельствует, что добавка жидких компонентов нефти (как и в примере 7) к исходному сырью, позволяет увеличить выход жидкого топлива относительно твердого, а также общий выход целевого продукта.

Во всех случаях реализации заявляемого способа без процедуры отгонки, без сочетания облучения и нагрева и при задержке летучих продуктов в зоне воздействия получали следующие негативные результаты:

2-3-кратный рост смолообразования;

Снижение выхода целевой конверсии, как минимум в 1,5-2 раза, сопровождающееся повышением выхода токсичных и неутилизируемых соединений;

Образование продуктов, обладающих остаточной радиоактивностью, при Е≥10 МэВ.

Глубокую деструкцию летучих топливных соединений до СО 2 и Н 2 О при E≤0.4 МэВ.

Таким образом, способ согласно заявляемому техническому решению обеспечивает целенаправленное превращение растительного сырья в хозяйственно ценные газообразные, жидкие и твердые топливные соединения. Это особенно ценно при утилизации крупнотоннажных отходов переработки древесины (лигнин, опил, кора и др.).

В настоящее время промышленная утилизация растительных отходов включает следующие основные направления:

Помещение в отвалы, где растительная масса претерпевает длительное биохимическое разложение под действием естественных внешних факторов (бактерии, воздух, влага, свет и т.п.);

Фракционное выделение полезных компонентов или их смесей, например целлюлозы из древесины, сорбентов медицинского назначения из лигнина и т.п.;

Частичное использование растительных остатков в качестве бытового топлива или кормовых добавок для животных;

Химическая и биохимическа переработка, например для получения спирта, фурфурола и др. ценных соединений.

Для утилизации избыточных растительных материалов указанными известными способами требуются чрезвычайно большие площади хранения, сложные технологические схемы переработки, многоступенчатая очистка отходов. Такая инфраструктура требует больших капитальных затрат, длительного времени на строительство и запуск и реализуется только при наличии в регионе крупного потребителя выпускаемой продукции. Если же все эти факторы отсутствуют, то основная часть растительных отходов накапливается в отвалах вокруг перерабатывающих предприятий, оказывая негативное воздействие на окружающую среду и затрудняя освоение новых территорий.

Заявляемый способ позволяет с помощью компактных установок максимально утилизировать избыточные растительные массы на месте их производства, предотвращая массированное загрязнение окружающей среды.

Заявляемый способ обеспечивает получение следующих результатов:

Выход утилизируемых топливных продуктов превышает 75% и может достигать 95% от массы перерабатываемого растительного сырья; жидкий целевой продукт имеет надежное бытовое и промышленное применение в качестве компонента моторного, реактивного или дизельного топлива;

Побочными продуктами являются, прежде всего, вода и, в меньшей степени, окислы углерода. Выход последних многократно меньше их выхода при самопроизвольном гниении растительной массы в отвалах;

Способ характеризуется экологической чистотой, поскольку не использует и не ориентирован на использование токсичных реагентов, и его реализация не связана с появлением вредных воздействий на окружающую среду и производственный персонал;

Способ обеспечивает низкую энергоемкость и материалоемкость переработки растительного сырья за счет полноты поглощения энергии в обрабатываемой смеси, низких давлений, возможности производить нагрев изнутри вещества посредством поглощения энергии электронного излучения.

1. Способ переработки растительного сырья, выбранного из сырья на основе лигнина, крахмала, целлюлозы, полиозы, гуминовых соединений или их производных, в газообразные, жидкие и твердые топливные смеси посредством сухой перегонки, отличающийся тем, что на растительное сырье одновременно воздействуют ионизирующим излучением и температурой, а летучие продукты отгоняют из зоны воздействия в токе газа или пара.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев осуществляют непосредственно электронным пучком с энергией 0,4-10 МэВ при мощности дозы выше 0,5 кГр/с.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что часть отогнанных продуктов отделяют и смешивают с исходным сырьем.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что воздействие осуществляют в токе водорода или газообразных алканов при нормальном или пониженном давлении.

Изобретение относится к масложировой промышленности. Способ предусматривает подготовку, экстракцию с отделением соответствующего экстракта, с использованием в процессе каждой стадии экстракции периодического сбрасывания и повышения до исходного значения с отделением соответствующего экстракта. Перед экстракцией проводят пропарку исходного сырья с одновременной отгонкой эфирных масел и терпенов, затем ведут экстракцию водным 70% этиловым спиртом, с последующим разделением экстракционной массы на жидкую фазу и твердый шлам вскипанием экстрагента. Твердую фазу промывают экстрагентом, экстракционную массу разделяют на жидкую фазу и твердый шлам вскипанием с последующим отжимом экстракта. Твердый шлам экстрагируют смесью 20% этилового спирта - 80% неполярного углеводорода алифатического ряда с последующим разделением экстракционной массы на жидкую фазу и твердый шлам вскипанием. Твердый шлам промывают экстрагентом, экстракционную массу разделяют на жидкую фазу и твердый шлам вскипанием с последующим отжимом экстракта. Полученные продукты направляют на выделение целевых продуктов. Изобретение позволяет увеличить ассортимент извлекаемых продуктов при упрощении технологического процесса. 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области комплексной переработки растительного сырья с выделением нативных компонентов: эфирных масел, биофлавоноидов, активных натуральных пищевых кислот, витаминов, микро- и макроэлементов и т.д., которые могут быть использованы в качестве биологически активных добавок в пищевых и фармацевтических композициях, обладающих широким биологическим действием.

Растительное сырье является нативным природным биополимером, состоящим из нерастворимых в воде углеводов (целлюлоза, гемицеллюлоза) и лигнина, содержит растворимые в воде сахара, крахмал, пектины, соли и другие компоненты, а также экстрактивные вещества - эфирные масла, терпены, растительные полифенолы, стерины, лигнаны, танниды, липиды, жирные кислоты, азотсодержащие соединения.

При комплексной переработке растительного сырья из него получают:

Эфирные масла, терпены, используемые в парфюмерии, медицине, пищевой и консервной промышленности (Сокольников Н.П., Кондратицкий А.П., Технология эфиромасличного производства, М., 1958);

Витамины, применяемые в производстве пищевых добавок, фармацевтической промышленности;

Полифенолы - находящие применение в качестве антиоксидантов в органическом синтезе, в технике, сельском хозяйстве, производстве пищевых добавок, сырья в ветеринарии, фармацевтической промышленности;

Органические соединения - олигосахариды, используемые в качестве связующего при производстве таблеток, красок, эмульгаторов, биологически активных веществ, в качестве клея;

Технические продукты - нативный нерастворимый биополимер древесины, содержащий лигнин и целлюлозу, используемый в качестве сырья для производства микроцеллюлозы, технической целлюлозы, компонентов кормов крупного рогатого скота, сорбентов, угольных материалов, технического углерода, находящего применение в качестве сорбента для очистки почвы, воды, технологических стоков, для сбора нефти, нефтепродуктов, для производства корундов, при выплавке металлов, в качестве пигментных наполнителей и т.д. (Холькин Ю.И., Технология гидролизных производств. М.: Лесная промышленность, 1989).

Существующие способы переработки растительного сырья с хорошим выходом и высокой степенью чистоты предполагают уже на стадии экстракции, получение компонентов концентрированного лекарственного вещества или их комбинации с отделением соответствующего экстракта, который предусматривает возможность получения двух и более экстрактов или их купажа в качестве целевых продуктов (RU 2045917 С1, 20.10.1995) и применение их в индивидуальном виде либо композиции, выполненной в жидкой форме, в форме пилюль, таблеток, капсул, гранул. Для полноты извлечения и избежания потери экстрагируемых веществ из растительных объектов используют многократную экстракцию.

Технически задача может осуществляться экстрагированием в вакуумно-импульсном режиме при сбросе давления для вскипания экстрагента, выдержке под вакуумом, восстановлении исходного атмосферного давления и нагревании смеси до исходной температуры и отделением экстракта после 5 циклов изменения давления. Это позволяет нагреть сырье до температуры, не вызывающей денатурацию материала, осуществить смачивание и пропитку нагретого и дегазированного сырья нагретым растворителем в вакуумно-импульсном режиме (RU 2163827 С2, 03.10.2001).

Недостатком этого способа является работа под вакуумом и низкий коэффициент использования сырья, так как в сверхкритических условиях извлекается только жирорастворимая часть, в то время как все водорастворимые вещества остаются в твердом шламе, который далее не перерабатывается, а значительное измельчение сырья не обеспечивает полного извлечения каротиноидов и токоферолов, так как сырье размером менее 0,3 мм подвержено слипанию, что затрудняет процесс экстракции (Э.А. Шафтан и др. Использование экстракта из Rosa L. для косметических целей. Растительные ресурсы, 1976. Т.XIV, в.2, с.208-211).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому и комплексности использования сырья является способ переработки экстракцией измельченных ягод шиповника водой и неполярным сжиженным газом. Давление в экстракционной смеси периодически сбрасывают до значения, обеспечивающего вскипание экстрагента, и повышают до исходного значения. Это сокращает продолжительность технологического цикла с выделением комплекса целевых продуктов, включающего экстракцию из деструктурированного сырья природных веществ (RU 2251918 , A23L 1/212, 2005). Изобретение позволяет создать оптимально-эффективные условия для получения экстрактов с максимальным выходом действующих веществ, в частности витамина С.

Недостатком известного способа является использование диоксида углерода, находящегося в сверхкритическом состоянии, что требует высушивание исходного сырья и приводит к потере части биологически активных веществ. Другим недостатком данного способа переработки сырья является то, что используемая упрощенная технология выделения не обеспечивает полное извлечение экстракта после завершения стадии, а утилизация отходов создает определенные трудности технического и экономического характера при промышленной переработке растений. Кроме того, предлагаемая технология не предусматривает процесса утилизации и возврата реагентов в цикл и соответственно повышает стоимость целевых продуктов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа комплексной технологии переработки растительного сырья с использованием различных частей растений, различной степени влажности, увеличивающим ассортимент извлекаемых продуктов, при упрощении технологического процесса, за счет снижения диффузионного сопротивления экстракции, а также снижения энергозатрат за счет проведения экстракции с изменяемым составом экстрагента, исчерпывающего отделения жидкой экстракционной массы от проэкстрагированного сырья при сбросе давления и, как следствие, увеличение коэффициента использования сырья.

Поставленная задача решается за счет того что:

При подготовке сырья экстрагируемые плоды, листья, побеги, стволовую и корневую часть растений используют без предварительной сушки и измельчения плодов, а измельчение стволовой и корневой частей растений проводится до размера 10-30-50 мм с насыпной плотностью 0,25-0,4 т/м 3 ;

В способе комплексной переработки растительного сырья вводят стадию пропарки исходного сырья с одновременной отгонкой эфирных масел и последующей исчерпывающей абсорбцией их неполярными углеводородами и последующим выделением целевого продукта;

Экстракцию проводят, периодически сбрасывая давление в экстракционной смеси до значения, обеспечивающего вскипание экстрагента, сопровождающегося кавитационными процессами, при которых каждая частица слоя неперемешиваемого материала интенсивно и много раз омывается экстрагентом и повышения давления до исходного значения (обычно 5-6 циклов). Все это ведет к резкому повышению тепломассообмена и соответственно интенсификации процесса экстракции. Давление повышают до исходного значения, извлекают природные вещества из частично деструктурированного сырья, что обеспечивает повышение глубины экстрагирования биологического сырья за счет разрушения его клеточной структуры в процессе экстрагирования и сопровождается снижением его диффузионного сопротивления и соответственно развитием поверхности контакта фаз с экстрагентом, содержащим воду, спирт и эмульсию неполярного углеводорода алифатического ряда, имеющего температуру кипения не более 90°С в условиях разделения экстракционной массы на экстракт и твердую фазу, при их массовом соотношении соответственно (5,0-10,0):(0,5-1), причем массовое соотношение сырья и неполярного углеводорода, входящего в состав эмульсии, составляет от 1,0:5 до 1,0:10 и определяется насыпной плотностью сырья;

После проведения циклов периодического сбрасывания давления до значения, обеспечивающего вскипание экстрагента, охлаждения и последующей конденсации паров растворителя, экстракционную массу разделяют на жидкую фазу и твердый шлам вскипанием экстрагента за счет образующегося избыточного давления;

Полученную после разделения экстракционной массы, твердую фазу промывают экстрагентом, экстракционную массу разделяют на жидкую фазу и твердый шлам вскипанием и последующим отжимом экстракта;

Аналогично ведут процесс экстракции смесью 20% этилового спирта - 80% неполярного углеводорода алифатического ряда (гексан, петролейный эфир и др.);

Фракцию эфирных масел и терпенов направляют на выделение целевых продуктов;

Экстракты направляют на разделение. Из водно-спиртовой фазы выделяют водорастворимые витамины, олигосахариды и биофлавоноиды, а водно-углеводородно-спиртовой экстракт разделяют на расслаиваемые: водную фазу и углеводородную фазу масел, стеринов, липидов, жирных кислот, смол и биофлавоноидов, которые выводят из процесса в качестве целевого продукта, с последующим выделением из углеводородной фазы масел, стеринов, липидов, жирных кислот и смол, из водной фазы, содержащей водорастворимые витамины, олигосахариды и биофлавоноиды с последующей доочисткой биофлавоноидов дробной кристаллизацией.

Твердый шлам, оставшийся после экстракции смесью этилового спирта и неполярного углеводорода алифатического ряда, освобождают от следов экстрагента и получают минеральный комплекс, содержащий микро- и макроэлементы, который используют как кормовую добавку в корм животных.

Используемые на стадии абсорбции и экстракции растворители рециркулируют, дегазируют от воздуха, хранят и содержат под азотным "дыханием", возвращают в цикл после регенерации с использованием холодильников-конденсаторов.

В качестве неполярного углеводорода с температурой кипения не более 90°С, входящего в состав экстрагента, используют смеси неполярных углеводородов, получаемые из прямогонного бензина с температурой кипения не более 90°С, предварительно очищенные от полимерных примесных смол фильтрацией, а также н-гексан, нефрас и др.

Способ осуществляют следующим образом: для проведения технологического процесса используют отдельно либо в виде смеси плоды, листья, побеги, стволовую и корневую части растений без сушки и измельчения плодов, что позволяет получить отдельные компоненты и/или их композиции, а измельчение стволовой и корневой частей растений проводят в мельнице узла подачи в бункер-питатель до размера технологической щепы с насыпной плотностью 0,25-0,4 т/м 3 и подают в эмалированный реактор-экстрактор, имеющий паровую рубашку обогрева.

Используют реактор-экстрактор с сетчатым ложным днищем, а на сетчатое ложное днище экстрактора радиально уложены трубы с отверстиями 1,5×2,0 мм для подачи пара в реактор и отбора жидкой фазы.

Реактор предварительно нагревают до температуры 110-120°С. Через нижний патрубок реактора подают пар для смачивания сырья и нормализации влажности сырья, нагревают сырье до 105°С, отгоняют с паром эфирные масла, терпены. Отгон направляют на выделение целевых продуктов, которые разделяют известными методами.

В реактор из узла подачи вводят водный раствор 70% этилового спирта. Массовое соотношение твердой и жидких фаз целесообразно поддерживать в пропорциях: М измельч.сырье:М водн.этанол =1:4, объемный модуль 1:1, т.к. более высокое соотношение растворитель - экстрагируемый материал влечет за собой получение низкокоцентрированных экстрактов.

Подводящие и отводящие вентили закрывают и реакционную массу в экстракторе нагревают, пропуская в него пар для достижения давления в реакторе 0,5 МПа и температуры 125°С. Постоянное давление в реакторе в течение всего процесса экстракции поддерживают дополнительной подачей пара через радиально уложенные трубы ложного днища экстрактора.

Через 10 мин пропускания пара и достижения давления 0,5 МПа открывают шаровой кран для соединения с теплообменником типа "труба в трубе". После выдерживания в течение 10 мин для возврата экстрагента из теплообменника в экстрактор, кран перекрывают и подают пар для достижения давления 0,5 МПа. Эту операцию проводят 5-6 раз. Мягкие ткани растительного сырья (плоды, побеги, листья) деструктируются под механохимическим воздействием ударной волны, образующейся в условиях фазового перехода «жидкость-пар» и происходящего вскипания экстрагента. В стеблях и корневой части происходит выдавливание экстракта через стенки ситовидных клеток растений и экстракция ускоряется за счет кавитационных процессов, обусловленных кипением растворителя, сопровождающимся интенсивным перемешиванием и соответственно уменьшением времени диффузии.

Для быстрого удаления экстракта после достижения давления 0,5 МПа водно-спиртовой экстракт водорастворимых витаминов олигосахаров, флавоноидов отжимают через сетчатое ложное днище экстрактора с уложенными трубами с отверстиями 1,5×2,0 мм. После разделения полученной экстракционной массы твердую фазу промывают экстрагентом в пропорциях: М измельч.сырье:М водн.этанол =1:0,25-0,5, объемный модуль 10:1-2. Экстракционную массу разделяют на жидкую фазу и твердый шлам вскипанием экстрагента и отжимом за счет образующегося избыточного давления. Для полного отжима экстракта из шлама эту операцию проводят 2-3 раза. Объединенный водно-спиртовой экстракт направляют в реактор для отгонки экстрагента. После отгонки 70% этилового спирта в аппарате вакуумной отгонки получают целевой продукт - водный раствор активных натуральных пищевых кислот, витаминов, олигосахаров, флавоноидов, который используют в виде концентрированного лекарственного вещества либо разделяют на отдельные компоненты известными методами. Отогнанный 70% раствор этилового спирта рециркулируют в процесс через узел подачи экстрагента.

В реактор, нагретый до температуры 105-110°С, содержащий шлам, после экстракции полярной фракции из узла подачи вводят спиртовой н-гексановый экстрагент (раствор 20% этилового спирта - 80% н-гексана). Массовое соотношение твердой и жидких фаз целесообразно поддерживать в пропорциях: М измельч.сырье:М гексан-этанол =1-4, объемный модуль 1:1.

Через 10 мин для смачивания сырья экстрагентом и достижения давления 0.5 МПа, которое поддерживают дополнительной подачей пара в рубашку реактора, открывают шаровой кран для соединения с теплообменником типа "труба в трубе". После выдерживания в течение 10 мин для возврата экстрагента из теплообменника кран перекрывают и подают пар в рубашку для достижения давления 0.5 МПа. Эту операцию проводят 5-6 раз. Для удаления экстракта после достижения давления 0.5 МПа отжимают водный н-гексан-спиртовой экстракт жирорастворимого липидно-каротиноидного комплекса в виде эмульсии, образующейся за счет остатка воды в сырье, от твердого шлама, содержащего лигнин и целлюлозу. После разделения полученной экстракционной массы твердую фазу промывают экстрагентом в пропорциях: М измельч.сырье:М гексан-этанол =1:0,5-1, объемный модуль 10:1-2. Экстракционную массу разделяют на жидкую фазу и твердый шлам вскипанием экстрагента и отжимом за счет образующегося избыточного давления и направляют на выделение. Для полного отжима экстракта от твердого шлама эту операцию проводят 2-3 раза. Объединенный вода-н-гексан-спиртовой экстракт направляют на выделение целевых продуктов. Целевой продукт - экстракт жирорастворимого липидно-каротиноидного комплекса, который используют в виде концентрированного лекарственного вещества, либо разделяют на отдельные компоненты известными способами. Отогнанную водно-н-гексановую эмульсию отстаивают и н-гексан рециркулируют в процесс через узел подачи экстрагента.

Твердый шлам, оставшийся после спиртово-н-гексановой экстракции, освобождают от следов экстрагента, при этом отгонку следов растворителя из отработанного шрота производят путем воздействия на него перегретых паров воды и нагрева шрота в зоне выгрузки. Выделенный продукт сушат, получают минеральный комплекс, содержащий микро- и макроэлементы, который используют как кормовую добавку в корм животных.

Таким образом, предлагаемый способ комплексной переработки в едином технологическом процессе позволяет осуществлять более эффективное использование растительного сырья при его комплексной переработке с получением наиболее ценных биологически активных пищевых компонентов. За счет внедрения стадии пропарки с отгонкой эфирных масел, терпенов, ступенчатой экстракции с использованием растворителей различной полярности достигается комплексная переработка растительного сырья и возможность расширения ассортимента биологически активных добавок, а отжим экстракта из твердого шлама за счет избыточного давления позволяет достигать исчерпывающего отделения экстракта.

Предлагаемый способ позволяет использовать сырье различной степени влажности и повысить коэффициент его использования за счет более полного отделения экстракта, а переработка отдельно либо в виде смеси плодов, листьев, побегов, стволовой и корневой частей различных видов растений позволяет получить либо отдельные компоненты и/или их композиции и, следовательно, увеличить ассортимент извлекаемых продуктов, при снижении энергозатрат в производстве продукции, упростить технологию процесса, что в результате дает возможность рационально использовать сырьевые ресурсы растительного сырья.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ комплексной переработки растительного сырья, предусматривающий подготовку, экстракцию с отделением соответствующего экстракта, с использованием в процессе каждой стадии экстракции периодического сбрасывания давления до значения, обеспечивающего вскипание экстрагента и повышения до исходного значения с отделением соответствующего экстракта, отличающийся тем, что перед стадией экстракции проводят пропарку исходного сырья с одновременной отгонкой эфирных масел и терпенов, затем ведут экстракцию водным 70% этиловым спиртом, с последующим разделением экстракционной массы на жидкую фазу и твердый шлам вскипанием экстрагента за счет образующегося избыточного давления, твердую фазу промывают экстрагентом, экстракционную массу разделяют на жидкую фазу и твердый шлам вскипанием с последующим отжимом экстракта, далее твердый шлам экстрагируют смесью 20% этилового спирта - 80% неполярного углеводорода алифатического ряда с последующим разделением экстракционной массы на жидкую фазу и твердый шлам вскипанием экстрагента за счет образующегося избыточного давления, твердый шлам промывают экстрагентом, экстракционную массу разделяют на жидкую фазу и твердый шлам вскипанием с последующим отжимом экстракта, а затем фракцию эфирных масел и экстракты направляют на выделение целевых продуктов, а твердый шлам, оставшийся после экстракции смесью этилового спирта - неполярного углеводорода алифатического ряда, освобождают от следов экстрагента нагреванием и получают минеральный комплекс, содержащий микро- и макроэлементы, которые используют как кормовую добавку в корм животных.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растительного сырья используют плоды, листья, побеги, стволовую и корневую часть растений.

3. Способ по п 2, отличающийся тем, что экстрагируемые плоды, листья, побеги, стволовую и корневую часть растений используют без предварительной сушки и измельчения плодов.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что стволовую и корневую части растений измельчают до размера 10-30-50 мм и с насыпной плотностью 0,25-0,4 т/м 3 .

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что массовое соотношение твердой и жидких фаз при экстрагировании водным раствором этилового спирта и этилового спирта - неполярного углеводорода алифатического ряда относительно сырья составляет соответственно 1:4, объемный модуль 1:1.

ТЕМА

Физико-химические основы переработки растительного сырья

План

Особенности процессов

Экстракции,

Выпаривания,

Осаждения,

Центрифугирования и сепарирования,

Фильтрования (микрофильтрация, диализ, ультрафильтрация, обратный осмос) при переработке растительного сырья

▲Экстракция

Экстракция относится к массообменным процессам.

Массообменные процессы – такие технологические процессы, скорость протекания которых определяется скоростью переноса вещества (массы) из одной фазы в другую конвективной и молекулярной диффузией. Движущая сила массообменных процессов – разность концентраций распределяемого вещества во взаимодействующих фазах .

Массообменные процессы классифицируют по трем основным признакам :

Агрегатному состоянию вещества,

Способу контакта фаз,

Характеру их взаимодействия.

По агрегатному состоянию вещества можно представить основные фазы: «газ – жидкость» (Г-Ж), «газ – твердое тело» (Г–Тв.т), «жидкость – жидкость» (Ж–Ж), «жидкость – твердое тело» (Ж – Тв.т) и др.

В зависимости от сочетания фаз имеются способы их разделения . Так, при сочетании Г–Ж разделение возможно дистилляцией, ректификацией, абсорбцией и десорбцией, сушкой и увлажнением;

Г – Тв.т – сублимационной сушкой, адсорбцией, ионным обменом, фракционной адсорбцией;

Ж – Ж–жидкостной экстракцией;

Ж–Тв.т – фракционной кристаллизацией, экстрагированием, адсорбцией, ионным обменом.

Перенос распределяемого вещества происходит всегда из фазы, в которой его содержание выше равновесного, в фазу, в которой концентрация этого вещества ниже равновесной.

По способу контакта фаз массообменные процессы разделяют на процессы

С непосредственным контактом фаз,

Контактом через мембраны и

Без видимой (четкой) границы фаз.

По характеру взаимодействия массообменные процессы и аппараты разделяют на периодические и непрерывные . В непрерывных процессах возможна организация прямоточного, противоточного, перекрестного и комбинированного движения компонентов.

Экстракция в системе «жидкость – жидкость» – процесс извлечения растворенного вещества или веществ из жидкости с помощью специальной другой жидкости, не растворяющейся или почти не растворяющейся в первой, но растворяющей экстрагируемые компоненты.

Жидкость, используемая для извлечения компонентов, называется экстрагентом . Массообмен между фазами протекает при их непосредственном контакте . Полученная в результате экстракции жидкая смесь поступает в разделитель, в котором разделяется на экстракт – раствор экстрагированных веществ в экстрагенте и рафинат – остаточный раствор, из которого экстрагированы извлекаемые компоненты. Процесс экстракции проводится в аппаратах различной конструкции – экстракторах .

При экстракции в системе «жидкость – жидкость» экстракт и рафинат разделяют отстаиванием, затем из экстракта выделяют растворенное вещество отстаиванием, выпариванием или другими методами.

В промышленности используют периодическую или непрерывную экстракцию по следующим схемам:

Одноступенчатой,

Многоступенчатой противоточной и

Многоступенчатой с перекрестным током экстрагента.

Одноступенчатая экстракция применяется тогда, когда высок коэффициент разделения. Она заключается в перемешивании исходного раствора и растворителя, а после установления равновесия фаз – в разделении смеси на экстракт и рафинат. Для разделения эмульсий используют отстойники, для трудноразделимых эмульсий – сепараторы.

Многоступенчатая экстракция проводится в многосекционных экстракторах или экстракционных установках. Она может проводиться с противотоком экстрагента или комбинированным способом при наличии нескольких экстрагентов. Многоступенчатая противоточная экстракция более эффективна, чем экстракция в перекрестном токе. При противоточной экстракции достигается более высокая средняя движущая сила процесса и происходит более полное извлечение компонента из раствора.

Экстракцию широко применяют для извлечения ценных продуктов из разбавленных растворов, а также для получения концентрированных растворов..

Преимущество экстракции заключается в том, что она проводится при низкой рабочей температуре процесса. Это позволяет разделять жидкие смеси веществ, которые при повышенных температурах разлагаются (например, эфирные масла, ферменты, антибиотики).

Экстракция твердых тел – выщелачивание .

Экстракция из твердых тел (выщелачивание, экстрагирование) – извлечение из твердого тела одного или нескольких веществ с помощью растворителя, обладающего избирательной способностью.

Выщелачивание представляет собой сложный многостадийный процесс, заключающийся в диффузии растворителя в поры твердого тела, растворении извлекаемых веществ, диффузии экстрагируемых веществ в капиллярах твердого тела к поверхности раздела фаз и массопередачи экстрагируемых веществ в ядро потока экстрагента.

В пищевой промышленности выщелачиванием обрабатывают капиллярно-пористые тела растительного или животного происхождения. Примерами таких процессов могут служить посол, маринование, копчение и др. В них солевой или водный раствор либо сложный по составу газ проникает в глубь твердого пористого продукта, смешивается с водными растворами, заполняющими их поры, и передает им часть своих растворенных веществ.

В качестве растворителей используют

Воду (для экстрагирования сахара из свеклы, кофе, цикория, чая),

Спирт и водно-спиртовую смесь (для получения настоев в ликероводочном и пивобезалкогольном производствах),

Бензин, трихлорэтилен, дихлорэтан (в маслоэкстракционном и эфиромасличном производствах) и др.

Выщелачивание является основным процессом в свеклосахарном производстве. Используется в ликероводочном производстве при получении спиртованных морсов и настоев, при производстве соков и экстрактов, в маслоэкстракционной промышленности (с помощью бензина извлекается растительное масло из семян подсолнечника).

Экстрагирование в пищевом производстве может быть выполнено различными способами :

Погружением экстрагируемого материала;

Ступенчатым орошением растворителем;

Смешанным способом, при котором материал проходит стадию замачивания, затем стадию орошения.

При погружении экстрагируемого материала процесс происходит в условиях противотока, когда растворитель и экстрагируемый материал непрерывно передвигаются навстречу друг другу.

Преимущество экстрагирования погружением – высокая скорость, простота конструкции экстракционного аппарата. Недостатки – значительные габариты экстракторов по высоте, высокое содержание примесей в конечном продукте, низкая концентрация конечного продукта.

При экстрагировании ступенчатым орошением непрерывно перемещается только растворитель, а экстрагируемый материал остается в покое в одной и той же перемещающейся емкости (ковше, камере и т.п.) или на движущейся ленте.

Конечный продукт (например, мисцелл) получается повышенной концентрации и чистоты благодаря самофильтрации через слой экстрагируемого материала. Недостатки – повышенная длительность экстракции, невысокий коэффициент использования геометрического объема.

При экстрагировании смешанным способом процесс протекает в две стадии. На первой стадии осуществляется тщательное замачивание и перемешивание (стадия экстракции погружением) экстрагируемого материала в прямоточно движущемся растворителе. На второй стадии методом ступенчатого орошения достигается окончательное экстрагирование и промывка материала чистым растворителем.

Совмещение экстрагирования погружением и ступенчатым орошением в одной установке позволяет использовать преимущества способов экстрагирования и избежать их основных недостатков.

▲Выпаривание

Выпаривание – тепловой процесс, это концентрирование (сгущение) растворов, суспензий и эмульсий (чаще твердых веществ в воде) при кипении. В процессе выпаривания парообразование (кипение) происходит в объеме выпариваемой жидкости за счет подвода тепловой энергии.

В пищевой, химической и других отраслях промышленности выпариванию подвергают главным образом водные растворы.

Выпаривание применяют для концентрирования водных растворов щелочей (едкий натр, едкий калий), солей (NaCl, Na 2 S0 4 , NH 4 NO 3 и др.) и некоторых высококипящих жидкостей, для получения растворителя в чистом виде (например, для опреснения морской воды, используя аппараты-опреснители), перенасыщенных растворов, в которых проводят кристаллизацию (растворы сахарозы, фруктозы, молочного сахара). Данный процесс используется в сахарном, консервном, кондитерском, молочном и других производствах. Выпаривают также водные растворы разных веществ (получают концентрированные соки), эмульсии (молоко), суспензии (барду) и пр.

Механизм выпаривания

При выпаривании вода из раствора удаляется в виде пара, а растворенное вещество или дисперсная фаза эмульсий и суспензий остается в неизменном количестве.

Тепло для выпаривания подводится различными теплоносителями . Основной теплоноситель – глухой водяной пар , называемый греющим или первичным или острым . Пар, образующийся при выпаривании кипящих растворов, называется вторичным или экстра-паром .

Способы выпаривания .

Выпаривание проводят под давлением

Атмосферным,

Повышенным,

Под вакуумом.

При выпаривании под атмосферным давлением вторичный пар, как правило, не используется и выбрасывается в атмосферу.

При выпаривании под повышенным давлением вторичный пар может быть использован как нагревающий элемент в подогревателях, для отопления, технологических нужд.

«+, –» Выпаривание под давлением связано с повышением температуры кипения раствора. Поэтому применение данного способа ограничено свойством раствора и температурой нагревающего агента. Например, при таких условиях ухудшается качество многих пищевых продуктов (молока, сахарных и томатных соков и др.). Кроме того, повышается стоимость установки.

При выпаривании под вакуумом можно проводить процесс при более низких температурах, что важно для растворов, склонных к разложению. При использовании греющего пара тех же параметров, что и при выпаривании под атмосферным давлением, увеличивается движущая сила процесса (полезная разность температур). Это позволяет уменьшить поверхность нагрева в аппарате или сокращает время проведения процесса.

«+, –» Выпаривание под вакуумом требует установки дополнительного оборудования (конденсатора, вакуум-насоса и др.) и большего расхода тепла на испарение. Однако этот способ широко используется для концентрирования высококипящих и легкоразлагающихся растворов.

Выпарные установки .

Классифицируют по рабочему давлению (см. выше), количеству корпусов (аппаратов).

Выпаривание под атмосферным давлением, а иногда под вакуумом производят в одиночных выпарных однокорпусных аппаратах.

Большим распространением пользуются многокорпусные выпарные установки, которые включают несколько соединенных друг с другом аппаратов (корпусов), работающих под давлением, понижающимся по направлению от первого корпуса к последнему. В таких установках можно применять вторичный пар, образующийся в каждом предыдущем корпусе, для обогрева последующего корпуса. При этом свежим паром обогревается только первый корпус. Это позволяет сэкономить значительное количество потребляемого свежего пара.

По методу ведения процесса различают периодическое и непрерывное выпаривание.

При периодическом выпаривании исходный раствор выгружают, а аппарат загружают новой порцией исходного раствора. Используют лишь в производствах малого масштаба или для упаривания растворов до высоких конечных концентраций.

При непрерывном выпаривании непрерывно подводят греющий пар и начальный раствор, а непрерывно отводят сгущенный раствор, вторичный пар и конденсат греющего пара. Применяют при выпаривании крупнотоннажных продуктов.

Особенности процессов отделение продукта

от культуральной жидкости

Для отделения взвешенных частиц от культуральной жидкости учитывают различные физико-химические свойства частиц:

Плотность;

Поверхностные свойства.

плотности частиц :

седиментация (отстаивание, осаждение) – используют для отделения крупных частиц размером от 2,3 мкм до 1 мкм.

гидроциклонирование – от 5 мкм до 700 мкм;

центрифугирование – от 400 нм до 900 нм;

ультрацентрифугирование – от 10 нм до 1 мкм;

Методы, основанные на разделении суспензий по размеру частиц :

▪ фильтрация через тканевые фильтры – отделяют частицы размером от 10 мкм до 1 мм;

▪ микрофильтрация – используют для частиц размером от 200 нм до 10 мкм;

▪ ультрафильтрация – используют для частиц размером от 10 нм до 5 мкм.

Сравнительные размеры различных объектов

Поверхностные свойства частиц используются в процессе флотаци и . В основу данного метода положена способность клеток удерживаться пузырьками воздуха. Данным способом можно удалить частицы с размером от 1 до 200 мкм.

Рассмотрим особенности использования выше приведенных методов разделения суспензий в различных производствах.

▲ Отстаивание и осаждение

Наиболее часто используют в процессе очистки сточных вод – отстаивание активного ила, для отделения животных и растительных клеток, мицелиальных грибов и пивных дрожжей и др. взвешенных частиц.

Клетки микроорганизмов и взвешенные или коллоидные частицы не обязательно должны быть крупными: они могут концентрироваться на хлопьях, агломератах.

Процесс отстаивания часто комбинируется с предварительной коагуляцией или флокуляцией. В обоих случаях к суспензии добавляют реагент – коагулянты или флокулянты.

Прикрепленные к длинным молекулам коагулятов или флокулятов несколько клеток или частиц создают основу агломерата, который в результате имеет больший вес и меньшую подвижность, что приводит к осаждению осадка.

Недостатки метода : большая продолжительность процесса (от нескольких часов до суток), не очень хорошее разделение.

▲ Центрифугирование и сепарирование

Для преодоления выше названных трудностей осаждения на клетки воздействуют центробежной силой. Центрифуги и сепараторы, создающие эту силу, называют осадительными.

▲ Фильтрование

Фильтрование обеспечивает разделение суспензий, пыли и туманов с помощью пористой (фильтровальной) перегородки, способной пропускать жидкость или газ и задерживать взвешенные в них твердые частицы. Фильтрование осуществляется под действием разности давлений жидкости по обе стороны от фильтрующей перегородки. Жидкость проходит через поры перегородки, а твердые частицы задерживаются на ней, образуя слой осадка. Фильтрование применяется для более тонкого, чем при осаждении, разделения суспензий и пыли.

От правильного выбора фильтровальной перегородки во многом зависят производительность фильтра, чистота получаемого фильтрата.

В качестве пористых перегородок используются:

Зернистые материалы: песок, уголь, асбест и др.;

Ткани: шерстяные (в основном грубошерстные), хлопчатобумажные (бязь, фланель), минеральные (асбестовая ткань), металлотканые (металлические сетки);

Жесткие пористые перегородки (в основном керамические);

В последнее время в промышленную практику вошли также синтетические материалы :

Полиамидные (нейлон, капрон, анид и др.);

Полиакрилонитриловые (орлан, нитрон, дралон и др.);

Поливинилхлоридные (саран, ровин и др.); полиэтиленовые и полипропиленовые;

Полиэфирные (терилен, дакрон, лавсан, териталь и др.);

Фторлоновые (тефлон, фторлон);

Металлические, покрытые пластиком.

При разделении суспензий в зависимости от вида фильтровальной перегородки и свойств суспензии фильтрование может быть

С образованием осадка на поверхности перегородки,

С закупориванием пор фильтрующей перегородки и

С промежуточным видом фильтрования (закупоривание пор и отложение осадка на поверхности).

По целевому назначению процесс фильтрования может быть очистным или продуктовым .

Очистное фильтрование применяют для разделения суспензий, очистки растворов от включений. В этом случае целевым продуктом является фильтрат. В пищевой промышленности очистное фильтрование используют при осветлении соков, вина, виноматериалов, молока, пива и других продуктов.

Цель продуктового фильтрования – выделение из суспензии диспергированных в них продуктов в виде осадка. Примером фильтрования такого вида может быть разделение дрожжевых суспензий, в которых целевым продуктом является осадок (дрожжи).

Процесс фильтрования в промышленных условиях проводится на фильтрах периодического и непрерывного действия .

Фильтры периодического действия позволяют проводить фильтрование в любом режиме.

Непрерывно действующие фильтры работают только при постоянной разности давления, обеспечивая непрерывное удаление осадка, что является их существенным преимуществом.

По способу создания разности давления (движущей силы) различают фильтры, работающие под давлением , и фильтры, работающие под вакуумом .

Фильтрование может обеспечить почти полную очистку жидкости от взвешенных частиц и в этом имеет преимущество перед осаждением .

С целью повышения скорости фильтрования при разделении суспензий с небольшой концентрацией твердой фазы либо содержащих слизистые вещества фильтрование проводят в присутствии вспомогательных веществ , препятствующих закупориванию пор перегородки. Слой вещества наносят на нее перед фильтрованием суспензии.

В качестве вспомогательных веществ используются тонкодисперсные угли, асбест, перлит, кизельгур и др.

Основные величины, характеризующие процесс фильтрования, – скорость и продолжительность фильтрования , зависящие от перепада давления на фильтре, вязкости фильтрата и гидравлического сопротивления при фильтровании.

Фильтрация широко распространена во всех отраслях пищевой промышленности. Так, в пивоварении фильтрация используется для отделения дробленого солода от сусла и для осветления пива. В виноделии, в соковом, консервном, ликероводочном производствах отфильтровываются части тканей плодов, ягод. Очень широко применяется фильтрация в свеклосахарном, крахмалопаточном и других производствах.

▲ Мембранные процессы – разделения жидких смесей на полупроницаемых перегородках. Внешне они похожи на обычную фильтрацию, так как движущей силой процесса является разность давлений. В действительности с помощью полунепроницаемых мембран разделяются истинные растворы (гомогенные системы), в то время как фильтрованием можно лишь разделить суспензию, т.е. отделить твердую фазу от жидкой.

Считая мембранные методы фильтрованием на молекулярном уровне (по порядку увеличения размера и молекулярной массы задерживаемых частиц), можно условно мембранные методы разделить следующим образом:

К мембранным методам очистки относят диализ, электродиализ,

К баромембранным методам – обратный осмос, ультрафильтрация, микрофильтрация и тонкая фильтрация.

Баромембранные методы.

Классифицируются по размерам пор используемых мембран и размерам задерживаемых частиц.

Прямой осмос – это диффузия молекул растворителя в раствор через полупроницаемую мембрану, когда мембрана не пропускает растворенное вещество. Осмотическое давление раствора (р 0) зависит от молярной концентрации растворенного вещества и степени его диссоциации. Если р 0 >р Г (давление гидравлическое), то идет прямой осмос. Если р 0 = р Г, диффузия воды через мембрану прекращается. Если р Г >р 0 , молекулы растворенного вещества и воды будут проходить через мембрану в растворитель. Этот механизм лежит в основе обратного осмоса и ультрафильтрации.

Следовательно, обратный осмос и ультрафильтрация – это перенос молекул через мембрану под давлением выше осмотического, при котором растворитель (вода) проходит через мембрану, а растворенное вещество в зависимости от его молекулярной массы и величины пор мембраны частично или полностью задерживается. Скорость ультрафильтрации тем выше, чем больше разница между рабочим давлением р Г и осмотическим.

Обратный осмос и ультрафильтрация – широко распространены в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой, фармацевтической и ферментной промышленности.

Преимущества ультрафильтрации – отсутствие тепловой инактивации ферментов и небольшие энергозатраты, позволяет провести концентрирование раствора без фазового превращения при комнатной температуре и одновременном освобождении от балластных веществ (низкомолекулярных).

Обратный осмос и ультрафильтрация имеют один механизм, но отличаются по ряду параметров.

Различия между обратным осмосом и ультрафильтрацией – при обратном осмосе разделение низкомолекулярных веществ происходит при рабочем давлении до 0,7-14 МПа, т.к. р 0 в этих растворах велико. Используются мембраны с очень маленькими порами (от 1∙10 -4 до 2∙10 -3 мкм).

При ультрафильтрации происходит разделение высоко- и низкомолекулярных веществ, цель процесса – получение концентрированного раствора высокомолекулярных соединений (например, ферментов). При этом рабочее давление низкое (от 0,07 до 0,7 МПа), т.к. р 0 в этих растворах небольшое. Используются мембраны с порами большими (от 3∙10 -3 до 150∙10 -3 мкм).

Названные различия достаточно условные.

Для математического описания процесса мембранного разделения служит модель движения вязкого потока через поры (уравнение Пуазейля) и модель диффузионного массопереноса (закон Фика). Принято считать, что если размер пор мембран меньше 3∙10 -3 , то процесс подчиняется закону Фика (обратный осмос), при размере пор мембран больше 3∙10 -3 (ультрафильтрация), процесс подчиняется уравнению Пуазейля.

Мембраны.

Мембраны в ультрафильтрационных установках являются главным элементом, которые должны отвечать определенным требованиям, иначе процесс очистки и концентрирования может не пройти. Мембраны должны быть высокопроницаемыми и селективными, устойчивыми к действию разделяемых растворов, механически прочными. Они должны обладать низкой адсорбцией к разделяемым веществам и невысокой стоимостью. По этим показателям считаются лучшими полимерные мембраны.

При ультрафильтрации используют мембраны из целлофана, каучука, полиэтилена, полистирола, целлюлозы и ее производных (особенно ацетатцеллюлозы), полифенола, полиакриловой кислоты, металлокерамики, пористого стекла и др.

Применение обратного осмоса и ультрафильтрации .

Механическая. Механическое измельчение является наиболее простым способом предобработки растительного сырья. Измельчение позволяет увеличить удельную поверхность материала, то есть площадь ᴇᴦο контакта с химическими агентами или биокатализаторами.

В современных биотехнологических схемах переработки крахмалосодержащего растительного сырья в продукты брожения (пиво, спирт) сырьё не только измельчают, но и фракционируют по величине частиц. Каждую фракцию обрабатывают ферментами в соответствии с кинетикой ферментативных реакций, характерной для конкретной фракции. Это позволяет рационально использовать ферментные препараты и достигать высокой степени конверсии субстратов на стадии брожения. Сильное механическое измельчение приводит к измельчению структуры сырья на молекулярном уровне. Очень важно контролировать температурный режим процесса измельчения, поскольку сильный нагрев вызывает побочные химические реакции в сырье.

При биоконверсии зернового сырья в продукты брожения используют взорванные структуры, имеющие очень высокую пористость. Механические методы переработки часто сочетают с химическими и ферментативными.

Химическая предобработка. Это обработка растительного сырья применяется для разделения комплексов структурных полимеров растений путём преимущественной экстракции какого-либо компонента, а также для расщепления растительных полимеров на низкомолекулярные продукты, которые могут быть использованы м. о. как источник питания. В качестве химических агентов чаще всего используют кислоты и щёлочи. Недостатком химической обработки является то, что она даёт побочные продукты реакции, обладающие токсичным действием на организм. При получении гидролизатов древесины успешно используют сочетание термических, механических и химических воздействий на целлюлозу.

Термохимическая обработка под давлением применяется при разделении древесины на фракции, обогащённые целлюлозой, гемицеллюлозой и лигнином. Метод, получивший название ʼʼпарового взрываʼʼ, разработан применительно к древесине быстрорастущих пород тополя, которую используют как сырьё для получения спирта путём биоконверсии. Паровой взрыв используют при переработке растительного сырья в энергоносителе. Этот метод применяется также для повышения питательной ценности древесины, подсолнечной лузги и других грубых кормов. В этих примерах паровой взрыв можно рассматривать как метод обработки растительного сырья перед биоконверсией, которая имеет место в пищеварительном тракте животных.

Электрохимическая обработка (ЭХО) привлекает внимание биотехнологов как экологически чистый дешёвый и эффективный способ деструкции растительного сырья. ЭХО имеет свои особенности. При обработке ЭХО воду или слабые водные солевые растворы, как таковые или в смеси с растительным сырьём, подвергают электролизу. Благодаря высокой химической активности ЭХО-воды и растворов с их помощью можно достигать в мягких условиях гидролиза тех же результатов, что и при жёсткой химической обработке. Это очень существенно, так как отпадает необходимость конструировать оборудование, устойчивое к агрессивным средам.