автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Технологические основы совместной гидролитической деструкции торфа и гемицеллюлозсодержащего сырья с получением регулятора роста растений

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ Институт проблем использования природных ресурсов и экологии

Г

УДК 665.7.032.53 + 631.811

ГТ о ОД

2 2 ДЕК Ш

ХРИПОВИЧ Анна Александровна

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОВМЕСТНОЙ ГИДРОЛИТИЧЕСКОЙ ДЕСТРУКЦИИ ТОРФА И ГЕМИЦЕЛЛЮЛОЗСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ С ПОЛУЧЕНИЕМ РЕГУЛЯТОРА РОСТА РАСТЕНИЙ

05.17.07 - химическая технология топлива

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 2000

Работа выполнена в лаборатории химии и химических технологий твердого топлива Института проблем использования природных ресурсов и экологии Национальной академии наук Беларуси

Научный руководитель:

доктор технических наук старший научный сотрудник Наумова Г.В.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук

профессор

Ляхевич Г.Д.

кандидат сельскохозяйственных наук Шанбанович Г.Н.

Оппонирующая организация - Белорусский государственный технологический университет

Защита состоится « 2000 г. в /Г часов на заседании

совета по защите диссертаций КО 1.23.01 в Институте проблем использования природных ресурсов и экологии HAH Беларуси (220114, г. Минск, Староборисовский тракт, 10, конференц-зал, тел. 264-22-52, факс 264-24-13).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем использования природных ресурсов и экологии HAH Беларуси.

Автореферат разослан 2000 1

Ученый секретарь

. и ,, v ^t-J-f---

совета по защите диссертаций Т.П. Смычник

А адЩ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Торф в условиях Беларуси является не только доступным местным топливом, но и исходным сырьем для производства многих видов продукции, необходимой сельскому хозяйству: компостов, мелиорантов, кассет для рассады, органоминеральных удобрений, питательных субстратов и тепличных грунтов. В последние годы гумуссодержащие ископаемые вовлекаются в сферу производства биологически активных препаратов (БАП), которые активизируют обменные процессы в живой клетке, способствуя повышению урожайности сельскохозяйственных культур.

Известные технологические решения по производству БАП на основе гу-муссодержащего сырья базируются в основном на извлечении свободных гу-миновых веществ (ГВ) из торфа, бурого угля путем их выщелачивания, что не позволяет эффективно использовать сырье.

В ИПИПРЭ HAH Б разработаны технологические приемы получения гу-миновых препаратов, действующим веществом которых являются не только модифицированные ГВ, но и частично меланоидины (МЛ), образующиеся при взаимодействии углеводов и азотсодержащих соединений торфа.

Однако процесс меланоидинообразования применительно к продуктам гидролитической деструкции торфяного и растительного сырья не изучен, что не позволяет наряду с ГВ использовать МЛ, хотя их ростстимулирующее действие является установленным фактом.

Учитывая острую потребность сельского хозяйства республики в доступных экологобезопасных регуляторах роста, а также тот факт, что после аварии на Чернобыльской АЭС во многих регионах запрещено применение химических стимуляторов, разработка экологически чистых эффективных БАП гуми-ново-меланоидиновой природы на основе местного сырья представляется важной задачей, а тема настоящей диссертации, направленной на решение этих вопросов - своевременной и актуальной.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Работа выполнена в соответствии с планом научных исследований в области естественных наук Национальной Академии Наук Республики Беларусь «Биосферносов-местимые технологии 09» (1996-2000 гг.', № госрегистрации 19962289), планом научных исследований по Республиканской научно-технической программе Академии Аграрных наук Республики Беларусь «Детское питание» (1993-1996 гг., № госрегистрации 19963323), по плану фундаментальных исследований Академии Аграрных наук Республики Беларусь (1999-2000 гг., № госрегистрации 2000190).

Цели и задачи исследования. Цель настоящей работы - научное обоснование и разработка технологических основ получения биологически активных

препаратов гуминово-меланоидиновой и меланоидиновой природы и проверка их эффективности на различных сельскохозяйственных культурах и в лесном хозяйстве.

Для достижения поставленной цели предусматривалось решить следующие задачи :

* выявить влияние азотсодержащих добавок и технологических параметров процесса кислотно-щелочного гидролиза торфа на химический состав и биологическую активность гидролизатов;

* исследовать влияние природы химических реагентов, их концентрации и рН среды на интенсивность процесса меланоидинообразования;

* определить оптимальные условия процесса получения регулятора роста растений гуминово-меланоидиновой природы «Аминогумат»;

* изучить возможность получения БАП на основе гемицеллюлозсодер-жащего сырья - ростки солода;

* разработать способ и технологию получения регулятора роста растений гуминово-меланоидиновой природы «Аминогумат» и меланоидинового регулятора роста растений «Мальтамин»;

* получить опытные партии препаратов и уточнить технологические параметры их производства на опытно-промышленной установке;

* разработать нормативно-техническую документацию на препараты и технологии их производства;

* провести полевые и производственные испытания новых регуляторов роста в различных отраслях растениеводства.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования является природное гумус- и гемицеллюлозсодержащее сырье - торф, ростки солода, дрожжевая крошка.

Предмет исследования - их направленная химическая модификация с целью получения БАП гуминово-меланоидиновой и меланоидиновой природы.

Объектами исследования являлись также продукты последовательного кислотно-щелочного гидролиза торфа с различными добавками.

Методология и методы проведенного исследования. При выполнении экспериментальной части работы использованы как традиционные, так и оригинальные аналитические, химические, физико-химические и биохимические методы исследований.

В основу исследований компонентного состава торфа была положена методика Раковского - Вернер.

Для характеристики полученных продуктов использовали физико-химические и химические методы исследования : фотоколориметрию, спектрометрию, хроматографию, поляриметрию. Для оценки биологической активно-

сти были привлечены биохимические методы тестирования, основанные на определении всхожести, цитокининовой и гиббереллиновой активности и др.

Научная новизна и значимость полученных результатов. Впервые предложен новый способ совместной гидролитической деструкции торфа различной степени гумификации и растительных отходов, богатых свободными аминокислотами.

Впервые на модельных системах изучено меланоидинообразование с участием соединений различного химического строения, выявлены основные факторы, влияющие на процесс образования МЛ.

Установлено, что синтез МЛ наиболее интенсивно протекает в щелочной среде в интервале температур 90-120°С и с участием азотсодержащих соединений, имеющих в своем строении фенольную функциональную группу или несколько аминогрупп.

Впервые определен интервал концентраций азотсодержащих соединений, при котором меланоидинообразование возрастает многократно.

Впервые предложен способ последовательного кислотно-щелочного гидролиза гемицеллюлозсодержащего сырья — ростков солода для получения биологически активного препарата меланоидиновой природы.

Практическая значимость полученных результатов. Разработан способ и технология производства высокоэффективного регулятора роста растений гу-миново-меланоидиновой природы, позволяющий использовать в качестве сырья торф различного уровня гумификации и неутилизуемые отходы пищевой промышленности. Научно обоснованы оптимальные условия процесса, при которых выход препарата достигает 85-88 % от ОМ сырья, тогда как в известных технологических решениях он не превышает 70 %.

На опытной установке проведена проверка предложенных технологических режимов получения нового препарата гуминово-меланоидиновой природы, результаты которой использованы при разработке временного технологического регламента на его производство.

Разработан оригинальный способ и технология производства нового БАП меланоидиновой природы на основе ростков солода. Способ защищен патентом РБ X» 3425.

Совместно с Белорусским научно-исследовательским санитарно-гигиеническим институтом МЗ РБ выполнена токсиколого-гигиеническая оценка нового БАП, выявившая его безвредность для окружающей среды и здоровья человека.

Оформлены и утверждены постоянно действующие технические условия «Препарат биологически активный Мальтамин-ЛХ» (ТУ РБ 00280198.0372000).

Совместно с научно-исследовательскими институтами Академии Аграрных наук РБ проведены полевые и производственные испытания новых препаратов в хозяйствах Беларуси при возделывании зерновых, овощных, технических культур и картофеля. Установлено, что применение аминогумата и маль-тамина позволяет повысить урожайность сельскохозяйственных культур на 1030 % при одновременном улучшении качества получаемой продукции. На основании результатов комплексных исследований получено разрешение Гос-химкомиссии Министерства сельского хозяйства и продовольствия РБ на применение мальтамина в растениеводстве.

На ОАО «Лесохимик» (г. Борисов) организовано производство мальтами-на-ЛХ, который используется в лесном хозяйстве.

Предложена ресурсосберегающая технология переработки торфа, позволяющая из 1 т исходного сырья влажностью 50 % получить 4,8 т высокоэффективного регулятора роста растений с концентрацией действующих веществ до 12 %. Выход гуминовых препаратов по известным технологиям в 1,5-2 раза ниже.

Регуляторы роста, получаемые по предлагаемым технологиям, можно отнести к разряду импортозамещающей продукции. Стоимость одного килограмма аминогумата составляет 0,3 $, мальтамина - 0,2 $, тогда как импортируемых БАП 10-20 $. Поэтому их применение в сельском и лесном хозяйствах республики позволит существенно сэкономить валютные ресурсы.

Использование новых регуляторов роста в дозах 2-3 кг/га обеспечивает без изменения технологии возделывания сельскохозяйственных культур повышение их урожайности на 10-30 % при одновременном улучшении качества получаемой продукции. Это свидетельствует о том, что применение аминогумата и мальтамина является высокорентабельным и экономически целесообразным.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

* Научное обоснование совместной гидролитической деструкции торфа и гемицеллюлозеодержащего сырья для обогащения продуктов меланоидинами

* Закономерности меланоидинообразования с участием углеводов и азотистых соединений различного химического строения

* Способы и технологии производства новых БАП «Аминогумат» и «Мальтамин»

* Оценка химического состава биологически активного комплекса аминогумата и мальтамина и особенностей его биологического действия на растения.

Личный вклад соискателя. Соискателем проведены исследования процесса меланоидинообразования в модельных системах, изучено влияние различных факторов на интенсивность протекания реакции Майяра. Определены оптимальные условия совместной гидролитической деструкции торфа и азотсо-

держащих добавок, разработаны способы получения регуляторов роста растений «Аминогумат» и «Мальтамин».

Изучен биологически активный комплекс аминогумата и мальтамина, выявлены особенности их стимулирующего воздействия на растения (цитокини-новая и гиббереллиновая активность), а также на качество получаемой сельскохозяйственной продукции (содержание сухого вещества, крахмала, витаминов, нитратов).

Организован выпуск опытно-промышленных партий новых препаратов, уточнены технологические параметры их производства.

Разработка технологии получения мальтамина-ЛХ, нормативно-технической документации и внедрение препарата в производство было осуществлено совместно с сотрудниками лаборатории химии и химических технологий твердого топлива; полевые и производственные испытания - совместно со специализированными научно-исследовательскими институтами Академии Аграрных наук РБ.

Апробация результатов диссертации. Результаты научных исследований по теме диссертации доложены на Международной научной конференции «Регуляторы роста растений» (Москва, 1997 г.), Международной научной конференции «Актуальные проблемы современного картофелеводства» (Минск, 1997 г.), Международной научной конференции «Экология и молодежь» (Гомель, 1998 г.), 4 Европейской конференции по биотехнологии (Германия, Потсдам, 2000 г.), Международной научно-практической конференции «Овощеводство на рубеже третьего тысячелетия» (Минск, 2000 г.), а также на других совещаниях и научных семинарах.

Опубликованность результатов. Результаты научных исследовании по теме диссертации защищены 1 патентом РБ, представлены в 1 заявке на изобретение, а также опубликованы в 5 научных статьях, б тезисах научных конференций, 2 статьи находятся в печати.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав, списка использованных литературных источников и приложений.

Полный объем диссертации 140 страниц, в том числе 18 иллюстраций на 17 страницах, 45 таблиц на 25 страницах и 9 приложений на 24 страницах. Список использованных источников включает 130 наименований.

Основное содержание работы

В первой главе рассмотрены современные представления об активирующем воздействии ГВ на живые организмы, ихтоженные в работах Л.Ф. Бобыря,

А.И. Горовой, С.С. Драгунова, Г.В. Наумовой, Д.С. Орлова, Л.А. Христевой, В. Фляйга, н др.

Отражены научные концепции меланоидинообразования по реакции Майяра, предложенные Е. Анетом, К. Ли, А. Пономаревой, Р Хананом, Дж. Ходжем и др.

Анализ известных технологических приемов получения гуминовых препаратов показал, что при всем многообразии методов существующие технологии извлечения ГВ не позволяют достичь высокой степени переработки исходного сырья, а получаемые препараты уступают по своей биологической активности регуляторам роста, синтезируемым путем глубокой химической деструкции.

Сделан вывод об отсутствии известных технологических решений по получению БАП меланоидиновой природы, в то время как биологическая активность меланоидинов установлена рядом исследователей (С.С. Маль, Р.И. Царева, Г. Кабакчиева, Т. Гинова-Стоянова).

Вторая глава содержит сведения об объектах и методах исследования. В экспериментах попользованы как верховой, так и низинный торфа различной степени разложения ( Я ), характерные для месторождений Беларуси. Из низинных: осоковый 11=15-20 %, тростниковый 11=35-40 %, из верховых - магеллани-кум-торф 11=10-15 %.

В качестве азотсодержащих добавок использовали карбамид, ростки солода и дрожжевую крошку.

Совместный последовательный кислотно-щелочной гидролиз проводили в герметически закрывающихся ампулах из нержавеющей стали, которые выдерживали в термостате при заданных условиях.

Для оценки химического состава гидролизатов и изучения реакции Майяра на модельных системах были привлечены современные аналитические и физико-химические методы исследования, в т.ч. ионообменная хроматография и хроматография на бумаге, элементный анализ, фотоэлектроколориметрия, ИК-спектроскопия.

Особенности биологического действия ГП и МЛ изучали на растительных объектах с использованием биологических и биохимических методов.

Третья глава посвящена исследованию меланоидинообразования на модельных системах с участием углеводов и азотистых соединений различного химического строения.

В качестве углеводного реагента были выбраны моносахариды пентозно-го строения — ксилоза и гексозного ~ глюкоза, преобладающие в малоразло-жившемся торфе, в качестве азотистого компонента - карбамид, аланин, фени-лаланин, лизин, аргинин, тирозин.

Результаты экспериментов показ али, что наиболее существенное влияние на инициирование и интенсивность м еланоидигообразования оказ ывает тем пе-ратура, врем я экспозиции, а также реакция среды. Природа как углеводного, так и азотистого ком понента сказывается только в рамках этих ф акторов.

В области низ ких тем ператур (20-60сС )образ ования М Л не происходит вне з ав исим ости от рН среды, врем ени экс поз иции и присутствия катализ атора. В солянокислой среде меланоидинообразование инициируется приповышении тем пературы до 90°С и достигает своего м аксим ум а через 90 м ин э кс поз иции. Дальнейшее повышение тем пературы ускоряет нарастание цветности растворов. Характерно,что в солянокислойсреде присутствие катализатора не сказывается на протекании реакции Майяра. В сернокислойсреде образованием Л происходит только в присутствии катализ атора - хлорной м еди итребует повышения температуры до 120°С.

Установлено, что во всех опытах ксилоз а была более реакционно способна, чем глюкоза при прочих равных условиях эксперим ента (рис. 1).

Анализ эксперим ентальныхданныхпоказал, что щелочная среда является наиболее благоприятной для образования м еланоидинов: цветность появляется уже через 10-15 мин во всех вариантах опытов.

Интенсивность цветности растворов нарастала экспоненциально и, достигнув максим ум а, оставалась практически неизменной. С увеличением тем пературы оптическая плотность достигала м аксим ум а заменьшийпериодврем е-ни.

С увеличением температуры возрастает интенсивность нарастания цветности. Отм ечено, что природа ком понентов также влияет на характер кривых.

Сравнение активности различны хам инокислот (рис. 1)показ ывает, что наиболее активно в реакциях м еланоидинообразования участвует тнроз ин. В опытах с аргинином и лизином в первый период врем ени (до 60 мин) бол ее интенсивно нарастала цветность лизинсодержащих растворов,однако с увеличением врем ени экспозиции (от 90 до 180 м ин)ингенсивность окраски аргинин-соде ржащих растворов опережала интенсивность нарастания окраски лизинсодержащих растворов. Это явление может быть обусловлено влиянием различных групп на аминогруппы ам инокислот. Лизин и аргинин имеют в своем строении по две ам иногруппы. Но еслиу лизина обе аминогруппы связаны непосредственно с углеродны м скелетом ,то в аргинине вторая ам иногруппа входит в гуанидиновую группу,в которой связи более устойчивы. Таким образом, этаам иногруппа аргинина вступает в реакцию лишь приповышенныхтемпера-турах или при длительной экспозиции. Это подтверждается эксперим ентапьно, так приповышеннитем пературы до 120С аргинин во всем временном диапазоне более активен,чем лизин.Более высокая реакционная способность тирозина объясняется влиянием ф енольной группы на ам иногруппу.Подобное же

влияние ф е ноль ной группы делает фенилаланин более реакционноспособным к меланоидинообразованию, чем аланин.

а) глюкоза

60 90

Время, мин

б)ксилоза

180

60 90

Время, мин

Аргинин • в • -Лизин —*—Тирозин —•—Аланин ■ - -Фенилаланин —е— Карбамид -ъ 120

180

Рис.1 Влияние хим иче с кой природы аз отпетых веществ на интенсивность меланоидинообразоваиия в щелочной среде

Исследования влияния количества азотсодержащего компонента на инициирование и интенсивность образования МЛ показали, что оптимальной является концентрация 0,1 % карбамида или аминокислоты в щелочной среде.

Моделирование реакции Майяра с участием реагентов сложного полимерного строения изучали на реакциях полисахаридов с аминокислотами и протеинов с моносахаридами. Полисахариды выделяли из магелланикум-торфа с 11=10-15 % и лузги гречневой, протеины - из осокового торфа с Я "! 5-20 % и ростков солода.

В результате экспериментов установлено, что белки растительного происхождения (из торфа, ростков солода), а также кислые полисахариды (из торфа, лузги гречневой) активно участвуют в реакции Майяра в щелочной среде.

На интенсивность меланоидинообразования оказывают существенное влияние те же факторы, что в случае модельных опытов с моносахаридами: температура, время экспозиции, природа реагентов.

Полисахариды торфа и лузги гречневой проявили высокую реакционную способность при длительном нагревании (до 5 ч ) с максимумом при 4 ч экспозиции, в то время как при нагревании моносахаридных сред максимум цветности достигался уже через 1-1,5 ч. Нарастание цветности было прямо пропорционально увеличению температуры реакции (от 60 до 120°С), но в более узких пределах, чем у моносахаридных сред - от 2,0 до 2,4 О.

Эксперименты показали, что карбамид в качестве азотного компонента более реакционно способен, чем глицин, а пектины лузги гречневой, чем пектины торфа. Так максимум цветности в растворах, содержащих пектины лузги гречневой достигается на 1 ч быстрее, чем в растворах, содержащих пектины торфа (рис.2).

Протеины солодовых ростков значительно менее реакционно способны, чем простые азотсодержащие компоненты (аминокислоты, карбамид) - максимум цветности при 120°С составил 0,7 О (в сравнении с 2,2 О в аминокислотных средах), и время достижения максимума цветности - 3 и 1ч для протеино-содержаших и аминокислотсодержащих сред соответственно (рис.3).

Четвертая глава посвящена разработке способа получения регулятора роста растений методом совместной гидролитической деструкции торфа и азотсодержащих добавок.

. В качестве таких добавок были выбраны : карбамид - химическое соединение, активно участвующее в меланоидинообразосании, и отходы пищевой промышленности, богатые свободными аминокислотами - ростки солода и дрожжевая крошка.

Введение карбамида в реакционную среду существенно повышает выход целевого продукта с 63,5 до 78,2 % для осокового торфа и с 62,2 до 69,9 % для

Рис.2 Зависимость скорости взаимодействия пектинов торфа с азотистыми веществами от температуры

Рис.3 Зависимость скорости взаимодействия протеинов ростков солода с углеводами от температуры

а)

Время, ч

б)

Ч О X

ш

препарат из магелланикум-торфа

Ч-1-1-Ч-1

0 1 1,5 2 2,5 3

Содержание карбамида, % на ОМ торфа

- тростниковый торф •

+ дрожжи осоковый торф + ростки

Количество добавки, % на ОМ сырья

Рис.4 Зависимость выхода препарата от содержания азотсодержащей добавки

магелланикум-торфа, причем максимум отмечался при внесении 2 % карбамида на ОМ торфа (рис.4а).

Использование в качестве азотсодержащей добавки ростков солода и дрожжевой крошки позволяет достичь выхода 88-90 % на ОМ сырья при внесении 10-15 % (по ОМ торфа) добавки. Причем уровень этих показателей одинаков как для торфа высокой степенью разложения, так и для малоразложившего-ся торфа (рис.4б).

Биологическая активность препаратов, полученных с внесением оптимальных концентраций добавок, была наивысшей и достигала 30-35 %.

Введение различных азотсодержащих добавок заметно сказывается на химическом составе препаратов (табл.1). Введение в реакционную среду дрожжей позволяет достичь наиболее высокого выхода продукта, при этом в составе органического вещества отмечается высокое содержание азота, аминокислот и карбоновых кислот. Органическое вещество препарата с ростками солода характеризуется более низким содержанием карбоновых кислот и общего азота, при этом отмечается более высокое содержание ГК. При введении карбамида в реакционную среду содержание гуминовых и карбоновых кислот и общего азота находится на уровне, характерном для препарата с дрожжами, однако содержание аминокислот более низкое.

Таблица 1

Химический состав новых биологически активных препаратов

Содержание компонентов, % Гидро-гумат Аминогумат Маль-тамин

с дрожжами с ростками солода с карбамидом

Органическая масса:

в препарате 4,8 6,9 6,05 6,57 4,8

на ОМ сырья 63,5 87,4 85,7 78,2 84,2

Нелетучие карбоновые

кислоты: в препарате 1,1 0,957 0,662 0,825 0,71

на ОМ препарата 22,0 13,87 10,95 12,56 14,9

на ОМ сырья 14,5 12,4 9,6 9,8 12,45

Общий азот: в препарате 0,017 0,037 0,022 0,033 0,04

на ОМ препарата 0,35 0,54 0,36 0,50 0,85

на ОМ сырья 0,22 0,48 0,32 0,39 0,70

Аминокислоты *:

в препарате 14,00 48,57 33,62 28,25 126,98

на ОМ препарата 0,292 0,704 0,556 0,430 2,6

на ОМ сырья 0,185 0,629 0,487 0,336 2,21

ГК и МЛ: в препарате 2,8 5,26 4,89 4,97 3,94

на ОМ препарата 58,5 76,2 80,9 75,7 82,1

на ОМ сырья 37,1 68,1 70,9 59,2 69,1

* — содержание аминокислот дано в мг %.

Исследования ростков солода как азотсодержащей добавки к торфу при производстве регуляторов роста выявили их положительное влияние на химический состав и биологическую активность получаемых препаратов, поэтому представляло научный интерес изучить особенности процесса гидролитической деструкции в разных условиях одних ростков солода. Наибольший выход препарата (83-85 % от ОМ сырья) достигается при последовательном кислотно-щелочном гидролизе ростков при 96-100°С рН 10,5-11,5 и длительности кислотного гидролиза 1,5-2,0 ч, щелочного - 1,0 ч.

Химический состав полученного препарата отличается высоким содержанием азота (0,85 % на ОМ препарата), меланоидинов (82,1 %) и свободных аминокислот (2,6 %). Уровень биологической активности был также высок -прирост биомассы составил 20-27 % к контролю. Это явилось основанием для разработки способа получения регулятора роста растений, защищенного Патентом РБ № 3425.

В пятой главе изложены технологические основы производства новых БАП и результаты их производственных испытаний в растениеводстве и лесохимии.

Отработка технологических режимов и получение опытных партий аминогумата и мальтамина на опытно-промышленной установке подтвердили эффективность предложенных технологических процессов. Деструкция органического вещества сырья в этих условиях вдет более глубоко, чем в лабораторных экспериментах. Это позволило оптимизировать режимы получения мальтамина за счет уменьшения гидромодуля до 1:9, снижения расхода №ОН с 50 до 40 % на ОМ сырья, а аминогумата за счет сокращения времени кислотного гидролиза до 3 ч, снижения расхода КаОН до 40 %. В опытно-нромышленном образце аминогумата на долю ГК приходится 78,2 %, карбоновых кислот 14,5 %, аминокислот 0,4 %. Полученные результаты легли в основу временного технологического регламента на производство аминогумата. В опытно-промышленном образце мальтамина содержится до 84 % МЛ, 2 % аминокислот, 16 % карбоновых кислот. Полученные результаты явились основанием для разработки временного технологического регламента на производство мальтамина и постоянно действующих технических условий на данный препарат (ТУ РБ 00280198.037-2000).

Полевые и производственные испытания новых регуляторов роста растений проводили в течение ряда лет совместно с научно-исследовательскими институтами Академии аграрных наук РБ на основных культурах, возделываемых в республике. Аминогумат и мальтамин применяли для обработки посевного материала зерновых и картофеля (0,2-1,0 кг/т), опрыскивания вегетирующих растений (2-5 кг/га). Использование новых БАП позволяет повысить урожайность зерновых на 15-28 %, корнеплодов на 10-17 %, овощных и технических

культур на 15-20 %, картофеля на 15-25 %. Препараты оказывают положительное влияние на качество растениеводческой продукции: повышается содержание сухих веществ, крахмала, углеводов, витаминов, снижается уровень нитратов в картофеле и овощах, увеличивается крепость льноволокна.

На основании положительных результатов производственных испытаний и токсиколого-гигиенической оценки мальтамин внесен Госхимкомиссией Минсельхозпрода РБ в Список регуляторов роста и средств защиты растений, разрешенных к применению в Республике Беларусь.

БАП «Мапьтамин-ЛХ» производится на ОАО «Лесохимик» (г. Борисов) и применяется как стимулятор смолоотделения при подсочке сосны в лесном хозяйстве республики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1.Научно обоснована принципиальная возможность и целесообразность совместной гидролитической переработки торфа и азотсодержащих добавок, обеспечивающих получение регулятора роста растений с повышенной биологической активностью [10].

2. Впервые на модельных системах изучено меланоидинообразование с участием соединений различного химического строения. Установлено, что наиболее интенсивно образование меланоидинов происходит в щелочной среде при температуре 90-120°С с участием углеводов пентозного строения, среди азотистых компонентов более активны карбамид и аминокислоты, имеющие фенольную функциональную группу либо две аминогруппы.

Впервые отмечено активное участие в меланоидинообразовании полисахаридов пектиновой природы и протеинов, выделенных из торфа и растительного сырья [11].

3. На основе модельных опытов показана целесообразность использования при гидролизе торфа в качестве азотсодержащих добавок карбамида, ростков солода и дрожжевой крошки. Определен интервал концентраций азотсодержащих соединений, при котором меланоидинообразование возрастает многократно [5, 10].

4. Впервые предложен способ последовательного кислотно-щелочного гидролиза гемицеллюлозсодержащего сырья, богатого азотистыми соединениями (ростков солода) для получения БАП меланоидиновой природы. Способ защищен Патентом РБ [12].

5. Разработаны постоянно действующие технические условия «Препарат биологически активный Мальтамин-ЛХ» (ТУ РБ 00280198.037-2000) и времен-

ный технологический регламент на его производство. Организован выпуск мальтамина-JIX на ОАО «Лесохимик» г. Борисов.

Разработан способ и технология получения высокоэффективного гумино-во-меланоидинового регулятора роста растений «Аминогумат». Выпущена опытная партия аминогумата на ЗАО НПО «Белнефтесорб» г. Житковичи. Разработан временный технологический регламент на производство регулятора роста растений «Аминогумат» [2].

6. Комплексные исследования мальтамина и аминогумата, проведенные совместно со специализированными предприятиями биологического, медицинского и сельскохозяйственного профиля, выявили высокую эффективность этих препаратов как регуляторов роста растений, а также их безвредность для окружающей среды и здоровья человека. На основании результатов проверки получено разрешение Госхимкомиссии Министерства сельского хозяйства и продовольствия Беларуси на применении мальтамина в растениеводстве [1-9].

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Влияние приемов подготовки почвы и клубней к посадке на продуктивность картофеля и ресурсосбережение / Юхневич М.И., Наумова Г.В., Валуев В.В. и др.//Вести Академии аграрных наук - 1995. — № 1. -С.5-8.

2. Биологически активные препараты на основе торфа - эффективные регуляторы роста растений / Наумова Г.В., Жмакова H.A., Овчинникова Т.Ф. и др. // Международный аграрный журнал. - 2000. — № 2. - С.16-18.

3. Юхневич М.И., Наумова Г.В., Макарова Н.Л. и др. Влияние биологически активного препарата «Мальтамин» на продуктивность и качественные показатели картофеля // Состояние и перспективы развития картофелеводства в Республике Беларусь: Тр. / Белорус, науч.-исслед. ин-т картофелеводства. - Мн., 1999. - C.Ü42-2W.

4. Биологически активный препарат «Мальтамин» - эффективный стимулятор выхода живицы / Хрипович A.A., Кляуззс И.В., Макарова Н.Л. и др. // Природопользование. - 2000. -вып.б. - С.138-140.

5. Влияние нового биологически активного препарата «Аминогумат» на урожайность и качество корнеплодов У Хрипович A.A., Кляуззе И.В. // Природопользование. - 2000. - вып.б. - С.140-141.

6. Юхневич М.И., Наумова Г.В., Хрипович A.A. Применение нового регулятора роста «Мальтамин» на картофеле // Регуляторы роста растений: Тез. докл. науч. конф., Москва, 16-17 мая 1998 г./ МГУ - Москва, 1997.-С.84.

7. Макарова Н.Л., Хрипович A.A., Кляуззе И.В. Новый регулятор роста растений «Мальтамин» и его влияние на урожайность и качественные показатели картофеля // Актуальные проблемы современного картофе-

леводства: Тез. докл. науч. конф., Самохваповичи, 10-11 сент. 1997 г. / Акад. Аграр. Наук Респ. Беларусь. Белорус. Науч.-исслед. Ин-т картофелеводства. Минск, 1997.-С. 127.

8. Хрипович А.А. Возможности использования биологически активного препарата Мальтамин как ингибитора нитратонакопления в овощной продукции // Экология и молодежь: Материалы межд. научн. конф. / ГГУ. -- Гомель. - 1998. -Т.2..—С. 161.

9. Экологические аспекты производства и применения в растениеводстве регуляторов роста на основе торфа. Наумова Г.В., Жмакова Н.А., Овчинникова Т.Ф., Макарова H.JI. // Твердые горючие ископаемые в решении экологических и экономических проблем топливно-энергетического комплекса России: Материалы сессии науч. совета РАН, г. Звенигород, 1998. -С.292-295.

10.Ecologically-friendly regulators of plant and microorganisms growth, activating the productiveness processes and improving the biological mass'quality. Naumova G.V., Zhmakova N.A., Ovchinnikova T.F., Makarova N.L. // Biotechnology and Microalgae: Abstracts of 4th European Workshop, Bergholz-Rehbriicke, Germany, May 29 and 30, 2000.

11 .Экологически безопасные биологически активные препараты растительного происхождения и перспективы их использования в овощеводстве. Наумова Г.В., Овчинникова Т.Ф., Аутко А.А., Клещук Д.А. // Овощеводство на рубеже третьего тысячелетия: Материалы Межд. науч.-практ. конф., Самохваловичи, 6-7 июля 2000 г. / Акад. аграр. наук Респ. Беларусь. Белорус, науч.-исслед. ин-т овощеводства. - Минск, 2000. - С.159-162.

12. Наумова Г.В., Кособокова Р.В., Макарова Н.Л., Овчинникова Т.Ф., Жмакова Н.А. Способ .получения регулятора роста растений. Патент РБ № 3425 по заявке № 970318 Официальный бюллетень Государственного патентного комитета Республики Беларусь, 1998. -- № 3. - С.41.

16

РЕЗЮМЕ

Хрипович Анна Александровна

Технологические основы совместной гидролитической деструкции торфа и гемицеллюлозсодержащего сырья с получением регулятора роста растений

Ключевые слова: торф, регулятор роста, биологически активный препарат, гидролиз, деструкция, азотсодержащая добавка, технологический режим, меланоидины, меланоидинообразование, качество продукции.

Объекты исследований: торф, гемицеллюлозсодержащее сырья, меланоидины, биологически активные препараты «Аминогумат» и «Мальтамин».

Цель работы: научное обоснование и разработка технологических основ получения биологически активных препаратов гуминово-меланоидиновой и меланоидиновой природы и проверка их эффективности на различных сельскохозяйственных культурах.

Методы исследований: химические, физико-химические, биологические, биохимические.

Аппаратура: фотоэлектроколориметр, спектрофотометр, полярограф, реактор-автоклав, центрифуга.

Впервые для получения биологически активных препаратов предложен новый способ совместной гидролитической деструкции торфа и растительных отходов, богатых свободными аминокислотами, основанный на выявленных на модельных системах закономерностях меланоидинообразования. Определен характер влияния природы азотсодержащей добавки, технологических параметров и вида торфа на выход, состав и биологическую активность препарата. Установлено, что введение азотсодержащей добавки обеспечивает синтез биологически активных соединений - меланоидинов по реакции Майяра. Разработан способ и технология производства регуляторов роста гуминово-меланоидиновой («Аминогумат») и меланоидиновой природы («Мальтамин») с выходом 80-85 % от ОМ сырья. Эффективность аминогумата и мальтамина подтверждена производственными испытаниями в специализированных институтах и хозяйствах республики при возделывании зерновых, овощных, технических культур и картофеля. Госхимкомиссией РБ мальтамин включен в список препаратов, разрешенных к применению в растениеводстве. Выпущена опытная партия аминогумата на опытно-промышленной установке ЗАО «Белнефтесорб» (г. Житковичи). Разработана нормативно-техническая документация и организовано производство мальтамина-ЛХ на ОАО «Лесохимик» (г. Борисов), препарат внедрен в лесном хозяйстве Беларуси.

17

РЭЗЮМЕ Хрыпов1ч Ганна Аляксандрауна

Тэхналапчныя асновы сумеснай пдралггычнай дэструкцьн торфу i ге-мщэлюлоззмяшчальнай сыравшы з атрыманнем рэгулятара росту paciiin

Ключавыя словы: торф, б!ялапчна актыуны прэпарат, рэгулятар росту, б-1ялапчная актыунасць, пдрол13, дэструкцыя, тэхналапчны рэжым, мела-нащзшы, меланащзшаутварэнне, азотазмяшчальная дабаука.

Аб'екты даследаванняу: торф, гемщэлюлоззмяшчалыгая сыравша, мела-нащзшы, б1ялапчна актыуныя прэпараты «Амшагумат» i «ManbTaMiH».

Мэта работы: навуковае абгрунтаванне i распрацоука тэхналапчных ас-ноу атрымання б1ялап'чна актыуных прэпаратау гумшава-меланащзшавай i ме-лана1'дзшавай прыроды i пацверджанне ix эфектыунасш як рэгулятарау росту на розных сельскагаспадарчых культурах.

Метады даследаванняу: х!м1чныя, ф1з!ка-х1м1чныя, 61'ялапчныя, б!яхш1чныя.

Апаратура: фотаэлектракаларыметр, спектрафатометр, палярограф, рэак-тар-аутаклау, цэнтр1фуга.

Упершыню для атрымання б1ялапчна актыуных прэпаратау прапанаваны метад пдралггычнай дэструкцьн торфу i раслшных адходау, багатых свабод-ным1 амшаюслотамц як! заснаваны на выяуленых у мадэльных спстзмах зака-намернасцях меланащзшаутварэння. Вызначаны характар уплыву прыроды азотазмяшчальнай дабаукч, тэхналапчных параметрау i вщу торфу на выхад, састау i б1ялапчную актыунгасць прэпаратау. Вызначана, што увядзенне азотазмяшчальнай дабаую забяспечвае сштэз б!ялаг1чна актыуных злучэнняу - мс-ланащзшау па рэакцьн Майяра. Распрацаваны спосаб i тэхналопя атрымання рэгулятарау росту гу м i и an а- м с л а н а i д з i н а в ай («Аминагумат») i меланащзшавай прыроды («ManbTaMin») з выхадам 80-85 % ад AM сыравшы. Эфектыунасць ам1гумата i м альтам ¡на пасцверджана вытворчым! выпрабаванням1 У спецы-я;изаваных ¡нстытутах i гаспадарках рэспублта на збожжавых, агародных, тэхшчных культурах i бульбе. Д зяржх i м кам с i я й РБ м альтам in занесены у cnic прэпаратау, дазволеных к ужыванню у раошгагадоулк Выпушчана доследная партыя амшагумата на доследна-вытворчай устаноуцы ЗАТ «Белнафтасорб» (г. Жыткав1чы). Распрацавана нарматыуна-тэхшчная дакументацыя i аргашзавана вытворчасць мальгамша на ААТ «JlecaxiMiK» (г. Барысау), прэпарат укаранен у лесной гаспадарцы Беларуси

18

THE SUMMARY

Khripovich Anna Alexandrovna

Technological basis of the joint hydrolytical destruction of peat and hemicellu-losecontent of raw material resulting with plant growth regulator

Key words: peat, biologically active preparation, regulator of growth, biological activity, hydrolysis, destruction, the nitrogen-containing additive, technological mode, melanoidins, melanoidins formation, quality of production.

Objects of researches: peat, hemicellulosecontent of raw material, melanoidins, biologically active preparations "Aminohumat" and "Maltamin".

The purpose of work: a scientific substantiation and development of technological bases of reception of biologically active preparations of a humic-melanoidins and melanoidins nature and check of their efficiency on various agricultural cultures.

Methods of researches: chemical, physicochemical, biological, biochemical.

The equipment: photoelectrocolorimeter, spectrophotometer, polarograph, reactor-autoclave, centrifuge.

For the first time for reception of biologically active preparations the new way joint hydrolytical destruction of peat and vegetative wastes, rich free aminoacids, based on the melanoidins formation laws, revealed on modelling systems, is offered. The character of influence of a nature of the nitrogen-containing additive, technological parameters and kind of peat on an output, composition and biological activity of a preparation is determined. Is established, that the introduction of the nitrogen-containing additive provides synthesis of biologically active connections - tneh'fibidfrs. on reaction Mall,'¿rd.The way and the "know-how" of regulators of growth of a humic-melanoidins ("Aminohumat") and melanoidins nature ("Maltamin") with an output 80-85 % from II of raw material is developed. The efficiency of aminohumat and maltamin is confirmed by industrial tests in the specialized institutes and facilities of republic at cultivation of grain, vegetable, technical cultures and potatoes. Maltamin is included in the list of preparations solved to application in plant growing by the State Chemistry Commission of Republic of Belarus. The experimental batch of aminohumat on trial installation is issued on "Belnephtesorb" Ltd (Zhitkovichi). The normative-engineering specifications is developed and manufacture of maltamin-LH is organized on "Lesohimik" (Borisov), the preparation is introduced in a wood facilities of Belarus.