Использование хлореллы в сельском хозяйстве

Использование хлореллы в сельском хозяйстве

Хлорелла ( Сhlorella ) относится к типу зеленых водорослей (Chlorophyta), порядку хлорококковых ( Chlorococcales) и семейству хлорелловых ( Сhlorellaceae). Род хлорелла включает в себя ряд видов одноклеточных водорослей с хроматофорами зеленого цвета и диаметром клеток от 1,5 до 10 микрон.
Наверное, нет человека, который не слышал об этих маленьких водорослях. Им даже пророчили космическое будущее – обеспечивать питанием и кислородом экипажи космических станций и межпланетных кораблей.
Потом взгляды на использование хлореллы стали более скромными и приземленными — их широко начали применять в качестве дополнительной кормовой добавки в питании сельскохозяйственных животных и птиц.
Японцы пошли дальше и стали добавлять хлореллу в продукты, предназначенные для человека. В чем преуспевают и до сих пор, ежедневно изготавливая до 4т. сухой хлореллы только для приготовления молочного напитка. Одна лишь фирма “Джепан хлорелла ” производит ежемесячно 1 тыс.т. хлореллы для разных целей (добавки в напитки, мороженное, хлеб, кондитерские изделияя и т. д. ). На острове Тайвань получают ежегодно около 1,5 тыс. тонн сухой массы хлореллы.
Малайзия и Филиппины расходуют на пищевые нужды более 500 т. этой водоросли. В Чехословакии выпускают порошки, мази, спиртовые экстракты и свечи из хлореллы. На рынках многих развитых стран она занимает устойчивое положение.
В России хлореллу производят лишь отдельные предприятия ( ООО “ Легион Центр”, например), да и то, по большей части, для собственных нужд. И в Иркутске имеется в настоящее время опытно–экспериментальная установка по выращиванию хлореллы в ИГОО “Экологическая группа”, где по мере возможности, вследствии постоянной нехватки средств, проводятся научные исследования и разрабатываются новые методики и технологии.
В чем же секрет крохотной водоросли, на чем основан ее успех? Причина этого – в богатом содержании в значительных количествах многих полезных веществ. Рассмотрим эти маленькие клеточки поближе.
В составе клеточной оболочки присутствуют полисахариды, вторичный полимеризованный каротиноид спорополленин и, естественно, целлюлоза. Под оболочкой цитоплазма, ядро, хлоропласт, вакуоль, крахмальные зерна и многое другое.
В том числе белок в котором содержатся все незаменимые аминокислоты, причем некоторые в таких количествах, что можно сравнить с пищей животного происхождения. По данным Рахимова и Якубова (1971 г.) в 100 г. общего азота хлореллы содержитя (в г. азота аминокислот): 6,4 г аспарагиновой аминокислоты; 6,2 глицина; 7,7 алнина; 7,8 глутаминовой аминокислоты; 3,3 серина; 2,8 триозина; 5,8 пролина; 0,2 цистина; 5,5 валина; 15,8 аргинина; 3,3 гистидина; 3,5 изолейцина; 6,1 лейцина; 10,2 лизина; 1,4 метионина; 2,8 фенилаланина; 2,9 треонина; 2,1 триптофана.
По богатству витаминов хлорелла превосходит все растительные корма и культуры сельскохозяйственного производста. В 1г. массы сухого вещества хлореллы находятся( в мкг ): каротин – 600; витамин А – 100; В1 – 18; В2 – 28; В6 – 9; В12 – 0,1; С-1300; провитамин D – 1000; К – 6; РР – 180; Е — до 350; пантотеновая кислота –17; фолиевая кислота до 485; биотин – 0,1; лейковорин – 22.
Присутствуют в ней и различные макро- и микроэлементы необходимые для нормального развития и функционирования организма человека и животных: железо, медь, марганец, цинк, молибден, бор, кобальт, кремний и т. д. Говорить о роли витаминов и микроэлементов нет необходимости.
Питательная ценность хлореллы в 2 раза превосходит таковую для соевого белка — 1 кг хлореллы по пищевой ценности равен 4-5 кг сои. При добавлении 5-7 кг хлореллы к 1 тонне зерна, его ценность увеличивается в 1,5 раз. ( А.М. Муззафаров, Т.Т. Таубаев, 1984 г.)
Кроме того хлорелла синтезирует: природный антибиотик “ хлореллин”, успешно уничтожающий патогенную микрофлору — в концентрации 1: 500000 и 1: 1000000 он эффективен против стрептококков, стафиллококков, кишечной палочки и, в меньшей степени, против возбудителя туберкулеза. ( М.Я. Сальникова, 1977 г.); условно незаменимую арахидоновую кислоту, необходимую для нормального развития репродуктивных функций организма и фактор или хлон “ А ” – вещество пролисахаридной природы, которое индуцирует в организме человека и животных биосинтез интерферона – борца с вирусами.
Многие вещества содержащиеся в хлорелле накапливаются и в ее культуральных средах – проще говоря, в воде, в которой она растет. Так, по данным болгарского ученого П.И. Станчева в клеточной массе содержится до 350 различных веществ, а в культуральной среде до 310! Это различные углеводы, белки, органические и жирные кислоты, углеводороды, спирты и эфиры, карбонильные соединения, витамины, стерины и другие вещества с высокой биологической активностью, которые могут успешно применяться в медицине и сельском хозяйстве. (Муззафаров и Милоградова, 1965; Ткачев, 1965 ).
А отсюда вывод — хлорелла может служить в качестве хорошей, если не сказать больше, пищевой добавки в корм животных, особенно в виде суспензии, так как почти половина водорастворимых витаминов находится в водной среде.
Иллюстрировать вышесказанное может следующий пример. Исследователи проводили испытания на курочках. Птицы контрольной группы ежедневно получали 20 г. свежей измельченной зеленой люцерны и 3 г. стабилизированного тривитамина (масляный раствор витаминов А, Д, Е, один миллилитр которого содержал витамина А – 1500 М. Е., витамина Е – 10 мг., витамина Д – 2000 М.Е.) Подопытные курочки вместо люцерны и тривитамина получали по 3г свежей пасты хлореллы вместе с кормами. Хлореллу давали во второе утреннее кормление.
Курочки подопытной группы за учетный период, равный 46 дням, весили на 13% больше птиц контрольной группы; снесли 631 яйцо ( на 9,6% больше контрольных ) и съедали весь корм ( контрольные оставляли до 3-4% корма). Птицы подопытной группы отличались высокой жизненностью, авитаминозных заболеваний у них не наблюдалось. В то же время в группе контрольных курочек каждый день выявлялись птицы с явнымип признаками авитаминоза А – их было более 2%.
Объяснить это можно тем фактом, что среди органических молекул, состоящих из большого числа атомов, часто встречаются явления изомерии – при одинаковом составе молекул ( одной и той же молекулярной формуле ) имеются различия в их химическом строении. Изомеры зачастую обладают столь разными, отличающимися друг от друга свойствами, что их можно отнести к разным веществам. (Н.А. Цветков, 1988 г.) Так, крахмал и целлюлоза — природные полимеры, мономеры которых (элементарные звенья полимерных цепочек) являясь разными изомерами, имеют одинаковую формулу. Но никто не станет готовить кисель на сухом порошке из целлюлозы.
В клетках растений и животных биосинтез идет строго в необходмом направлении – они производят только тот изомер, который им нужен для жизнедеятельности. При химическом же синтезе очень трудно и дорого, а зачастую еще и просто невозможно в настоящее время синтезировать некоторые изомеры с заданными свойствами, или полностью разделить различные изомеры друг от друга. Поэтому в этой продукции возможно присутствие изомеров с различными свойствами, от чего эффективность таких препаратов может быть слабее природных.
Еще одни производственные эксперименты, проведенные на Васильевской птицефабрике в Пензенской области Бессоновского района в 2001г., дали следующие результаты: на родительском стаде увеличение выводимости цыплят с 66% до 83% только за один месяц выпаивания хлореллой; на откорме бройлеров увеличение забойной массы птицы на 20%; сокращение санитарного забоя в 4 раза; увеличение привеса цыплят на 10,7%. Яйцекладка у подопытных курочек начиналась на 6-8 дней раньше, чем у контрольных
Аналогичные результаты отмечаются и для животных: увеличиваются на 15-20% привесы за счет более полного усваивания кормов, возрастает устойчивость к заболеваниям, плодовитость и удойность. ( А.М. Муззафаров, Т.Т. Таубаев, 1984г.; Т.Т. Таубаев, 1980 г.)
Таким образом, использование живой суспензии хлореллы в рационе животных и птицы способствует лучшему усвоению кормов и увеличивает сопротивляемость организма к заболеваниям, что особенно важно при стойловом содержании скота и клеточном птицы. Хлорелла является хорошим профилактическим средством против авитаминозов, повышает привесы, увеличивает яйценосность. Неплохо себя зарекомендовали также пасты из хлореллы и сухие порошки на ее основе. Хотя наиболее эффективным является, все же, применение для отпаивания животных и птиц суспензии, поскольку, как уже говорилось выше, почти половина водорастворимых витаминов и других соединений, синтезируемых хлореллой, находится в культуральной среде, а в живых клетках культуры полезные вещества присутствуют в неизмененной, естественой форме, сохраняя все свои химические связи (ковалентные, ионные, водородные и т.д.), их энергию и характеристики электромагнитные полей.
По литературным данным, в качестве общеукрепляющего средства эффективен прием 1-2 г., в пересчете на сухую биомассу, хлореллы в сутки.
ИГОО “Экологическая группа” ( президент Новиков О.Н. ) и ИНИП “Байкальская лаборатория” ( зав. лаб. Кулишенко. Ю. Л. ) на базе фермерского хозяйства (Коробейников Г. П.) проводят исследования в области совершенствования технологий выращивания хлореллы и снижения себестоимости продукции из этих микроводорослей.
Так, эксперимент по выпаиванию перепелок живой суспензией хлореллы (Clorella vulgaris, штамм “157”), выращенной на питательной среде Кноппа с добавлением минеральной воды, длившийся с 1 августа по 30 сентября 2008г., показал следующие результаты: падеж птиц в контроле без использования суспензии водорослей составил 11%, в эксперименте – 0%; вес тушек в контроле был равен в среднем 135,2 г., в эксперименте – 143,8г.; количество яиц в кладке в контроле – 34,5 штук, в эксперименте – 38,6 штук; средний вес яйца в контроле – 11,5г., в эксперименте в –14, 5г. ( ИНИП “Байкальская лаборатория” и ИГОО “Экологическая группа” , 2008 г.)
При выращивании хлорелллы возможно использование не только химических питательных смесей и минеральных вод, но и отходов сельскохозяйственного производства.
Японские исследователи ( Nakamura 1964; и др. ) широко применяют органические отходы, такие как испражнения рыб в разводных прудах, навоз и т. п., для культивирования различных микроводорослей, в том числе и хлореллы.
Возможость выращивания водорослей на органической среде из фекальных отходов кроликов, уток и кур отмечается и нашими исследователями ( Баранов и др., 1964; Музафаров, Таубаев, 1974). Т.В. Васигов в опытах по культивированию микроводорослей использовал перепревший овечий навоз. По мнению автора вытяжка из овечьего навоза хорошая среда для выращивания хлореллы и сценедесмуса – другой зеленой микроводоросли.
Ряд авторов (Ляхнович и др. 1967 ) рекомендуют добавлять органические вещества в стандартные питателные среды для микроводорослей, а А.М. Музафаров и Т.Т. Таубаев (1974 ) использовали вытяжки из куриного помета в массовой культуре протококковых водорослей ( в том числе и хлореллы) в концентрации 6-20 г./л. и получили положительные результаты. Добавление 5 — 10% куриного помета в химическую питательную среду марки “04” увеличивает урожайность хлореллы и других микроводорослей на 50 – 70% по сравнению с контролем. Из проведенных в этом направлении работ можно отметить исследования Рахимова и Якубова ( 1971 г.), которые установили, что содержание углеводов в хлорелле при ее культивировании на среде с вытяжкой из куриного помета намного выше, чем на среде марки “ 04”. Так, моносахаридов в первом случае ( среда с вытяжкой куриного помета) было 3,04%, во втором – 0,11%; углеводов типа сахарозы – 0,05% и 0, 00%; типа мальтозы – 4,00% и 0,41%; типа декстринов – 8,60% и 0, 83%; типа крахмалов – 42, 00% и 5,00%; типа гемицеллюлоз – 7,10% и 1,30%; клетчатки – 0,26% и 1,14%. Общая сумма углеводов в первом случае составила 65,45%, а во втором – 8,89% от общей биомассы водорослей
По нашим собственным данным выявлено, что рост водорослей на питательной среде из смеси только куриного помета и воды значительно превышает таковой на стандартной минеральной питательной среде Кноппа для выращивания микроводорослей. Так, в аналогичных условиях выращивания, численность хлореллы в первом случае ( куриный помет и вода) сосотавила, в среднем, 65 млн. кл./ мл., а во втором – 15 млн. кл./ мл. Сходные даные для хлореллы были получены и при использовании питательной среды из смеси помета перепелок и воды. ( ИНИП “Байкальская лаборатория” и ИГОО “ Экологическая группа, 2008г ”)
В этом же году, в поселке Большие Коты на побережье Байкала проведен завершающий этап натурных экпериментов с использованием методики по выращиванию хлореллы в условиях небольших подворий в обычных пластиковых бутылях различной емкости. С 30 июля по 25 августа бутыли с посевом хлрореллы (Chlorella vulgaris, штамм 157) находились непосредственно во дворах, ( в частности у Вещевой Т. Н. ) в естественных погодных условиях безо всякого ухода и присмотра. Примерно через две недели суспензия достигала плотности около 25 млн. кл. в мл. В качестве питательных растворов использовались смесь Кноппа, растворы с пометом кур, коров и коней. Наиболее высокие показатели отмечены для помета кур. Необходимо рассмотреть и изучить возможности отпаивания животных и птиц суспензией хлореллы выращенной на курином помете и навозе коров и коней. Дополнительно следует сообщить, что пластиковые крышки бутылей для защиты от пыли и прочих осадков, должны быть просто накинуты или слегка подвинчены, для сохранения воздухообмена, иначе хлорелла может закиснуть и погибнуть. Модули большего объема, не требующие за собой ухода, будут пригодны и в крупных фермерских хозяйствах. Их конструкция и методика использования разрабатывается в лабораторных условиях ( ИНИП “Байкальская лаборатория” и ИГОО “ Экологическая группа, 2008г ”).
Внедрив куриный помет в технологии культивирования микроводорослей мы получим:
А) Обогащенность питательной смеси азотом и другими биогенными элементами.
Б) Повышение уровня углекислого газа в суспензии водорослей, который выделяется при разложении органики ( снимается необходимость использования дорогостоящего сжатого углекислого газа для барботажа суспензии при промышленном ее производстве).
В) Высокое содержание ростостимулирующих веществ в питательной смеси для водорослей ( в курином помете содержится 43-55 мкг/ кг ростостимуляторов )
К сожалению, даже и в настоящее время в практиках производственного культивирования водорослей использование органических удобрений все еще не находит широкого примения. Это объясняется как недостаточной изученностью органических источников питания микроводорослей, так и специфичностью их применения ( Музафаров,Таубаев, 1984 г.)
Следует также добавить, что содержание витаминов, микроэлементов и других соединений в хлорелле может сильно различаться в зависимости как от вида и даже штамма этих ворослей, так и от условий культивирования ( состава питательных сред, освещенности, температуры и т.д. ).
Например, по данным Музафарова и Таубаева (1974г ) в зависимости от вида и штамма хлореллы содержание каротина в водорослях может изменяться от 668 до 1341 мкг/г. По данным Броуна (1953г.) содержание токоферола в водорослях по тем же причинам изменяется от 10 до 350 мкг/г.
В заключение можно сказать, что исследования в области использования и культивирования такой удивительной и перспективной водоросли как хлорелла необходимо продолжать. Апробировать разные ее виды, выводить новые штаммы, подбирать более эффективные питательные смеси и условия культивирования, конструировать и испытывать новые дешевые и производительные установки с целью более широкого, полного и рационального использования хлореллы в сельском хозяйстве. В частности, и в Иркутской области, поскольку климатические и географические условия различных регионов оказывают определенное влияние как на особенности выращивания хлореллы, так и на результаты ее потребления сельскохозяйственными животными и птицей. Необходима и финансовая помощь в этом отношении.
Кстати, в Лимнологическом институте СО РАН выделен из планктона оз. Байкал вид хлореллы отличающийся по ряду признаков от уже известных ее видов. Возможно новый. Свойства его пока неизвестны.

Кулишенко Ю.Л.
Мельник И.А.
Новиков О.Н.