Скачать (73,7 Кб)

Багряное скоровище

А. Иорданский, специальный корреспондент "Химии и жизни"
Фото Л. С. Сидорского
Химия и Жизнь №6, 1983 г., с. 7-11

ПОДВОДНЫЕ ДЖУНГЛИ ЧЕРНОГО МОРЯ

Начинаются они милях в пятидесяти юго-восточнее Одессы, на полпути к Крыму. Перед водолазом, который пойдет здесь под воду, откроется фантастическое зрелище. На 20-30-метровой глубине, в подводном полумраке, над ровным илистым дном, тянутся параллельными полосами, с запада на восток, бесконечные темные грядки водорослей, как будто посаженные какими-то морскими земледельцами. Освещенные фонарем, они мгновенно вспыхивают разнообразными оттенками багреца и пурпура, придавая угрюмому подводному пейзажу неожиданную праздничность.

Это и есть знаменитая красная водоросль филлофора - самый массовый биологический продукт Черного моря, его достопримечательность, его украшение, его богатство. Водорослевые гряды, разделенные безжизненными пролысинами, простираются на сотни километров, образуя гигантское подводное поле.

Траулер "Поллукс" доставил на одесский причал очередной улов черноморской филлофоры

Филлофорное поле Зернова - так оно называется на карте. Открыл и описал его в апреле 1909 года, во время исследовательского рейса на траулере "Федя", известный уже тогда ученый, впоследствии академик, один из создателей отечественной гидробиологии С. А. Зернов. О скоплениях филлофоры в этом районе кое-что знали и раньше: в судовом журнале "Феди" ученый обнаружил старые записи о том, как трал поднимал на борт по нескольку тонн филлофоры. И в этом рейсе уловы поражали воображение. При первом же тралении, вспоминал Зернов, "паровая лебедка отказалась поднять весь груз, и трал пришлось разрезать, а более половины поднятой филлофоры выбросить в море, и все же на палубу мы подняли кучу в 19 шагов окружностью и в 2 аршина высотой"...

Результаты рейса показали, что водоросль образует здесь сплошные заросли площадью "едва ли менее 2000 квадратных морских миль" (а по современным данным, вдвое больше - более 10 тысяч квадратных километров). Биомасса этого гигантского скопления исчисляется миллионами тонн.

На всей огромной площади, которую занимает поле Зернова, филлофора - господствующий организм, никакие другие водоросли здесь не попадаются. Она накладывает свой отпечаток и на всех остальных обитателей подводных джунглей: рачков, крабов, рыб. "Почти все организмы, живущие на филлофоре,- писал Зернов,- окрашены в коричнево-красный цвет - бордо - в полной гармонии с цветом самой филлофоры". Даже у селедок или скумбрий, которые пасутся на филлофорном поле, плавники становятся красные, как у красноперки. Классический пример влияния среды на организмы!

Долгое время исследователи пытались понять, откуда взялась в этом месте такая масса филлофоры и почему она не образует столь мощных скоплений, скажем, у крымского или кавказского побережий, хотя попадается и там. В конце концов сошлись на том, что именно здесь водоросль нашла для себя оптимальные условия, каких нет больше нигде во всем Черном море: обильное поступление питательных веществ, которые выносят сюда Днепр, Днестр, Дунай, обширные площади ровного дна как раз на нужной глубине, подходящие температуры, а может быть, и еще какие-то факторы, нам неизвестные. С другой стороны, филлофоре не страшны некоторые неудобства, которые мешают поселиться здесь другим водорослям. Например, бурой водоросли цистозире, всем известной по прибрежным камням Крыма, нужно больше света и твердый субстрат - те же камни, к которым она могла бы прикрепиться. Филлофора же прекрасно себя чувствует, и свободно плавая над дном; волны и течения могут скатывать ее в гряды и валы, как угодно перекатывать их по дну, и это водоросли нипочем, потому что она растет и "вверх ногами"...

Тысячелетиями существуют на северо-западном шельфе Черного моря багряные филлофорные джунгли. И только в последние годы стали замечать, что с филлофорным полем происходит что-то неладное. Уменьшились его размеры, шире стали "лысины", разделяющие гряды. Запасы филлофоры в отдельных районах, по некоторым оценкам, сократились более чем в четыре раза. Сама водоросль, поднятая на поверхность, с виду часто какая-то больная. Поредел и животный мир зарослей. Раньше моряки, добывая водоросль, вместе с ней поднимали в тралах, к своему удовольствию и выгоде, изрядное количество рыбы и мидий, а теперь жалуются: мидий попадается мало, да и те мелкие, а рыбы и вовсе почти нет. "Это крысы уходят с корабля",- мрачно заметил один одесский гидробиолог.

Почему так происходит, никто пока не знает. Может быть, виноваты пестициды, которые реки смывают с полей. А может быть,- муть, которую приносят они же. Главное, что жизненно необходимо всякой водоросли,- это свет, а прозрачность воды в этой части моря уменьшилась за последние годы раз в пять, и вполне возможно, что на той когда-то оптимальной глубине, где в свое время поселилась филлофора, ей теперь просто не хватает света.

Впрочем, все это хотя и вызывает тревогу, но близкой катастрофы пока не предвещает: филлофоры на поле Зернова еще хватает, чтобы обеспечить ее добычу.

Вот уже второй раз мы заговорили о добыче. Но это - отдельная история.

ВОДОРОСЛЕВЫЙ ИОД И ЧИЛИЙСКАЯ СЕЛИТРА

В первые годы после открытия филлофорного поля оно представляло собой всего лишь гидробиологическую диковинку, не обещавшую никакой практической пользы. Между прочим, в своих публикациях на эту тему Зернову даже не пришло в голову подсчитать запасы водоросли, ее суммарную биомассу, годовую продукцию - все то, что сейчас волнует исследователей Черного, да и всякого другого моря.

Первым полезным свойством филлофоры, которое привлекло внимание практиков, была ее способность концентрировать в своих тканях йод. В тонне филлофоры до 3 кг йода, в 100 000 раз больше, чем в морской воде, откуда водоросль его черпает.

Накапливать йод могут и многие другие водоросли - в них и открыт-то был этот элемент. Произошло это в начале прошлого века во Франции. Наполеоновские пушки требовали все больше пороха, на изготовление которого шла селитра - сначала калиевая, из Индии, а потом и натриевая, из только что открытых тогда богатейших месторождений Чили. Но натриевая селитра гигроскопична, ее нужно было превращать в калиевую - для этого ее обрабатывали золой морских водорослей, в которых много калия. Йод оставался в маточных растворах; на их необычные свойства и обратил внимание французский фармацевт Бернар Куртуа, которому принадлежала небольшая селитряная фабрика в предместье Парижа. После нескольких лет исследований Куртуа выделил из раствора вещество, которое при нагревании превращалось в пары "великолепного фиолетового цвета". В 1813 году Гей-Люссак доказал, что это новый химический элемент, и назвал его йодом. И долгое время только из морских водорослей его и добывали. Полукустарные прибрежные фабрички вырабатывали его в год по нескольку десятков тонн - по тем временам этого вполне хватало.

Мы не зря подробно рассказали эту историю. Заметьте, что в ней фигурирует чилийская селитра. Как вы сейчас увидите, полвека спустя она еще раз сыграла решающую роль в судьбе водорослевого йода.

Потребность в йоде росла. И тут, в 60-х годах, выяснилось, что его гораздо проще и дешевле получать из отходов производства той же чилийской селитры. Развитию йодно-водорослевой промышленности это положило конец: она не смогла выдержать конкуренции. Селитра породила ее, селитра ее и погубила. К началу XX века в Чили производилось 70-80% всего йода, добываемого в мире.

С тех пор о водорослевом йоде вспоминали только в крайних случаях, когда чилийский йод по тем или иным причинам оказывался недоступным. Например, в России, где собственного производства йода не было, в 1915 году пришлось построить йодный завод в Екатеринославе (ныне - Днепропетровск), и сырьем для него стала черноморская филлофора. Технологию получения из нее йода тогда разработал известный химик, впоследствии академик Л. В. Писаржевский. Масштабы производства, впрочем, были мизерными: за четыре года своего существования завод выработал всего 217 кг йода.

Следующая, и последняя, попытка наладить в нашей стране производство йода из водорослей была сделана в начале 30-х годов. Три йодных завода - на Белом море, на Дальнем Востоке и в Одессе (этот, конечно, работал на филлофоре)- дали в 1932 году 15 тонн йода. Но и на этот раз йодно-водорослевая промышленность не выдержала конкуренции: рядом с ней быстро развивалась добыча йода из попутных вод нефтяных месторождений, сырья обильного и дешевого. В скором времени буровые воды сделались главным источником йода. А черноморская филлофора так и не стала его поставщиком - ей было суждено совсем иное будущее.

АГАРОИД ДЕЛАЮТ В ОДЕССЕ

Действительно ценная особенность филлофоры - не йод. Ткани ее необыкновенно богаты фикоколлоидами - природными студнеобразующими веществами. Классический их пример - агар, который добывают из анфельции, тоже красной водоросли, живущей у нас в Белом море и на Дальнем Востоке. Очень близки по составу к агару и фикоколлоиды филлофоры - так называемый агароид.

Водоросли-агароносы в наших морях насчитываются единицами. Кроме филлофоры и анфельции, это фурцеллярия на Балтике, грацилярия на Черном море и на Дальнем Востоке - вот, пожалуй, и все. Настолько редкое это свойство, что даже не всякая филлофора им обладает: из двух ее видов, образующих основную массу поля Зернова, филлофора ребристая, растущая где помельче (до 30-метровой глубины), содержит до 40% агароида, а в очень похожей на нее филлофоре Броди, занимающей более глубокие места, агароида вовсе нет.

Вещества типа агара - ценнейший природный продукт, они нужны везде, где требуется придать какому-нибудь раствору свойства студня или сделать его вязким. Аппретирование тканей, мелование бумаги, стабилизация разных эмульсий, изготовление косметических кремов, зубных паст, разнообразных мазей, бактериологических питательных сред, гелей для электрофореза - для всего этого нужны студнеобразователи. Но главная область их применения - пищевая промышленность. Сами по себе фикоколлоиды организм не усваивает, нет у человека для этого нужных ферментов. Но даже ничтожные количества студнеобразователей придают пищевым продуктам ценные свойства. Без них невозможно производство многих конфет, мармелада, желе, они предохраняют от засахаривания варенья и джемы, увеличивают сроки хранения хлеба и фруктовых тортов, не дают крошиться мороженому, помогают очищать вина, пиво и соки...

Везде нужны студнеобразователи, и везде их не хватает. Годовая потребность в них страны превышает 3500 тонн, а вырабатывается втрое меньше - всего 1200 тонн. И половина, 600 тонн в год, приходится на долю агароида из черноморской филлофоры - это главное ее богатство, ради которого ее сейчас добывают и перерабатывают.

Что же представляет собой такой полезный и универсальный продукт? "Точного определения агара,- читаем мы в солидной монографии "Химия водорослей",- дать нельзя из-за непостоянства его состава... Сейчас под этим названием понимают высушенный аморфный желатинообразный экстракт из агароносов". Агароносы же, как следует из их названия, не что иное, как водоросли, содержащие агар. Пока что информации немного.

Впрочем, кое-что все-таки известно. Известно, что и агар, и агароид - вещества полисахаридной природы. Известно, что состоят они в основном из остатков D-галактозы, соединенных в длинные цепи, которые и образуют пространственный костяк студня,- но неизвестно, сколько таких остатков образуют одну молекулу и как именно устроен этот костяк; по-видимому, молекулы могут быть различного размера, потому что молекулярный вес у разных авторов указывается разный: от 20 до 150 тысяч для агара, от 5 до 7 тысяч для агароида. Известно, что полисахаридные скелеты их молекул обвешаны разнообразными функциональными группами, от которых в немалой степени зависят коллоидные свойства: например, чем больше в молекуле групп -OSO₃H, тем крепче получается студень - видимо, благодаря им образуются межмолекулярные связи, которые стабилизируют пространственную структуру (впрочем, вычислить свойства какого-нибудь фикоколлоида, исходя из его химического состава, еще никому не удавалось - пока что здесь господствует чистая эмпирика).

Все эти неясности отнюдь не мешают использовать полезные свойства природных студнеобразователей. Все они в теплой воде растворяются, а при охлаждении раствора образуют студни: агар - при 38-40°С, агароид - при 60°С (этим они отличаются от желатины: каждая хозяйка знает, что из нее заливного не получится, пока не поставишь его в холодильник). Агар дает студень уже при концентрации менее 1%, агароида приходится добавлять больше - до 2,5%. Однако почти весь производимый у нас агар забирают себе медицинская промышленность и наука, и пищевикам чаще всего приходится довольствоваться агароидом. А делают агароид только в одном месте - на Одесском опытно-экспериментальном гидролизно-агаровом заводе.

Завод расположен на Пересыпи - заводской окраине города. Войдя на его территорию, сразу ощущаешь крепкий морской запах, запах йода и водорослей. Вот она, филлофора,- целые стога ее стоят на специальной площадке.

Урожай филлофоры собирают, естественно, на поле - на поле Зернова. Завод добывает ее сам, для этого у него есть собственная флотилия из двух судов: тысячетонного траулера "Поллукс" и катамарана "Эксперимент" (впрочем, как шутят здесь, эксперимент оказался неудачным: получив это судно, заводу вскоре же пришлось сдать его в ремонт, где оно по сей день и находится). Семь месяцев в году, с апреля по октябрь, разрешена добыча филлофоры, но этих семи месяцев не всегда хватает. Чтобы получить тонну агароида, надо достать с морского дна почти 20 тонн водоросли, в год получается до 12 000 тонн, для "Поллукса" это почти сотня рейсов,- а поле Зернова не рядом, до него в тихую погоду семь часов хода, а если шторм, то и идти незачем, потому что в шторм добыча прекращается. Вот и бывает, что к концу октября завод оказывается на голодном пайке, не зная, хватит ли добытого за сезон сырья, чтобы дотянуть до апреля...

Технология получения агароида, в общем-то, нехитрая. Филлофору, подсушенную на открытом воздухе, промывают, обрабатывают соляной кислотой, нейтрализуют едким натром и потом вываривают в огромных котлах-диффузорах. В их открытых жерлах на верхней площадке цеха бурлит и пенится бурое варево - раствор агароида. После одногодвух часов экстракции его фильтруют и сушат на огромных горячих вращающихся барабанах. Зеркальная поверхность барабана понемногу покрывается ломкой бурой пленкой - это и есть агароид, остается его отодрать, измельчить и упаковать.

Эта технология создавалась и отрабатывалась на протяжении многих лет усилиями сотрудников завода, ученых Одессы, Кишинева, Киева, Саратова, Москвы. И все-таки она еще далека от совершенства: из водоросли удается извлечь только треть содержащегося в ней агароида. Есть несколько предложений по усовершенствованию процесса, но пока неизвестно, какое из них будет реализовано в проекте реконструкции завода. А проект такой сейчас разрабатывается: выпуск агароида должен увеличиться в 4,5 раза - до 2700 тонн в год, получит завод и новые суда, и собственный причал.

ПОДХОДЯЩЕЕ МЕСТО ДЛЯ ИОДКИ

Большим неудобством агароидного производства всегда было неимоверное количество отходов - вываренной водоросли, которую здесь называют иодкой - еще с тех пор, как из филлофоры добывали йод. За год на заводе получается больше 5000 тонн иодки - что с ней делать? Иодка загромождала территорию, понемногу разлагалась, пахла... Вывоз ее на свалку обходился каждый год в десятки тысяч.

Проблему иодки надо было решать. Взялись за это химики. Ничего удивительного тут нет: всякий отход, как было сказано еще в прошлом веке, это не что иное, как "химическое соединение в неподходящем для него месте", и нужно только разобраться, что это за соединение, чтобы подыскать для него место более подходящее.

Примерно так рассуждала, начиная работу с иодкой, Е. И. Медведева - ныне профессор, заведующая кафедрой химии Одесского инженерно-строительного института.

Раз уж мы достали со дна филлофору, нужно взять от нее все, что можно. А что можно взять из иодки? С самого начала было ясно, что ее главная ценность - белок, богатый самыми дефицитными незаменимыми аминокислотами. Прекрасный корм, казалось бы; однако все попытки скармливать иодку скоту кончались неудачей; белок этот животные почему-то совершенно не усваивали. В чем тут дело, показали исследования Е. И. Медведевой. Оказалось, что иодка содержит не простой белок, а гликопротеин, то есть белок, связанный с углеводами. Чтобы белок был усвоен организмом, он должен быть расщеплен на составные части - пептиды и аминокислоты, а углеводы, прочно связанные с молекулой белка, прикрывают ее, как защитный чехол, и препятствуют этому.

Значит, нужно как-то снять этот защитный чехол, и тогда такой "разжеванный" белок станет доступным для усвоения. Разрушить углеводный чехол можно кислотным гидролизом - это хорошо известный технологический процесс, узловой момент целой отрасли промышленности, которая так и называется гидролизной.

Эти соображения и легли в основу технологии, которую разработали Е. И. Медведева и ее сотрудники. Специально подобранный режим гидролиза позволяет получить из иодки кормовой препарат - водорослевый аминопептид, на 50-60% состоящий из аминокислот, теперь уже вполне усвояемых. Как показала проверка, при замене препаратом части белка в рационах крупного рогатого скота, свиней, птицы, прудовых рыб намного увеличиваются привесы, сокращаются сроки откорма, снижается заболеваемость животных - в денежном выражении это означает 2500 рублей прибыли от каждой тонны препарата. Таким же способом можно, между прочим, получать кормовые добавки не только из иодки, но и из других водорослей, богатых гликопротеинами, поэтому новая технология запатентована в Англии, Франции, Норвегии и даже Австралии.

Так было найдено "подходящее место" для отходов агароидного завода. Нашлось применение и вторичным отходам, которые образуются при производстве самого аминопептида - это в основном лигнин, который не поддается никакому гидролизу: им можно наполовину заменить дефицитную древесную муку при изготовлении линолеума. Можно добавлять его и в бетон, прочность которого от этого намного увеличивается. Так что технология получилась практически безотходная - не так уж часто достижимый идеал современной индустрии.

Пока что, правда, идеал не достигнут и здесь. Водорослевого аминопептида произведено всего около двух тонн - опытные партии, необходимые для широких производственных испытаний (выпустил эти партии Николаевский гидролизно-дрожжевой завод, специалисты которого вместе с одесскими учеными опробовали новую технологию).

А Одесский агароидный завод тем временем просто перемалывает иодку на кормовую муку. И то хорошо: хоть не на свалку идут отходы, а дают вместо убытков даже кое-какую прибыль. Но ведь мука эта на самом деле не корм, а скорее приправа: животные используют из нее только минеральные вещества, белки же как были недоступны для усвоения, так и остались...

Между тем уже сейчас из иодки можно было бы получать каждый год 400-500 тонн водорослевого аминопептида, получая миллионные прибыли. Массовый выпуск препарата можно начинать хоть завтра: никакого нового оборудования не нужно - годится обычное стандартное, отечественного производства; есть технические условия, есть технологическая инструкция, утвержденная тем же Николаевским гидролизно-дрожжевым заводом, есть наставления по применению. Короче говоря, из всех предложений по комплексному использованию отходов филлофоры (а есть и другие предложения) это единственная технология, готовая к внедрению. Через несколько лет, после реконструкции и расширения агароидного завода, можно будет делать по 2-2,5 тысячи тонн препарата в год. Уже подсчитано: этого хватит, чтобы обеспечить полноценным кормом все рыбоводные хозяйства Украины и раз навсегда ликвидировать дефицит лизина, который испытывают сейчас карпы и форели, выращиваемые в водоемах республики.

Филлофора - не только достопримечательность Черного моря, не только его украшение. Она еще и большое наше богатство. Сумеем ли мы, сохранив это богатство, взять от филлофоры все, что она может нам дать,- покажет ближайшее будущее.

Похожие статьи:

1. Морской огород Иорданский А., спецкорр «Химии и жизни». Химия и Жизнь №6, 1980 г., с. 46-50