автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ФУКУСОВЫХ ВОДОРОСЛЕЙ БЕЛОГО МОРЯ



На правах рукописи

РЕПИНА

Ольга Игоревна

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ

БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ФУКУСОВЫХ ВОДОРОСЛЕЙ БЕЛОГО МОРЯ

Специальность 05.18.04 - Технология мясных, молочных, рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ó^

Москва 2005

Работа выполнена в Северном филиале Полярного научно-исследовательского института морского рыбного хозяйства и океанографии им. Н.М. Книповича.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Подкорьггова Антонина Владимировна

Официальные оппоненты доктор химических наук, профессор

Усов Анатолий Иванович

кандидат технических наук Рубцова Татьяна Евгеньевна

Ведущая организация

Архангельский государственный технический университет

Защита диссертации состоится 15 декабря 2005 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 307.004.03 Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии по адресу; 107140, Москва, ул. Красносельская, 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научно' исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии.

Автореферат разослан 14 ноября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., с.и.с.

Харенко Е.Н,

Введение

Актуальность темы. Бурые водоросли - источник разнообразных биологически активных веществ, обладающих широким спектром лечебно-профилактического действия. Проблема разработки технологий их комплексного использования получила отражение в работах И.В. Кизеветтера, H.A. Гернет, В.А. Евтушенко, A.B. Подкорытовои, ЮГ. Вороновой, Т.П. Угольновой, А.М. Дядицьшой, Л.П. ШмельковоЙ и др. При этом наибольшее внимание, как правило, уделялось ламинариевым водорослям, т.к. именно водоросли порядка Laminariales находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Исследования последних лет (Усов, 2001; Билан, 2002; Корзун, 2002; Репина, 2002, 2005) показали, что водоросли порядка Fucales, благодаря высокому содержанию специфических сулъфатированных биополимеров, не имеющих аналогов в высших растениях, рассматриваются сегодня в качестве перспективного сырья для их получения. Промысловыми в Белом море являются четыре вида фукоидов: Fucus distichus L, Fucus vesicuîosus L., Fucus serra tus L., AscophyUum nodosum (L.) Le Jolis, из них традиционны для промысла два: A. nodosum- аскофиллум узловатый и F. vesicuîosus - фукус пузырчатый. По данным СевПИНРО запасы фукоидов в Белом море составляют 300- 350 тыс.т., что позволяет заготавливать их в промышленных масштабах и перерабатывать с целью получения биологически активных веществ.

В настоящее время промышленная переработка беломорских фукусовых водорослей ведется простейшими способами, в результате чего ассортимент готовой продукции ограничен кормовой крупкой, фукусными порошками и техническими аяытшатами. Исследования фукоидов Белого моря, проводившиеся ранее, ограничивались разработкой технологии альгинатов, поэтому проблема комплексного и рационального использования сырья, позволяющего в одном технологическом цикле получать комплекс биологически активных веществ (БАВ),

ЦНБ МСХА

фонд ь М5-

Цель исследования — разработать научно-обоснованную комплексную технологию биологически активных веществ из фукусовых водорослей Белого моря и лечебно-профилактической продукции на их основе.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

-изучить химический состав фукусовых водорослей F. vesiculosus и А. nodosum, сделать оценку качества сырья в зависимости от периода сбора;

-разработать условия экстрагирования низкомолекулярных и сульфатированных. углеводов из фукусовых водорослей Белого моря; -исследовать процесс водного экстрагирования БАВ водорослей; •исследовать процесс спиртового экстрагирования водорослей, составить материальные балансы процессов;

-исследовать процесс последовательного спиртового и кислотного экстрагирования; установить рациональные параметры процессов;

-дать медико-биологическую оценку биологически активных экстрактов, разработать направления их практического использования;

-изучить химический состав и процесс получения щелочерастворимых ВДВ из остатка водорослей после экстрагирования;

-разработать схему комплексной переработки традиционных для промысла фукусовых водорослей Белого моря;

-разработать НД на производство экстракта «Фукус», полисахаридного комплекса «Фукусовый» и йодсодержащих витаминизированных напитков серии «Альговит»;

-разработать Промышленный регламент на комплексную переработку фукусовых водорослей.

Научная новизна работы. Впервые в сезонном аспекте исследован химический состав водорослей Белого моря порядка Fucales; A. nodosum и F. vesicuiosus, что позволило оценить их в качестве полноценного сырья для получения БАВ с различными свойствами и максимальным выходом готовой продукции.

Впервые предложен способ последовательного спиртового, кислотного, водного и щелочного экстрагирования фукусовых водорослей Белого моря. На основании экспериментальных данных подобраны рациональные параметры химико-технологических процессов последовательного экстрагирования Б AB.

Впервые изучены количественный н качественный составы Б AB в процессе переработки A. nodosum и F. vesiculosus, составлены материальные балансы технологических процессов, показана биологическая активность продуктов и определена возможность их использования в качестве лечебно-профилактических препаратов.

Практическое значение. На основании проведенных исследований разработаны следующие нормативные документы:

-ТУ 9284-001-00472035-04 на производство экстракта «Фукус»;

-ТУ 9284-003-00472035-04 на производство полисахаридного комплекса «Фукусовый»;

-ТУ 9197-008-00472035-04 на производство безалкогольных йодсодержащих витаминизированных напитков серии «Альговит»;

- Промышленный регламент на комплексную переработку фукусовых водорослей.

Подана заявка № 99106323 от 29.03,04 г. на патент РФ «Экстракт «Фукус» для лечения воспалительных заболеваний пародонта».

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены и докладывались: на Научной конференции, посвященной 105-летию со дня рождения К.П. Гемп (г. Архангельск, 2000); на Первой Международной научно-практической конференции «Морские прибрежные экосистемы: водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки» (г. Москва, 2002); на Международной научно-практической конференции «Стратегия и тактика социально-экономического развития общества» (Астрахань, 2004); XVIII Internationa! Seaweed Symposium (Bergen, Norway, 2004); на IX Международной конференции «Проблемы изучения, рационального использования и охраны ресурсов Белого моря» (Петрозаводск, 2004); на Второй Международной

в

научно-практической конференции «Морские прибрежные экосистемы: водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки» (г. Архангельск, 2005); на отчётных сессиях СевПИНРО в 2002,2003 н 2004 гг.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 14 публикациях, в том числе 13 статьях, 1 тезисах.

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, 5 глав, выводы, список литературы, 8 приложений; содержит 179 страниц, 28 рисунков, 56 таблиц. Список цитированной литературы включает 183 работы, из них 73 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Обзор литературы

На основе анализа литературных источников дана биологическая характеристика фукоидов Белого моря. Рассмотрены распределение, запасы, способы добычи и восстановление сообществ фукусовых водорослей. Представлены основные сведения по их химическому составу и известным технологиям переработки. Проанализированы современные аспекты использования фукусовых водорослей, сделаны выводы о перспективах исследования, сформулированы цели и задачи.

Глава 2. Материалы и методы

Представлен общий методологический подход к научному и экспериментальному обеспечению технологических решений разрабатываемых процессов получения биологически-активных веществ из фукусовых водорослей Белого моря (рис. I). При проведении экспериментальных работ по созданию комплексной технологии исследования проводились в следующих направлениях:

1) изучение качественного состава сырья и готовых продуктов;

2) обоснование параметров процесса экстрагирования биологически активных веществ.

В качестве объектов исследования использовали:

в

- сухие водоросли F. vesicuiosus и A. nodosum, заготовленные автором и сотрудниками лаборатории технологии переработки морских водорослей в период с 2000 по 2003 rjr. в районе базы Северного филиала ПИНРО на о. Соловецкий (Белое море, Печаковская Салма) в количестве 192 проб;

- экстракты (водно-спиртовые, водные, кислые, щелочные);

- продукты на основе экстрактов;

• остаток водорослей после экстрагирования;

- альгиновые полисахариды.

Методология экстрагирования: водное и спиртовое экстрагирование водорослей проводили ло методу трехкратной противоточной батареи, принцип действия которой основан на противотоке сырья н экстрагента. Готовый продукт - экстракт, извлекаемый из свежезагруженною сырья.

При исследовании сырья и готовых продуктов применяли стандартные методы ГОСТ 26185-84, ГОСТ 30178-96, ГОСТ 26927-86, ГОСТ 26930-86, а также методы химических, спектральных, хроматографических исследований с использованием современного оборудования (хроматограф «Хроматэк-Кристалл 5000», атомно-збсорбционный анализатор «Спектр-5», анализатор ртути «Юлия - 5К» и др.).

Микробиологические показатели определены в соответствии с ГОСТ 10444.15-94, ГОСТ 50474-93, СанПиН 42-123-4049-88, ГОСТ 104442-93, ГОСТ 10444.8-88, ГОСТ 50480-93, ГОСТ 10444.12-88.

Медико-биологические и клинические испытания фукусовых водорослей к продуктов их переработки проведены в Научном центре радиационной медицины АМН Украины (г. Киев), в Инстшуте вакцин и сывороток (г. Санкт-Петербург), в Северном государственном медицинском университете (г. Архангельск).

Систематизация и статистическая обработка данных производилась в среде Microsoft Excel.

Глава 3. Результаты исследований химического состава фукусовых

водорослей

Для разработки обоснования использования фукусовых водорослей Белого моря и установления периода сбора сырья с максимальным содержанием БАВ был исследован их химический состав в течение летне-осеннего периода (табл. 1). Определено, что в составе углеводных компонентов фукусовых водорослей преобладает альгиновая кислота, содержание которой в течение летнего периода изменяется в пределах от 28 до 33%. Количество фукондана в водорослях достаточно велико: для F. vesiculosus оно составляет от 13,4 до 16,5% и увеличивается от весны к осени, для A. nodosum отмечено более стабильное содержание этого полисахарида в пределах 10,0-11,5% (табл. 1).

Таблица 1

Сезонные изменения химического состава фукусовых водорослей Белого моря F, vesiculosus и A, nodosum

Дата отбора проб Содержание, % к сухому веществу

шшералья. вещества озотвстые соел-я альпптов&ж кнслота иаинэт йод лвыинвран Ф1ТОМ* дан

f. изЫмш

01.06.02 19,42+1,36 8.58+0,24 29,13+1,73 9,85+0,95 0.018±0,001 1.50+0,36 13,40+1.01

15.06.02 21,02+1,13 - 29,38+¡,18 8,48+0,62 0,017+0,002 - -

01.07.02 20,89+1,07 7.36+0,18 28,85+1,61 8,10+071 0,027+0,002 1,80i^>,23 13,20+1,27

15.07.02 23,83+1,67 - 28,60+i ,25 7,60+0.38 0,024+0,00i ■

01.08.02 23,14+1,21 4,31+0 J4 29,00+1.81 7,23+0,56 0,021+0,003 1,50+0,18 13,30+1,43

15.08.02 22,66+1,08 31,51+2,01 6,37+0,45 0,022+0,001 - -

01.09.02 21,16+1,42 3,66+0.11 28.53+1.11 5,75+0,85 о,о2й+о,(Ю1 3,40±0,| 1 16,50+1,23

15.09.02 21,20+1,11 - 29,19+1,26 6,23±l,05 0,019+0,002

011002 17,904,31 » 29.96Mj69 7,81+0,85 0,018+0,001 - -

А. поЛочин

01.06,01 21,53+1.16 8,30+0,13 30,42+1,42 6,58+1,09 0,037+0,001 2,00+0,15 11,40+1,36

13.06.0Z 20,66+1,08 32,90+-1,63 6.68+0,59 0.033+0,002 -

01,07,02 21,72+1,2) 7.39НШ 33.02+1.78 6,74+0.89 0.037±0.001 1.60+0,26 10,40+1,18

15.07.02 21.10+1.16 33,80+1,48 5,53+0,67 0,045+0,002 •

01.08,01 17,64+1,39 5.03+0,42 29,46+1,37 6,27+1,05 0,040+0,001 2,70+0,31 10,00+1,23

15.08.02 19,11+2,03 - 3l,6+±2,09 5,10+1,11 0,040+0,001 - -

01.0»,02 16,20+1.15 4,06+0,19 32,22+1,56 6.17±0,67 0,045+0,002 5.50±0.19 11,50±1,09

15.09.02 18,78+1,42 » 36,72+1,31 7,10+0,95 0,045+0,001 - -

01.1002 18 .21+1,49 - 33,25+1,27 5,85+103 0.040+0,001 - -

Низкомолекулярные полисахариды - ламинараны обнаружены в фукоидах в небольших количествах - от 2 до 5%. Содержание маннита у F. vesiculosus колеблется в пределах от 5,7 до 9,9%, у A. nodosum- от 5,1 до 7,1%.

Проведенные исследования свидетельствуют о том, что фукусовые водоросли Белого моря являются полноценным источником альгиновой кислоты и перспективным сырьем для получения фукоидансодержащих препаратов.

Максимальное количество азотистых соединений у F. vesiculosa и А. nodosum отмечено в начале лета (8,3%), минимальное - осенью (3,6%), (табл. 1). В их составе обнаружено 18 аминокислот, из них 7 - незаменимых. Сезонные изменения содержания аминокислот повторяют динамику накопления азотистых соединений: к концу лета их количество уменьшается. Значительное уменьшение суммы аминокислот с начала лета до начала осени происходит, в основном, за счет уменьшения количества глутаминовой и

аспарагиновой кислот (рис. 2,3). ^ — -

| | (U ■ | i 0.1 -

|| ol ^

в 01.06.01 01-07.02 01.0В.02 01.09.01

Дата атвора пробы

—*—Аспарягин ~4~-ГЛУТ*мннйШАМИСЛЫ[э

< Алании ■ а ■ Гвйц/н j

Рис, 2. Сезонные изменения содержания Рис. 3, Сезонные изменения содержания аминокислот (F. vesiculosus) аминокислот (Л. nodosum)

Содержание йода в водорослях - показатель, определяющий ценность сырья, как естественного источника этого элемента, необходимого для нормального функционирования организма человека: у F. vesiculosus оно изменяется в пределах 0,017- 0,027%, у A. nodosum — 0,033-0,045% (табл. 1). В фукоидах обнаружено высокое содержание хлорофилла и каротиноидов: 520 и 8, 3 мг% у F. vesiculosus, 450 и 3, 4 мг% у A. nodosum, соответственно. Содержание витаминов - аскорбиновой кислоты и рибофлавина у F. vesiculosus составляет 103,0 и 0,89 мг%, у A. nodosum - 79,0 и 0,64мг%. Количество липидов для F. vesiculosus определено в пределах 2,9 %, для A. nodosum -23 %• Результаты анализов показали, что содержание тяжелых

0,16

1 Е 0,0:

I

01 0ЗД2 0107.02 0t.0B.ft2 0j.09,03 Дата отбора пробу

-Аспарагмн -Алеман

- Ггутаюмоаея кисло» -ЛАим j

металлов в исследуемых пробах фукусовых водорослей не превышает предельно допустимых норм и соответствует СанПиН 2.3.2.1078-01 (табл. 2)..

Таблица 2

Содержание макро- и микроэлементов в фукоидах Белого моря (2002 г.)

Наименование пробы, дата отбора Содержание, гЛООг Содержание, мг/кг

N* К Za Си Cd РЬ

F, vesiculous нюнь июль август сентябрь 2,31+0,51 3,05+0,32 3,00+0,13 2,45+0,19 2,43+<К34 2,79+0,69 2,62±0,37 2,14+0,31 11,42+0,14 9,95+0,35 9,25+0,27 7,46+0,19 0,99+0,01 1,12+0,02. 0,87+0,01 0,95+0,01 0,68+0.02 0,61+0,02 0,67+0,01 0,48+0,02 0,24+0,01 0,09+0,01 0,11+0,01 0,25+0,02

A. nodosum иювь июль август сентябрь октябрь 2.S2+0L34 4,15+0,25 2,62+0,18 2,10+0,17 3,89*ftJ3 1,32+0,26 2,16+0,29 1,27+0,43 1,24+0,61 1,28+0,33 16,41+0,38 17,96+0,21 15,73+0,29 10,51+0,41 1UJ+0,24 0,88+0,01 0,70+0,02 0.69+0,01 0,94+0,01 0,74+002 0,14+0,02 0,16+0,01 0,12+0,01 0,12±0,01 0,l!Hft01 0,12+0,01 0.50±0,01 0,10+0,01 0,14+^01 0,50+0,01

Таким образом, наличие ценных ингредиентов позволяет отнести фукоиды Белого моря к растительным гидробиошам. имеющим пищевое значение, и говорит о возможности их использования дня комплексной переработки в промышленных масштабах. При исследовании сезонных изменений качественного состава фукусовых водорослей установлено, что колебания в содержании в них Йода и фукоидана с июня по октябрь незначительны, следовательно, для производства фукоидан- и йодсодержащих , препаратов можно рекомендовать производить заготовку водорослей в этот период.

Глава 4. Разработка комплексной технологии экстрактивных биологически активных веществ из F, vesiculostts и A. nodosum Экстрагирование водорастворимых компонентов. Как показали наши исследования, водорастворимые полисахариды наиболее полно извлекаются при температуре 70+5°С. Температура ниже 65°С не обеспечивает полноту извлечения полисахаридного комплекса (ПК), а выше 7 5°С - приводит к его разрушению. Экспериментальным путем установлены рациональные режимы трехкратного батарейного водного экстрагирования: гидромодуль (ГМ) процесса 1:8 (водоросли: вода), продолжительность одной обработки - 1,0+0,1

ч., рН 6,0, Готовый (I) экстракт «Аквафукус», полученный в результате экстрагирования водой F. vesiculosas содержит 1,16% манн ига, 0,64% редуцирующих веществ (РВ); экстракт, полученный из A, nodosum - 0,97 % маннита и 0,51% РВ (табл. 3). Сконцентрированный в 4 раза водный экстракт был поставлен на хранение при комнатной температуре, первые признаки порчи при визуальной оценке появились через 6 месяцев.

Таблица 3

Характеристика водных экстрактов

Наименование сырья

Ж

экстракта

Содержание, % к сухому веществу

сухие в-ва

минер.

маннит

РВ

F. vesiculosos

I

И

5,12+0,23

],60±0,17

1.900+0,150

1.16+0,09

III

0,23+0,02

0,500±0,0)0

0,100+0,002

0,39+0.02

0,640+0,020

0,2j0±0,010

0,13+0,01

0,050+0,001

A, nodosum

4,50+0,29

1,40+0,11

1,300±0,110

0.97+0.11

Ш

0,50±0,02

0,350+0,010

0,060+0,002

0,33+0,02

0,510+0,010

0,10+0,01

0,190+0,010

0,030+0,001

При экстрагировании БАВ из A. nodosum в экстракт перешло 15,9% сухих веществ водорослей. Относительное содержание альгнновых кислот в остатке водорослей после экстрагирования водой (ОВПЭО, увеличилось с 31,4 до 37,2%, что говорит о целесообразности проведения дальнейшего щелочного экстрагирования ОВГТЭ1 с целью получения альгннового полисахарида. При трехкратном экстрагировании БАВ из К vesiculosus в экстракт перешло 36,6% сухого вещества водорослей, что почти в 2 раза больше, чем у A. nodosum.

ОВПЭ| подвергали щелочному экстрагированию согласно ТУ 9284-00100472035-03. Альгиновыб полисахарид обезвоживали 96% этиловым спиртом и досушивали в сушильном шкафу при температуре 40-50°С, Выход альгината из ОВПЭ1 A. nodosum при этом составил 24,6%, из ОВПЭ1 F. vesiculosus - 6,7% от сухой массы остатка.

Экстрагирование спирторастворимых компонентов.

При отработке технологических параметров трехкратного батарейного спиртового экстрагирования фукусовых водорослей температуру процесса изменяли в пределах от 50 до 78°С, концентрацию этилового спирта - от 70 до 90%. В качестве рационального выбран следующий режим: концентрация

этилового спирта - 86+2%, температура - 7б+2°С, ГМ 1:6 (водоросли: спирт), продолжительность одной обработки - 1,0+0Д ч. Готовый эюлракг «Фукус»-водный остаток после отгонки спирта из водно-спиртовой смеси и отделения липидной фракции.

Установлено, что йод хорошо экстрагируется спиртом: у F. vesicutosus в экстракт при этом переходит 43% от первоначального содержания йода в водорослях, у A. nodosum- 74%. При трехкратном батарейном экстрагировании фукоидов более всего обогащаются йодом первые экстракты (рис,4).

Рис, 4. Распределение йода при трехкратном батарейном спиртовом экстрагировании: л-F. vesiculosust б -A. nodosum

Экспериментальные данные показывают возможность использования

экстрактов фукоидов для получения различных БДЦ с учетом потребности

организма человека в йоде или для приготовления обогащенных йодом

пищевых продуктов.

Спиртовое экстрагирование позволяет извлечь из исходного сырья лишь

2*3,5% углеводов, при этом относительное содержание легкогидролизуемых

полисахаридов в остатке водорослей после экстрагирования спиртом (ОВПЭ])

увеличивается (рис.5),

Липиды хорошо экстрагируются неполярными растворителями, в том

числе, этиловым спиртом: при экстрагировании F. vesiculosus извлекается

около 50% от исходного содержания лшгадов, при экстрагировании А.

nodosum - 25 %, больше всего липидной фракции содержат первые экстракты

(рис, 6).

19,8%

I экстре« 34,34

б

яитгрект 3,3%

Потери 7,1*

N

оепэз в9,е%

Рис. 5, Распределение легко гилролизуемых полисахаридов при трехкратном батарейном спиртовом экстрагировании: a -F. vesiculosas, б -A. nodosum

III

энлр»*г

Потери 7,3*

II

энсграст Э.7%

1,0*

Ч

I

экстракт 13,414

Потерн

У 11.7*

ОВПЭЗ 70,2*

Рис. 6, Распределение липндов при трехкратном спиртовом батарейном экстрагировании: а - Р. »«яси/апм, 6 - А. ткЬзит

Прн спиртовом экстрагировании БАЗ из К уез1си!охиз в экстракт

переходит 18,6% сухих веществ водорослей. Содержание фукозы и глюкозы в

экстракте «Фукус» из Р. уаяси/ан« составляет 0,8 и 2,8% (табл. 4), Присутствие

токсичных элементов в нем не превышает ПДК (табл. 5). Полученный экстракт

богат минеральными веществами, в том числе калием, кальцием, магнием,

натрием, цинком, йодом, содержит значительное количество маннита (табл. б).

Таблица 4

Наименование пробы Содержание; % к сухому веществу

глюкоза фуком

Экстракт/), nodosum 6,50±0,61 O,s0-H),02

Экстракт F. vestculosus 2,8<Ж),32 0,80+0,02

При экстрагировании A. nodosum в экстракт извлекается 15,6% сухих веществ водорослей. Полученный экстракт также содержит в своем составе биогенные макро и микроэлементы, манннт, низкомолекулярные альгинаты, йод (табл.6). Содержание фукозы и глюкозы в нем составляет 0,5 и 6,5% (табл. 4).

Таблица 5

Санитарно-гигиеническая оценка экстрактов «Фукус» и ОВПЭг

Наименование пробы Наименование элемента

а-т. Sr-90, РЬ, Cd, Zn, Сц, Hg. As,

Ък/кт Б|/кг мг/кг нгftr иг/кг Ш/кг кг/кг мг/rr

ЭнстраггР vesiailasus _ 0,17+0,02 0,140+0,021 9,93+0,71 0,43+0,02 0,0020+0,0001 1,21+0,21

ОВПЭ} Е vesiculosas гзли 28.8+0,1,3 0,62+0,02 0,197+0,020 12,71+0,93 0,87*0,22 ore.

Экстра** ,4. nodosum - - 0,12±0,01 ОДШ+0,001 10,37+1,0) 0,42+0,01 0,0010+0,0001 0,48+0,02

ОВПЭз.4. nodosum 13,1+),] 97,2+1,5 0.J6+0.02 0,057+0,00] 26,88+1,» 1Л+0,07 ore.

Нормы па СанПнН 2,3,2,1078-01 200,0 100,0 0,» 1,0 - - 0,1 J.0

Таблица 6

Химический состав экстрактов «Фукус» и ОВПЭг

Наименовая кс пробы Фитию-химячкгал характер иеппа Минс| «ш.ный состав

юотность кг/дм5 рН соэд )жаиие, % к cyxovy кпвству Са, г/100 г Mg, г/lOOr К, r/lOOr Na, r/lOOr Р, r/100r

йод минер. »-а маиянт ;иьг кнел РВ

лгпс" ТГПС™

Экстракт 1\ yfjifxtoaa ОВПЭ> К vtíiahsia Эксгрнст АпЫояя OBT&i Л.ялЛиии 1.14+0,11 1Л5±0Д5 4,1+0,1 3,9+0,1 0,0710.01 0,29+0,М 40,2+1,3 17,9+1,1 43,3+1,6 17,7+1,0 19,1+U ЗД+0,7 17,3+1,1 4Д+08 38Д+0 41,9+1,7 1,90+0.11 21,20+1,17 0,65+0,Щ 1ШЦ,29 4,0+ОД 1,7+0.32 9,110+0,010 2,000+0,010 0,090+0,001 1.970+0,И0 0,700+0,0 Ш 0,050+0,002 0.6СО+О.ОЮ 0,87+0,09 ■120+0.13 1,02+0,11 2,30+0,14 0,76+0,01 2,80+0,20 0,86+0,32 3,0fP,19 0,12+0.02 0,13+0,02

*' рсзухкрукщие кшеспа;

** - леткогадролтуемыс полисахариды;

** *-труД"огяч>ол1П}ешк полвсахаралн

1в

Экстракты «Фукус» не подвержены микробиологическому заражению и после 9 месяцев хранения при комнатной температуре соответствуют требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01 (табл. 7).

Таблица 7

Результаты микробиологического исследования экстрактов «Фукус» и

Наименование пробы Наименование показателя

КМАФАяМ' (в 1,0 г) епш" (в 1,0 г) Сальмонелла (в 25.0 г) Плесени fe 1.0 г)

Экстракт К vesiculosus 2-10* отс. отс. отс.

ОВГГЭг F. vesiculosa; 10 отс. отс. отс.

Экстракт A. nodosum отс. ore. отс.

ОВПЭг A. nodosum 0 отс. отс. отс

* • ка"т>кчгпю *кгюфк"плыч и ^iiry.n.itnwinto aHfiiprXMojx ч;ж]х>орггиси;мои.

бактерии группы здшеччпЛ падочж

На основании проведенных исследований и полученных экспериментальных данных разработаны ТИ и ТУ на экстракты «Фукус», разработаны рекомендации по использованию их в качестве пищевой добавки для обогащения рациона питания природными биологически активными веществами. Из основе экстрактов создана рецептура йодсодержащих витаминизированных безалкогольных напитков серии «Альтовиг», разработана и утверждена нормативная документация, получено заключение СЭС,

ОВПЭг после спиртового экстрагирования A. nodosum и F. vesiculosus содержат в своем составе большое количество легкогидролизуемых и альгиновых полисахаридов (табл. 8). Наличие токсичных элементов и радионуклидов в остатке водорослей находится в допустимых пределах согласно СанПиН 2.3.2.1078-01 (табл.5).

Таблица 8

Наименование пробы Содержание, % к сухому веществу

альгин. кислоты золы маяни-гл РВ

общее растворимой лгпс тгпс

ОВПЭг F. vesiculosus 43,7+1,8 18,2+1,1 14,6+0,2 2,3+0,1 18,'±1,1 4,9+0,1

ОВПЭг <4. nodosum 36,2+1,5 16,5+1,2 12,2+0,5 4,3±0,2 18,9+0,9 6,4+0,1

При щелочном экстрагировании ОВПЭ2 F. vesicvlosus не удалось с помощью кислотного осаждения получить альгинат m-за его низкой молекулярной массы. Альгинат из ОВПЭ2 A. nodosum был получен без осложнений, выход готового продукта составил 16,8 % к сухой массе остатка водорослей.

Кислотно-водное экстрагирование остатка водорослей после спиртовой обработки фукоидов

Высокое содержание легкогидролизуемых полисахаридов в ОППЭ? (табл. 8) указывает на возможность его дальнейшей переработки.

Произведен подбор параметров дня извлечения водорастворимых низкомолекулярных и сульфатированных полисахаридов из остатка водорослей после спиртового экстрагирования, ОВПЭ* при постоянном перемешивании экстрагировали последовательно НС1 (0,1 N) и дистиллированной водой (ГМ 1:6-1:8), экстракты объединяли. Полисахаридный комплекс (ПК) осаждали этиловым спиртом (ГМ 1:1,5 (экстракт: спирт)), осадок досушивали в сушильном шкафу при температуре не выше 60°С.

Для отработки технологических параметров кислотно-водного экстрагирования температуру процесса изменяли от 20 до 70°С, время - от 1 до 4 часов. В качестве рационального выбран режим, позволяющий получить максимальный выход готового продукта: последовательное экстрагирование 0,IN соляной кислотой при температуре 70+5°С в течение 1,0+0,1 ч и водой при той же температуре в течение 3,0+0,1 ч.

Исследование химического состава выделенного полисахаридного комплекса показало, что в ПК из A. nodosum содержится 21,6% фукозы, из F. vesictdosus -15,4% (табл.9).

Таблица 9

Химический состав полисахаридного комплекса «Фукусовый»_

Наименование образца Содержание, % к сухому веществу Вязкость (1% распюр),

макнят глюкоза фукоаа

ПК из A. nodosum 2.2+0,1 5.9+0,2 21,6+0,3 2,6+0.1

ПК нз К veztculosus 1,8+0,1 2,9+0,1 15,4+0,4 2,0+0,1

На основании проведенных исследований разработана нормативная документация на получение полисахаридного комплекса «фукусовый».

Исследование химического состава остатка водорослей после кислотно-водного экстрагирования (ОВПЭз) показало, что в нем увеличивается относительное содержание восстанавливающих Сахаров (после гидролиза навески): в ОВПЭз A. nodosum оно составляет 34,8%, F. vesicutosus - 30,4% (табл. 10).

Таблица 10

Химический состав ОВПЭз_

Наименование образца Содержание, % к сухому веществу

маннит ГЛЮКОЗ! фукоза РВ

ОВПЭз A. nodosum l,97+Of И 2,16*0,10 5,43+0,21 34,80+0,60

ОВПЭз F, vesicutosus 1,03+0,17 2,32±0,13 3,05+0,29 30,40+0,80

При щелочном экстрагировании ОВПЭз A. nodosum выход альгината составил 16,2% при расчете на сухую массу остатка.

Таким образом, на основании полученных Экспериментальных данных установлены рациональные параметры экстрагирования БАВ из фукусовых водорослей Белого моря. Разработана комплексная технологическая схема их переработки (рис. 8). Разработаны и утверждены в установленном порядке ТЙ и ТУ на производство экстракта «Фукус», полисахаридного комплекса «Фукусовый», Йодсодержащнх витаминизированных напитков серии «Альговит», Разработанная технология апробирована в экспериментальном цехе Северного филиала ГЩНРО. Выпущены опытные партии экстрактов «Фукус» и лечебно-профилактических напитков серии «Альговит».

Расчет экономической эффективности (в рыночных ценах 2005 г.) показал, что линия производительностью по экстракту «Фукус» -1350 кг/год, полисахаридному комплексу «фукусовый» - 810 кг/год и альгинату натрия -720 кг/год позволит окупить капитальные затраты за 0,85 года.

Фукусовые водарослк А-мн/оь-ит <А.п.) и К уе*ки!жих П^у.)

л.п

Н20

Измельчение

Водно«

экстрагирование

Экстракт * «Аквафукуо*

А-и-тР.у.

Фильтрация

Ш5С01

А.»,

на производство БАД

Спиртовое экстрагирование

1

СгН,ОН

Фильтрация

Регенерация спирта

ИДО*

Щелочное экстрагирование

I

Осаждение альгиновой кислоты

А.О.,

на Кислотное экстрагирование

А.«,

Водное

зкстрашроваине

Экстракт «Фукус»

Фильтрация

на производство альпшатое №зСОз

А.».

Полнсахаридный

комплекс

«Фукусовый»

на производство напитков

СУЪОН

Щелочное экстрагирование

I

Осаждение альгиновой

кислоты -;-

на производство альгннатоа

Рис. 8. Схема комплексной переработки фукусовых водорослей

Измельчение

на производство БАД

Глава 5. Медико-биологические испытания

фукусовые водоросли. Проведенные в Научном центре радиационной медицины АМН Украины (г. Киев) исследования радиозащитных свойств порошков из фукусовых водорослей Белого моря показали, что обладают значительным протнворадионуклшшым эффектом благодаря наличию в составе альпшовых кислот, обладающих способностью избирательно абсорбировать н выводить из организма радионуклиды. Определено, что фукусовые водоросли способны усиливать метаболические процессы в организме, т.к. являются источником биогенных макро и микроэлементов.

Экстракт «Аквзфуку^». Испытания, проведенные в Институте вакцин и сывороток (г Санкт-Петербург), позволили отнести экстракты к нетоксичным веществам. Установлена их биологическая активность, включающая бактерицидное, антимикотическое и противовирусное влияние.

Экстракт «Фукус». Испытания, проведенные в Институте вакцин и сывороток (г. Санкт-Петербург) и Северном государственном медицинском университете (г. Архангельск), показали, что' экстракт не оказывает иммунотоксического, аллергенного действия и оказывает выраженное иммуностимулирующее, антиоксидантное, антимикробное и прогивоотечное действие. Рекомендовано его применение в пародонтологической практике и более широкое использование в комплексных программах профилактики стоматологических заболеваний.

Использование экстракта «Фукус» при производстве напитков.

Экстракты, полученные из фукусовых водорослей Белого моря по разработанной нами технологии, были использованы при создании рецептур йодсодержащих напитков серии «Альговит». За основу напитков взяты северные ягоды: шиповник, брусника, клюква, малина и трава мята. Напитки сбалансированы по содержанию йода и включают весь комплекс макро- и микроэлементов, белков и полисахаридов водорослей, а также комплекс витаминов северных ягод. По органолептическим показателям нашггки должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 11.

Таблица И

Наименование показателя Значение показателя

Альговит клюквенный Альговит брусничный Альговит малиновый Альговит с шиповником Альговит мятный

Внешний вид Прозрачная жидкость, допускается наличие взвесей или осадка плодовой мякоти без семян

Прозрачность Прозрачная жидкость без посторонних включений, не свойственных данному продукту. Допускается легкая опалесиенция, обусловленная особенностями используемого плодово-ягодного и травяного сырья

Цвет Красный Красный Красный Желто-зеленый Жеяго-зеяеный

Вкуси аромат Свойственный соответствующим ягодам и травам, с характерным ароматом ягод и трав

Срок хранения напитков при температуре от 0°С до 22°С составляет 3 месяца со дня изготовления.

Результаты испытаний, проведенных в детской клинике Научного центра радиационной медицины АМН Украины, показали, что пищевые продукты и напитки с добавлением экстракта обладают выраженными противораднону клядными свойствами и положительно влияют на обмен Йода у детей. Это говорит о целесообразности их использования у населения, проживающего на радиоактивно загрязненных и эндемических по йоду территориях.

Выводы

1. Научно обоснована и разработана комплексная технология переработки фукусовых водорослей Белого моря F vesiculosus и A. nodosum, включающая два технологических цикла (рис. 8), выбор которых обусловлен функциональными свойствами получаемых продуктов:

• последовательное водное и щелочное экстрагирование, позволяющее получать экстракт «Аквафукус» и альгииат;

последовательное спиртовое, кислотно-водное и щелочное экстрагирование, позволяющее получать экстракт «Фукус», полисахаридный комплекс «Фукусовый» и альгинат,

2. Изучен химический состав фукусовых водорослей A. nodosum и F. vesiculosus в сезонном аспекте. Установлено, что максимальное содержание

альгиновой кислоты для А. л. к F. v. составляет 36,7 и 31 >5%, манннта - 7,1 и 9,8%, фукоидана - 11,5 и 16,5%, белка - 8,3 и 8,6%, Йода - 0,045 и 0,027%, соответственно. Обоснован период сбора сырья для производства фукоидан- и йодсодержащих препаратов - с июня по октябрь.

3. Установлены рациональные параметры трехкратного батарейного водного экстрагирования фукусовых водорослей: температура 70+5°С, продолжительность одной обработки —1,0+0,1 ч, ГМ 1:8, рН 6,0,

Показано, что при водном экстрагировании A. nodosum в экстракт переходит 15,9 % сухой массы водорослей, F. vesicuiosus - 36,6%. Выход альгината при щелочном экстрагировании остатка водорослей A. nodosum составляет 24,6%, F. vesicuiosus - 6,7% к сухой массе остатка.

4. Установлены рациональные параметры спиртового трехкратного батарейного экстрагирования фукусовых водорослей: температура 76+2°С, продолжительность одной обработки -1,0+0,1 ч, ГМ 1,6, концентрация этилового спирта - 86+2%,

Показано, что при спиртовом экстрагировании F. vesicuiosus в экстракт переходит 18,6% сухой массы водорослей, при экстрагировании A. nodosum -15,6 %. Установлена иррациональность щелочного экстрагирования ОВПЭ F. vesicuiosus вследствие деструкции альгинового полисахарида. Показана возможность использования ОВПЭ2 A. nodosum для получения альгината, выход которого составляет 16,8 % от сухой массы остатка.

5. Обоснованы рациональные технологические параметры кислотно-водного экстрагирования остатка водорослей после спиртового экстрагирования: концентрация соляной кислоты — 0,1 N, температура процесса - 70+5°С, продолжительность кислотного экстрагирования - 1,0+0,1 ч, продолжительность водного экстрагирования - 3,0+0,1ч.

Установлено, что при щелочном экстрагировании остатка водорослей А. nodosum выход альгината составляет 16,2% к сухой массе остатка.

6. Разработаны ТУ, ТИ и Промышленный регламент на производство экстракта «фукус» и полисахаридного комплекса «Фукусовый». Разработаны и

утверждены ТИ и ТУ на обогащенные фукоиданом и Иодом напитки серии «Альговиг».

7. Расчет прогнозируемой экономической эффективности от внедрения комплексной технологии переработки фукусовых водорослей Белого моря показал, что окупаемость капитальных вложений возможна в течение 0,85 года.

8. По результатам клинических и медико-биологических испытаний экстракты «Фукус» и «Аквафукус» рекомендованы в качестве биологически активных добавок функционального назначения, в том числе в качестве пищевой добавки для обогащения рациона питания природными биогенными минеральными веществами.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1.Репина О.И., Калинина Е.А. Новые направления использования водорослей Белого моря / Материалы научной конференции, посвященной 105* летию со дня рождения К.П. Гемп. - Архангельск: Архангельский центр Русского географического общества РАН, 2000. - С. 77-81.

2. Репина О.И. Макрофиты Белого моря: основные направления биохимических исследований и технологических разработок / Материалы Первой Международной научно-практической конференции, - Москва: Изд-во ВНИРО, 2002 г.- С. 183-186.

3. Репина О. И. Комплексная переработка фукоидов Белого моря/ Материалы отчетной сессии СевПИНРО по итогам научно-исследовательских работ 2001-2002 гг. - Архангельск: Изд-во Арханг. Гос. Техн. Ун-та, 2003.- С. 339-347.

4. Репина О.И., Муравьева Е.А., Подкорытова A.B. Динамика химического состава промысловых бурых водорослей Белого моря /Прикладная биохимия и технология гидробионтов: Труды ВНИРО / Под ред. д-ра техн. наук, профессора A.B. Подкорытовой. - М.: Изд-во ВНИРО, 2004. - Т.143. - С. 93100.

5. Репина О.И., Муравьева Е.А. Рациональное использование бурых водорослей Белого моря / Стратегия и тактика социально-экономического развития общества: Материалы Международной научно-практической конференции. 16-17 февраля 2004 г. - Астрахань: Издательский дом «Астраханский университет», 2004. - С. 179-183.

6. Repina О, The complex use of brown seaweeds of the White sea /XVIII International Seaweed Symposium. Abstracts.- Bergen, Norway, 2004. - p.78.

7. Репина О.И., Коровкина HB., Подкорытова A.B. Лечебно-профилактические напитки на основе биологически активных экстрактов

беломорских фукусовых водорослей и северных ягод // Пиво и напитки,- 2005. -№2. -С.44-46.

З.Репина О.И. Фукоиды Белого моря: химический состав и перспективы использован ия//Материалы 2-ой международной конференции "Морские прибрежные экосистемы: водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки". - М.:Изд-во: ВНИРО. -2005. - С. 219- 223.

9. Репина О.И., Калинина Е.А., Щетинина Г.А. Перспективы использования нетрадиционных для промысла фукоидов Белого моря//Материалы 2-ой международной конференции "Морские прибрежные экосистемы: водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки". -М.;Изд-во: ВНИРО. -2005. - С. 223 - 226.

10. Репина О.И., Калинина Е.А., Щетинина Г.А. Исследование химического состава нетрадиционных для промысла фукоидов Белого моря//Материалы 2-ой международной конференции "Морские прибрежные экосистемы: водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки". -М.:Изд-во: ВНИРО. -2005. - С. 226 -229.

11. В плова Т.В., Оправин С. А., Репина О.И., Оправин A.C. Влияние препарата фукуса на развитие экспериментального гингивита //Материалы 2-ой международной конференции "Морские прибрежные экосистемы: водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки". - М:Иэд-во: ВНИРО. 2005,-С.269 -273.

12. Випова Т.В., Девяткова М.А., Репина О.И. Результаты клинических исследований применения препарата бурых водорослей для лечения гингивита//Материалы 2-ой международной конференции "Морские прибрежные экосистемы: водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки". - М:Изд-во: ВНИРО. 2005,- С. 273 - 278.

13. Корзун В.Н., Антонюк И.Ю., Переснчиая С.М., Расулов P.E., Репина О.П., Коровкина Н.В. Разработка и медико-биологическая оценка рецептур пищевых продуктов с использованием Fucus vesicuiosus!ÎMxKpa<au. 2-ой международной конференции "Морские прибрежные экосистемы: водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки". - М:Изд-во: ВНИРО. 2005.- С. 301 -305.

14. Пронина O.A., Репина О.И. Беломорские промысловые водоросли: сырьевая база, промысел и технологии переработки //Материалы IX международной конференции «Проблемы изучения, рационального использования и охраны природных ресурсов Белого моря»,- Петрозаводск.-2004.-С. 269-274.

Благодари ости. Автор приносит глубокую благодарность научному руководителю д.т.н., проф. Подкорытовой A.B., директору СевПИНРО к.б.н. Зеленкову В.М., а также всем сотрудником лаборатории технологии гидробионтов и к.б.н. Светочевой О.Н. за помощь и консультации по специальным вопросам.

Сдано в произв. 03.11,2005. Подписано в печать 03.И.2005, Формат 60*84/16. Бумага писчая. Гарнитура Тайме, Усп.печ.п, 1,5, Уч.-изд. л, 1,1. Заказ Кг 242. Тираж 120 экз.

Отпечатано в типография Архангельского государственного технического университета.

163002, г, Архангельск, наб. Северной Двнны, 17