автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Обоснование и разработка технологии комплексной переработки Cucumaria frondosa Баренцева моря

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ ДЕПАРТАМЕНТ ПО РЫБОЛОВСТВУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПОЛЯРНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МОРСКОГО РЫБНОГО ХОЗЯЙСТВА И ОКЕАНОГРАФИИ

им. Н. М. КНИПОВИЧА

На правах рукописи УДК

ТОЛКАЧЕВА ВИКТОРИЯ ФЕДОРОВНА

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ CUCUMARIA FRONDOSA

БАРЕНЦЕВА МОРЯ.

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и рыбных

продуктов

Диссертация на соискание ученой степени каццвдата технических наук

Научный руководитель: к. б. н. Т. К. ЛЕБСКАЯ

Мурманск - 1998

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение 5

Глава 1. Обзор литературы 10

1.1. Особенности биологии, состояние запасов, морфология 10 Cucumaría frondosa Баренцева моря

1.2. Характеристика биологически активных веществ 17 голотурий

1.3. Состояние исследований в области переработки 31 голотурий

II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 40

Глава 2. Объекты и методы исследования 40

2.1. Объекты исследования 40

2.2. Методы исследования 41

2.2.1. Размерно-массовый и химический состав частей тела Cucumaría frondosa (общий химический состав, фракционный, жирнокислотный состав липидов, аминокислотный состав белка, содержание жирорастворимых витаминов, фосфора, активность ферментов) 41

2.2.2. Определение допустимых сроков хранения сырья 45

2.2.3. Токсиколого-гигиенические сследования сырья и 46 продукции.

2.2.4. Методы выделения биологически активных веществ

из Cucumaría frondosa. 47

2.2.5. Выявление дозового интервала иммуномодулирующей и противоопухолевой активности комплекса гликозидов 47

2.2.6. Разработка НТД на сырец, кулинарную и консервированную продукцию, комплекс каротиноидов и

комплекс фосфолипидов с сапонинами. 48

Глава 3. Результаты исследований и их обсуждение 49

3.1. Характеристика размерно-массового, химического состава, пищевой ценности Cucumaria frondosa

Баренцева моря. 49

3.2. Медико-биологические исследования Cucumaria frondosa для решения вопроса об ее использования на пищевые

цели, в лечебном и профилактическом питании 64

3.3. Изучение допустимых сроков хранения мороженого полуфабриката из Cucumaria frondosa. 66

3.4. Обоснование и разработка технологии комплексной переработки Cucumaria frondosa 70

3.4.1. Совершенствование технологии кулинарной продукции

из кожно-мышечного мешка кукумарии. 70

3.4.2. Разработка технологии изготовления "Масла икорного из кукумарии" и установление сроков хранения

данного вида продукции. 74

3.4.3. Обоснование рецептуры приготовления стерилизованных консервов из Cucumaria frondosa. 78

3.4.4. Оценка противоопухолевой и иммуномодулирующей активности сапонинов из Cucumaria frondosa 85

3.4.5. Медико-биологические исследования комплекса фосфолипидов с сапонинами и комплекса каротиноидов

для решения вопроса использования их на пищевые цели 87

3.4.6. Разработка технологии получения комплекса фосфолипидов с сапонинами, комплекса каротиноидов

и белкового концентрата из морского огурца. 89

3.4.7. Исследованиие физико-химических свойств комплекса фосфолипидов с сапонинами 99

3.4.8. Исследования физико-химических свойств комплекса каротиноидов. 102

3.4.9. Характеристика белкового концентрата из

Cucumaria frondosa 104

3.4.10. Обоснование использования пищевой продукции из Cucumaria frondosa Баренцева моря в качестве добавок в лечебном и профилактическом питании 105

4. ВЫВОДЫ 112

5. Список использованной литературы 115 в. Приложения 139

ВВЕДЕНИЕ

Современный уровень развития науки и техники определил более углубленное изучение сырьевых ресурсов, в том числе рыбы и других гидробионтов. До недавнего времени гидробионты рассматривались только как сырье для производства традиционных видов пищевой, кормовой и технической продукции (Кизеветтер, 1953; 1962; 1976; Стукалова, 1984; Акулин, Леванидов, 1985). Однако, результаты многочисленных исследований показали, что они являются уникальными источниками разнообразных биологически активных веществ (БАВ) (Nigrelli, 1952; Yamanouchi, 1955; Matsuno, Ito, 1971; Анисимов др., 1980; Слуцкая, 1975; Ажгихин и др., 1978; Ржавская, 1978; Kitagava et al, 1978; Эпштейн и др., 1980; Левин, 1982; Стукалова, 1984; Сафронова и др., 1985; Еляков, Стоник, 1986; Андреева др., 1987; Савватеева, 1987; Калинин и др., 1994; Семенов, Одинцов, 1994; Fenical, 1994; Skyak-Brak, 1994; Ohizume, 1996 ; Lineo, Hayakawa, 1996; Odukoya et al, 1996).

Многие из них могут служить сырьем для получения ценного лечебно-профилактического питания, фармацевтической и косметической продукции, стимуляторов продуктивности при выращивании сельскохозяйственных животных, птиц, объектов аквакультуры, повышения урожайности сельскохозяйственных культур и др. При этом, сырьем для их получения являются, главным образом, гидробионты, не используемые пока в народном хозяйстве, а так же отходы при их переработке.

С другой стороны, в связи с существующими ограничениями районов российского промысла, обусловленных современными правилами Международного рыболовства, изыскание дополнительных источников морских ресурсов приобретает особую актуальность.

В решении вопросов, связанных с использованием в пищу новых

промысловых обитателей гидросферы, ведущая роль отводится изучению выхода пищевого и непищевого сырья, содержанию основных питательных веществ, определению количества и природы биологически активных веществ (липидов, витаминов и др.), исследованию концентрации и локализации тяжелых металлов и хлорорганических соединений. При условии экологической чистоты нового вида сырья проводятся гигиенические исследования, позволяющие исключить возможную опасность нового объекта для организма человека (Левинтон и др., 1981, 1982; Доулл, 1986; Покровский, 1989; FAO\WHO, 1991).

Проблема создания лечебного и профилактического питания для человека в условиях ухудшения экологической ситуации и, как следствие, увеличение заболеваемости сердечно-сосудистой системы, онкологическими заболеваниями, иммунодефицитом, приобретает все большую остроту и требует скорейшего решения. Приоритет при таких разработках отдается натуральному сырью.

С давних времен известны лечебные свойства некоторых морских организмов. Один из них - голотурия или морской огурец, основной промысел которого сосредоточен в Приморье, в водах Индо-Малай-ского архипелага, островов тихого океана, на Филиппинах, у берегов Китая и Японии.

В Баренцевом море массовым видом голотурий является Cucumaria frondosa. Результаты морских экспедиций ПИНРО, Севрыб-промразведки, ММБИ свидетельствуют о значительных скоплениях кукумарии в различных районах российской зоны Баренцева моря. Промышленное освоение этого вида не требует разработок специализированных орудий лова.

Cucumaria frondosa является родственным видом Cucumaria japónica, которая широко применяется как пищевой и лечебно-профилактический продукт на Дальнем Востоке. Голотурии Баренцева моря привлекали внимание ученых как источники биологически актив-

ных соединений: тритерпеновых гликозидов, фосфолипидов, полие-новых жирных кислот. В работах Л. А. Андреевой с соавторами (Андреева и др., 1984, 1987, 1988), Ажгихина с соавторами (Ажгихин и др., 1978) освещены вопросы комплексной переработки голотурий, описаны способы выделения и идентификации биологически активных соединений, обсуждаются перспективы ее использования для создания продуктов лечебного и профилактического назначения. Однако, в литературе отсутствует систематизированный материал, позволяющий оценить рациональное использование этого вида сырья в зависимости от сезонной изменчивости химического состава, содержания биологически активных веществ и соотношения различных частей тела. Кроме того, вопрос о пищевом использовании голотурий Баренцева моря до настоящего времени не был решен положительно, что также было обусловлено фрагментарными сведениями об этом объекте.

Не менее важной проблемой является разработка новых малоотходных технологий комплексной переработки голотурий с учетом особенностей химического состава и содержания биологически активных веществ в различные сезоны года. В этом аспекте важно прогнозировать наиболее рациональное использование сырья в пищу, создания новых пищевых добавок для лечебного и профилактического питания.

Цель настоящей работы - обоснование и разработка комплексной технологии переработки Cucumaria frondosa для получения пищевой, лечебно-профилактической, кормовой продукции, пищевых добавок на основе биологически активных веществ этого животного.

Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи:

- изучение соотношения отдельных частей тела Cucumaria frondosa, их химического состава, содержания и локализации биологически активных веществ в различные периоды жизненного цикла;

- обоснование и изучение возможности использования Cucumaria frondosa на пищевые цели;

- разработка малоотходной технологии переработки морского огурца с целью получения пищевой продукции, выделения и очистки комплекса биологически активных пищевых добавок и кормовых продуктов;

- исследование иммуномодулирующщей и противоопухолевой активности гликозидов Cucumaria frondosa;

- изучение физико-химических свойств всех видов получаемой из Cucumfria frondosa продукции и разработка на них НТД;

- оценка безвредности концентрата каротиноидов и комплекса сапонинов для теплокровных животных;

разработка рекомендаций по использованию комплекса биологически активных пищевых добавок из кукумарии в лечебном и профилактическом питании.

Научная новизна. Впервые получены данные о пищевой ценности и содержанию биологически активных веществ в различных органах Cucumaria frondosa Баренцева моря в период годового жизненного цикла. Обоснована и доказана возможность пищевого использования ранее не вылавливаемого вида голотурий Баренцева моря - Cucumaria frondosa. Разработана малоотходная технология получения из кукумарии, позволяющая по единой технологической цепи получать продукцию для пищевого использования, комплекс биологически активных пищевых добавок и кормовое сырье.

Разработаны технологии получения следующих пищевых продуктов:

1. Консервы - " Мускул кукумарии натуральный"

"Икра кукумарии натуральная (стерилизованная)";

2. Кулинария -"Масло икорное из гонад кукумарии";

3. Биологически активные добавки: "Концентрат каротиноидов"; "Концентрат фосфолипидов с сапонинами"; "Кормовой белковый концентрат ".

Выявлены иммуномодулирующие и противоопухолевые свойства гликозидов из Cucumaria frondosa Баренцева моря. Впервые установлены сроки и условия хранения всех видов разработанной продукции.

Технология получения комплекса биологически активных пищевых добавок - каротиноидов и сапонинов, а также масла икорного не имеет аналогов; оформлена заявка на изобретение и патент, получена приоритетная справка.

На защиту выносятся следующие положения: - материалы по пищевой ценности и содержанию биологически активных веществ в различных частях тела одного из массовых видов голотурий Баренцева моря - Cucumaria frondosa;

- обоснование и доказательство возможности использования мускула и гонад кукумарии на пищевые цели;

- малоотходная технология переработки морского огурца для получения пищевой продукции, выделения и очистки комплекса биологически активных пищевых добавок;

данные о дозовом интервале иммуномодулирующей и противоопухолевой активности гликозидов морского огурца Баренцева моря;

- доказательство безвредности каротиноидов и сапонинов, и рекомендации по применению их в лечебном и профилактическом питании;

- сроки и условиям хранения мороженного полуфабриката, всех видов пищевой продукции и пищевых добавок;

разработанная и утвержденная научно-техническая документация.

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1Л. Особенности биологии, состояние запасов, морфология Cucumaria frondosa Баренцева моря.

Голотурии или морские кубышки известны с древних времен. Название "морские огурцы" было дано Плинием, а первое описание нескольких видов принадлежит Аристотелю. Издавна иглокожие морские кубышки привлекали внимание людей своим внешним видом и своеобразным образом жизни. Свыше 40 видов и разновидностей голотурий используется человеком в пищу.

Cucumaria относится к типу Иглокожие - Echinodermata, классу Голотурии Holothuiioidea, к отряду древовиднощупальцевых голотурий -Dendroshirota, объединяющего наиболее примитивных представителей данного класса, обладающих ярко выраженной пятилучевой симметрией, древовидными щупальцами и органами передвижения -амбулакральными ножками, способными втягиваться (рис. 1.1). Представители рода Cucumaria имеют крупные размеры (до 40 см в длину) и по форме напоминают огурец, на одном конце которого располагается ротовое отверстие, окруженное венчиком щупалец (Дьяконов, 1933; Иванов, 1955; Иванов, Полянский и др. 1985; Догель /ред. Полянского/, 1981; Гудимова, Денисенко, 1995).

Кожа животных очень мясистая, гладкая, толстая (0,5 см и больше), светло-фиолетового или темно-бурого цвета. В коже нет правильного известкового скелета, как у других иглокожих. Вместо него она содержит микроскопические известковые тельца разнообразной формы ( Дьяконов, 1933; Иванов, 1955; Догель /ред. Полянского/, 1981; Иванов, Полянский и др. 1985; Гудимова, Денисенко, 1995). Под эпителием находится мощный слой соединительной ткани, окрашенный темным пигментом. Стенки тела, включающие покровный

эпителий, соединительную ткань, слой кольцевых мышц и целомический эпителий, образуют кожно-мышечный мешок, заключающий обширную вторичную полость тела (Штшй-от Л., Яиш^гот Б., 1918-1919; Иванов, 1955; Гудимова, Денисенко, 1995) (рис. 1.1).

Вторичная полость тела содержит жидкость по составу весьма близкую к морской воде. В жидкости распределены многочисленные клетки-целомоциты, принимающие участие в процессах пищеварения, свертывания крови, дыхания, выделения. Целом расчленяется на обширную полость тела и несколько сложных систем -амбулакральную, кровеносную и систему каналов, сопровождающих гипоневральные стволы нервной системы (Левин, 1982; Калинин, Стоник и др., 1990; Калинин, Левин и др. 1994; Гудимова, Денисенко, 1995).

Пищеварительная система голотурий открывается ртом, окруженным пищедобывательными структурами - щупальцами, пищеварительной трубкой. Для кукумарий характерен длинный трубчатый кишечник, обычно в 2-3 раза превышающей длину тела (рис. 1.1). Каких-либо специальных пищеварительных желез у голотурий нет, отсутствут и какие-либо железистые придатки. Имеются данные, что в транспорте нутриентов через стенку кишечника активно участвуют целомоциты. Помимо внеклеточного у голотурий показано и внутриклеточное пищеварение. Допускается также и возможность поглощения питательных веществ через покровы тела (Левин, 1982; Калинин, Стоник, Авилов, 1990; Калинин, Левин, Стоник, 1994; Гудимова, Денисенко, 1995).

Рис. 1.1. ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ Cucumaria frondosa (Догель, 1981) 1. Кожно-мышечный мешок; 2. Продольные мышцы; 3. Полиев пузырь; 4. Гонады; 5. Поперечная мускулатура; 6. Водные легкие; 7. Ампулы околоротовых щупалец; 8. Кишечник.

Кровеносная или гемальная система представлена кольцевым окологлоточным сосудом, залегающим в аборальной стенке кольцевого амбулакрального канала, и двумя крупными сосудами, сопровождающими кишечник.

Многочисленные разветвления и анастомозы сосудов средней части кишечника могут образовывать мощное сплетение, называемое "чудесной сетью". Кровь голотурий представляет собой бесцветную жидкость, содержащую целомоциты. Функция кровеносной системы голотурий остается во многом неясной. Тесная связь ее с кишечником указывает на возможность участия крови в процессе пищеварения. Кровеносная система играет определенную роль в процессе дыхания. Возможно стенки кровеносных сосудов являются местом образования целомоцитов (Левин, 1982; Калинин, Левин, Стоник, 1994).

Половая система представлена половой железой, состоящей из двух пучков отдельных трубочек красновато-коричневого цвета у самок и светло-фиолетового у самцов. Внешний половой диморфизм не выражен. Соотношение полов в популяциях близко 1:1 (Низовская , 1973). Возраст, в котором кукумарии достигают половой зрелости, пока не установлен. ( Арбузова, Яковлев, 1982; Левин, 1982; Гудимова, Денисенко, 1995).

Сроки и продолжительность нереста кукумарий в различных участках ареала варьируют весьма значительно. В общем нерестовый период охватывает 7-8 месяцев: с февраля-марта по август. В бореальной области кукумарии половозрелы в феврале, при температуре воды 4 °С. В прибрежье Кольского полуострова находили экземпляры, близкие к половой зрелости в начале гидрологической весны, при температуре +1,5 °С (Гудимова, Денисенко, 1995; Биологические ресурсы..., 1995).

Главные промыслы морских огурцов (рис. 1.2) сосредоточены преимущественно в тропических районах: в водах Индо-малайского

архипелага, островов Тихого океана, на Филиппинах, у берегов Китая и Японии (Jordan A.J., 1972). В Китае голотурий окрестили "морским женьшенем" ( Зенкевич, 1968; Самойлов, Гиршович, 1980). В России, в Приморье добывается два вида съедобных голотурий: Stichopus japónicas и Cucumaria japónica. В Баренцевом море массовым видом голотурий, очень похожий на японски