автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка технологии получения каппа-каррагинана из красной водоросли хондрус арматус (CHONDRUS ARMATUS)

На правах рукописи

Кадникова Ирина Арнольдовна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ КАППА-КАРРАГИНАНА ИЗ КРАСНОЙ ВОДОРОСЛИ ХОНДРУС АРМАТУС (ШИГОШ АШШ)

Специальность 05.18.04 - Технология мясных, молочных и

рыбных продуктов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1995

Работа выполнена в Тихоокеанском научно-исследовательском рыбохозяйственном центре.

Научный руководитель:

кандидат технических наук, ст. науч. сотр. А.В.Подкорытова Официальные оппоненты :

доктор технических наук, профессор B.C. Баранов кандидат технических наук, ст.науч.сотр. Ю.Г. Воронова Ведущая организац туз

сертационного сов- .01 во Всероссийском науч-

но-исследовательском институте рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО) по адресу: 107140, г. Москва, В. Красносельская, 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИРО. Автореферат разослан "_"_ 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

старший научный сотрудник Г.П.Ионас

Защита состоится

1995 г. на заседании дис-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Среди множества объектов морского промысла важное место принадлежит водорослям, которые являются ценным сырьем для производства агара, агароида, каррагинана, фурцелларана и других полисахаридов, широко применяемых в качестве загустителей и гелеобразователей в различных отраслях пищевой промышленности, медицине и других производствах различных продуктов.

Острый дефицит известного агароносного сырья, связанный с истощением запасов и антропогенным воздействием на водную среду при возрастании потребности в загустителях и гелеобразователях, обуславливает необходимость изыскания новых видов водорослей, имеющих промысловые запасы и пригодных для их производства, но по разным причинам не используемых агаровой промышленностью.

К таким видам водорослей следует отнести водоросль хондрус арматус, которая по запасам и составу является перспективным сырьем для производства полисахарида типа каррагинана, обладающего ге-леобразующей способностью. До настоящего времени зта водоросль рассматривалась как второсортное сырье, сопутствующее анфельции и нашей промышленностью не перерабатывалась.

За рубежом производные каррагинана широко используются в качестве загустителя и студнеобразователя в различных отраслях производства. Поэтому вовлечение водоросли хондрус арматус в качестве зырья для получения загустителя и гелеобрааователя, пригодного к использованию в пищевой промышленности и медицине, является перспективным направлением дальнейшего развития производства по переработке водорослей.

Работа выполнялась в соответствии с планами научно-исследова-гельских работ ТИНРО начиная с 1990 г. и по настоящее время,а так-

же - по заданию ГКНТ, отдельные ее части входили в комплексную целевую программу "Восток".

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является обоснование и разработка технологии получения полисахарида с регулируемыми физико-химическими свойствами из красной водоросли хонд-рус арматус.

В соответствии с поставленной целью было намечено решение следующих задач:

- изучить особенности химического состава красной водоросли хондрус арматус;

- исследовать химический состав и свойства каррагинана;

- идентифицировать и установить структуру полисахарида водоросли хондрус арматус;

- исследовать процесс модификации структуры каррагинана;

- разработать технологию получения каррагинана из красной водоросли хондрус арматус.

Научная новизна. Изучены особенности химического составе красной водоросли хондрус арматус.

Методом 13с

-ЯМР идентифицирован гелеобразователь водоросли хондрус арматус как каррагинан (комплекс йота- и каппа- компонентов) .

Показана возможность модификации структуры каррагинана предусматривающая повышение его гелеобразующих свойств.

Установлено влияние модификации структуры полисахаридногс комплекса на его вязкостные и гелеобразующие свойства.

Теоретически описанный механизм модификации подтвержден данными ГЖХ и 13С-ЯМР.

Показано, что конформация молекул полисахарида при взаимодействии с калием является условием образования прочных гелей кар-

рагинана.

Получены научные данные для разработки технологии получения каррагинана.

Практическая значимость работы. На основании полученных результатов научно-обоснована и разработана технология получения каррагинана с регулируемыми физико-химическими из красной водоросли хондрус арматус.

Разработана и утверждена нормативно-техническая документация (ТИ,ТУ) на производство каррагинанов из красной водоросли хондрус: ТУ 15-01 1662-92 "Каррагинан калия мороженый", ТУ 15-01 1661-92, извещение N1 об изменении ТУ 15-01 1661-92 "Каррагинан калия"; ТУ 15-01 1663-92, извещение N1 об изменении ТУ 15-01 1663-92 "Каррагинан кальция"; ТУ 15-01 16641-92, извещение N1 об изменении ТУ 15-01 1664-92 "Каррагинан аммония"; ТУ 8411-008-0047 2012-93 "Каррагинан пищевой"; ТИ 490-92, изменение N1 ТИ 490-92 по изготовлению каррагинана калия и каррагинана калия мороженого; ТИ 494-92, изменение N1 ТИ 494-92 по изготовлению каррагинана аммония и каррагинана кальция; ТИ 36-7-93 по изготовлению пищевого каррагинана.

В экспериментальном цехе ТИНРО на опытно-промышленной установке проведена проверка технологии получения каппа-каррагинана и составлен акт производственной проверки, утвержденный заместителем директора ТИНРО Ю.Г.Блиновым и согласованный с главным инженером АО "Дальрыба" А.Ветровым. Выработанные партии каррагинана были испытаны в Ассоциации клеточных культур (г.Санкт-Петербург) и Институте органической химии им. Н.Д.Зелинского (г.Москва). Получены положительные заключения о возможности их использования в промышленности, медицине и биотехнологии.

Каррагинан пищевой из водоросли был испытан для приготовления пищевого продукта - мармелада на каррагинане - и представлен "на

дегустационном совещании ГПО Дальрыба 23.11.91 г. Новый гелеобра-зователь одобрен и рекомендован к внедрению на предприятиях Даль-рыбы.

Обоснованность и достоверность исследований. При проведении экспериментов использованы современные методы исследования полисахарида, проведена статистическая обработка результатов, что свидетельствует о достоверности выводов, представленных в диссертации.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на заседаниях технико-экономической секции Ученого совета ТИНРО (1991,1992), конференции молодых ученых ТИНРО (1993), Всесоюзных совещаниях "Биологически активные вещества гидробионтов - новые лекарственные, лечебно-профилактические препараты" и "Рациональное использование биоресурсов Тихого океана "(Владивосток,1991), на 14-м международном симпозиуме по водорослям (Франция,Брест,1992).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 123 страницах основного текста, содержит 19 рисунков, 23 таблицы и 21 приложение. Список литературы включает 148 наименований, в том числе 72 зарубежных источника.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы.

В обзоре литературы приведены общие сведения о биологии и химии красных морских водорослей. Рассмотрены материалы об особенностях строения и физико-химических свойствах гелеобразующих полисахаридов (агара, каррагинана), области их применения. Проанализированы способы получения гелеобразующих полисахаридов из красных

морских водорослей. На основании анализа литературных данных сфор-мулиров_аны задачи исследования.

В экспериментальной части диссертации дана характеристика объектов и методов исследования, изложен и проанализирован экспериментальный материал, приведены выводы.

В приложении к диссертации представлены документы о внедрении результатов исследований.

Объекты исследований. Объектами исследований являлись:

- красная водоросль хондрус арматус (Chondrus armatus), произрастающая в заливе Измены Южно-Курильского района;

- образцы каррагинанов, полученные в процессе отработки технологии;

- образцы каррагинанов производства Южной Кореи и Филиппин;

- водорослевый остаток.-

Методы исследований. Отбор, подготовку проб к анализу, определение технохимических показателей водорослей, физико-химические свойства полисахаридов проводили по ГОСТу 26185-84. Общий азот определяли микрометодом по Кьельдалю на приборе фирмы "Tecator" Kjeltec auto lOSO Analyser, клетчатку в водоросли - методом Кюрш-нера и Ганака (Бурштейн, 1963), макро- и микроэлементный состав в водорослях и каррагинане - методом атомно-абсорбционной спектроскопии на пламенно-эмиссионном спектрофотометре Nippon Garrel Ash модель АА-855 (Ковековдова, 1987), аминокислотный состав белка хондруса арматуса определяли хроматографическим методом на аминокислотном анализаторе фирмы "Хитачи", моносахаридный состав биомассы водоросли и каррагинана - методом полного восстановительного гидролиза, ' с последующим анализом гидролизатов методом ГЕХ (Усов, Элашвилли, 1993) на хроматографе Hewlett - Packard 5890 А, сульфаты - турбидиметрическим способом (Dodgson, Price, 1962). Идентифи-

кацию полисахарида хондруса и исследование его структуры осуществляли методом 13С-ЯМР на приборе Bruker 250 с рабочей частотой по углероду 62,9 МГц 2% растворов полисахаридов в воде при 80°С (внутренний стандарт диметилсульфоксид (39,5 м.д.) (Craigie, Leigh, 1978). Исследование процессов экстрагирования, осаждения, модификации, очистки и концентрирования проводили с использованием приёмов, принятых в технологии переработки красных водорослей (Ки-зеветтер и др., 1967; Маслюков, 1973; Рехина и др., 1939). Удаление жидкости из геля каррагинана осуществляли на лабораторном прессе при давлении 0,25-0,40 х 105 Па. Эффективность технологических режимов и качество полученных гелеобразователей оценивали в соответствии с ГОСТом 26185-84. Обработку результатов исследований проводили методами математической статистики (Саутин, 1975; Кенуй, 1979).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Исследование химического состава красной водЬросли хондрус

арматус, состава и свойств её полисахарида Результаты исследования общего химического состава водоросли (табл.1) свидетельствуют о преимущественном содержании углеводов в ее талломе. Углеводы представлены клетчаткой, водорастворимой по-лисахаридной фракцией, содержание которой довольно высокое -38,4-47,8 % - с характерным пиком накопления к сентябрю.

Моносахаридный состав биомассы водоросли (табл.2) представлен в большей степени З.оангидрогалактозой, галактозой, глюкозой и в меньшей степени ксилозой, маннозой, 2-0-метил-3,6-ангидрогалакто-зой, что указывает на высокое содержание галактана (более 40 -каррагинана.

Наличие значительного количества углеводов в талломе водоросли, сходство в составе полисахаридной фракции с полисахаридами

Таблица 1

Химический состав водоросли хондрус арматус

N п/п Время отбора проб водоросли Минеральные вещества Органические вещества в том числе

Азотистые вещества №6,25) Клетчатка Экстрагируемые полисахариды % к в/с водоросли в том числе каппа-карра-нан % к в/с водоросли % от экстрагируемых полисахаридов

в % сухого вещества

1. июнь 24.5 56.4 ■ 7.7 5.9 4а 8 32. 6 74.4

2. август 24. 0 59.4 8.4 5.2 45.8 38.0 82.7

3. сентябрь 24.5 62.0 7.6 6.6 47.8 40.0 88.2

других красных водорослей позволили предположить возможность использования этой водоросли в качестве источника гелеобразователя.

Анализ спектра 13С-ЯМР показывает, что природный полисахарид водоросли является комплексом каппа- и йота- компонентов с содержанием йота- компонента не более 20 % (рис.1), что позволяет сделать вывод о преобладании в структуре полисахарида водоросли кап-па-каррагинана (более 80 % общей суммы экстрагируемых полисахаридов).

Растворы нативного полисахарида образуют гели с невысокой механической прочностью, величина которой ниже регламентируемой для пищевых гелеобразователей.

Таблица 2

Моносахаридный состав биомассы хондруса арматуса, % к навеске воздушно-сухой водоросли

Время отбора I Моносахарид I А/6

ирии 1 Ху1 1 1 1 2-о т 1 1 3,6- А6 1 I 3,6-А6 1 1 Мал 1 1 1 в1с 1 1 6а1 1 1

Июнь 1,0 0,67 12,3 0,18 2,56 22,5 0,64

Август 0,7 0,51 10,7 0,20 2,40 20,1 0,62

Сентябрь 1,0 0,62 10.2 0,38 4,50 23,1 0,52

ЯМР-спектроскопией нативного полисахарида водоросли выявлен сигнал химического сдвига при 104,8 м.д. приложенного поля, соответствующий сульфату при шестом углеродном атоме 4-замещенной Д-галактозы полимерной цепи полисахарида, что является причиной низкой гелеобразующей способности (рис.1, а).

- и -

ICO 9î 90 85 60 75 70 65 60

Рис.1. Спектры 13С-ЯМР нативного каррагинана (а)., модифицированного (б) каррагинана хондруса арматуса Для определения способности макромолекул полисахарида хондруса формировать гель был изучен процесс гелеобразования в системе и установлены следующие зависимости (рис.2), которые объясняют некоторые колебания величины прочности геля совместным влиянием на этот процесс: 1)природы катиона, присоединенного к серосодержащим группам полисахарида; 2)соотношения A/G; 3)степени сульфатирования молекулы каррагинана. Это послужило в дальнейшем основой для разработки технологии получения каррагинана.

Полученные результаты определяют возможность использования полисахарида водоросли в качестве гелеобразователя и обосновывают

300 400 500 600 700 . -Р, г/с«2

Рис.2. Зависимость прочности 2 Х-ного геля каррагинана от концентрации катиона калия, соотношения А/6, содержания сульфогрупп (SC^Na):

1 - концентрация катиона калия, Z; 2 - соотношение A/G; 3 - содержание SCfeNa, % целесообразность поиска оптимальных условий его получения из данного вида водоросли.

Разработка технологии получения каппа-каррагинана

Исследование процесса экстрагирования каррагинана. Предварительно проведенные нами опыты показали, что процесс извлечения каррагинана принципиально не отличается от процессов выделения агара, агароида. Однако установленные нами особенности химического состава и свойства полисахарида, содержащегося в водоросли хондрус, обусловливают свои особенности процесса экстрагирования.

Известно, что каппа-каррагинан обычно извлекают из водоросли горячей водой, поэтому в качестве экстрагента была взята вода

- 13 -

(Smith, 1953; 0 Neill, 1955; Усов, 1985).

Установлено, что максимальное извлечение экстрактивных веществ из водоросли происходит за 2,5-3,0 ч при температуре 93-95°С, выход каррагинана 40,3 1 (рис.3).

вб/юд yf

}t,4

Рис.3. Зависимость выхода каррагинана от температуры, продолжительности экстракции и гидромодуля: 1 - гидромодуль 1:60; г - гидромодуль 1:80; 3 - гидромодуль 1:30

Установлено, что гидромодуль существенно влияет на выход каррагинана. С уменьшением гидромодуля возрастает еязкость экстракта, что затрудняет последующую очистку фильтрованием и на 18 % снижает выход каррагинана. С увеличением гидромодуля до 1:80 образуется слабоструктурированный гель, что также приводит к потерям продукта в процессе его обезвоживания и сушки.

Таким образом, экстрагирование каррагинана с гидромодулем 1:60 при температуре 93-95°С и продолжительности 2,5-3,0 ч является оптимальным режимом, обеспечивающим высокий выход и качество каррагинана.

Исследование процессов осаждения, обезвоживания, очистки геля каппа-каррагинана. Установлено, что на процесс, осаждения, который оценивался по прочности геля, оказывают влияние температура экстракта и концентрация осадителя. Следует отметить, что структурирование раствора каррагинана происходит аналогично гелеобразованию в агаре с построением трехмерного жесткого каркаса из полисахарид-

ных молекул. Экспериментально установлено, что наибольшую прочность имеют гели, полученные при температуре экстракта 70°С и концентрации хлорида калия 0,6 % (рис. 4). В соответствии с этими данными составлена нормограмма.расхода KCl на единицу сухого вещества экстракта. Полученный гель обладал достаточно большой прочностью и был удобен для последующей обработки (обезвоживания и сушки) (рис. 4).

Р, г/смг

Шт

Рис.4. Зависимость прочности геля каррагинана от температуры его раствора и концентрации хлорида калия

Известно, что среды для животных клеток, содержащие На* Са? ЛН,, оказывают положительное действие на их жизнеспособность (Вуд-ворд, 1988).

С целью применения каррагинана в биотехнологии для иммобилизации живых клеток исследовали влияние катионов аммония и кальция на его физические свойства. Установлено, что качество геля каррагинана зависит от природы и степени насыщения структуры катионами осадителя.

В результате проведенных исследованиий были получены производные каррагинана: Са - каррагинан, Щ,- каррагинан. Эти формы каррагинана с целью тестирования на цитотоксичнсть и возможности их применения в биотехнологии исследовали в Ассоциации клеточных культур г.Санкт-Петербург на животных клетках. Результаты по тес-

тированию на цитотоксичность и проверке механических свойств гранул показали, что каррагинан не является цитотоксичным и гранулы, приготовленные из него, удовлетворяют механическим свойствам.

Гель каррагинана после осаждения из экстракта содержит до 98 % воды, его очистка и высушивание требуют больших энергозатрат.

Исследование двух способов обезвоживания геля каппа-каррагинана перед сушкой - прессования и замораживания-оттаивания - показало преимущество прессования (табл. 5), требующего меньших энергетических затрат.

Гель каррагинана, полученный в результате осаждения хлоридом калия, структурирован подобно гелю агара, и процесс удаления жидкости из геля каррагинана прессованием аналогичен прессованию агара, но имеет свои особенности.

Гели каррагинана не подвержены синерезису при измельчении и являются слабоструктурированной системой (440-540 г/см2).

Нами установлено, что основными факторами влияющими, на степень обезвоживания, являются нагрузка на гель каррагинана, уменьшение толщины слоя геля и увеличение продолжительности процесса.

Таким образом, прессование при толщине слоя (10-30) х 10~3м, постепенном увеличении нагрузки от 0,025-0,04 МПа, продолжительности процесса 18 х 103 с позволяет увеличить концентрацию каррагинана в г^ле в 14 раз и снизить расход спирта на последующую сушку в 13-15 раз.

Поскольку качество готового продукта зависит от содержания минеральных веществ, то способы обезвоживания геля каррагинана одновременно можно рассматривать и как способы его очистки. Установлено, что обработка геля замораживанием-оттаиванием и прессованием приводит к уменьшению содержания золы с 38 1 до 23 1. Однако получаемый продукт имеет серый цвет и нуждается, на наш взгляд, в до-

Таблица 5

Технические параметры способов удаления воды из геля каррагинана

Показатель 1 Исходный 1 Отпрессован- 1Гель после раз-

1 гель ный гель мораживания

Содержание водыД 98.0±1.0 86.0+1.0 96.0+1.0

Содержание мине-

ральных веществ,% 32.5+4.0 30.5+3.0 28.0+2.0

Продолжительность

процесса, ч - 5.0 18.0

Степень обезво-

живания, % - 87.0+3.0 55.0+5.0

Производительность,

кг воды/м3ф - 170 15.0 35.0+5.0

Расход спирта,кг/кг

каррагинана 180-200 14.0+1.0 б0.0±20.0

Энергозатраты на

удаление жидкости,

кВт ч/кг воды - 0.059 388

Энергозатраты на

сушку,кВт ч/кг

каррагинана 83739.4 10720 28416.5

полнительной очистке. Эту проблему в технологии получения агара решают промывкой геля водой (Кизеветтер и др.,1967). Исследования показали, что приемы, применяемые в технологии агара, не приемлемы для нашего продукт 1, так как полисахариды группы каррагинана в не-

которой степени растворимы в холодной воде, при длительном контакте с ней их потери составляют 30-50 % (Кизеветтер и др., 1967).

Разработанный нами способ очистки геля каррагинана заключается в растворении его в 5 кратном объёме дистиллированной воды с последующим желированием и прессованием. В результате такой обработки происходит уменьшение минеральных, красящих веществ, повышаются органолептические свойства продукта.

Требования, предъявляемые к каррагинану, используемому в биотехнологии, строго контролируют содержание катиона калия в нем. С целью снижения содержания калия применили дополнительную очистку -обработку этиловым спиртом. При этом исследовали образцы 3 способов очистки: замораживания-оттаивания, прессования и растворения в воде. Установлено, что при обработке этиловым спиртом вместе с избытком воды удаляются растворимые соли и часть калия, адсорбированного на молекуле каппа-каррагинана. В результате чего во всех случаях уменьшается содержание минеральных веществ до 19 %, калия до 6 % .

Таким образом, с точки зрения снижения экономических затрат для получения каррагинана высокой степени чистоты мы рекомендуем следующие операции: растворение в дистиллированной воде - желиро-вание - прессование - обработка этиловым спиртом.

Исследование процесса модификации каппа-каррагинана хондруса арматуса. Нами установлено, что природный каррагинан является структурой отклоняющейся от регулярной, так как в полисахариде находится избыточное содержание сульфатных групп с неравномерным распределением 3,6-ангидрогалактозы вдоль полимерной цепи, что определяет его физико-химические и механические свойства.

Существуют способы устранения отклонений от регулярной структуры. Так если отклонения сводятся к наличию 6-804 в 4-замещенной

Д-галактозе, как в нашем случае, то они могут быть устранены воздействием щелочи в определенных условиях за счет отщепления сульфатных групп в шестом положении с образованием ангидроцикла (Rees, 1969; Usov ,1980)

Проведенные исследования показали, что возможно регулирование структуры для такого класса соединений как каррагинан. При обработке водоросли 2 % - ным раствором щелочи, температуре от 50°С до 70°С и продолжительности 1 ч происходит диффузия полисахарида в щелочной раствор, отщепляются сульфатные группы, что вызывает уменьше ие содержания объёма полисахарида в водоросли. В результате выхо, каррагинана уменьшается в 2,5 раза (15,3 %), при увеличении прочности (рис. 5).

Об; аботка экстракта, содержащего каррагинан, гидроокисью калия при тех же условиях, что и водоросли, позволяет получить продукт с большей гелеобразующей способностью и еысоким выходом (рис.5).

Р, г/ел>

ВшсЦ SOjfaJ, Ч

а

го

Ш

i

100 ш гоо

Рис.5. Влияние способов модификации на выход, прочность геля каррагинана и содержание сульфатов: 1, 2, 3 - обработка водоросли КОН; 1', 2', 3'- обработка экстракта КОН; 1, 1'- 20°С, 1-2 ч; 2, 2'- 50°С, 1-2 ч; 3, 3'- 70°С, 1ч Ц - выход каррагинана; □ - содержание сульфогрупп; ШП - прочность геля

Исследования нативного и модифицированного каррагинанов показали, что под влиянием щелочи происходит отщепление части сульфог-рупп с образованием дополнительного количества 3,6-ангидроциклов (табл. 6). Об этих изменениях свидетельствует отсутствие пика в спектре модифицированного каррагинана в области химического сдвига 104,8 м.д. (см. рис. 1, б).

Щелочная обработка приводит к увеличению соотношения A/G до 0,95-0,99. Такое соотношение A/Q свидетельствует о повышении регулярности строения молекул полисахарида, так как для высокорегулярных полисахаридов это соотношение A/G 1 (Rees, 1969).

С целью оценки и выбора наиболее эффективного способа модификации был рассчитан коэффициент эффективности процесса, позволяющий учесть изменения выхода и прочности полисахарида.

Таблица 6

Физико-химическая характеристика модифицированного каррагинана

N IКаррагинанI Содержание, % IA/G IПрочность 2%геля,!Коэффи-II II г/см2 1циент

п/п f I---------------1 I-----------------¡эффек-

I IG 3,6-A S03Nal Юсажд. Неосажд. 1тивности

1.. Нативный 30,5 18.6 15,3 0,72 440 135

2. Модифицированный в

водоросли 31,7 26,7 14,3 0,95 840 840 0,8

3. Модифицированный в

растворе 25,1 24,9 12,0 0,99 1000 1000 2,7

Расчеты показали, что модификация полисахарида в растворе протекают в 2 раза эффективнее, чем в водоросли. Предлагаемая нами обработка экстракта исключает потери, обеспечивает высокий выход, гелеобразующую способность, уменьшает относительное содержание сульфатов, способствует модификации всего полисахаридного комплекса в экстракте (табл. 6).

Нами экспериментально установлено, что осаждение хлористым калием модифицированного каррагинана не влияет на соотношение А/6 и, следовательно, не влияет на гелеобразующую способность (табл. 6). Этот способ получения каррагинана делает технологию более простой, менее продолжительной по времени и экономически более выгодной.

В результате проведенных исследований разработана технология получения каррагинана с регулируемыми свойствами, пригодного для использования в пищевой промышленности, медицине и биотехнологии (рис.6).

Каррагинан, полученный по предлагаемой технологии, не уступает импортным каррагинанам и другим отечественным гелеобразователям и соответствует требованиям, предъявляемым к пищевым и медицинским гелеобразователям.

Водорослевый остаток после выделения гелеобразователя содержит азотистые, клетчатку, минеральные вещества и рекомендуется для приготовления кормовой муки, крупки, гидролизатов.

Практическая реализация результатов исследований

Технологический процесс производства каппа-каррагинана и его солей был проверен и отработан на опытно-промышленной установке в экспериментальном цехе ТИНРО.

Производственная проверка показала, что процесс получения ■ каррагинана несложен, легко контролируем, Управляем и, что самое

Водоросли Подготовка водоросли Экстракция Фильтрация — Экстракт

цение

(СаС 12, Ш4С1ТкС1) Келирование Измельчение

Ч

""Модификация

Охлаждение и нейтрализация

Водорослевый остаток

Кормовая продукция

Обезвоживание —> Измельчение геля

г»Мороженный Замораживание-! гель

Плавление геля

Обработка спиртом

Сушка

Растворение Желирование

Измельчение

Прессование и измельчение Обработка спиртом

Измельчение

Каррагинан^Карраг'инан ~"каррагинан Каррагинан кальция аммония пищевой модифицированный (для биотехнологии) (для медицины)

Рис.б. Технологическая схема получения каппа-каррагинана лавное, обусловливает стабильность и высокое качество вырабатыва-мой продукции.

На основе полученных результатов разработаны и утверждены ехнологические инструкции и технические условия на каррагинан.

Выработанные опытные партии каппа-каррагинана в условиях про-

изводства (0,7 кг) испытаны в Институте органической химии им.Н.Д. Зелинского РАН г.Москва и Ассоциации клеточных культур г.Санкт-Пе-тербург на животных клетках, и получены положительные заключения о возможности их использования в пищевой промышленности, медицине и биотехнологии.

Каррагинан пищевой из водоросли хондрус арматус и пищевой продукт - мармелад на его основе - были представлены на дегустационном совещании ГПО Дальрыба 23.11.91 г. Новый гелеобразователь одобрен, признан перспективным и рекомендован к внедрению на предприятиях водорослевой промышленности Дальнего Востока.

ВЫВОДЫ

1. Научно обоснована и разработана безотходная технология получения каррагинана с регулируемыми физико-химическими свойствами в процессе переработки нового вида сырья красной водоросли СЬопёгиБ агтаЫз, основанная на модификации, осаждении, обезвоживании, очистке полисахарида.

2. Изучены химические составы хондруса арматуса и его полисахарида в зависимости от времени сбора. Впервые на основании полученных результатов научно обоснована возможность и целесообразность использования хондруса арматуса, доступного на протяжение всего летнего сезона, для выделения гелеобразователя.

3. Впервые изучена структура природного каррагинана хондрусг арматуса с помощью ГйХ и.13С-ЯМР. Установлено, что полисахарид пс содержанию сульфатных групп при шестом углеродном атоме 4-замещенной Д-галактозы и соотношению А/б является отклоняющейся структурой. Выявлено, что эти особенности определяют высоковязкостные, не низкопрочностные свойства растворов полисахарида.

4. Исследован качественный и количественный состав полисахаридов хондруса арматуса. Установлено, что количественное содержа-

яие каппа-каррагинана от полисахаридов водоросли составляет более 30 %. Это позволяет рекомендовать к использованию хондрус арматус в качестве источника гелеобразователя - каппа-каррагинана.

5. Исследовано влияние температуры, гидромодуля, продолжительности процесса экстрагирования каррагинана на его выход. Установлено, что оптимальными режимами, обеспечивающими выход гелеобразователя до 40 X, являются температура 93-95°С, продолжительность 3 ч, гидромодуль 1:60.

6. Исследовано влияние катионов на структурно-механические свойства готового продукта. Установлено, что физико-химические свойства каррагинана определяются степенью насыщения структуры полисахарида катионами кзлия, аммония, кальция.

7. Научно обоснованы и разработаны технологические параметры процесса получения каррагинана с заданными физико-химическими свойствами на основе модификации его структуры.

8. Исследованы способы концентрирования каррагинана с целью улучшения качества получаемого продукта и снижения его себестоимости затрат. Установлено, что прессование позволяет увеличить концентрацию каррагинана в 14 раз и снизить расход спирта на последующую сушку в 13-15 раз, существенно снизить энергетические затраты.

9. Исследована возможность получения каррагинана высокой степени очистки за счет снижения минеральных веществ. Разработан способ очистки, включающий растворение в дистиллированной воде, фильтрование, желирование, прессование, обработку спиртом, позволяющий получать каррагинан, пригодный для использования в медицине и биотехнологии.

10. Исследованы физико-химические свойства выработанных опытных партий каррагинанов, полученных по предлагаемой технологии, на

токсичность в Ассоциации креточных культур при НИИ цитологии (г.Санкт-Петербург), Институте органической химии им. Н.Д.Зелинского РАН (г.Москва) и получены положительные заключения о возможности их использования в пищевой промышленности, медицине и биотехнологии.

11. Разработаны и утверждены в установленном порядке ТИ 36-7-93 и ТУ 8411-008-0047 2012-93 на пищевой каррагинан; ТИ 490-92 и ТУ 15-01 1661-92 на каррагинан калия; ТИ 490-92 и ТУ 15-01 1662-92 на каррагинан калия мороженый; ТИ 494-92 и ТУ.15-01 1663-92 на каррагинан кальция; ТИ 494-92 и ТУ 15-01 1664-92 на каррагинан аммония и извещения об изменении к ним.

12. Проведена проверка технологии получения каппа-каррагинана из красной водоросли хондрус арматус на опытно-промышленной установке в экспериментальном цехе ТИНРО. Установлено, что по рекомендованной технологии можно получить каррагинан высокого качества.

■ Основные положения диссертации опубликованы в 9 работах:

1. Подкорытова A.B., Кадникова И.А., Кушева O.A., Болконская Л.А. Перспектива рационального использования сообщества дальневосточной анфельции с хондрусом арматусом // Рациональное использование биоресурсов Тихого океана: Тезисы докл. Всесоюз. конф.- Владивосток: ТИНРО, 1991 - С. 237.

2. Подкорытова A.B., Кадникова И.А. Каррагинан из дальневосточной красной водоросли Chondrus armatus // Биологически активные вещества гидробионтов' - новые лекарственные, лечебно-профилактические и технические препараты: Тезисы докл. Всесоюз. совещания..- Владивосток: ТИНРО, -1991 - С. 127.

3. Podkorytova A.Y., Kadnikova I.A., Usov A.I. Sesonal variations of chemical composition and properties of Chondrus • armatus carra^-geenan // 14 th International Seaweed Symposium. -

- 25 -

Brittany, France, - 1992. - С.139.

4. Кадникова И.А. Исследование способов модификации каппа- каррагинана красной водоросли Chondrus armatus // Биология и рациональное использование гидробионтов, их роль в экосистемах: Тезисы докл. молодых ученых. - Владивосток: ТИНРО, - 1993. - С.63.

5. Кадникова И.А., Середа В.И. О способах обезвоживания геля каппа-каррагинана // Биология и рациональное использование гидробионтов, их роль в экосистемах: Тезисы докл. молодых ученых. -Владивосток: ТИНРО, - 1993. - С.64.

6. Подкорытова A.B., Кадникова И.А., Усов А.И. Красная водоросль Chondrus armatus (Harv.)0кам.(Gigartinaceae), её химический состав, содержание каррагинана // Растительные ресурсы. - 1994. -Выпуск 1-2. - С. 79-88.

7. Кадникова И.А., Подкорытова A.B., Соколова В. М., Середа В.И. Исследование процесса осаждения и обезвоживания каппа-карра-гинана из красной водоросли Chondrus armatus// Комплексное исследование морских гидробионтов и условий их обитания. - Владивосток: ТИНРО, - 1994. - С.157-165.

8. Подкорытова A.B., Аминина Н.М., Ковалева Е.А., Кадникова И.А., Мирошниченко H.A. Биологически активные вещества морских водорослей и их значение в лечебно-профилактическом питании // Международная конф. "Технология переработки гидробионтов". - М.: ВНИ-РО, - 1994. - С. 134-136.

9. Кадникова И.А., Подкорытова A.B. Химическая модификация каррагинана красной водоросли Chondrus armatus // Изв. ТИНРО. -1995 (в печати).