CC BY
259
Известия ТИНРО
2012 Том 171
ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ ГИДРОБИОНТОВ
УДК 664.959:66.061.3 Н.Г. Строкова1, А.В. Подкорытова1, Н.В. Семикова1, В.С. Коробицын2, О.П. Кирдяева3*
1 Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии, 107140, г. Москва, ул. Верхняя Красносельская, 17;
2 Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции, 350072, г. Краснодар, Тополиная аллея, 2;
3 ООО Научно-исследовательский центр экологических ресурсов «ГОРО» (ООО НИЦ ЭР «ГОРО»), 344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Б. Садовая, 188
экстракция каротиноидно-липидных комплексов из панцирьсодержащих отходов ракообразных
Исследованы каротиноидно-липидные комплексы (КЛК) из панцирьсодержащих отходов ракообразных (головогрудь с внутренностями и панцирь), полученные экстрагированием органическими растворителями, методами докритической (КДКд) и сверх-критической (КЛКС) углекислотной экстракции. Установлено преимущество применения сверхкритической углекислотной экстракции КЛК из панцирьсодержащих отходов, обеспечивающей выход КЛКС 6,7 %. При этом КЛКС обладает лучшими органолептическими и химическими показателями по сравнению с КЛК, полученными экстрагированием органическими растворителями и углекислотной докритической экстракцией. Биологическая ценность КЛКС определяется содержанием биологически активного каротиноида астаксантина в количестве 14,2 мг/100 г продукта и ПНЖК — 41,1 % от общего содержания липидов, включая жирные кислоты семейства ю-3.
Ключевые слова: ракообразные, панцирьсодержащие отходы ракообразных, сверх-критическая углекислотная экстракция, биологически активные вещества, каротиноидно-липидный комплекс, астаксантин, жирнокислотный состав липидов.
Strokova N.G., Podkorytova A.V., Semikova N.V., Korobitsin V.S., Kirdyaeva O.P.
Extraction of carotinoid-lipid complexes from the shell-containing wastes of crustaceans // Izv. TINRO. — 2012. — Vol. 171. — P. 292-302.
Carotinoid-lipid complexes (CLC) from the shell-containing wastes of crustaceans (cephalothorax with intestines and shell) are investigated. The complexes are extracted using organic solvents and methods of subcritical and supercritical extraction by carbon dioxide. The supercritical CO2-extraction provides higher yield of CLC (6.7 %) with better organoleptic and
* Строкова Наталия Геннадьевна, кандидат химических наук, старший научный сотрудник, e-mail: chitosan@vniro.ru; Подкорытова Антонина Владимировна, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, e-mail: podkor@vniro.ru; Семикова Наталья Викторовна, инженер, e-mail: chitosan@vniro.ru; Коробицын Владимир Сергеевич, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: kisp@kubanet.ru; Кирдяева Ольга Петровна, главный технолог, e-mail: goro@extract.ru.
Strokova Nataliya G., Ph.D., senior researcher, e-mail: chitosan@vniro.ru; Podkorytova Antonina V., D.Sc., professor, head researcher, e-mail: podkor@vniro.ru; Semikova Natalia V., engineer, e-mail: chitosan@vniro.ru; Korobitsin Vladimir S., Ph.D., leading researcher, e-mail: kisp@kubanet. ru; Kirdyaeva Olga P., chief technologist, e-mail: goro@extract.ru.
chemical properties than the extraction by organic solvents or subcritical CO2-extraction. CLC has high biological value because of high content of biologically active carotinoid astaxanthin (14.2 mg/100 g) and polyunsaturated fatty acids including the fatty acids of ю-3 family (41.1 % of the total lipid content).
Key words: crustacean, shell, supercritical carbon dioxide extraction, biologically active substance, carotinoid-lipid complex, astaxanthin, fatty acid.
Введение
Панцирьсодержащие отходы ракообразных (ПСОР), в том числе креветок разных видов, антарктического криля, камчатского краба, интродуцированного в Баренцево море, являются перспективным, крупномасштабным (30-50 % массы сырья) и биологически ценным сырьем. В состав панцирьсодержащих отходов ракообразных входят биологически активные вещества (БАВ): каротиноиды, липиды, жирорастворимые витамины (А и D), белки, протеолитические ферменты, минеральные вещества, хитин, — которые могут быть использованы для производства биологически активных добавок (БАД).
Несмотря на высокую биологическую ценность компонентов панцирьсодержащих отходов, экономическая эффективность их переработки в настоящее время незначительна, так как ПСОР используются далеко не в полном объеме в качестве кормовых продуктов и для получения хитозана. ПСОР главным образом, не подвергая утилизации, выбрасывают, чем создают серьезную экологическую проблему. В связи с этим актуальность исследований, связанных с разработкой комплексных технологий переработки ПСОР с выделением ряда природных биологически активных веществ, в частности каротиноидно-липидного комплекса (КЛК), обладающего широким спектром фармакологических свойств, очевидна (Строкова и др., 2011; Строкова, Подкорытова, 2011).
Для экстрагирования липидсодержащих биологически активных веществ из различного сырья используют в основном органические растворители. Однако в последние годы отдают предпочтение более перспективным экстрагирующим веществам и методам экстракции, позволяющим максимально извлечь и сохранить биологическую активность отдельных веществ в экстрактах. Так, для извлечения жирорастворимых БАВ выбирают сжатые и сжиженные газы, в частности физиологически безопасный, стерильный и бактериостатичный, негорючий диоксид углерода в сверхкритическом состоянии (Чундышко, 2001).
Экстракция с помощью сверхкритического СО2 позволяет предотвратить нежелательное воздействие кислорода воздуха, органических растворителей и микроорганизмов, удалить балластные вещества, обогатить липидную фракцию летучими ароматическими веществами и получить продукцию, соответствующую самым строгим современным требованиям по безопасности и качеству растительных и животных экстрактов в пищевой, парфюмерно-косметической и фармацевтической областях промышленности (Taylor, 1996; Mukhopadhyay, 2000).
Учитывая, что в панцирьсодержащих отходах ракообразных содержатся биологически активные вещества, в том числе каротиноиды, липиды и др., полагаем, что применение сверхкритической углекислотной экстракции позволит увеличить выход и улучшить состав и свойства экстрагированных липидных комплексов из ПСОР.
материалы и методы
В качестве сырья для получения каротиноидно-липидных комплексов использовали панцирьсодержащие отходы от разделки тигровой креветки Penaeus monodon (рис. 1) сыромороженой и хранившейся при температуре минус 18 оС в течение 8 мес с даты заготовки до начала исследований.
В связи с тем что панцирьсодержащие отходы имеют различное содержание воды, зависящее от вида ракообразных и способов их разделки, нами было исследовано влияние содержания воды в ПСОР на качество КЛК. Для этого сырые размороженные
Рис. 1. Тигровая креветка Penaeus monodon Fig. 1. Tiger shrimp Penaeus monodon
панцирьсодержащие отходы креветки тигровой P monodon обезвоживали до различного содержания в них воды (W, %):
— W = 30,75 % (сушка на воздухе при температуре 25 оС и постоянном обдуве в течение 6 ч);
— W = 63,85 % (прессование под грузом 10 кг в течение 6 ч);
— W = 2,0 % (сублимационная сушка при температуре от минус 35 до плюс 35 оС в вакууме при остаточном давлении 0,250 атм в течение 48 ч).
Подготовленные таким образом ПСОР направляли на экстрагирование КЛК методом сверхкритической углекислотной экстракции.
Экстракцию КЛК органическими растворителями проводили двукратно в бинарной смеси хлороформ : этиловый спирт 2 : 1 при соотношении ПСОР : растворитель 1 : 8, температуре 20-23 оС в течение 30 мин при постоянном перемешивании. Надосадочную жидкость сливали через складчатый фильтр. Остаток ПСОР сушили при температуре 60 оС и направляли на дальнейшую переработку. Из каротиноидно-липидного экстракта удаляли растворители под вакуумом на роторном испарителе. КЛК высушивали в эксикаторе над обезвоженным хлоридом кальция.
Экстрагирование КЛК методом докритической углекислотной экстракции проводили сжиженным диоксидом углерода под давлением 6,0 МПа при температуре 22 оС в течение 40 мин на лабораторной установке Краснодарского научно-исследовательского института хранения и переработки сельскохозяйственной продукции (рис. 2).
В процесс углекислотного экстрагирования жидкий диоксид углерода подают через воронку, далее он проходит через экстрагируемое сырье, где происходит его поглощение и растворение каротиноидно-липидного комплекса. Затем диоксид углерода с растворенным липидным комплексом поступает в емкости для мисцеллы. После окончания процесса экстракции давление в аппарате снижают до атмосферного, при этом происходит образование сухого льда с КЛК. Сухой лед испаряется, а каротиноидно-липидный комплекс собирают при помощи органических растворителей, например дихлорэтана.
Принцип экстрагирования липидных комплексов методом сверхкритической углекислотной экстракции аналогичен таковому докритической углекислотной экстракции за исключением использования органических растворителей и применения уровней давления, температуры и продолжительности. Процесс сверхкритической углекислотной экстракции проводят под давлением 350 атм при температуре 70 оС в течение 120 мин. Сверхкритическую углекислотную экстракцию каротиноидно-липидного комплекса проводили на промышленной установке КОЭРС2 (рис. 3) на производственном участке ООО НИЦ ЭР «ГОРО».
Содержание каротиноида астаксантина в КЛК, полученных вышеперечисленными способами, определяли спектрофотометрическим методом на спектрофотометре APEL PD-303S (Japan). Метод основан на том, что каротиноиды имеют максимумы поглощения в ультрафиолетовом спектре. Длина волны, соответствующая максимуму поглощения, определяется природой каротиноида и свойствами растворителя. Раствор астаксантина в хлороформе имеет максимум поглощения при длине волны 490 нм.
Содержание астаксантина С (мг/100 г) определяли по формуле (Белорукова и др., 2006):
а б
Рис. 2. Общий вид (а) и схема (б) лабораторной установки для получения CO2-экстрактов: 1 — емкости для мисцеллы (7 шт.); 2 — смотровое окно; 3 — корпус; 4 — самоуплотняющийся люк; 5 — воронка; 6 — стеклянный экстрактор с навеской сырья; 7 — ручка-манипулятор; 8 — поворотный столик
Fig. 2. Laboratory apparatus for CO2-extraction: general view (a) and circuit (б); 1 — containers for miscella (7 pieces); 2 — viewing window; 3 — frame; 4 — hatch; 5 — funnel; 6 — extractor with a sample of raw material; 7 — manipulator; 8 — table
Рис. 3. Экстракционная установка КОЭРС2 (ООО НИЦ ЭР «ГОРО»)
Fig. 3. Extraction apparatus KOERS2 (Co.Ltd. «GORO»)
с _ D-V 100 250 - т
где D — оптическая плотность раствора липидов в хлороформе при длине волны 490 нм; V — объем бинарной смеси, мл; m — масса навески, г; 250 — средний удельный коэффициент поглощения каротиноидов, млсммг-1.
Кислотное и перекисное числа определяли по ГОСТу 7б3б-85.
Результаты и их обсуждение
Анализ сырьевой базы и размерно-массовые характеристики ракообразных позволили оценить выход панцирьсодержащих отходов тигровых креветок P monodon, составляющий около 4б,0 % массы сырья (Подкорытова и др., 2010). Исследования химического состава ПCОР тигровой креветки показали, что в их состав входит белок — 15,5 %, липиды — 2,9 %, минеральные вещества — 8,7 %, хитин — 2,5 % и вода — 70,4 %.
Для установления влияния содержания воды в ПCОР на окисление липидов КЛК выделяли методом сверхкритической углекислотной экстракции. Результаты исследований показали (табл. 1), что высокое содержание воды в панцирьсодержащих отходах негативно влияет на их качество, а именно — катализирует окисление липидов в КЛК.
Таблица 1
Влияние содержания воды в ПCОР из P monodon на окисление липидов в КЛК, выделенном сверхкритической CО2-экстракцией
Table 1
Influence of water content in shell-containing wastes from P monodon on lipids oxidation in the CLC extracted by supercritical CO2-extraction
^особ обезвоживания ПТОР Удержание воды в ПТОР после сушки, % Кислотное число, мг KOH/г жира
Cублимационная сушка 2,0 24,8
На воздухе 30,8 37,б
Прессование б3,9 6G,1
При содержании воды в ПСОР от 30,8 до 63,9 % кислотное число липидов КЛК составляет от 37,6 до 60,1 мг КОН/г жира, что свидетельствует об их сильнейшем окислении в процессе обезвоживания отходов. Наилучшие результаты показал способ сублимационной сушки, поскольку обезвоживание ПСОР в данном случае происходит из замороженного сырья при температуре минус 35 оС с последующим удалением воды под вакуумом и досушиванием при плюс 35 оС.
В процессе сверхкритической углекислотной экстракции диоксид углерода взаимодействует с водой, содержащейся в ПСОР, с образованием угольной кислоты (СО2 + Н2О^Н2СО3), которая при повышенном давлении и/или температуре является катализатором окисления липидов в КЛК. Более низкое кислотное число (24,8 мг КОН/г жира) в КЛК, полученном из ПСОР с влажностью 2 %, связано не только с образованием меньшего количества катализатора — угольной кислоты, но и, вероятно, с предотвращением расщепления связей в молекулах глицеридов под действием самой воды и образованием двух структурных элементов жиров — жирных кислот и глицерина. Перекисное число для каждого из полученных образцов КЛК не превышает 10, что соответствует нормам «Единых санитарно-эпидемиологических требований к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю)» (утверждены решением Комиссии таможенного союза 28 мая 2010 г., № 299).
Далее все исследования по экстрагированию КЛК проводили на сырье с содержанием воды не более 2 % и измельченном до размера частиц 7-15 мм.
Результаты сравнительных исследований органолептических и физико-химических показателей КЛК, выделенных из ПСОР креветок органическими растворителями, а также методами углекислотной экстракции, представлены на рис. 4 и в табл. 2.
Рис. 4. Окраска КЛК в зависимости от способа получения и содержания в них астаксантина (С, мг/100 г продукта): 1 — бинарная смесь, С = 0; 2 — органический растворитель, С = 13,0; 3 — докритическая С02-экстракция, С = 10,6; 4 — сверхкритическая С02-экстракция, С = 14,2 Fig. 4. CLC colour dependence on the type of its extraction processing and the astaxanthin content (C, mg/100g): 1 — extraction by binary mixture of solvents, С = 0; 2 — extraction by organic solvent, С = 13.0; 3 — subcritical CO2-extraction, С = 10.6; 4 — supercritical CO2-extraction, С = 14.2
Таблица 2
Физико-химические показатели КЛК, экстрагированных органическими растворителями и углекислотной экстракцией из ПСОР тигровой креветки сыромороженой
Table 2
Physical-chemical indices of the CLC extracted from shell-containing wastes of fresh-frozen tiger shrimp with organic solvents and by CO2-extraction
Наименование определяемого показателя ПДУ* Бинарная смесь (KnK£) Углекислотная экстракция
Докритическая (K^) Сверхкритическая (KHKG)
Выход КЛК, % Не нормируется 3,3 2,6 6,7
Цвет при визуальном определении при 40 оС (рис. 4) То же Kрасно- коричневый От светлооранжевого до оранжевого ^асно- оранжевый
Запах и вкус « Специфиче ский Свойственный креветочному без прогорклости
Консистенция « Маслянистая жидкость Маслянистая масса
Содержание каротиноидов, мг/100 г продукта « 13,0 10,6 14,2
Кислотное число, мг КОН/г жира 4,0 27,5 26,0 24,1
Перекисное число, ммоль О2/кг 10,0 0 1,5 0,9
Растворимость в растительном масле 1 : 10 при нагревании до 40 оС Не нормируется Растворяется полностью
Растворимость в этиловом спирте 1 : 1 при нагревании до 40 оС То же Растворяется полностью
Наличие фракции « - Масса с воско-обр азными темными включениями
Температура замерзания, оС « Минус 10 Минус 9 Минус 12
* ПДУ по «Единым санитарно-эпидемиологическим требованиям к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю)» (утверждены решением Комиссии таможенного союза 28 мая 2010 г., № 299).
Каротиноидно-липидные комплексы, полученные тремя способами, характеризуются приемлемыми органолептическими показателями. Их цвет варьирует от светлооранжевого до красно-коричневого в зависимости от способа выделения и содержания в них астаксантина (рис. 4).
Красно-коричневый цвет каротиноидно-липидного комплекса (рис. 4, образец 2), выделенного бинарной смесью (КЛКБ), обусловлен окислением липидов под действием температуры при отгонке растворителя. Высокое кислотное число 27,5 мг КОН/г жира, темный цвет КЛКБ и специфический запах значительно ограничивают его применение в пищевой, косметической и фармацевтической промышленностях. Светло-оранжевый цвет каротиноидно-липидного комплекса (рис. 4, образец 3), выделенного докритиче-ской СО2-экстракцией (КЛКд), обусловлен более низким содержанием каротиноидов (10,6 мг/100 г продукта) по сравнению с КЛКС, в котором их содержится 14,2 мг/100 г продукта (рис. 4, образец 4).
Результаты анализа показали, что при выделении КЛК методом сверхкритической углекислотной экстракции выход конечного продукта, на 99,7 % состоящего из жира (0,3 % — массовая доля влаги и минеральных веществ), составляет 6,7 %, что также объясняется способностью диоксида углерода в сверхкритическом состоянии максимально растворять липофильные соединения. Каротиноидно-липидный комплекс, полученный методом сверхкритической углекислотной экстракции (КЛКС), отличается от КЛК, выделенных другими способами, более низким кислотным числом — 24,1 мг КОН/г жира, в то время как КЛКД и КЛКБ имели соответственно 26,0 и 27,5 мг КОН/г жира, перекисное число для КЛКС в 1,6 раза ниже, чем для КЛКД (табл. 2). Однако кислотное число, являющееся мерой безопасности липидов, в КЛКД и КЛКС значительно превышает допустимый уровень — 4,0 мг КОН/г, установленный «Едиными санитарно-эпидемиологическими требованиями к товарам, подлежащим санитарноэпидемиологическому надзору (контролю)» для рыбных жиров, используемых в качестве лечебно-профилактического средства.
Проведенные нами исследования показали, что кислотное число КЛК, выделенного из панцирьсодержащих отходов свежеохлажденных креветок тигровых, составило 21,9 мг КОН/г, что, очевидно, связано с высокой активностью липолитических ферментов, находящихся непосредственно в головогруди креветки. Интенсивное окисление липидов за счет липолитической активности ферментов ракообразных, в том числе криля антарктического, известно из научной литературы, в которой показано, что значения кислотных чисел в липидах свежевыловленного криля находятся в пределах 0,5-32,5 мг КОН/г, сыромороженого — достигает 72,5 мг КОН/г (Ржавская и др., 1981; Быков и др., 2001). К тому же из литературы известно, что липазная активность липолитических ферментов креветок находится в прямой зависимости от вида, возраста и размера особей (Gamboa-delgado et а1., 2003; Gunalakshmi et а1., 2008). В связи с изложенным липолитическая активность ферментов тигровых креветок, вероятно, в несколько раз превышает таковую ферментов антарктического криля, что и определяет исходные показатели кислотного числа КЛК, выделенного из панцирьсодержащих отходов охлажденных креветок тигровых.
При создании биологически активных добавок, основным компонентом которых может быть каротиноидно-липидный комплекс, выделенный из ПСОР креветок или атлантического криля, необходима его дальнейшая очистка, например, щелочной рафинацией (О’Брайен, 2007). Так, согласно методикам для расчета количества щелочного агента, необходимого для нейтрализации свободных жирных кислот*, рафинацию 1 кг каротиноидно-липидного комплекса с кислотным числом 24,1 мг КОН/г необходимо проводить гидроксидом натрия (№ОН) в соотношении КЛК : №ОН = 1,0 : 0,024.
Выделенные каротиноидно-липидные комплексы полностью растворяются в растительном масле и этиловом спирте при нагревании до 40 оС, что имеет практиче-
* Технология рыбы и рыбных продуктов : учеб. для вузов / под ред. А.М. Ершова. — СПб. : ГИОРД, 2006. — 944 с.
ское значение при производстве на их основе продуктов пищевого и косметического назначения.
Таким образом, сравнительные исследования нескольких методов экстрагирования показали, что применение до- и сверхкритической углекислотной экстракции позволяет получить КЛК из ПСОР креветок с более высокими органолептическими и качественными характеристиками (табл. 2).
Проведенные исследования жирнокислотного состава КЛК, полученных методами до- и сверхкритической углекислотной экстракции, свидетельствуют, что в составе жирных кислот (ЖК) каротиноидно-липидных комплексов, выделенных углекислотной экстракцией, в значительных количествах присутствуют кислоты: пальмитиновая (16:0) — 23,0^31,9 % от общего содержания липидов, олеиновая (18:1) — 19,4^22,9, линолевая (18:2) — 12,1^37,0 и стеариновая (18:0) — 5,2^7,0 % от общего содержания липидов (табл. 3).
Таблица 3
Жирнокислотный состав каротиноидно-липидных комплексов из ПСОР тигровой креветки сыромороженой, % от общего содержания липидов
Table 3
Fatty acid composition of carotinoid-lipid complexes extracted from shell-containing wastes of tiger shrimps, % from the total content of lipids
Наименование жирной кислоты клк клк с
Незаменимые жирные кислоты
Линолевая С182 (ю-6) 12,1 ± 1,0 37,0 ± 1,9
Линоленовая С183 (ю-6) 3,4 ± 0,4 1,4 ± 0,2
Арахидоновая С20 4 (ю-6) - 0,6 ± 0,1
Эйкозапентаеновая С20 5 (ю-3) 3,1 ± 0,3 1,2 ± 0,2
Докозагексаеновая С„:6 (ю-3) 2,0 ± 0,2 0,5 ± 0,1
Сумма незаменимых жирных кислот 20,6 ± 0,4 40,7 ± 0,5
заменимые жирные кислоты
Миристиновая С140 3,9 ± 0,4 1,8 ± 0,2
Пентадекановая С150 2,7 ± 0,3 1,3 ± 0,2
Пентадеценовая С151 - 0,3 ± 0,1
Пальмитиновая С,, „ 16:0 31,9 ± 1,6 23,0 ± 1,2
Пальмитолеиновая С,„, 16:1 - 2,3 ± 0,3
Маргариновая С170 5,9 ± 0,5 0,9 ± 0,2
Стеариновая С180 7,0 ± 0,6 5,2 ± 0,5
Олеиновая С181 19,4 ± 1,6 22,9 ± 1,1
Арахиновая С200 1,2 ± 0,2 -
Эйкозатриеновая С20 3 (ю-6) 3,6 ± 0,4 0,4 ± 0,1
Бегеновая С220 0,8 ± 0,1 1,1 ± 0,1
Эруковая С221 1,9 ± 0,2 -
Докозапентаеновая С225 (ю-3) 0,8 ± 0,1 -
Сумма заменимых жирных кислот 79,1 ± 0,5 59,2 ± 0,4
Сумма ПНжК 25,0 ± 0,4 41,1 ± 0,4
Сумма мононенасыщенных жирных кислот 21,3 ± 0,9 25,5 ± 0,6
Сумма насыщенных жирных кислот 53,4 ± 0,5 33,3 ± 0,4
Биологическая ценность каротиноидно-липидных комплексов характеризуется наличием в них полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК): ю-3 эйкозапентаено-вой и докозагексаеновой и ю-6 линолевой и линоленовой, — играющих важную роль в профилактике и лечении сердечно-сосудистых заболеваний (Левачев, 1988, 1999),
в стабилизации клеточных мембран и повышении иммунитета (Гичев, Гичев, 2001), кроме того, ю-3 ПНЖK способны подавлять активность одного из ключевых ферментов синтеза холестерина (Choi et al., 1989; Пилат, Иванов, 2GG2).
Следует отметить повышенное содержание эссенциальных жирных кислот в KЛK, выделенном сверхкритической CGj-экстракцией, которое составляет 40,7 % по сравнению с 20,6 % в KЛKд. В состав Kn^ входят эссенциальные жирные кислоты семейств ю-3 и ю-6, такие как эйкозапентаеновая (1,2 %), докозагексаеновая (0,5 %), а также линолевая (37,0 %), линоленовая (1,4 %) и отсутствующая в KЛKд арахидоновая (0,6 %). Три последние жирные кислоты образуют витамин F, участвующий в синтезе жиров и стимулирующий иммунную систему организма человека.
Способность диоксида углерода в сверхкритическом состоянии (сверхкритические параметры t = 31,0 оС; Р = 7,3 МПа) проникать в экстрагируемое сырье, поглощая, транспортируя растворенные в нем компоненты и обеспечивая наиболее полное извлечение БАВ (насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты, жирорастворимые витамины, каротиноиды, воски, терпены и терпеноиды, пигменты, алкалоиды, аминокислоты и др.), показана ранее в научной литературе ^асьянов, ^асенков, 1994; ^сьянов и др., 1998; ^сьянов, 2GGG; Попова, Водяник, 2GG3).
^ротиш^^о-липидный комплекс, экстрагированный сверхкритической углекислотной экстракцией, отличается от KЛKд не только повышенным содержанием ПНЖК но и пониженным содержанием насыщенных жирных кислот. Это обусловлено тем, что в процессе сверхкритической углекислотной экстракции практически не происходит гидролиз липидов с высоконасыщенными жирными кислотами до насыщенных и мононенасыщенных. ^оме того, в KЛKС содержится пальмитолеиновая кислота
— источник ю-7, главный элемент кожи, — которая обладает противомикробными и антиоксидантными свойствами, а также способствует восстановлению клеток кожи.
Нельзя не отметить наличие в жирнокислотном составе KЛKд одноосновной карбоновой кислоты — эруковой, которая не утилизируется ферментной системой человека и имеет тенденцию накапливаться в различных тканях, что замедляет рост и наступление репродуктивной зрелости организма. Имеются исследования, показывающие, что эруковая кислота вызывает нарушения сердечно-сосудистой системы, инфильтрацию скелетной мускулатуры и миокарда, цирроз печени (Тихомиров, Тихомирова, 2008). Таким образом, наличие эруковой кислоты в жирнокислотном составе каротиноидно-липидного комплекса, получаемого методом докритической углекислотной экстракции, ограничивает его применение в пищевых целях.
При сравнении технологических процессов получения KЛK из панцирьсодержащего сырья экстракцией органическими растворителями и сверхкритической углекислотной экстракцией (рис. 5) видно, что использование последней позволяет устранить ряд стадий технологического процесса получения каротиноидно-липидных комплексов:
1) приготовление экстрагирующей (бинарной) смеси (хлороформ с этанолом);
2) фильтрация;
3) удаление бинарной смеси на роторном испарителе;
4) ректификация бинарной смеси.
Сокращение продолжительности технологического процесса позволяет получить KЛK с максимальным выходом и улучшенными показателями качества и безопасности, а использование углекислого газа в качестве экстрагента определяет экологическую безопасность всего процесса.
Выводы
Таким образом, проведены сравнительные исследования состава каротиноидно-липидных комплексов, полученных экстрагированием органическими растворителями и углекислым газом в до- и сверхкритическом состоянии.
Результаты исследований KЛK показали очевидное преимущество применения сверхкритической углекислотной экстракции липидных комплексов из панцирьсодержащих отходов от разделки креветок.
і
Сублимационная сушка
Измельчение
Приготовление бинарной смеси (хлороформ : этиловый спирт 2:1)
Ректификация бинарной смеси
Экстракция бинарной смесью
Фильтрация
С02
Процесс
сверхкритической
С02-экстракцни
КЛК, Осадок л
растворенный в (обезжиренный
бинарной смеси ПСОР)
Удаление бинарной ' смеси на роторном . испарителе
клк
Рис. 5. Технологическая схема получения КЛК методами экстракции органическими растворителями и сверхкритической С02-экстракцией
Fig. 5. Technological scheme for CLC extraction using organic solvents and supercritical C02-extraction
Установлено, что при соблюдении всех рекомендуемых технологических параметров, начиная с обезвоживания ПСОР, и дальнейшем применении сверхкритической углекислотной экстракции гарантировано получение каротиноидно-липидного комплекса с оптимальными выходом (6,7 % против 2,6 и 3,3 % соответственно для КЛКД и КЛКБ), а также с улучшенными органолептическими характеристиками: маслянистая масса красно-оранжевого цвета с запахом, свойственным креветочному, без прогорклости.
Каротиноидно-липидный комплекс, выделенный методом сверхкритической C02-экстракции, содержит биологически активные вещества — астаксантин (14,2 мг/100 г), ПНЖК в количестве 41,1 % к общему содержанию липидов, в том числе эссенциальные жирные кислоты — до 40 %, и после дополнительной очистки (рафинации), вероятно, может быть использован в качестве компонента БАД, а также вкусо-ароматических добавок в пищевой промышленности.
Список литературы
белорукова А.А., задорожный П.А., Пивненко Т.Н., якуш Е.В. Оценка содержания каротиноидов у асцидий Halocynthia aurantium и Stiela clava // Изв. ТИНРО. — 2006. — Т. 147. — С. 347-354.
быков В.П., быкова В.м., Кривошеина л.И. и др. Антарктический криль : справочник / под. ред. В.М. Быковой. — М. : ВНИРО, 2001. — 207 с.
Гичев Ю.Ю., Гичев Ю.П. Руководство по биологически активным пищевым добавкам. — М. : Триада, Триада-Х Фирма (ООО), 2001. — 230 с.
Касьянов Г.И. СО2-экстрагирование семян льна // Сб. мат-лов Междунар. науч.-техн. конф. КГТУ — 2000. — Ч. 4. — С. 198-199.
Касьянов Г.И., Квасенков О.И. Сверхкритическая СО2-экстракция ароматических и вкусовых веществ // Хранение и переработка сельхозсырья. — 1994. — № 1. — С. 11-13.
Касьянов Г.И., Шаззо Р.И., Рослякова Т.К. и др. Комплекс научных исследований, технологических разработок и промышленного освоения высоких технологий СО2-обработки сырья растительного и животного происхождения. — Краснодар : КНИИХП, 1998. — 70 с.
левачев м.м. Жиры рыб в диетотерапии гиперлипопротеидемий и гипертонии : Медицина и здравоохранение. Сер. Терапия. — М., 1988. — Вып. 4. — 85 с.
левачев М.М Жиры, полиненасыщенные жирные кислоты, фосфолипиды: биологическая роль, применение в профилактической и клинической медицине // Введение в частную микро-нутриентологию / под ред. Ю.П. Гичева, Э. Огановой. — Новосибирск, 1999. — С. 264-284.
О’Брайен Р. Жиры и масла. Производство, состав и свойства, применение : монография. — СПб. : Профессия, 2007. — 752 с. (Пер. с англ.)
Пилат Т.Л., Иванов А.А. Биологически активные добавки к пище (теория, производство, применение) : монография. — М. : Авваллон, 2002. — 710 с.
Подкорытова А.В., Строкова Н.Г., Семикова Н.В. Комплексная переработка культивируемых креветок // Тез. докл. Междунар. науч.-практ. конф. «Мировые тенденции развития аквакультуры и современные методы переработки водных биоресурсов». — М. : МВЦ «Крокус-сити ЭКСПО», 2010. — С. 71.
Попова И.Ю., Водяник А.Р. О растворяющей способности сверхкритического углекислого газа // Рынок БАД. — 2003. — № 3(11). — С. 30-33.
Ржавская Ф.М., Сакаева Е.А., Дубровская Т.А. Исследование состава липидов криля // Технология переработки криля. — М. : ВНИРО, 1981. — С. 24-30.
Строкова Н.Г., Подкорытова А.В. Биотехнологические аспекты комплексной переработки ракообразных // Мат-лы 4-го Московского междунар. конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы». — 2011. — Ч. 2. — С. 241-242.
Строкова Н.Г., Семикова Н.В., Ефремов О.В., Подкорытова А.В. Универсальная комплексная технология переработки культивируемых и промысловых ракообразных // Тез. докл. Четвертой Междунар. науч.-практ. конф. «Морские прибрежные экосистемы. Водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки». — Южно-Сахалинск, 2011. — С. 242.
Тихомиров И., Тихомирова Г. Рапс в рационах // Животноводство России. — 2008. — Июнь. — С. 57-58.
Чундышко В.Ю. Экстракция жиросодержащих материалов двуокисью углерода с растворителем при сверхкритических условиях : дис. ... канд. техн. наук. — Майкоп, 2001. — 228 с.
Choi Y.S., Goto S., Sagano M. Effect of dietary n-3 polyunsaturated fatty acids on cholesterol synthesis and degradation in rats of different ages // Lipids. — 1989. — Vol. 24. — P. 45-50.
Gamboa-delgado J., Molina-poveda C. and Cahu C. Digestive enzyme activity and food ingesta in juvenile shrimp Litopenaeus vannamei (Boone, 1931) as a function of body weight // Aquaculture Research. — 2003. — Vol. 34(15). — P. 1403-1411.
Gunalakshmi B., Maloy Kumar Sahu, Sivakumar K. et al. Investigation on lipase producing actinomycete strain LE-11, isolated from shrimp pond // Res. J. of Microbiol. — 2008. — № 3(2). — P. 73-81.
Mukhopadhyay M. Natural extracts using supercritical carbon dioxide. — CRC, 2000. — 360 p.
Taylor L.T. Supercritical fluid extraction. — Wiley-Interscience, 1996. — 181 p.
Поступила в редакцию 11.03.12 г.
