CC BY
58
2009
Известия ТИНРО
Том 158
УДК 577.12:594.95
Е.С. Моторя, Т.Н. Пивненко*
Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр, 690091, г. Владивосток, пер. Шевченко, 4
ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСТРАКЦИИ КАРОТИНОИДОВ ИЗ ТУНИКИ АСЦИДИИ ПУРПУРНОЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ И ЖИРОВ МОРСКИХ ОРГАНИЗМОВ
Объектом исследования явилась асцидия Halocynthia aurantium, выловленная в Японском море летом 2008 г. Подобраны условия для наилучшего извлечения каротиноидов из туники асцидии с использованием органических кислот и растворителей для дальнейшего их внедрения в производство БАД. Показано, что обработка туники молочной кислотой положительно влияет на выход каротиноидов в готовом продукте. Исследована способность морских жиров реэкстрагиро-вать каротиноиды из этанольных растворов. Установлена зависимость между ли-пидным составом и способностью реэкстракции. Выявлено, что данные жиры обладают слабой способностью реэкстрагировать каротиноиды по сравнению с растительным маслом. Даны рекомендации для создания новых продуктов с уникальными свойствами, обеспечивающими стабилизацию и синергетический эффект.
Ключевые слова: асцидия, каротиноиды, органические кислоты, морские жиры.
Motorya E.S., Pivnenko T.N. Investigation of the conditions for carotenoids extraction from tunic of the ascidium Halocynthia aurantium using organic acids and fats from marine organisms // Izv. TINRO. — 2009. — Vol. 158. — P. 374-378.
Optimal conditions are determined for extraction of carotenoids from tunic of the ascidium Halocynthia aurantium using organic acids and solvents. Preliminary treatment of the tunic with lactic acid influences positively on the outcome of carotenoids in finished product. Ability of the fats of marine origin for reextraction of carotenoids from ethanol solutions is investigated; this ability dependence on lipids composition is defined. Generally, the fats of marine origin have lower ability for carotenoids reextraction in comparison with vegetable oil. The results could be used in technology of BASF production. Recommendations are given for new products with unique properties providing stabilization and synergistic effect.
Key words: ascidium, carotenoid, organic acid, fat of marine origin.
Введение
В дальневосточных и арктических морях широко распространена асцидия Halocynthia aurantium. В ее тунике обнаружены уникальные по составу и свойствам каротиноиды, среди которых преобладают окисленные формы — ал-локсантин, диатоксантин, метилоксантинон, галоцинтиаксантин, астаксантин
* Моторя Екатерина Сергеевна, аспирантка, e-mail: ekamo9@yandex.ru; Пивненко Татьяна Николаевна, доктор биологических наук, заведующая сектором, e-mail: pivnenko@tinro.ru.
и др. (Ребачук и др., 1985; Ookubo, Matsuno, 1985). Известно, что туника асци-дии имеет сложное химическое строение. Присутствующие в ней каротиноиды находятся в ассоциации с белками, углеводами и фосфолипидами и образуют стабильные комплексы. Ранее (Задорожный и др., 2008) нами была разработана технология обогащения растительных масел каротиноидами туники асцидии и, как результат, получена БАД к пище "Экстракт асцидии масляный", применяемая в качестве источника каротиноидов. Однако масштабирование данной технологии выявило недостатки, в числе которых недостаточное разрушение тканевых комплексов каротиноидов. Из литературных данных (Ni et al., 2008) известно, что органические и неорганические кислоты способствуют разрушению этих комплексов.
В настоящее время созданы композиции в-каротина с водо- и жирорастворимыми витаминами, применяющиеся в профилактических и лечебных целях (Сергеев и др., 1992). В ассоциации с триглицеридами обеспечивается равномерное распределение каротиноидов в кровотоке и усиленное по сравнению с одно-компонентными соединениями усвоение. На основании этих представлений (Леб-ская, 2000) разработана технология концентрата каротиноидов из гонад кукума-рии Cucumaria frondosa, обитающей в Баренцевом море. Клиническая апробация БАД "Рыбий жир с каротиноидами из морского огурца" показала эффективность применения этого продукта при ишемической болезни сердца и также в качестве иммуномодулятора.
Благодаря высокой пищевой и биологической ценности рыбные жиры давно применяются в качестве лечебно-профилактического продукта. Однако они характеризуются высоким уровнем быстроокисляющихся полиеновых жирных кислот, поэтому относятся к скоропортящимся продуктам. В зависимости от условий и сроков хранения, а также качества исходного сырья, в них могут образовываться вещества, свидетельствующие об одновременном протекании процессов гидролитического распада и окисления. С течением времени это приводит к увеличению свободных жирных кислот, накоплению токсичных для организма человека и животных перекисей и альдегидов (Ржавская, 1976; Манушина, Леб-ская, 2000). Особенно характерны эти процессы для жиров из морских организмов. В то же время биологически активные вещества, содержащиеся в гидроби-онтах, например каротиноиды, являются природными антиоксидантами. Следовательно, одной из перспективных форм БАД является обогащение уже известных продуктов с лечебным и профилактическим действием новыми добавками, обеспечивающими синергетический эффект.
Целью нашей работы явилось изучение влияния органических кислот на разрушение нативных каротиноидных комплексов, а также способности жиров различного состава реэкстрагировать каротиноиды из этанольных экстрактов для совершенствования технологии обогащения каротиноидами продуктов на масляной и жировой основе.
Материалы и методы
Объектом исследования явилась асцидия Halocynthia aurantium, выловленная в Японском море в августе 2008 г. Свежевыловленную асцидию разделывали с получением туники следующим образом:
— у асцидии обрезали подошву и ротовой сифон, делали продольный разрез по всей длине туловища. Отгибали края туловища, удаляли внутренности, зачищали и тщательно промывали брюшную полость;
— с полученной при разделке мантии снимали тунику и при необходимости хранили до анализа при минус 25 °С не более месяца.
Экстракт каротиноидов получали известным методом (Задорожный и др., 2008). Жиры морских организмов извлекались ранее описанным методом (Попков и др., 1997).
Количественное определение каротиноидов проводили методом спектрофо-тометрии на спектрофотометре Shimadzu иУ-3100 S. Морские жиры и масляные экстракты, обогащенные каротиноидами, разбавляли гексаном. В качестве контроля использовали соответствующий жир, также разбавленный гексаном. Концентрацию каротиноидов рассчитывают по формуле
C =
A450 Х V1
250 x V x l
где С — концентрация каротиноидов, мг/мл; А450 — оптическая плотность исследуемого раствора при 450 нм; 250 — средний удельный коэффициент поглощения каротиноидов, мл-см-мг-1; V1 — объем раствора жир—гексан, мл; V2 — объем жира, мл; l — толщина кюветы, см.
Результаты и их обсуждение
Ранее (Ni et al., 2008) было показано влияние кислот на разрушение толстых клеточных стенок дрожжей вида Phaffia rhodozyma и выход каротиноидов (табл. 1). Действие органических и неорганических кислот проявляется не только в разрыве связей между мембранными белками и липидами, но и в разрушении стабильных каротиноидных комплексов. Эффективность влияния объясняется кислотной силой и длиной углеродной цепи кислоты. Чем длиннее углеродный "скелет", тем больше степень липофильности кислоты и ее сродства к клеточным мембранам. Отличительной особенностью молочной кислоты является наличие трех атомов углерода в цепи, тем самым степень ее сродства к мембране выше, чем уксусной и соляной кислот. К тому же она относится к числу кислот, разрешенных к применению в пищевой промышленности. Поэтому для исследования условий экстракции кароти-ноидов из туники асцидии пурпурной и последующего их использования в пищевых продуктах и производстве БАД была выбрана именно молочная кислота.
Таблица 1
Влияние предварительной обработки сырья различными кислотами на выход каротиноидов
Table 1
Influence of preliminary treatment with certain acids on the outcome of carotenoids
Выход каротиноидов при действии различных кислот, мг/г сырой ткани
Сырье
СН3СН(ОН)СООН (молочная кислота) Этанольный Этанольный Масляный Масляный экстракт без экстракт с экстракт без экстракт с обработки обработкой обработки обработкой кислотой кислотой кислотой кислотой
CH3COOH (уксусная кислота) этанольный экстракт
HCL
(соляная кислота) этанольный экстракт
Туника сырая Туника сушеная Дрожжи P. rhodozyma
0,368 0,631
След. 0,462 1,329
0,789 0,639
0,110 0,937
1,259
0,829
Определены оптимальные условия и параметры экстракции каротиноидов.
1-я стадия — разрушение каротиноидных комплексов молочной кислотой:
— концентрация 5,5 моль/л, время обработки сырья 3 мин, температура 30 °С.
2-я стадия — экстракция каротиноидов этанолом после удаления молочной кислоты: соотношение этанол—сырье 20 мл/г, время обработки сырья 24 ч, температура 22-24 °С.
3-я стадия — реэкстракция каротиноидов маслом: соотношение этанол— масло—вода — 5 : 1 : 10, время реэкстракции 12 ч, температура 37-40 °С.
Для исследования действия молочной кислоты на разрушение каротиноид-ных комплексов проводили ряд экспериментов. Во-первых, изучалось влияние предварительной обработки туники молочной кислотой на последующую экстракцию
каротиноидов этанолом, во-вторых — влияние молочной кислоты на последующую реэкстракцию каротиноидов маслом. И в целом рассматривалось влияние содержания воды в тунике на процессы экстракции и реэкстракции каротиноидов. В табл. 1 приведены сводные результаты действия различных кислот на выход каротиноидов из туники асцидии пурпурной и дрожжей вида P. rhodozyma.
Предварительная обработка сырья молочной кислотой не оказывала значительного действия на концентрацию каротиноидов в этанольном растворе, однако эффективно влияла на последующую реэкстракцию этих пигментов маслом. Повышенное содержание воды в тунике оказывало отрицательное влияние на переход кароти-ноидов в этанольный экстракт в присутствии молочной кислоты. При этом удалось сконцентрировать даже следовые количества каротиноидов в этанольном растворе с предварительной обработкой молочной кислотой и довести их до вполне значимой величины (0,11 мг/г). Вероятно, это можно объяснить снижением концентрации последней. Для наилучшего извлечения каротиноидов из туники с использованием молочной кислоты необходимо проводить предварительную сушку сырья.
Таким образом, кислотный метод позволяет интенсифицировать процесс, следовательно, может быть более востребован для реализации в промышленных масштабах, чем другие, в частности обработка диметилсульфоксидом, щелочью, ферментами и т.д., перед которыми имеет преимущество в связи с низкой химической токсичностью, быстродействием и тем, что не требует специального оборудования.
Как уже указывалось, ранее масляный экстракт каротиноидов получали другим методом (Задорожный и др., 2008). Для реэкстракции каротиноидов из этанольного раствора жиров, выделенных из морских животных, использовалась такая же методика, как и для обогащения растительного масла.
Как видно из данных табл. 2, наиболее эффективна реэкстракция каротиноидов в подсолнечное масло (0,2 мг/мл). Для морских жиров величины концентраций значительно меньше и составляют от 0,005 до 0,019 мг/мл. Вероятно, это связано с различием в составе морских жиров и растительного масла. Выраженной особенностью подсолнечного масла является высокое содержание триглице-ридов, ненасыщенных жирных кислот и меньшая концентрация насыщенных жирных кислот по сравнению с морскими жирами.
Таблица 2
Характеристика липидного состава жиров морских животных (%) и концентрация каротиноидов после реэкстракции из этанольного экстракта (мг/мл)
Table 2
Lipid composition of the fats from marine animals (%) and concentration of carotenoids (mg/ml) after reextraction from ethanol using these fats
Три- Диа- Фосфо- Насыщенные Ненасыщенные Концентрация
глице- цил- липиды жирные жирные каротиноидов
Жировой продукт риды глицерин кислоты кислоты асцидии в масляном экстракте
Подсолнечное масло (контроль) 99,0 — < 1,0 12,6 87,4 0,200
Жир из печени сельдевой акулы 57,0 34,0 < 1,0 22,3 77,7 0,019
Рыбный жир 67,5 - 13,6 26,7 73,3 0,018
Жир из подкожного
сала нерпы кольчатой 72,0 0,9 19,3 20,9 79,1 0,012
Жир из печени
командорского кальмара 40,0 37,0 5,0 24,3 75,7 0,005*
* Концентрация получена путем вычитания каротиноидов, содержащихся в жире из печени кальмара, от суммы каротиноидов.
377
Необходимо отметить, что жир из печени командорского кальмара содержит собственные каротиноиды, концентрация которых равна 0,039 мг/мл. При добавлении каротиноидов из туники асцидии она увеличивается лишь на 0,005 и составляет 0,044 мг/мл. Возможно, существует предел насыщения и реэкстрак-ция в данном случае идет неэффективно.
Нам не удалось проследить прямой зависимости перехода каротиноидов от липидного состава жира, однако высокое содержание триглицеридов в подсолнечном масле (99 %) и низкое (40 %) в жире из печени командорского кальмара отражают соответственно максимальную (0,200 мг/мл) и минимальную (0,005 мг/мл) концентрации каротиноидов в экстрактах. Вероятно, именно различная комбинация содержания всех липидных составляющих влияет на реэкстракцию каротиноидов из этанольного экстракта в жир.
Таким образом, прямая экстракция каротиноидов в жиры морских животных неэффективна. Для создания новых видов продуктов, вероятно, следует проводить простое смешивание компонентов.
Заключение
В результате проведенной работы нами выявлено, что обработка сырья молочной кислотой положительно влияет на разрушение каротиноидных комплексов туники асцидии, что облегчает дальнейшее извлечение каротиноидов, а также благоприятно действует на их концентрирование в конечном итоге. Следовательно, описанный метод может быть рекомендован к применению в промышленных масштабах.
Также было выяснено, что морские жиры обладают слабой по сравнению с растительным маслом способностью реэкстрагировать каротиноиды из этаноль-ных растворов. Для создания новых продуктов с уникальными свойствами, обеспечивающими стабилизацию и синергетический эффект, можно рекомендовать смешивание жиров из морских животных с каротиноидами, находящимися в масляном растворе.
Список литературы
Задорожный П.А., Эпштейн Л.М., Ковалев H.H. и др. Способ получения биологически активной добавки из асцидии : Пат. РФ № 2339387. 2008. Бюл. № 33.
Лебская Т.К. Биологически активные вещества гидробионтов как источники лечебного и профилактического питания // Техника и технологии пищевых производств на рубеже 21 века : мат-лы науч.-практ. конф. — Мурманск : МГТУ, 2000. — С. 27-35.
Манушина Т.И., Лебская Т.К. Антиокислительные эффекты БАД из гидробион-тов в составе рыбных жиров // Техника и технологии пищевых производств на рубеже 21 века : мат-лы науч.-практ. конф. — Мурманск : МГТУ, 2000. — С. 16-26.
Попков А.А., Касьянов С.П., Овчинников В.В., Акулин B.H. Технология переработки пищеварительной железы командорского кальмара (Berryteuthis magister) // Изв. ТИНРО. — 1997. — Т. 120. — С. 77-85.
Ребачук Н.М., Максимов О.Б., Богуславская Л.Б. и др. Каротиноиды асцидии Halocynthia aurantium // Химия природ. соединений. — 1985. — Т. 20, № 4. — С. 431-433.
Ржавская Ф.М. Жиры рыб и морских млекопитающих : монография. — М., 1976. — 470 с.
Сергеев A.B., Вакулова Л.А., Шашкина М.Я. и др. Медико-биологические аспекты каротиноидов // Вопр. мед. химии. — 1992. — № 6. — С. 8-11.
Ni H., Chen Q., He G. et al. Optimization of acidic extraction of astaxanthin from Phaffia rhodozyma // J. Zhejiang Univ Sci B. — 2008. — Vol. 9(1). — P. 51-59.
Ookubo M., Matsuno T. Carotenoids of Sea Squirts — II. Comparative Biochemical studies of carotenoids in Sea Squirts // Comp. Biochem. Physiol. — 1985. — Vol. 81B. — P. 137-141.
Поступила в редакцию 19.05.09 г.
