CC BY
73
ПРОДУКТЫ ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОГО ПИТАНИЯ
ТЕМА НОМЕРА
УДК 668.393.54
Бурые водоросли Тихоокеанского шельфа
для производства лечебно-профилактических продуктов
Т.К. Каленик, д-р биол. наук, профессор, Е.В. Семилетова, Т.И. Елисеева, канд. техн. наук, доцент
Институт пищевых технологий и товароведения Тихоокеанского государственного экономического
университета, г. Владивосток
Н.М. Шевченко, канд. хим. наук
Тихоокеанский институт биоорганической химии, г. Владивосток
В настоящее время весьма актуален поиск новых высокоэффективных, биологически активных добавок из доступных природных источников, в том числе из моря.
Некоторые полисахариды со свойствами растворимых волокон используются в пищевых технологиях в качестве добавок с технологическими функциями загустителей, стабилизаторов и гелеобразователей. К ним относят пектины, камеди гуара, рожкового дерева и сенегальской акации, агар и альгинаты [1].
В качестве базового сырья для производства альгинатов в России применяют в основном водоросли семейства Laminaria и Fucales, которые повсеместно встречаются в морях, омывающих российское побережье. Только у дальневосточных берегов Японского моря произрастают два малоизученных представителя бурых водорослей: Ундария пери-стонадрезанна (рис. 1) и Костария ребристая (рис. 2). Они являются богатым и легко возобновляемым сырьевым источником полисахаридов, содержание которых достигает
Ключевые слова: полисахариды бурых водорослей; альгинаты; фукои-даны; ламинараны; гели; структурированные продукты.
Key words: polysaccharides of brown sea - weeds; sodium alginate; fucoidan; laminaran; jell; structure product.
74 % сухой массы водоросли.
Ундария перистонадрезанная (по-японски - «вакаме») выращивается в основном в Японии, где служит одним из важнейших пищевых продуктов. Ундария - относительно холод-новодная водоросль и у южного побережья о-ва Хонсю ее культивируют зимой при температуре ниже 22 0С.
Костария ребристая (Costaria costata)- перспективный новый вид марикультуры на Дальнем Востоке. Она растет на твердых грунтах, раковинах, а также на других водорослях на глубине 0,5-20 м. Однако на плантациях, где ведется выращивание Ламинарии японской, Костария рассматривается как сорняк и не-
щадно истребляется, хотя по уникальности химического состава она ничем не уступает Ламинарии японской. В среднем, Костария ребристая содержит 27-31 % альгиновой кислоты, 18-25 % альгината натрия, 1416 % маннита (от сухой массы) [2, 3].
Цель нашего исследования - изучение особенностей состава и структуры полисахаридов данных водорослей, а также их технологических характеристик для обоснования возможности применения в пищевых технологиях.
К растворимым полисахаридам, содержащимся только в бурых водорослях, относят ламинаран, фукои-дан и альгиновые кислоты.
Так, ламинараны - Р-глюканы -служат резервным веществом в бурых водорослях и представляют собой усвояемые водорастворимые полисахариды. Р-глюканы содержатся не только в водорослях, но и в зерновых культурах и служат источником растворимого волокна, который снижает уровень липидов в крови. Интерес к ламинаранам водорослей обусловлен прямым участием этих полисахаридов в иммунитете животных и растений.
При использовании Р-глюканов в пищевых целях получают продукты не только со свойствами, полезными для здоровья, но и со свойствами гидроколлоидов. При переработке пищевых продуктов гидроколлоиды применяют в качестве текстурирую-щего агента, особенно для полной или частичной замены жиров при производстве молочных продуктов или выпечке [1].
Фукоиданы, или сульфатирован-ные полисахариды, построенные преимущественно из остатков а-1_-фукопиранозы, обнаружены также в тканях иглокожих. В водорослях других видов, в наземных растениях и в тканях других животных эти полисахариды не встречаются.
Фукоидан образует очень вязкие растворы, обладающие коллоидными свойствами, что показано работами ученых ТИБОХ ДВО РАН. В составе разных препаратов фукоидана присутствуют 31-72 % фукозы, 531 % галактозы, небольшие количества маннозы, ксилозы и арабинозы. Предполагается, что фукоидан выступает запасным веществом у водорослей вместо ламинарана.
Интерес к фукоиданам обусловлен их многопрофильным биологическим действием. Фукоиданы выполняют важные биологические функции в клетках млекопитающих, связанные преимущественно с направленной модификацией свойств клеточной поверхности, и могут найти
PRODUCTS FOR AN OPTIMUM FOOD
применение при разработке новых медицинских препаратов противовирусного, противовоспалительного, противоопухолевого и иммуно-модулирующего действия [5].
Альгиновые кислоты - основные структурные полисахариды всех бурых водорослей. Их содержание составляет 30-40 % от сухой биомассы водоросли. В качестве желирующих веществ альгинаты используют при производстве пищевых гелевых систем мармелада, кондитерских начинок для пирогов. Альгинат натрия применяют в качестве стабилизатора в заменителях животных сливок, шоколадном молоке и различных напитках. Альгинаты различного состава и строения широко используют при производстве покрытий и глазурей [4].
Альгинаты бурых водорослей оказывают антиоксидантное, гипоглике-мическое и ипохолестеринемическое действие, выводят радионуклиды и соли тяжелых металлов, что применяется при конструировании функциональных продуктов [6].
Нами подробно изучен моносаха-ридный состав полисахаридов бурых водорослей Ундарии перистонадре-занной и Костарии ребристой. Для этого были собраны образцы водорослей Undaria pinnatifida в бухте Соболь (июнь 2009 г.) и Costaria costata в бухте Баклан (июль 2009 г.) Японского моря.
Биотехнология выделения полисахаридов из различных видов бурых водорослей имеет несколько общих стадий, в основе которых лежит проведение последовательных экстракций, позволяющих провести разделение главных углеводных компонентов биомассы: фукоиданов, ла-минаранов и альгиновых кислот.
На первом этапе экстракцию полисахаридов проводили при температуре 60 0С: 100 г водоросли последовательно экстрагировали 0,05 моль/ дмi HCl (рН 3,0-3,2) и 1 %-ным раствором Na2CO3 при 80 0С (рН 10, щелочная экстракция - в таких условиях извлекается альгиновая кислота в виде натриевой соли). Эксперимент проводили трижды с каждым образцом водоросли и вычисляли среднестатистический результат и ошибку измерения.
В результате дробных экстракций из каждого образца водоросли были получены индивидуальные фракции полисахаридов с различными выходами (табл. 1). В результате экстракции при рН 3,0-3,2 были получены фукозосодержащие полисахариды с выходом 0,6-4,8 %, а с помощью щелочной экстракции (1 % Na2CO3, 80 0С, рН 10) была получена альги-новая кислота с выходом 18-24 %.
Моносахаридный состав водорослей определяли с помощью метода высокоэффективной жидкостной хромотографии на хроматографе Agilent с использованием колонки Asahipak (элюент-ацетонитрил/Н20 - 60/40) и углеводном анализаторе IC-5000 Biotronik (Германия) с применением колонки 30x7,8 см с носителем SupelcoGel™ C-611, (элюент-10-4М раствор NaOH в воде, скорость элюции - 0,5 мл/мин). Обнаружение моносахаридов проводили бицинхо-нинатным методом (интегрирующая система Shimadzu C - R2 AX). Индивидуальные моносахариды Ram, Man, Fuc, Gal, Xyl, Glc использовали как стандарты для ВЭЖХ.
Результаты исследования особенностей моносахаридного состава представлены в табл. 2. Моносаха-ридный состав Костарии ребристой представлен шестью видами моносахаридов: фукозой, галактозой, маннозой, рамнозой, ксилозой и глюкозой. Динамика их содержания укладывается в ряд: манноза - фу-коза - рамноза - галактоза - ксилоза - глюкоза бурой водоросли Костарии ребристой. Фукоидан - гетерогенный по моносахаридному составу полисахарид. Для моносахаридного состава фукоидана только этой водоросли характерно высокое содержание рамнозы. В то же время ламинаран присутствует в следовых количествах.
Нами установлено, что полисаха-ридный состав бурой водоросли Undaria pinnatifida представлен в основном сильно сульфатированными фукозосодержащими полисахаридами и альгиновыми кислотами; лами-наран содержится в небольших количествах, а рамноза практически отсутствует.
Соотношение блоков уроновых кислот - основных функциональных единиц - в альгинате натрия Ундарии перистонадрезанной и Костарии ребристой определяли методом ядерно-магнитнорезонансной спектроскопии на ЯМР-спектрометре Bruker-Physic WM-300 с рабочей частотой 62,9 мГц в D20 при температуре 70 0С, в качестве внутреннего сигнала использовали метанол (50,15 м.д.). Образцы полисахаридов растворяли в D20, фракции, содержащие уроновые кислоты, растворяли доведением рН до 10-11 ед. раствором NaOH.
Так, в С-ЯМР-спектре альгиновой кислоты бурой водоросли Ундарии перистонадрезанной присутствовали интенсивные сигналы с химическими сдвигами (С-1 - 101,1 м.д.; С-2-71,07; С-3 - 72,5; С-4 - 79,0; С-5 -76,9; С-6 - 176,4 м.д.), принадлежа-
Таблица 1
Выход полисахаридных фракций, выделенных из водорослей Costaría costata и Undaria pinnatifida (июнь - июль 2009 г.)
Водоросль Выход полисахарид-ной фракции (рН 3,03,2), % от массы сухой водоросли Выход альгиновой кислоты (рН 10), %
Costaria costata 0,6 ± 24 ±
Undaria 4,8 ± 18 ±
pinnatifida
Таблица 2
Моносахаридный состав полисахаридных фракций, выделенных из водорослей Costaria costata и Undaria pinnatifida при рН 3,0-3,2
Водоросль Нейтральные моносахариды, моль %
Fuc Gal Man Ram Xyl Glc
Costaria costata 2Б,2 ± 18,0 ± 27,6 ± 20,1 ± 9,6 ± 0,Б +
Undaria pinnatifida 36,9 ± 10,2 ± 21,9 ± 0 1Б,3 ± 1Б,7 ±
щие блокам D-маннуроновой кислоты, а также менее интенсивные сигналы с химическими сдвигами (С-1 -101,8; С-4 - 78,99 м.д.), характерные для блоков L-гулуроновой кислоты (рис. 3). Величина отношения ман-нуроновой и гулуроновой кислот М/ G составила 3:1, что характерно для группировок полисахаридов, способных связывать молекулы воды и образовывать вязкие растворы, применимые для стабилизации консистенции пищевых продуктов.
Кроме того, в С-ЯМР-спектре альгиновой кислоты Костарии ребристой присутствовали интенсивные сигналы с химическими сдвигами (С-1 - 101,5 м.д.; С-2 - 71,5; С-3 -72,9; С-4- 79,4; С-5- 77,4 м.д.), принадлежащие блокам D-маннуро-новой кислоты, а также менее интенсивные сигналы с химическими сдвигами (С-1- 102,3 м.д., С-2-66,5, С-3 - 70,5, С-4 - 81,5, С-5 -68,7 м.д.), характерные для блоков L-гулуроновой кислоты (рис. 4). Соотношение М/G блоков составило 1,5:1, т. е. маннуроновая и гулуроно-вая кислоты находятся почти в равных соотношениях. Это свидетельствует о том, что альгинаты Костарии ребристой будут давать более прочные студни, чем альгинаты Ундарии перистонадрезанной.
В лабораториях ТГЭУ проводятся исследования по возможности использования солей альгиновых кислот бурых водорослей Ундарии пе-ристонадрезанной и Костарии ребристой в качестве загустителей в технологии желейных продуктов. Результаты проведенных исследований позволят изучить механизм гелеоб-разования и последующую разработку технологий и рецептур структурированных пищевых продуктов.
ПРОДУКТЫ ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОГО ПИТАНИЯ
ТЕМА НОМЕРА
Рис. 3. С-ЯМР-спектр фракции альгиновой кислоты бурой водоросли ипс1апа pínnatífída
ЛИТЕРАТУРА
1. Доронин, А.Ф. Функциональные пищевые продукты/А.Ф. Доронин. -М: Де Ли принт, 2009. - 288 с.
2. Каленик, Т.К. Особенности белкового и аминокислотного состава представителей пищевых бурых водорослей ипсСапа piппatifida (Унда-рии перистонадрезанной) Costaria costata (Костарии ребристой)/Т.К. Каленик, И.Н. Сафина, Т.И. Калини-на//Пищевая и морская биотехно-
Рис. 4. С-ЯМР-спектр фракции альгиновой кислоты бурой водоросли Costaria costata
логия: проблемы и перспективы: материалы научно-практической конференции. - М.: Макспресс, 2006. -С. 56.
3. Морская аквакультура/П.А. Моисеев [и др.]. - М.: Агропромиз-дат,1985.
4. Уитон, Ф.У. Производство продуктов питания из океанических ре-сурсов/Ф.У. Уитон. - М.: ВО Агро-промиздат, 1989. - 415 с.
5. Усов, А.И. Полисахариды водорослей. Бурая водоросль Laminaria
saccharina (L.) Lam. как источник фу-коидана/А.И. Усов, Г.П. Смирнова, М.И. Билан, А.С. Шашков//Биоорга-ническая химия. - 1998. - Т. 24. - С. 437-445.
6. Хотимченко, Ю.С. Физико-химические свойства, физиологическая активность и применение альги-натов - полисахаридов бурых водо-рослей/Ю.С. Хотимченко, В.В. Ковалёв, О.В. Савченко, О.А. Зиганшина// Биология моря. - 2001. - Т 27 (3). -С. 151-162.
УДК 663.05:661.734
Соли лимонной и молочной кислот
для обогащения пищевых продуктов железом и магнием
Л.В. Новинюк, канд. техн. наук, М.Ю. Кукин, аспирант ВНИИ пищевых ароматизаторов, кислот и красителей, Санкт-Петербург
В ряде государственных постановлений ставится задача увеличения ассортимента и объемов производства продуктов здорового питания, обогащенных ценными макро- и микроэлементами, прежде всего такими жизненно важными, как магний и железо. По мнению специалистов - это наиболее эффективный путь ликвидации существующего микронутриентного дефицита в питании россиян [1].
Качество и безопасность пищевых продуктов в значительной мере зависит от выбора обогащающего компонента. Для этой цели предпочтительнее использовать безопасные для здоровья источники минеральных веществ в органической легко-
Ключевые слова: обогащение; безопасность продукции; цитраты аммония-железа; лактат магния; лактат железа.
Key words: enrichment; safety of production; citrates of ammonium-iron; a magnesium lactate; an iron lactate.
усвояемой форме. К таким соединениям относятся хорошо растворимые в воде, технологически удобные при использовании соли пищевых лимонной и молочной кислот - цитраты и лактаты, отличающиеся от применяемых для этой цели хлоридов, нитратов, фосфатов и карбонатов
безвредностью и высокой биодоступностью. Согласно СанПиН 2.3.2.1293-03, соли лимонной и молочной кислот относятся к пищевым добавкам, не представляющим опасности для здоровья человека. Однако важнейшие и востребованные для обогащения пищевых продуктов магний- и железосодержащие соли лимонной и молочной кислот в России в настоящее время не производят.
В связи с этим во ВНИИПАКК выполнен цикл исследований по разработке технологий цитратов аммония-железа в коричневой (ЦАЖк) и в зеленой форме (ЦАЖз), лактатов магния и железа, разрешенных ФАО/ВОЗ для использования в качестве нутриентов. Технологии основаны на использовании отечественного сырья - пищевых лимонной и молочной кислот, оксида магния, сульфата железа - и получении из них солей по реакциям нейтрализации и обмена [2, 3, 4].
Схемы производства данных солей включают приготовление и дозирование исходных реагентов, их взаимодействие в реакторе, кристаллизацию, фильтрование, промывку и сушку кристаллов. В ходе экспериментальных исследований определены необходимые концентрации реагирующих компонентов, оптимальные температурные режимы и продолжительность процессов син-
