Химический состав морской травы Phyllospadix iwatensis Makino (Zosteraceae) и свойства ее полисахарида Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

2001

Известия Тихоокеанского научно-исследовательского рыбохозяйственного центра

Том 129

О.А.Кушева, И.А.Кадникова, А.В.Подкорытова, Т.В.Шапошникова

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МОРСКОЙ ТРАВЫ

PHYLLOSPADIX IWATENSIS MAKINO (ZOSTERACEAE) И СВОЙСТВА ЕЕ ПОЛИСАХАРИДА

Пектиновые вещества морских трав находят все более широкое применение в качестве загустителей и гелеобразователей в пищевой промышленности, практической медицине, биотехнологии, фармакологии (Лоенко и др., 1997). Для их промышленного получения наиболее широко используется распространенный род морских трав - зостера, - относящийся к семейству Zosteraceae (Митина, 1971; Кизеветтер, 1973; Кизе-веттер и др., 1981; Подкорытова, 1997).

Исследования макрофитобентоса в Японском и Охотском морях показали большие скопления морской травы Phyllospadix iwatensis, также перспективного источника пектина. Сведения о химическом составе этой морской травы, составе и свойствах ее полисахарида в литературе практически отсутствуют.

Настоящая работа посвящена характеристике химического состава биомассы морской травы Phyllospadix iwatensis Makino, а также изучению состава и свойств содержащегося в ней полисахарида пектиновой природы.

В качестве объекта исследования использовали Phyllospadix iwatensis Makino (восточное побережье о.Путятина, мыс Бартенева, на глубине 80 см, грунт - камни, песок) и Zostera marina (северное побережье о. Путятина, на глубине 1-5 м, грунт - илисто-песчаный). Собранный материал промывали в морской воде, высушивали на воздухе.

Содержание минеральных веществ определяли гравиметрически, после сжигания при 600-700 0С в течение 24 ч. Микро- и макроэлемент-ный состав золы определяли атомно-абсорбционным методом, Na, K -на пламенно-эмиссионным спектрофотометре "Nippon JarrelI Ash" , модель АА-855. Пробы измельченной сухой морской травы предварительно обрабатывали как рекомендовано (Ковековдова, 1987).

Общее содержание азотистых веществ определяли микрометодом по Кьельдалю на анализаторе азота "Kjeltek Auto 1030 Analyzer" фирмы "Tecator".

Содержание клетчатки определяли методом Кюршнера и Ганака (Бурштейн, 1963).

Полисахарид из морской травы P. iwatensis Makino выделяли методом получения пектинов из наземных растений (Сосновский, 1959; Карпович, 1985; Архипова, 1989).

Полисахарид характеризовали содержанием воды, минеральных, азотистых веществ, величинами вязкости 0,2 %-ного водного раствора, молекулярной массы 0,2 %-ного раствора в 0,2 N растворе NaCl общепринятыми методами.

Гелеобразующую способность оценивали по прочности геля с массовой долей сухого филлорината натрия 1-2-3 %, 60 % сахара и 0,275 % виннокаменной кислоты (Мирошников, 1940).

Сравнительные данные содержания главных компонентов биомассы филлоспадикса и зостеры приведены в табл. 1. Состав сухого вещества морских трав представлен минеральными и органическими соединениями.

Таблица 1

Химический состав биомассы морских трав Phyllospadix iwatensis Makino

и Zostera marina L.

Table 1

Chemical composition of seaweeds biomass Phyllospadix iwatensis Makino

and Zostera marina L.

Содержание, % к сухому веществу

Объект Вода, % Минераль- Органичес- Азотис- Клетчатка Пектин

ные в-ва кие в-ва тые в-ва

P. iwatensis

Makino 9,8-10,1 16,3-17,1 82,9-83,9 7,5-8,7 20,6-21,3 10,1-11,7

Z. marina L. 9,7-11,3 15,9-16,7 83,3-84,1 8,4-9,7 12,6-12,9 11,7-12,4

Содержание минеральных веществ в морских травах колеблется от 15,9 до 17,1 %, что значительно ниже уровня накопления таковых бурыми водорослями (Аминина, Подкорытова, 1992).

В табл. 2 показаны уровни концентраций 13 основных макро- и микроэлементов. Концентрация некоторых элементов (Ca, K, Zn, Fe и др.) в листьях трав превышает их концентрацию в воде (Барашков, 1972). Следует отметить, что главными катионами минерального состава являются C a, Na, K, и Mg. Наибольшая концентрация приходится на Са, содержание которого составляет более 2,5 % (табл. 2), что объясняется свойствами полисахарида морских трав.

По содержанию микроэлементов биомасса филлоспадикса аналогична биомассе близкородственных дальневосточных видов морских трав, например Zostera marina (Подкорытова, Кушева, 1997). Отмечены более высокие концентрации меди и более низкие цинка. Тяжелые металлы присутствуют в следовых количествах.

Основную часть органических веществ в биомассе морской травы составляют углеводы и азотистые веще-10

Таблица 2 Макро- и микроэлементный состав морской травы Phyllospadix iwatensis Makino

Table 2 Micro and macroelemental composition of seaweed biomass Phyllospadix iwatensis Makino

Элемент Содержание, %

к сухому веществу

Са > 2,5

Na 1,5

K 1,8

Mg 0,8

Fe 0,05

Mn 0,0004

Cu 0,0005

Ni 0,0002

Zn 0,0006

Pb >0,0002

Sn >0,0003

Sr 0,0001

Co 0,0003

к Й

е Л

си о

u m н

л о

н та

О Q,

§ 2

5 I

а т С

к та

К та а И

к ¿Í

ч , ^ та

« о

ф о

ч §

О г

та

К «

S н о к

^ О

Н о

« к

та .

та

о ^

CQ

н о та

о со

ITc

К

О PQ

Ф К К

та

Sí

ф ч о

со .

Н ■

о

ф

а •

ф (

CQ

^

S о

X ^

а о

та Ч о DQ

Ч О

к 2 CQ

К S н X ф С

о Я

о °

Л

сх ю с (С °

С^ ф

X

оо а^ СО to

ю

с

I °

Ф

°° x

со

O O

I I

c^ O

—< c^

C5 C5

LO СО 00

O <N

T T

oo C5 C5

a, со

I I

o tí

та

•!2 -J

с 2

ф .tí

.Ü E

Pu N

ства. Содержание последних в филлоспадик-се - 7,5-8,7 %, а основного полисахарида, фил-лорина, - 10,1-11,7 %.

Морским травам свойственно высокое содержание клетчатки, что объясняет жесткость их листьев. В исследуемых образцах фил-лоспадикса содержание клетчатки более высокое по сравнению с зостерой: 20,6-21,3 % против 12,3-14,1 %. По-видимому, этот факт можно объяснить особенностями субстрата для прикрепления макрофитов и гидрологическими условиями произрастания (Паймеева, 1974).

Оценивая полученные результаты, следует отметить, что в целом химический состав биомассы морской травы P. iwatensis Makino сходен с составом Z. marina L., за исключением содержания клетчатки.

Из филлоспадикса выделяли полисахарид в виде натриевой соли, которую в дальнейшем назвали филлоринат. Физические и химические характеристики полученного препарата показаны в табл. 3. Выход полисахарида составил 10,2-11,7 % от сухой массы травы. Общее содержание минеральных веществ в нем составляет 15,4-16,1 %. Проведенные исследования элементного состава филлорината показали увеличение содержания макроэлементов по сравнению с элементным составом сырья: Са - 6,1 % против 2,5 %; Na - 4,5 % против 1,5 % (табл. 4).

Концентрация марганца, меди, никеля, цинка в полисахариде соответствует уровню их концентрации в сырье (см. табл. 2, 4), несмотря на довольно жесткую кислотную обработку филлоспадикса до экстрагирования филло-рина. Вероятно, это связано со способностью полиуроновой кислоты, содержащейся в фил-лоспадиксе, удерживать двухвалентные катионы кальция, микроэлементы и связывать катионы металлов в процессе получения фил-лорината. Последнее согласуется с литературными данными о функциональных свойствах полиуронидов (Кочетков и др., 1967; Амини-на, Подкорытова, 1995; Подкорытова, Кушева, 1997).

Водные растворы, содержащие филлори-нат с молекулярной массой 27,6 кДа, обладали вязкостью 1,87-1,95 сПз (см. табл. 3).

Известно, пектины образуют гели в присутствии кислоты и сахара (Митина, 1971).

11

Таблица 4 Макро- и микроэлементный состав филлорината

Table 4 Macro and microelemental composition of phyllorinat

Название элементов Содержание, % к сухому веществу

Ca 6,1

Na 4,5

K 1,0

Mg 0,01

Fe 0,03

Mn 0,0005

Cu < 0,0005

Ni <0,0005

Zn 0,0006

Pb <0,0001

Sn <0,03

Sr <0,004

Co <0,0005

Проведенные исследования показали, что прочность геля 1 %-ного раствора филлорината натрия, содержащего 60 % сахара и 0,275 % виннокаменной кислоты, была довольно низкой и составила 100 г, что значительно ниже регламентируемой для пищевых гелеобразователей (ГОСТ 16280-88).

Достоверно известно, что концентрация пектинов в системе, содержащей сахар и кислоту, определяет ее гелеоб-разующие свойства (Гапоненков, 1961; Легенько, Баранов, 1975; Богданов, Саф-ронова, 1993). С целью изучения влияния концентрации филлорината натрия на его гелеобразующие свойства нами были исследованы прочностные характеристики гелей с массовой долей сухого филлорината натрия 1-2-3 %, 60 % сахара и 0,275 % виннокаменной кислоты (табл. 5).

Для сравнения гелеобразующих свойств филлорината с другими пектинами в табл. 5 приведены данные прочности гелей свекловичного пектина (Легенько, Баранов, 1975) и зос-терата. Как видно, повышение концентрации полисахарида в системах вышеуказанных пектинов увеличивает прочность их гелей. Действительно, гели с массовой долей филлорината 3 % были более плотными, прозрачными, светлыми с приятным вкусом фруктового желе и имели максимальную прочность 200 г.

Таким образом, физические и химические свойства филлорината сходны с таковыми зостерата натрия. В связи с этим филлоринаты можно использовать в качестве загустителей и гелеобразователей в пищевой промышленности для приготовления желе, мармелада, конфет.

Проведенные исследования химического состава морской травы Phyllospadix iwatensis показали, что в целом состав его биомассы сходен с составом зостеры, однако структура листа более жесткая за счет повышенного содержания клетчатки. Способность функциональной группы филлорина связывать двухвалентные элементы позволяет использовать его в качестве энтеросорбента; реологические свойства полисахарида дают возможность рекомендовать его к использованию в пищевой промышленности в качестве загустителей и гелеобразователей при изготовлении желе, мармелада, конфет.

12

Таблица 5 Влияние концентрации пектинов на прочность гелей

Table 5

Influence concentration pectins on gels strength

Прочность геля

Пектин с массовой долей пектина, г

1 % <> 2 % 3 %

Филлоринат натрия 100 150 200

Зостерат натрия > 100 150 > 200

Свекловичный пектин 43,0 85,0 130,0

ЛИТЕРАТУРА

Аминина Н.М., Подкорытова A.B. Сезонная динамика химического состава Laminaria japónica, культивируемой у берегов Приморья // Раст. ресурсы. - 1992. - Т. 28, вып. 3. - С. 137-140.

Аминина Н .М., Подкорытова A.B. Альгинаты: состав, свойства, применение // Изв. ТИНРО. - 1995. - Т. 118. - С. 130-135.

Архипова Л.П. Производство пектина // Пищ. пром-сть. - 1989. - № 9. - С. 18-19.

Барашков Г.К. Сравнительная биохимия растений. - М.: Пищ. пром-сть, 1972. - 355 с.

Богданов В.Д., Сафронова Т.М. Структурообразователи и рыбные композиции. - М.: ВНИРО, 1993. - С. 43-47.

Бурштейн А.И. Методы исследования пищевых продуктов. - Киев: Гос-медиздат УСССР, 1963. - С. 59-61.

Гапоненков Т.К. О влиянии катионов металлов на студнеобразующую способность пектина подсолнечника // Изв. вузов. Пищ. технология. - 1961.

- № 5. - С. 42-43.

ГОСТ 16280-88. Агар пищевой. Взамен ГОСТ 16280-70. - М.: Госкомитет по стандартам, 1988. - 7 с.

Карпович Н.С. Пектин. Производство и применение. - Киев: Урожай, 1985. - 47 с.

Кизеветтер И.В. Биохимия сырья водного происхождения. - М.: Пищ. пром-сть, 1973. - 422 с.

Кизеветтер И.В., Суховеева М.В., Шмелькова Л.П. Промысловые морские водоросли и травы дальневосточных морей. - М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1981. - С. 99-106.

Ковековдова Л.Т. Методические рекомендации по подготовке проб, объектов внешней среды и рыбной продукции к атомно-абсорбционному определению токсичных металлов. - Владивосток: ТИНРО, 1987. - 15 с.

Кочетков Н.К., Бочков А.Ф., Дмитриев Б.А. и др. Химия углеводов.

- М: Химия, 1967. - 670 с.

Легенько О.С., Баранов B.C. Влияние различных солей кальция на студнеобразующие свойства пектина морской травы зостеры // Исслед. по технол. рыб. продуктов. - 1975. - № 6. - С. 100-103.

Лоенко Ю.Н., Артюков А.А., Козловская Э.П. и др. Зостерин. -Владивосток: Дальнаука, 1997. - 211 с.

Митина Л.Л. Получение зостерина и зостерата натрия и изучение их свойств // Исслед. по технол. рыб. продуктов. - Владивосток: ТИНРО, 1971.

- Вып. 2. - С. 110-115.

Мирошников В.И. Зостера как промышленное сырье // Прикл. химия.

- 1940. - Т. 13, № 10. - С. 1477-1489.

Паймеева Л.Г. Некоторые черты биологии зостеры залива Петра Великого // Исследования по биологии рыб и промысловой океанографии. - 1974.

- Вып. 5. - С. 35-45.

Подкорытова А.В., Кушева О.А. Морские травы дальневосточных морей: химический состав, свойства полисахаридов, направления использования // Изв. ТИНРО. - 1997. - Т. 120. - С. 197-203.

Сосновский Л.Б. Пектиновые вещества растений // Технология кондитерского производства. - М.: Пищепромиздат, 1959. - С. 99-102.

Поступила в редакцию 18.05.2001 г.