CC BY
103
2001
Известия Тихоокеанского научно-исследовательского рыбохозяйственного центра
Том 129
И.А.Кадникова, А.В.Подкорытова, С.В.Суховерхов, М.В.Суховеева, Хо-Донг Юн* (ТИНРО-центр, г. Владивосток, Россия;
* Национальный институт исследования и развития рыболовства (NFRDI), г. Пусан, Республика Корея)
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КРАСНОЙ ВОДОРОСЛИ GELIDIUM AMANSII, ПРОИЗРАСТАЮЩЕЙ ВДОЛЬ ПОБЕРЕЖЬЯ РЕСПУБЛИКИ КОРЕЯ, И АГАРА
Красная водоросль Geliduim amansii является широко распространенным тихоокеанским приазиатским низкобореальным субтропическим видом, произрастающим у островов Японии, п-ова Корея, Малайского архипелага, в Индийском и Атлантическом океанах (Okаdа, 1956).
Gelidium amansii (Gelidium elegans Kutz) - гелидиум изящный -имеет слоевище высотой 4-5 см (для зал. Петра Великого) и 10-30 см (для о-вов Японии). Растение многохрящеватое, от основания до вершины поочередно или супротивно разветвленное. Форма слоевища очень изменчива (Segawa, 1974; Перестенко, 1980, 1994).
Ежегодно в мире добывается 15-19 тыс.т этой водоросли (Чэпмен, 1953; Саут, Уиттик, 1990). Получение агара из нее наиболее развито в Японии, Мексике, Китае, Индонезии, Норвегии. Традиционные технологии получения агара из G. amansii включают следующие основные операции: очистка и предварительная обработка водорослей отбеливанием на солнце или промыванием; экстракция агара в кислой или нейтральной среде; очистка и обезвоживание агаровых гелей; сушка готового продукта (Durrant, Sanford, 1970; Возжинская и др., 1971; Tanikava, 1971; Wheaton, Lowson, 1985).
В разных странах технология получения агара из гелидиума существенно различается технологическими параметрами процессов и соответственно физико-химическими свойствами готового продукта.
G. amansii является основным источником получения пищевого агара для Республики Корея, годовой промысел составляет 2000-2500 т (Саут, Уиттик, 1990). В России гелидиум обитает только в теплых водах (Черное море) и промыслового значения не имеет. В морях Дальнего Востока встречаются единичные экземпляры G. amansii, что свидетельствует о возможности увеличения его запасов культивированием в южных районах зал. Петра Великого.
Качество агара из гелидиума при правильном выборе технологического процесса может соответствовать агару микробиологическому. В связи
с этим целью настоящей работы было изучение технологических свойств
261
красной водоросли й. атати, свойств ее полисахарида для дальнейшего получения микробиологического агара.
В экспериментах использовали воздушно-сухую красную водоросль й. атата, заготовленную в сентябре 1998 г. в Киянге (водоросль обесцвечена на солнце), Чечжу, Вандо, Тайяне (побережье Республики Корея) и любезно предоставленную нам специалистом из Национального института рыбных исследований (г. Пусан) Хо-Донг Юном для проведения исследований в рамках совместной научно-исследовательской программы.
Экстракция и очистка агара
Агар из й. amansii получали тремя методами.
Метод 1. Водоросли заливали водой (соотношение водоросль: вода
- 1: 25) и экстрагировали агар 2 ч при температуре 100 °С, затем отделяли экстракт через фильтровальный картон, охлаждали и желировали. Гель замораживали, размораживали, обезвоживали спиртом и досушивали на воздухе.
Метод 2. Водоросли заливали 3 %-ным раствором №2С03 (1: 25) и выдерживали 6 ч при комнатной температуре, раствор щелочи сливали, водоросли 3 раза промывали теплой водой при температуре 40 оС. Затем заливали водой (1: 25) и экстрагировали агар 2 ч при 100 оС. Очистку и обезвоживание проводили как в методе 1.
Метод 3. Водоросли заливали 0,01 N раствором Н^04 (1: 25) и экстрагировали 2 ч при температуре 100 оС. Очистку и обезвоживание проводили как в методе 1.
Перед получением сухого агара были исследованы неочищенные экстракты.
Определение фракционного состава экстрактов и молекулярной массы агаров
Исследование состава агаровых экстрактов и молекулярной массы (М^ агара осуществляли на жидкостном хроматографе Shimadzu ЬС-6А (Япония) с колонками Shodex Asahi рак GS-520 и GS-620 (Showa Denko, Япония), соединенных последовательно и термостатируемых при 45 оС. Элюент - дистиллированная вода, скорость - 1 мл/мин.
Подготовка пробы к определению состава экстрактов: 1 мл экстракта разводили в 9 мл дистиллированной воды и фильтровали через мембранный фильтр с размером пор 0,45 мкм КигаЬо 25А (Япония). Вещества белковой природы идентифицировали по поглощению при 280 нм, процентное соотношение фракций агара в пробе рассчитывали по сигналу рефрактометрического детектора.
Подготовка пробы к определению молекулярной массы: 5 мг образца агара растворяли в 5 мл смеси ДМСО-вода (9: 1) при нагревании и фильтровали через мембранный фильтр с размером пор 0,45 мкм КигаЬо 25А (Япония).
Для определения сульфата в полисахаридах использовали метод Доджсона (Dodgson, 1961). Содержание воды, минеральных веществ, прочность 0,85 %-ных гелей, температуру плавления и жели-рования полисахаридов определяли общепринятыми методами (ГОСТ 26185-84).
Хроматографическое разделение показало, что высокомолекулярная
фракция агара выходит первой и имеет незначительную примесь белка
262
(имеется небольшой пик при 280 нм). Низкомолекулярная фракция агара, выходящая следом, не имеет поглощения при 280 нм. Основная часть белковых примесей, поглощающих при 280 нм, выходит последней, и ей соответствует несколько пиков (см. рисунок). Процентное соотношение этих фракций в экстрактах, а также состав агаровых экстрактов из красной водоросли й. атап^й различных мест произрастания показаны в табл. 1. Хроматографическое разделение показало, что экстракт агара, полученный в кислой среде, содержит 50,1-64,8 % высокомолекулярной фракции с Мw 1200-1650 кДа, 4,1-35,6 % низкомолекулярной фракции с Мw 40-600 кДа и белковые примеси (см. рисунок, табл. 1).
Высокомолекулярная Белковые
фракция агара примеси
Время, мин.
Хроматограмма экстракта раствором 0,01 N H2SO4 из гелидиума, собранного в районе Чечжу (метод 3)
Chromatogram extract by solution 0,01 N H2SO4 from G. amansii collected in region Cheju (method 3)
Таблица 1
Состав агаровых экстрактов из G. amansii, % Composition of agar extracts from G. amansii, % Table 1
Место сбора Метод Высокомолекулярная Низкомолекулярная Белковая
водоросли экстракции фракция агара фракция агара фракция
Чечжу 1 71,0 - 29,0
2 100,0 - -
3 59,4 4,1 36,5
Киянг 1 86,1 - 13,9
2 100,0 - -
3 52,0 35,6 12,4
Вандо 1 75,9 - 24,1
2 100,0 - -
3 50,1 20,9 29,0
Тайян 1 76,7 - 23,3
2 100,0 - -
3 64,8 15,1 20,1
Примечание. 1 - водный (рН 6,5); 2 - водный с предварительной обработкой 3 %-ным раствором Ыа2С03 водоросли (рН 7); 3 - кислый (рН 5).
Водные экстракты из гелидиума содержали высокомолекулярную фракцию агара в количестве 71,0-86,1 % и белковые примеси. Мини-
263
мальное количество белковых примесей 13,9 % наблюдали в водном экстракте из обецвеченного гелидиума (Киянг). Существенных различий в составе водных экстрактов в зависимости от места произрастания гелидиума не выявлено. Фракционный состав водного экстракта из гелидиума использовали в качестве контрольного при исследовании процесса экстрагирования агара.
Обычно схемы получения агара из гелидиума включают предварительную обработку водоросли раствором карбоната натрия или обесцвечивание на солнце, которые позволяют удалять белковые примеси, загрязняющие экстракты, до начала процесса экстрагирования (Возжинская и др., 1971). Результаты исследования показали, что экстракты, полученные из й. атата, обработанного 3 %-ным раствором №2С03 (метод 2), содержат только агаровую фракцию, так как в процессе предобработки щелочью отделяются белковая и низкомолекулярные фракции (табл. 1).
Исследование кислых экстрактов показало, что содержание низкомолекулярной фракции агара минимально в экстракте из водоросли района Чечжу и максимально в экстракте из обесцвеченной водоросли (Ки-янг) (табл. 1). Присутствие низкомолекулярных фракций агара в экстрактах свидетельствует о частичной деструкции агара, происходящей при экстрагировании в кислой среде (рН 5), в противоположность экстрактам, полученным в нейтральной среде.
Полученные результаты по составу экстрактов из гелидиума согласуются с опубликованными ранее данными по составу экстрактов из дальневосточной промысловой красной водоросли Ahnfeltia tobuchiensis (Суховерхов и др., 1999).
Из экстрактов были выделены агары, физико-химические свойства которых представлены в табл. 2. Результаты показали, что способ экстрагирования агара из гелидиума влияет на его выход и физико-химические свойства. Максимальный выход агара - 28,6-33,6 % - наблюдается при экстрагировании в кислой среде, минимальный - в нейтральной среде - 8,4-24,6 %, - вероятно, в связи с разрушением белково-полисахаридного комплекса в первом случае.
Исследование молекулярно-массового распределения (ММР) во всех образцах агара из й. amansii показало его идентичность таковому в экстрактах. Агар, полученный экстракцией в кислой среде, содержит от 10,8 до 41,8 % низкомолекулярных полисахаридов (табл. 2). Причем максимальное содержание низкомолекулярных фракций агара наблюдается в агаре из обесцвеченного гелидиума.
Анализ агаров из гелидиума показал, что все агары незначительно различаются по молекулярной массе, содержанию минеральных веществ, сульфатов, но существенно различаются по прочности, температуре геле-образования и плавления.
Прочность геля 1,5 %-ного раствора агара, полученного в кислой среде, колеблется в интервале от 1100 до 100 г/см2 в зависимости от района сбора водоросли.
Известно, что обработка щелочью красных морских водорослей освобождает полисахарид от отрицательно заряженных сульфатных групп, низкомолекулярных фракций и тем самым повышает его гелеобразующую способность (Усов, 1985). Полученные результаты показали, что обработка гелидиума 3 %-ным раствором №2С03 увеличивает прочность геля извлекаемого агара и практически не влияет на его молеку-
264
265
Физико-химическая характеристика агаров из Gelidium amansii и бактериологических агаров "Дифко" и "Ферак"
Table 2
The physicochemical characteristics of agars from Gelidium. amansii and bacteriological agars "Difko" and "Ferak"
Место сбора водоросли Экстракт Выход, % Вода, % Содержание, % Минер. Сульфаты вещ-ва м , W кДа Характеристики 1,5 %-ного Прочность, г/см2 Т , °С г 7 жел7 геля Т ,°С пл7
Gelidium. amansii
Чечжу 1 21,3 13,3 3,2 0,4 1531 1460 39,0 96,0
2 25,6 13,0 2,8 0,4 1563 2030 41,5 96,5
3 29,6 14,6 3,0 0,3 1610* 760 40,0 96,0
Киянг 1 24,6 12,2 2,8 0,3 1510 1340 41,5 95,5
2 27,3 13,1 3,8 0,6 1495 1750 41,5 96,5
3 28,6 13,3 2,1 0,4 1618** < 100 35,5 80,5
Вандо 1 9,6 9,4 5,2 0,5 1460 1000 35,0 86,0
2 13,3 9,3 3,0 0,4 1572 1700 39,5 96,5
3 31,6 11,1 3,6 0,3 1561*** 1100 34,5 86,0
Тайян 1 8,4 10,2 3,3 0,4 1560 1550 39,5 96,5
2 11,0 10,6 4,1 0,4 1525 1350 39,5 96,5
3 33,6 9,8 5,2 0,3 1627**** 900 36,0 88,0
Агар бактериологический Дифко"
- - - 10,4 1,6 0,31 - 340* ** * * 36,0 67,5
Агар бактериологический "Ферак"
- - - 3,4 0,73 - 220* * * * * 34,5 78,0
* Агар содержит 7,2 % фракции с ММ 1143 кДа и 14,3 % с ММ 611кДа. ** Агар содержит 10,5 % фракции с ММ 1017 кДа и 41,8 % с ММ 41 кДа. *** Агар содержит 8,8 % фракции 1044 кДа и 34,0 % с ММ 110 кДа.
**** Агар содержит 10,8 % фракции 457 кДа.
***** Прочность геля 1,0 %-ного агара.
лярную массу (табл. 2). Действительно, прочность геля 1,5 %-ного раствора агара (метод 2) возрастает до 1700-2030 г/см2, в то время как прочность геля агара, полученного в нейтральной среде, составляет 10001550 г/см2. При этом гели агара, как правило, имеют повышенные температуры гелеобразования и плавления (Guiseley, 1987). Это подтверждается результатами наших исследований температур гелеобразования и плавления гелей агара из гелидиума, имеющих высокие значения, соответственно 39,0-41,5 и 86,0-96,5 °С. Вероятнее всего, подобное явление обусловливается способом получения агара из гелидиума. Ранее в ряде публикаций (Кизеветтер, 1952; Кизеветтер и др., 1967; Коллист и др., 1980) была показана зависимость физико-химических свойств агара из дальневосточной красной водоросли A. tobuchiensis от технологии его получения.
Коммерческие бактериологические агары "Дифко" и "Ферак" характеризуются содержанием минеральных веществ от 1,6 до 3,4 % при прочности геля 1,0 %-ного раствора 220-340 г/см2, температура гелеобразования и плавления которого соответственно 34,5-36,0 и 67,5-78,0 оС (табл. 2). Сравнение данных физико-химической характеристики агара из гелидиума и бактериологического агара (Коллист и др., 1980) позволяет сделать заключение, что изученные препараты агара соответствуют требованиям, предъявляемым к бактериологическому агару, а в некоторых случаях и превосходят его, хотя исключением являются агары, полученные в нейтральной среде и из предварительно обработанного щелочью гелидиума, имеющие повышенную температуру гелеобразования и плавления. Однако существуют технологические приемы обработки водоросли, понижающие температуру гелеобразования и плавления гелей извлекаемого агара (Пат. № 3956273). В связи с этим исследования в направлении получения микробиологического агара из гелидиума необходимо продолжить.
Исследование физико-химических свойств агара красной водоросли Gelidium amansii показало, что препараты агара превышают по показателю прочности коммерческие бактериологические агары фирм "Диф-ко" и "Ферак". Выход агара составляет от 8,4 до 33,6 % от сухой массы водоросли. Главное отличие физико-химических свойств изученных препаратов агара из гелидиума от препаратов бактериологического агара состоит в повышенных температурах гелеобразования и плавления. Таким образом, изученная водоросль может рассматриваться как источник получения микробиологического агара.
Литература
Возжинская В.Б., Цапко A.C., Блинова Е.И. и др. Промысловые водоросли СССР: Справочник. - М.: Пищ. пром-сть, 1971. - С. 172-189.
ГОСТ 26185-84. Водоросли морские, травы морские и продукты их переработки. Методы анализа. - М.: Госкомитет по стандартам, 1984. - 54 с.
Кизеветтер И.В. Технология агара // Изв. ТИНрО. - 1952. - Т. 36. -С. 249-279.
Кизеветтер И.В., Грюнер В.С., Евтушенко В.А. Переработка морских водорослей и других промысловых водных растений. - М.: Пищ. пром-сть, 1967. - 407 с.
Коллист А., Парис Л., Пюссл Г. Выделение, характеристика и использование полисахаридов клароносных водорослей // Изв. АН ЭССР. Химия. -1980. - Т. 29, № 2. - С. 123-150.
Пат. США 3956273. Модифицированные агароза и агар и способ их получения. - Заявлено 20.09.73, № 398955; Опубл. 11.05.76.
Перестенко Л.П. Водоросли залива Петра Великого. - Л.: Наука, 1980.
- 232 с.
Перестенко Л.П. Красные водоросли дальневосточных морей России. -СПб: Ольга, 1994. - 331 с.
Саут Р., Уиттик А. Основы альгологии. - М.: Мир, 1990. - 597 с.
Суховерхов С.В., Усов А.В, Подкорытова А.В., Кадникова И.А.
Хроматографическое исследование агаровых экстрактов из красной водоросли Ahnfeltia tobuchiensis // Биоорган. химия. - 1999. - Т. 25, № 3. - С. 212-217.
Усов А.И. Полисахариды красных морских водорослей // Процесс химии углеводов. - М.: Наука, 1985. - С. 77-96.
Чэпмен В. Морские водоросли и их использование. - М.: Иностр. лит., 1953. - 246 с.
Dodgson K.S. Determination of inorganic sulphate in studies on the enzymic and non-enzymic hydrolysis of carbohydrate and other sulphate asters // Biochem. J. - 1961. - Vol. 78. - P. 312-319.
Durrant N., Sanford B. Phycocolloids // Fish. Ind. Res. - 1970. - Vol. 6, № 1. - P. 15-51.
Guiseley K.B. Natural and synthetic derivatives of agarose and their use in biochemical separation // Industrial Polysaccharides: Genetic Engineering, Structure / Property Relations and Applications. - Amsterdam: Elsevier Science Publishers B. P., 1987. - P. 139-147.
Okada J. Icones of Japanese Seaweeds. - Tokyo, 1956. - P. 1-220.
Segawa S. Colored illustrations of the Seaweeds of Japan. - Osaka, 1974. -P. 1-175.
Tanikawa Eiichi. Marine products in Japan. - Tokyo: Koseisha-Koseikaku Company, 1971.
Wheaton F., Lowson T. Processing aquatic food products. - N.Y.: John Wiley & Sons. Inc., 1985.
Поступила в редакцию 18.05.2001 г.
