CC BY
33
УДК 582.26/.27(262.5/.54):547.458.88 DOI 10.24412/2311-6447-2022-2-119-124
Изучение динамики накопления пектиновых веществ в морской траве Zostera marina Азово-Черноморского бассейна
Study of the dynamics of accumulation of pectin substances in the sea grass Zostera marina of the Azov-Black Sea basin
Аспирант Ю.Р. Глубоковских, профессор Л.В. Донченко, аспирант А.Н. Косс (Кубанский государственный аграрный университет) тел. +7-978-890-80-77 E-mail: [email protected]
Postgraduate student Y.R. Glubokovskikh, Professor L.V. Donchenko, Postgraduate Student A.N. Koss
(Kuban State Agrarian University) tel. +7 978 890 80 77 E-mail: [email protected]
Реферат. Морские травы богаты биологически активными веществами. Перспективным является получение из них новых функциональных продуктов, а также введение их в рационы диетического лечебного и профилактического питания для укрепления здоровья человека. Пектин играет большую роль в профилактике медико-социально значимых проблем - заболевания сердечно-сосудистой системы и сахарный диабет, так как благоприятно действует на липидный обмен, снижает уровень холестерина и глюкозы в крови. Приведены результаты изучения фракционного состава пектиновых веществ морской травы Азово-Черноморского бассейна Zostera marina. На основании полученных данных доказана перспективность использования макрофитов в качестве источника пектиновых веществ и возможность расширения ассортимента функциональных и специализированных пищевых продуктов с их применением. Приведены экспериментальные данные о химическом составе зостеры. Показано, что, кроме полисахаридов, изучаемые образцы являются источниками фукоидана, альгиновой кислоты, витаминов и минеральных веществ. Определено содержание йода в зостере в течение вегетации, наибольшее значение наблюдается в июле и августе. Исследования безопасности морской травы показали, что образцы по содержанию токсичных металлов соответствуют требованиям TP ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции», что обусловливает целесообразность использования Zostera marina Азово-Черноморского бассейна для производства специализированных продуктов питания.
Summary. Sea grasses are a rich source of biologically active substances. A promising direction is to obtain new functional products, as well as their introduction into the diets of dietary therapeutic and dietary preventive nutrition to strengthen human health. Pectin plays an important role in the prevention of medically and socially significant problems - diseases of the cardiovascular system and diabetes mellitus, as it has a beneficial effect on lipid metabolism, reduces cholesterol and glucose levels in the blood. The article presents the results of studying the fractional composition of pectin substances of the sea grass of the Azov-Black Sea basin Zostera marina. Based on the data obtained, the prospects of using macrophytes as a source of pectin substances are proved, it allows to obtain a high-quality polysaccharide and expand the range of functional and specialized food products with their use. The chemical composition of Zostera was also studied. It is shown that in addition to polysaccharides, the studied samples are sources of fucoidan, alginic acid, vitamins and minerals. The iodine content in the zoster was determined during the growing season, the highest value is observed in July and August. Studies of the safety indicators of sea grass were conducted, it was shown that the samples of sea grass on the content of heavy metals comply with the requirements of TR CU 021 /2011 "On food safety". Which makes it possible to use Zostera marina of the Azov-Black Sea basin for the production of specialized food products.
Ключевые слова: морские травы, зостера, пектин, протопектин, зостерин.
Keywords: sea grasses, zostera, pectin, protopectin, zosterin.
© Ю.Р. Глубоковских, Л.В. Донченко, А.Н. Косс, 2022
С каждым годом все большую роль для обеспечения полноценного питания человека играют функциональные продукты. При их разработке важное место занимает пектин. Это один из компонентов растительного сырья, выполняющий различные физиологические функции в растительной клетке. Известно, что молекулы пектина взаимодействуют с ионами тяжелых и радиоактивных металлов. При этом, чем меньше степень этерпфикацип, тем прочнее связь пектиновых веществ с катионами, что определяет их комплексообразуюшую способность [1]. Известно, что пектин также является пролонгатором биологически активных веществ (БАВ) и поэтому выступает основным компонентом биологически активных добавок к пище. Основные отрасли, использующие пектин,- это пищевая, фармацевтическая и косметическая промышленность.
В качестве промышленного пектиносодержащего сырья для производства пектина в основном используют вторичные сырьевые ресурсы переработки цитрусовых плодов, сахарной и кормовой свеклы, яблок, винограда и соцветий-корзинок подсолнечника. Содержание пектина в данном сырье составляет 10-30 %к массе сухих веществ, а галактуроновой кислоты 50-90 % [7]. Основными производителями пектина в мире являются США, Данпя, Германия, Китай. Согласно исследованиям агентства TechNavio, мировой рынок пектина будет только расти. В России в отрасли пищевых ингредиентов рынок пектина также динамично развивается и находится на уровне 17 %. Однако в РФ используют импортный пектин, ежегодно закупая стандартизированный пектин на сумму около 90 млн долл. в год, так как отсутствует собственное производство. Общая потребность России в данном пищевом ингредиенте составляет более 10 тыс. т в год.
В связи с ухудшением экологической ситуации с каждым годом спрос на пектины только увеличивается, однако мировой рынок производства пектина не способен удовлетворить потребности населения и промышленности в полной мере, существует большой его дефицит. Следовательно, актуален поиск новых источников сырья для расширения ассортимента и объемов производства пектина.
Морские травы и водоросли являются источником не только жизненно важных витаминов и минеральных веществ, но и пектиновых веществ [2]. Наиболее перспективными промысловыми макрофитами, произрастающими в морях нашей страны, на наш взгляд, являются Laminaria japónica, Cystoseira, Ulva rígida, Zostera marina и т.д. В настоящее время наибольший интерес представляет морская трава зостера.
В связи со снижением запасов традиционных рыбных объектов промысла в Южном федеральном округе (ЮФО), включающем в себя Республику Крым и Севастополь, исследование возможности использования морских трав Азово-Черноморского бассейна (АЧБ) особенно актуально.
АЧБ расположен в юго-западной части России, охватывает Черное и Азовское моря, связанные неглубоким Керченским проливом, имеет выгодное географическое положение и благоприятные климатические условия. Черное море - внутренний водоем глубиной до 2245 м и соленостью 17-18 °Ащ характерной особенностью которого является отсутствие глубинных течений и интенсивной вертикальной циркуляции. Следует отметить появление на глубине в 150 м растворенного сероводорода, количество которого по мере удаления от поверхности возрастает до 5-6 мл/л. Азовское море, наоборот, очень мелководно, наибольшая глубина его не превышает 13,5 м. Эта акватория характеризуется низкой соленостью (до 11-12 %4 и значительным биоразнообразием.
Основными биоресурсами Азово-Черноморского бассейна являются морские рыбы - хамса, тюлька, бычки, ставрида, сельдь, кефаль, пиленгас и др. Кроме традиционных видов рыб, промысловое значение имеют креветки, мидии, рапаны, из морских трав - зостера и цистозира [4]. Потребности в продуктах из морских трав и водорослей, особенно в пектине, агаре, каррагинане, альгинатах значительно больше, чем их вырабатывается в настоящее время.
Морская трава семейства Zosteraceae - взморнпк, промысловый вид, растет в основном в прибрежной зоне и на глубине до 11 м. Это многолетнее цветущее растение, произрастающее из семян в соленой воде с ползучими, а иногда и клубневидными корнями, с ярко-зелеными листьями длиной до 2 м, шириной 3-5 мм, верхушки листьев округлые или заостренные, образуют частые заросли большой площадью.
Зостера является сезонным растением, зимой вегетация приостанавливается, а к лету с мая по июль снова расцветает. На рост морской травы влияют соленость, доступность света и питательных веществ, мутность, оптимальная температура воды до +15 °С. Сбор макрофитов проводится по окончании вегетативного размножения путем срезания листьев не повреждая корневища. Также зостера часто встречается на побережьях в результате штормовых выбросов.
В России морская трава распространена в дальневосточных морях и Азово-Черноморском бассейне. Продуктивность надземной биомассы зостеры на Белом море составляет более 1200 г сырой массы на 1 м2. В прибрежных акваториях Дальнего Востока промысловые запасы морской травы составляют более 45 тыс. т. [2]. В водах Черного моря преимущественное распространение имеет Zostera marina. По данным Д.Ф. Афанасьева, запас морской травы Zostera marina в Черном море, Анапско-Прпкерченском районе составляет более 3 тыс. т. Запасы зостеры в Керченском и Таманском заливе составляли более 100 тыс. т, однако промысел этих объектов не ведется вследствие отсутствия интереса добывающих компаний [3].
Для определения технологической ценности морской травы как источника сырьевого пектина нами проведено изучение изменения фракционного состава пектиновых веществ в течение вегетации. Морскую траву собирали на мелководье в Керченском проливе с марта по август 2021 г., тщательно промывали в пресной воде и высушивали на стеллажах при температуре воздуха +25 °С.
Экспериментальная часть выполнялась в лабораторных условиях кафедры технологии продуктов питания при КГМТУ и НИИ Биотехнологии и сертификации пищевой продукции Кубанского ГАУ. Для определения фракционного состава и общего содержания пектиновых веществ (ПВ) применяли кальций-пектатный метод, минеральные вещества - методом капиллярного электрофореза, йода - титрометриче-оким, содержание токсичных металлов - атомно-абсорбционным методом [5].
Фракционный состав пектиновых веществ в морской траве представлен на рис. 1. Содержание пектиновых веществ в анализируемом сырье колеблется от 2,2 % (март 2021 г.) до 4,3 % (июль 2021 г.).
5
4,5
01.03.2021 01.04.2021 01.05.2021 01.06.2021 01.07.2021 01.08.2021
■ РП, % ■ ПП, % я Общее количество пектина, %
Рис. 1. Фракционный состав пектиновых веществ в морской траве Zostera marina; РП - растворимый пектин, ПП - протопектин
Из рис. 1 видно, что большую ценность морская трава представляет в период с июня по август. Содержание протопектина в образцах, собранных в июле, составляет 58 % от общего содержания пектиновых веществ. Это свидетельствует о том, что данное сырье можно использовать для промышленной переработки с целью получения пектиновых веществ для расширения ассортимента пектиносодержащих продуктов и дальнейшего их использования при производстве функциональных продуктов питания. Кроме того, растение содержит большое количество легкоусвояемых микроэлементов: йод, железо, марганец, кобальт, цинк и др. Установлено, что общее содержание макроэлементов составляет 9,22 г/100 г (рис. 2).
I Калий I Натрий I Магний Кальций
I Фосфор
Рис. 2. Фракционный состав минеральных веществ в морской траве Zostera marina, %
Из представленных результатов следует, что наибольшая доля в общем содержании минеральных веществ представлена натрием, кальцием и калием.
Из витаминов в состав растения входят: витамины группы В, аскорбиновая кислота, а также бета-каротин. В зостере обнаружен полисахарид фукоидан - биологически активное вещество, обладающее противоопухолевой активностью (табл. 1) [6].
Таблица 1
Химический состав морской травы Zostera marina
Массовая доля углеводов, в том числе Содержание, % сухого вещества
Общее количество 68,30
Альгиновая кислота 22,90
Фукоидан 8,14
Маинит 5,90
Азотистые вещества 8,20
Известно, что йод относится к важнейшим для здоровья человека микроэлементам. Его содержание имеет огромное значение для роста и развития органов, функционирования различных систем. Иод нужен организму для синтеза гормонов щитовидной железы, а они, в свою очередь, влияют на обмен веществ, производство энергии из потребляемой пищи, терморегуляцию тела, скорость усвоения некоторых витаминов. Недостаток йода приводит к проблемам в работе головного мозга, снижению работоспособности, повышению утомляемости, развитию различных патологий.
Нами были проведены исследования по определению содержания йода в изучаемых образцах морской травы Zostera marina (рис. 4).
0,009 0,008 0,007 0,006 0,005 0,004
Относи- 0,003
тельное q qq^
содержание, 0,001 %
0
март,2021 г апрель, 2021 г май, 2021 г июнь, 2021 г июль, 2021 г август, 2021 г
Рис. 3. Содержание йода в морской траве Zostera marina, % от сухого вещества
Из представленных данных следует, что содержание йода в морской траве колеблется от 0,0024 до 0,008 %. Наличие йода позволяет говорить о целесообразности введения Zostera marina в качестве функционального пищевого ингредиента.
Из полученных результатов исследований следует, что морская трава Азово-Черноморского бассейна Zostera marina является источником пектиновых и минеральных веществ. Из минеральных веществ в основном присутствуют калий, натрий, магний, кальций, фосфор и йод. Последний элемент является физиологически значимым для организма человека, проявляет антиоксидантные свойства. Данные о химическом составе дают основание для вывода о том, что зостера является источником биологически активных веществ, витаминов, клетчатки и полпфеноль-ных соединений. Фракционный состав пектиновых веществ морской травы подтверждает перспективность разработок, направленных на расширение ассортимента функциональных и специализированных пищевых продуктов.
Нами были проведены исследования показателей безопасности зостеры в соответствии с TP ТС 021/2011, определяли содержание токсичных металлов: свинец, мышьяк, кадмий, ртуть (табл. 2).
Таблица 2
Содержание тяжелых металлов в морской траве Zostera marina
I I
Наименование показателя Допустимый уровень (TP ТС 021/2011, мг/кг, не более) Содержание, мг/кг
Свинец 5,0 0,325+0,08
Мышьяк 3,0 <0,001
Кадмий 1,0 0,877
Ртуть 1,0 <0,002
Результаты оценки показателей безопасности по наличию токсичных металлов показали, что морская трава Азово-Черноморского бассейна соответствует требованиям ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции» и с полным основанием может быть рекомендована для производства специализированных продуктов питания.
ЛИТЕРАТУРА
1. Зобкова, Н. В. Пектины как средства детоксикации. Комплексообразующие свойства пектинов [Текст] / Н.В. Зобкова, Е.И Глушихина // Оренбургские горизонты: прошлое, настоящее, будущее. - Оренбург. - 2019. - С. 314-317.
2. Боковня, И. Е. Оценка содержания биологически активных веществ в морской траве семейства Zosteraceae при различных способах её заготовки / / Давидович В. В. // Международный научно-исследовательский журнал. - №8 (39). - С. 6 -7.
3. Афанасьев, Д. Ф. Запасы некоторых видов макрофитов на российском шельфе Черного моря: современное состояние, многолетняя динамика и анализ причин изменения / / Известия ТИНРО. - 2008. - Том. 155. - С. 161 - 168.
4. Вилкова, О. Ю. Место России в мировой добыче морских водорослей // Рыбпром. -Том. 3. - 2010. - С. 4- 8.
5. Хасанов, В.В., Рыжова Г.Л., Мальцева Е.В. (2004). Методы исследования ан-тиоксидантов. Химия растительного сырья, №3, С. 63-75.
6. Donchenko L., Bityutskaya О., Vlaschik L., Limareva N. (2019). Biologically Active Complex with High Antioxidant Properties Based on Macrophytes of the Azov-Black Sea Basin // KnE Life Sciences. P. 592-603.
7. Tang, Y.-Q. Polysaccharides: Food and Biomedical Aspects / Y.-Q. Tang, M. Kaiser, S. Ruqyia, F. A. Muhammad. Ulva Lactuca and Its // Journal of Biology, Agriculture and Healthcare. - 2016. - 6 (1), - pp. 140-151.
REFERENCES
1. Zobkova, N. V. Pectins as a means of detoxification. Complexing properties of pectins [Text] / N.V. Zobkova, E.And Glushikhina / / Orenburg horizons: past, present, future. - Orenburg. - 2019. - pp. 314-317.
2. Bokovnya, I. E. Assessment of the content of biologically active substances in the sea grass of the Zosteraceae family with various methods of harvesting it / / Da-vidovich V. V. // International Scientific Research Journal. - No. 8 (39). - pp. 6-7.
3. Afanasyev, D. F. Stocks of some macrophyte species on the Russian shelf of the Black Sea: current state, long-term dynamics and analysis of the causes of change // TINRO News. - 2008. - Vol. 155. - pp. 161 - 168.
4. Vilkova, O. Yu. The place of Russia in the world production of seaweed / / Ryb-prom. - Vol. 3. - 2010. - pp. 4 - 8.
5. Khasanov, V.V., Ryzhova G.L., Maltseva E.V. (2004). Methods of research of antioxidants. Chemistry of plant raw materials, No. 3, pp. 63-75.
6. Donchenko L., Bityutskaya O., Vlaschik L., Limareva N. (2019). Biologically Active Complex with High Antioxidant Properties Based on Macrophytes of the Azov-Black Sea Basin // KnE Life Sciences, pp. 592-603.
7. Tang, Y.-Q. Polysaccharides: Food and Biomedical Aspects / Y.-Q. Tang, M. Kaiser, S. Ruqyia, F. A. Muhammad. Ulva Lactuca and Its // Journal of Biology, Agriculture and Healthcare. - 2016. - 6 (1), - pp. 140-151.
