CC BY
33УДК 664:582.272
Н.С. Салтанова, Н.Г. Клочкова, Т.А. Клочкова, А.А. Седельникова
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: [email protected]
ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЬГИНАТСОДЕРЖАЩЕГО ПРОДУКТА ИЗ КАМЧАТСКОЙ БУРОЙ ВОДОРОСЛИ SACCHARINA BONGARDIANA
Обсуждаются результаты исследований, направленных на разработку технологии получения альги-натсодержащего геля из морской бурой водоросли Saccharina bongardiana. Обоснованы режимы обработки разновозрастных представителей этого вида, собранных в разное время года, на разных стадиях получения гелеобразного продукта. Приведены рекомендации по его использованию. На полученный водорослевой гель разработан и утвержден стандарт организации - СТО 00471585-001-2018.
Ключевые слова: морские водоросли, водорослевой альгинатсодержащий гель, технологические режимы.
N.S. Saltanova, N.G. Klochkova, Т.А. Klochkova, А.А. Sedelnikova
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatskу, 683003 e-mail: [email protected]
PRODUCTION TECHNOLOGY OF ALGINATE CONTAINING PRODUCT FROM KAMCHATKA BROWN ALGAE SACCHARINA BONGARDIANA
The research results of the alginate containing gel production technology from the sea brown algae Saccharina bongardiana are discussed in the article. The processing modes of different age representatives of this species collected at different seasons and at different stages of obtaining the product are proved. The recommendations on the alginate-containing gel use are given. The standard of organization STO 00471585-001-2018 on the algal gel was developed and approved.
Key words: seaweed, alginate containing gel, technological modes.
Морские биологические ресурсы относятся к числу важнейших для Камчатского региона. Значительное место среди них принадлежит морским водорослям. Несмотря на их большие запасы, разнообразие промысловых и потенциально промысловых видов камчатские водоросли в должной мере еще не используются. Произрастающие на камчатском шельфе водоросли по разным причинам не привлекали внимания крупных рыбопромышленных компаний и не считались достойными объектами промысла. В числе важнейших факторов, сдерживающих развитие в регионе водорослевого производства, можно назвать отсутствие опыта организации промысла водорослей, недооценку экономических перспектив их использования, отсутствие технологий первичной обработки собранного водорослевого сырья, отсутствие технологий его переработки и получения на его основе или с его использованием новых видов пищевой продукции, а также отсутствие опыта обогащения мясной, рыбной и молочной продукции, хлебобулочных и других изделий продуктами переработки водорослей.
Наиболее распространенными пищевыми биологически активными добавками (БАД), обладающими технологическими и лечебно-профилактическими свойствами, являются альгинаты и альгинатсодержащая продукция. Их технологические свойства заключаются в способности образовывать устойчивые структурированные системы, лечебно-профилактические свойства обусловлены способностью связывать и выводить из организма радионуклиды, а также ионы токсичных элементов (свинца, ртути, меди др.). Помимо этого, альгинаты оказывают противо-
опухолевое, противовирусное, иммуномодулирующее действие. Перечисленные технологические и лечебно-профилактические свойства делают их весьма привлекательными для включения в БАДы и для производства функциональных продуктов питания [1].
Свойства получаемых альгинатов и выход их из сырья зависят от вида водорослей, сезона, места их сбора и технологии обработки, применяемой с целью выделения альгинатов [2, 3].
Имеющиеся в научной литературе данные о химическом составе камчатских ламинариевых, основанные на результатах изучения проб водорослей, собранных в Авачинском заливе, приведены в табл. 1.
Таблица 1
Содержание некоторых органических веществ и йода в разных видах камчатских ламинариевых [1, 4]
Вид Содержание, % на сухое вещество
Иод Альгиновая кислота Маннит
Saccharina bongardiana 0,1-0,25 33,0-38,2 11,4-15,0
Laminaria yezoensis 0,1-0,3 25,5-34,9 12,3-14,2
Laminaria longipes 0,2-0,5 32,8-41,4 8,9-15,0
Saccharina latissima 0,1-0,3 33,1-36,2 10,1-16,0
Saccharina dentigera 0,1-0,2 32,1-36,0 11,0-15,8
Agarum clathratum 0,01-0,1 17,6-29,4 12,5-17,0
Аlaria fistulosa 0,05-0,2 31,4-37,9 9,3-14,9
Alaria marginata 0,1-0,2 30,7-38,4 9,6-15,5
Arthrothamnus bifidus 0,1-0,2 30,1-35,2 11,5-26,1
Приведенные в табл. 1 данные показывают, что все перечисленные виды ламинариевых богаты альгиновой кислотой, содержат разное количество маннита и йода. У вида Saccharina bongardiana, использованной нами для разработки технологии получения водорослевого геля, количество йода может достигать 0,25% от массы сухого вещества, а количество альгиновой кислоты и маннита составляет 33,0-38,2 и 11,4-15,0 соответственно.
Из приведенного ниже рис. 1 видно, что осенние растения & bongardiana имеют достаточно большое количество альгиновой слизи, сосредоточенной в местах развития сорусов спорангиев, обертке зооспорангиев и в межклеточном пространстве. Это является хорошей основой получения качественного альгинатсодержащего геля из осенних представителей данного вида.
Рис. 1. Продольный срез через фертильный участок пластины bongardiana, показывающий увеличение слизистых колпачков парафиз и уплотнение кутикулы в позднеосенний период
Проведенные гистологические исследования показали, что внутренние ткани Ьо^а^апа достаточно плотные. Клетки меристодермы и сердцевины даже в период полного созревания пластин плотно прилегают друг к другу и во все периоды развития растений покрыты толстой кутикулой. Она у данного вида особенно плотная отчасти потому, что Ьо^а^апа - один из немногих видов ламинариевых водорослей, способных расти в литоральной зоне шельфа. Литоральные водоросли в отличие от сублиторальных подвергаются регулярному осушению, воздействию опреснения, ультрафиолетового облучения, отрицательных температур. Наличие у них слизи и плотной кутикулы защищает Ьо^а^апа от негативного воздействия перечисленных выше экологических факторов. Максимальное накопление альгиновой слизи у изучаемого вида наблюдается в осеннее время, особенно после завершения свойственного ему периода активного
накопления пластических веществ, необходимых для переживания зимнего периода. В это время слоевища сахарины становятся особенно толстыми и грубыми. Данное обстоятельство учитывалось нами при разработке технологии производства альгинатсодержащего геля из осенних представителей bongardiana. В ходе проведения исследований нам было важно изучить технохи-мические свойства 5. Ьо^а^апа и особенности сезонных изменений водоросли; определить стадию фенологического развития вида, при которой возможно получение геля с наилучшими органолептическими показателями; разработать щадящую технологию производства водорослевого геля, позволяющую получить продукт, который содержал бы максимально возможное количество органических веществ, свойственных исходному сырью.
Материал для исследования был собран в сентябре-ноябре 2018 г. Большинство проб водорослей было составлено из свежих штормовых выбросов. В ходе камеральной обработки проб растения сортировали по возрастным группам и разделяли на пластину и черешок с ризоидами. Куски пластин без пятен и повреждений промывали в проточной воде и затем высушивали в проветриваемом помещении при комнатной температуре либо разрезали поперек на куски длиной 23-26 см, укладывали в бытовые полиэтиленовые пакеты. Затем пакеты завязывали и формировали из них плоские брикеты, которые укладывали в полимерные оборотные ящики и хранили при температуре не выше -18оС в специальной холодильной комнате.
Перед использованием сухие водоросли замачивали в водопроводной воде до полного набухания, затем извлекали из воды, давали ей стечь, слегка осушали водоросли фильтровальной бумагой. Дефростацию замороженных водорослей производили в холодильнике при температуре 0-4°С. Остаточную вымороженную влагу сливали и взвешивали. Данные по ее массе учитывали при расчетах гидромодуля при варке геля и определения отношения в нем количества воды к массе сырых водорослей.
Подготовленные для обработки водоросли взвешивали на аналитических весах, резали на крупные куски и помещали в измельчитель, туда же добавляли дистиллированную воду. Дробление водорослей вели до получения деструктурированной водорослевой массы, тонкая фракция (2-4 мм в поперечнике) в которой составляла основу. Подготовленную таким образом массу помещали в варочную емкость. Во избежание неравномерного прогрева использовали водяную баню. Температурное воздействие контролировали с помощью термометра, укрепленного на лабораторном штативе (рис. 2).
Выравнивание температуры массы производили путем добавления в водяную баню небольших порций холодной воды. В ходе экспериментов по выбору оптимального режима термического воздействия, скорости процесса мацерации тканей для повышения качества геля щелочную обработку дробленой смеси вели при разных температурах - от 45 до 75°С. Выбор указанного верхнего предела температур был связан с устойчивостью альгинатов к термическому воздействию [2, 3]. Ход процесса мацерации тканей водоросли контролировали путем определения размерных характеристик кусочков в деструктурируемой водорослевой массе. Для это-
1
Рис. 2. Разные этапы технологического процесса приготовления водорослевого геля: 1 - измельчение сырых водорослей; 2 - щелочная и термическая обработка, проводимая при контролируемых температурных условиях; 3 - гомогенизация готового водорослевого геля
го по мере проведения термической обработки отбирали небольшие по объему пробы, достаточные для измерения в них рН и вязкости (рис. 3 и 4).
Рис. 3. Пробы водорослевого геля, отобранные на разных стадиях процесса деструкции, предназначенные для контроля изменений рН и вязкости (1, 3), изготовления микроскопических препаратов (2)
О степени деструкции тканей судили по данным микроскопических исследований. Для этого из каждой отобранной на анализ пробы (рис. 3 (2)) брали в чашку Петри небольшое количество геля и размазывали его по дну чашки, затем просматривали ее на малом увеличении под микроскопом «Olympus» и фотографировали изображение, измеряли нераспавшиеся кусочки водоросли, вели статистическую обработку полученных размерных данных и использовали их для построения графиков.
Технология получения гелеобразной альгинатсодержащей водорослевой массы представляет собой мягкую щелочную обработку деструктурированной массы водорослей, вызывающую мацерацию тканей и дезинтеграцию клеток. Процесс считается завершенным при полном разрушении кутикулы и значительной фрагментации клеточных нитей коры и меристодермы. Поскольку в результате этой технологической операции увеличивается щелочность перерабатываемой массы, для получения продукта с нейтральной средой необходимо ее подкисление. Режимы разрабатываемой технологии сводятся к выбору гидромодуля и температуры, при которых ведется обработка водорослевой массы и мацерация тканей, выбору компонента, вызывающего мацерацию, определения его требуемого количества, а также концентрации и количества кислоты, необходимой для нейтрализации продукта.
Замороженные водоросли размораживали при температуре от 18 до 22°C, относительной влажности воздуха не менее 85% и скорости его движения не более 0,6 м/с. Процесс размораживания считали законченным, когда температура в пробе достигала 1-3°C при одновременном приобретении сырьем гибкости. Подготовленное для эксперимента сырье промывали проточной водой для удаления примесей. Измельчение проб водорослей проводили в блендере. Для варки геля использовали дистиллированную воду, пищевую соду, для нейтрализации - кристаллическую лимонную кислоту. Навеску водорослей заливали раствором пищевой соды (Na2CO3). Постоянно помешивая, нагревали на плите при конкретной заданной температуре до образования однородной массы. Во всех пробах, подготовленных при определенных технологических режимах, измеряли вязкость водорослевого геля. Измерения проводили при комнатной температуре. Щелочную реакцию полученной массы нейтрализовали кислотой в емкой посуде, поскольку
в ходе этой операции образуется обильная пена. В некоторых случаях после проведения мацерации для лучшей гомогенизации водорослевой массы использовали измельчитель. Технологическая схема производства альгинатсодержащего продукта представлена на рис. 4.
Прием сырья
Мойка
i г
Измел ьчение
Внесение соды
Гомогенизация (варка) сырья с пищевой содой
Нейтрализация массы + —
Охлаждение массы до комнатной температуры, упаковка
Рис. 4. Технологическая схема производства альгинатсодержащего продукта
Полученный альгинатсодержащий продукт имеет гелеобразную консистенцию, рН 6,8-7,2, средне выраженный привкус водорослей. Готов к употреблению без дополнительной обработки. Рекомендуется принимать гель в чистом виде взрослым по 2 столовые ложки (40 г) во время еды 2 раза в день, а также добавлять в сок, молоко, йогурт и другие напитки. Полученный продукт прошел лабораторные испытания по подтверждению качества. На водорослевой гель разработан и утвержден стандарт организации - СТО 00471585-001-2018 «Пищевая рыбная продукция. Продукты переработки морских водорослей (требования к продукции, требования к условиям производства, хранения, реализации)».
Альгинатный гель можно широко применять в пищевой промышленности при производстве хлебобулочных изделий в виде добавки в тесто, не только в качестве обогащающего полезными веществами компонента, но и с целью повышения бродильной активности дрожжевых клеток и интенсификации процесса брожения; в качестве гелеобразующей добавки при получении ягодного и фруктового джема; при производстве колбасных изделий в качестве структурообра-зователя, повышающего водоудерживающую способность фаршевой массы; для получения «альгиновых сливок».
Литература
1. Аминина Н.М., Клочковат Н.Г. Перспективы развития производства по переработке водорослей на побережье Камчатки // Рыболовство России. - 2002. - № 1. - С. 54-56.
2. Аминина Н.М., Подкорытова А.В. Альгинаты: состав, свойства, применение // Изв. ТИНРО. - 1995. - Т. 118. - С. 130-138.
3. Ковалева Е.А. Разработка технологии пищевых лечебно-профилактических продуктов из ламинарии японской, Laminaria japónica: Дис. ...канд. техн. наук. - Владивосток, 2000. -192 с.
4. Суховеева М.В., Подкорытова А.В. Промысловые водоросли и травы Дальневосточных морей: биология, распространение, запасы, технология переработки. - Владивосток: ТИНРО-Центр, 2006. - 243 с.
