CC BY
22Труды ВНИРО
Технология переработки 2016 Г ТОМ 159
водных биоресурсов
УДК 668.393.51:582.273
Оптимальные условия предварительной обработки биомассы и экстракции агара из вьетнамских красных водорослей Gracilaria tenuistipitata и Gracilariopsis bailiniae
Т. А. Игнатова
Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии (ФГБНУ «ВНИРО», г. Москва) e-mail: ignatovavniro@yandex. ru
Известно, что вьетнамские красные водоросли являются перспективным сырьём для производства агара . Предварительные исследования показали значительное различие в степени экстрагирования природного агара из этих видов водорослей, что свидетельствует о необходимости дифференциального подхода при разработке технологии выделения полисахарида. В данной работе были проведены исследования по разработке оптимальных условий предварительной обработки биомассы и экстракции агара из вьетнамских красных водорослей Gracilaria tenuistipitata и Сracilariopsis bailiniae. Установлено влияние рН среды предобработки водорослей сг. bailiniae и С. tenuistipitata на выход полисахарида и качественные показатели агара, на основании чего определены оптимальные условия этого процесса: рН — 4, продолжительность — 1±0,1 час, температура — 22±3 °С, гидромодуль — 1:30 . В результате проведённых исследований показано, что изменение рН экстрагирования агара из исследуемых водорослей оказывает большее влияние на выход агара и прочность его геля, чем на прозрачность, цвет геля и содержание золы в полисахариде Установлены зависимости изменения выхода агара при извлечении его из красных водорослей Сг. ЬаШтае и С. tenuistipitata от значений гидромодуля и продолжительности экстрагирования . Показано, что экстрагирование агара из красных водорослей Сг. ЬаШтае и С. tenuistipitata возможно проводить при одинаковых условиях процесса (ГМ, рН среды, температуре и продолжительности) . Оптимальными условиями экстрагирования агара из Сг. ЬаШтае и С. tenuistipitata являются: рН — 6±0,5, температура — 97±2 °С, продолжительность — 1,0±0,5 ч, гидромодуль — 1:40 . Разработанные оптимальные условия предобработки водорослей Сг. ЬаШтае и С. tenuistipitata и извлечения агара из них способствуют увеличению степени экстрагирования полисахарида на 52—58% с сохранением природной прочности его гелей и получению агара пищевого, отвечающего требованиям по показателям безопасности
и ГОСТ 16280.
Ключевые слова: СтсИапа, Сracilariopsis, природный агар, экстракция агара.
Введение Одним из самых распространённых источников агара в мире являются красные водоросли рода СтасИапа [Bixler, Ро^е, 2011] . В технологии получения агара из СтасИапа применяют щелочную предобработку водоро-
слей с целью повышения регулярности строения полисахаридной цепочки [Игнатова, Под-корытова, 2010] . Ранее было показано, что для повышения качества агара и увеличения его выхода необходимо экстрагировать природный полисахарид из водорослей, а затем
модифицировать его структуру, обрабатывая щелочью непосредственно в экстракте [Игнатова, 2011; Подкорытова и др . , 2011; Игнатова, Подкорытова, 2012] .
Степень экстрагирования природного агара на примере видов G. tenuistipitata и Gr. bailiniae, которые дают наиболее богатый урожай во Вьетнаме, значительно разнится и составляет, соответственно, 17,9 — 18,5 и 52,3—88,3% от общего содержания агара в водорослях, что зависит от вида, места и времени их сбора [Игнатова и др . , 2009] .
Для повышения степени экстрагирования агара из водорослей можно использовать подходы, применяемые для гетерогенных систем, состоящих из твёрдой и жидкой фаз (увеличение продолжительности, температуры и кратности экстрагирования; механическое измельчение твёрдой фазы; использование химических реагентов для разрушения структуры твёрдой фазы) [Кизеветтер, 1952; Гельперин, 1981; Дытнерский, 1995]. Увеличение продолжительности и температуры экстрагирования приводит к увеличению себестоимости конечного продукта, что связано с повышением затрат на энергоносители, а применение механического измельчения приводит к необходимости использовать специальное оборудование для очистки агарового экстракта [Игнатова, Подкорытова и др , 2011]
Установлено, что при обработке агара раствором кислоты снижение прочности наблюдается при повышении температуры, продолжительности обработки и концентрации реагентов [Matsuhashi, 1977 a; Matsuhashi, 1977 b] с одновременным увеличением выхода полисахарида [Кизеветтер, 1952] .
В связи с вышесказанным была поставлена цель разработать оптимальные условия предварительной обработки биомассы раствором кислоты и экстракции агара из вьетнамских красных водорослей G. tenuistipitata и Gr. bailiniae.
Материал и методика
В качестве объектов исследований были использованы водоросли Gracilaria tenuistipitata (Huds .) Chang et Xia . и Gracilariopsis bailiniae (Huds . ) Zhang et Xia . , заготовленные в Социалистической Республике Вьетнам в 2010 г.
Образцы водорослей были заготовлены сотрудниками ФГБНУ «ВНИРО» и Нья-чангского института исследований и применения технологий Вьетнамской академии науки и технологий
Для оценки химического состава (содержание воды, золы, йода) агара, а также прочности, температуры плавления и гелеобразования, прозрачности и цвета гелей агара использовали стандартные методы — ГОСТ 26185 .
За содержание агара в водорослях принимали сумму содержания галактозы и 3,6-ан-гидрогалактозы, определяемые с помощью количественной ГЖХ (газожидкостная хроматография) на хроматографе Hewlett-Packard 5890A после восстановительного гидролиза образцов биомассы, с учётом поправочного коэффициента, найденного при построении калибровочного графика для заведомого бакто-агара Дифко . Восстановительный гидролиз образцов биомассы водорослей проводили по методу [Усов, Элашвили, 1991] .
Качественные показатели полученных образцов агара сравнивали с ГОСТ 16280 «Агар пищевой» .
Значения гигиенических показателей и нормативов безопасности экспериментального агара сравнивали с допустимыми уровнями согласно «Единым санитарно-эпидемиологическим и гигиеническим требованиям к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю) » .
Показатели КМАФАнМ (количество ме-зофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов) определяли по ГОСТ 10444. 15, БГКП (бактерии группы кишечной палочки) (колиформы) — по ГОСТ 31747, патогенные микроорганизмы, в т. ч . Salmonella, — по ГОСТ 31659 и плесени — по ГОСТ 10444. 12 . Массовую долю свинца определяли по ГОСТ 30178, мышьяка — по ГОСТ 26930
Постановка эксперимента
Изучение влияния условий предобработки водорослей на качественные показатели агара. Для оценки степени деструкции агара кислотой проводили предобработку водорослей в диапазоне рН от 2 до 7 в течение 0,5 и 1 ч при комнатной температуре (22±3 °С) .
В связи с тем, что экстрагирование агара возможно проводить при температуре 97±2 °С и под избыточным давлением (130±2 °С (0,2 МПа)) [Кизеветтер, 1952], в ходе исследований нами были применены два способа извлечения полисахарида из водорослей
1. Экстрагирование агара при температуре 97±2 °С. Предобработку водорослей проводили при рН 2—6 (во всех экспериментальных исследованиях доведение рН раствора до требуемого значения осуществляли добавлением 0,1н растворов серной кислоты или гидроксида натрия), ГМ (гидромодуль) 1:30 в течение 0,5 ч, 1 ч при температуре 22±3 °С, далее промывали водой при температуре 22±3 °С до рН 7 . Экстрагирование агара при температуре 97±2 °С в течение 2 ч (соотношение водоросль: вода — 1:40). Полученные экстракты фильтровали через капроновую ткань и охлаждали при температуре 22±3 °С в течение 5 ч . Полученные гели нарезали кусочками и замораживали при температуре минус 20±2 °С. Спустя 24 ч гели размораживали . В каждой пробе коагеля определяли концентрацию сухих веществ гравиметрически [ГОСТ 26185] . Выход агара вычисляли по формуле:
Л =
т X Х
коа сух
т
(1)
где п — выход агара, %; ткоа — масса коагеля, г; твод — масса водоросли, взятая для выделения агара, г; Хсух — содержание сухих веществ в коагеле,% .
После определения выхода агара коагель высушивали в сублимационной сушилке в течение 96 ч при температуре минус 40±2 °С . Из высушенного коагеля приготавливали гели агара и определяли их прочность, прозрачность и цвет Массовая доля сухого агара в геле при определении прочности — 1,5% . Для определения прозрачности и цвета геля агара использовали раствор полисахарида с массовой долей 0,85% Для каждого образца агара определяли содержание золы
2. Экстрагирование агара при температуре 130±2 °С (0,2 МПа). Водоросли замачивали при рН 4—7, ГМ 1:30 в течение 1
4 при температуре 22±3 °С, далее промывали водой при температуре 22±3 °С до рН 7 и проводили экстрагирование при температуре 130±2 °С (0,2 МПа) в течение 1 ч (соотношение водоросль: вода — 1:40) . Фильтрацию, очистку экстракта агара, выход и определение качественных показателей агара проводили по первой методике
Изучение влияния условий экстрагирования полисахарида на качественные показатели агара. Экстрагирование агара проводили при температуре 97±2 °С в течение 2 ч и рН
5 — 7 (соотношение водоросль: вода — 1:40), а также при температуре 130±2 °С в течение 1 ч и рН 5—7 (соотношение водоросль : вода — 1:30) при установленных ранее оптимальных условиях предобработки водорослей (ГМ — 1:30, температура — 22±3 °С, рН — 4, продолжительность — 1 ч) . Фильтрацию, очистку экстракта агара, выход и определение качественных показателей агара проводили, как при изучении влияния условий предобработки водорослей на качественные показатели агара
Определение оптимального гидромодуля экстрагирования агара из водорослей. Экстрагирование агара проводили при рН 6±0,5, температуре 97±2 °С в течение 3,5 ч и соотношении водоросль: вода 1:30, 1:40, 1:50, при установленных ранее оптимальных условиях предобработки водорослей (ГМ - 1:30, температура — 22±3 °С, рН — 4, продолжительность — 1 ч) Фильтрацию, очистку экстракта агара и его выход проводили, как при изучении влияния условий предобработки водорослей на качественные показатели агара
Экстрагирование агара в воде. Сухие водоросли заливали водой с температурой 22±3 °С в соотношении водоросли: вода 1:30, выдерживали 1 ч, затем промывали проточной водой Экстракцию агара проводили дистиллированной водой при температуре 97±2 °С в течение 3 ч, соотношение водоросли: экс-трагент — 1:40 . Фильтрацию, очистку экстракта агара, определение выхода и прочности геля агара проводили, как при изучении влияния условий предобработки водорослей на качественные показатели агара
Расчёт степени экстрагирования агара из водорослей проводили по формуле:
С =
Ц X 100
"А
(2)
ГЖХ
где X — степень экстрагирования агара, %; П — выход агара, %; Агжх — содержание агара в водорослях, %
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
На рисунке 1 представлена зависимость выхода полисахарида от рН и продолжительности предобработки водорослей G. tenuistipitata и Gr. ЬаШтае. При снижении рН предобработки водорослей от 6 до 2 наблюдается постепенное увеличение выхода полисахарида в процессе экстрагирования . Продолжительность предобработки водоросли на выход агара существенного влияния не оказывает. Максимальный выход полисахарида получен при температуре экстрагирования 132±2 °С, что, вероятно, связано с переходом в экстракт вы-сокометилированных фракций агара, которые растворяются при более высоких температурах (рис . 1, кривые 5, 6) .
Для сохранения природной прочности геля агара и снижения гидролизующего действия кислоты проведены исследования влияния рН и продолжительности предобработки водорослей на прочность геля полисахарида, которые показали, что максимальное значение прочно-
сти получено после предобработки водоросли при рН 7 (Тэкст = 132±2 °С) для обоих видов водорослей, рН 4 (0,5 ч) для Gr. ЬаШтае (ТЖст = 97±2 °С) и рН 3 (0,5 ч) и рН 4 (1 ч) для G. tenuistipitata (Тэкст = 97±2 °С) (рис 2)
Использование среды с рН 7 для предобработки водоросли не позволяет полностью экстрагировать агар при Тзкст = 132±2 °С, что подтверждается низкими значениями выхода полисахарида (рис 1 и 2)
Таким образом, снижение рН предобработки приводит к увеличению выхода полисахарида и снижению прочности геля агара, а при увеличении рН среды происходит неполное экстрагирование агара из водорослей (рис . 1 и 2) .
Оптимальные условия предобработки водорослей определяются получением максимально возможного выхода агара и прочности его геля Такими условиями предобработки водорослей при температуре экстрагирования 97±2 °С для G. tenuistipitata являются рН 3, 0,5 ч (точки А1, и В12 рис . 1 и 2), рН 4, 1 ч (точки А22 и рис . 1 и 2) и для Gr. ЬаШтае рН 4, 0,5 и 1 ч (точки А11 и В11, А21 и В21 рис 1 и 2) При температуре экстрагирования 132±2 °С оптимальными условиями для G. tenuistipitata и Gr. ЬаШтае является рН среды 6, продолжительность 1 ч (точки А3| и В3!, А32 и В32 рис . 1 и 2) .
Изменение рН предобработки водорослей оказывает влияние на прозрачность геля полисахарида, одну из главных качественных ха-
н
8* а 8
И
в «
и а и
4 5
рН предобработки
—♦— 1 в. ЬепиЫгрйаЬа (0,5 ч, 97±2 °С) —А— 3 вг. Ъайтае (0,5 ч, 97±2 °С) —Ж— 5 в. ЬепиЫгрйаЬа (1 ч, 132±2 °С)
■ 2 в. ЬепиЫгрйаЬа (1 ч, 97±2 °С)
■ 4 вг. Ъайтае (1 ч, 97±2 °С)
■ 6 вг. Ъайтае (1 ч, 132±2 °С)
Рис. 1. Изменение выхода полисахарида в зависимости от рН, продолжительности предобработки водорослей
и температуры экстрагирования
I 2
700 600 500 400 300 200 100 0
В1, В\
Г№1 !
В'2 В^
4 5
рН предобработки
■ в. ЬвпиЫщЬаЬа (0,5 ч, 97±2 °С)
■ вг. Ъайтав (0,5 ч, 97±2 °С)
■ в. (впи&НргШа (1 ч, 132±2 °С)
■ в. ЬвпиЫщЬаЬа (1 ч, 97±2 °С)
■ вг. ЪаШтав (1 ч, 97±2 °С)
■ вг. Ъайтшв (1 ч, 132±2 °С)
Рис. 2. Изменение прочности геля агара в зависимости от рН, продолжительности предобработки водорослей
и температуры экстрагирования
рактеристик микробиологического агара и ага-розы (рис . 3).
Для этих двух видов водорослей наблюдается снижение прозрачности геля агара при предобработке их раствором с рН 5 — 7 и экстрагировании полисахарида при температуре 132±2 °С. Максимальная прозрачность геля агара из Gr. ЬаШтав получена при предобработке водорослей раствором с рН 4 и практически не зависит от продолжительности процесса . Для G. tenuistipitata увеличение прозрачности геля агара наблюдается при рН предобработки 2 (0,5 и 1 ч), 4 (0,5 ч) и 5 (1 ч) . Значительное повышение прозрачности геля агара из G. tenuistipitata после предобра-
ботки при рН 2 объясняется, вероятно, выходом низкомолекулярной фракции агара, которая лучше очищается от примесей в процессе замораживания—оттаивания . Аналогичные зависимости были получены при исследовании изменения цвета геля агара от рН и продолжительности предобработки водоросли (рис 4)
Применение растворов кислоты (рН <7) приводит к удалению минеральных веществ из талломов водорослей, что способствует уменьшению содержания золы в агаре (рис . 5) .
Таким образом, учитывая основные показатели качества агара (прочность, цвет, прозрачность, содержание золы) и выход полисахари-
4 5
рН предобработки
♦ С. ЬвпиЫгрйаЬа (0,5 ч, 97±2 °С) —А— Сг. Ъайтшв (0,5 ч, 97±2 °С) —Ж— С. ЬвпиюНрйаЬа (1 ч, 132±2 °С)
С. (впи&ЫрйаЫ (1 ч, 97±2 °С) Сг. ЪаШтав (1 ч, 97±2 °С) Сг. ЪаШтав (1 ч, 132±2 °С)
Рис. 3. Изменение прозрачности геля агара в зависимости от рН, продолжительности предобработки
водорослей и температуры экстракции
о.
13 о
4 5
рН предобработки
♦ в. ЬепиЫщЬаЬа (0,5 ч, 97±2 °С) ■
вг. Ъайтае (0,5 ч, 97±2 °С) ■
-Ж— в. ЬепиЫщЬаЬа (1 ч, 132±2 °С) ■
Рис. 4. Изменение цвета геля агара в зависимости от рН, продолжительности предобработки водорослей
и температуры экстракции
в. ЬепиЫщЫЬа (1 ч, 97±2 °С) вг. ЪаШтае (1 ч, 97±2 °С) вг. ЪаШпше (1 ч, 132±2 °С)
4 5
рН предобработки
♦ в. ЬептвИрШа (0,5 ч, 97±2 °С) -А— вг. Ъайтае (0,5 ч, 97±2 °С) -Ж— в. ЬепиЫщЬаЬа (1 ч, 132±2 °С)
■ в. (епи&ЫрйаЬг (1 ч, 97±2 °С)
■ вг. ЪаШтае (1 ч, 97±2 °С)
■ вг. ЪаШтае (1 ч, 132±2 °С)
Рис. 5. Изменение содержание золы в агаре в зависимости от рН, продолжительности предобработки
водорослей и температуры экстракции
да оптимальными условиями предобработки водорослей являются рН среды 4, температура 22±3 °С и продолжительность 0,5 ч для Gr. ЬаШтае и 1 ч для G. tenuistipitata при Тэкст. = 97±2 °С. При Тэкст. = 132±2 °С оптимальные условия предобработки для Gr. ЬаШтае и G. tenuistipitata аналогичны (рН среды — 6, продолжительность — 1 ч, температура — 22±3 °С) (рис . 1—5) .
Условия технологического процесса предобработки водорослей из Gr. ЬаШтае и G. tenuistipitata различаются только продолжительностью предобработки водорослей при Тэкст = 97±2 °С . Данные рисунков 1 и 2 показывают возможность использования среды
с рН 4 для предобработки при сохранении одинаковой продолжительности обработки водорослей (1 ч) . В связи с этим оптимальными условиями предобработки водорослей являются рН среды 4, температура 22±3 °С и продолжительность 1 ч при Тэкст = 97±2 °С
Благодаря применению разработанных условий предобработки водорослей при получении природного агара, удалось повысить выход полисахарида на 16—17%, а степень экстрагирования на 49—53% .
При использовании обоснованных оптимальных условий предобработки водорослей, путём изменения условий стадии экстрагирования агара можно добиться дополнительного
о
х
V о о. И
700 600 500 400 300 200 100 0
1. || В
щ 1 ■
рН экстракции
□ в. ЬепиъНрйаЬа (97±2 °С)
□ в. ЬеиикНрйаЬа (132±2 °С)
| вг. ЪаШтае (97±2 °С) I вг. ЪаШтае (132±2 °С)
Рис. 6. Изменение прочности геля агара в зависимости от рН и температуры экстракции
рН экстракции
□ в. ЬепиЫщЬаЬа (97±2 °С)
□ в. ЬеиикНрШа (132±2 °С)
| вг. ЪаШтае (97±2 °С) | вг. ЪаШтае (132±2 °С)
Рис. 7. Изменение выхода полисахарида в зависимости от рН и температуры экстракции
увеличения выхода полисахарида и степени его извлечения В связи с этим для определения оптимальных условий экстрагирования агара процесс проводили в интервале рН 5 — 7 при установленных оптимальных условиях предобработки водорослей
В результате проведённых исследований по изучению влияния условий экстрагирования агара на его качественные показатели установлено, что при снижении рН экстрагирования агара от 7 до 5 из G. tenuistipitata и Gr. ЬаШтае при Тэкст = 97±2 °С прочность геля агара снизилась на 32 и 8%, а при Т = 132±2 °С на
' г экст.
57 и 13% соответственно (рис 6)
Одновременно с этим снижение рН экстрагирования от 7 до 5 приводит к повышению выхода полисахарида G. tenuistipitata на 7—8% и для Gr. ЬаШтае на 2—3% (рис . 7) .
Снижение рН экстрагирования также приводит к повышению прозрачности и снижению цветности геля агара Для агара из G. tenuistipitata прозрачность его геля увеличи-
лась на 10% при Тэкст = 132±2 °С, цветность снизилась на 9,6%, при Т =97±2 °С на
1 Ж.СТЧ,
4,2 и 4,3% соответственно (рис 8 и 9)
Для агара из Gr. ЬаШтае прозрачность геля увеличилась на 23%, цветность снизилась на 17,2% при Тжст_=97±2 °С и на 8 и 8,4% при = 132±2 °С соответственно (рис . 8 и 9) .
экст. '
Снижение содержания золы при изменении рН экстрагирования составило в среднем 0,2— 1,7% (рис 10)
Экстрагирование агара при Тэкст = 132±2 °С приводит к получению более загрязнённых экстрактов по сравнению с Тэкст. = 97±2 °С, что подтверждается низкими значениями све-топропускания геля агара и содержания в нём золы (рис 8 и 10)
Для сохранения природной прочности агара (как основного показателя качества агара) и увеличения его выхода необходимо проводить экстрагирование полисахарида при рН 6±0,5 и температуре 97±2 °С для обоих видов водорослей (рис 6 и 7)
100
н «
и £
М И
» О
п О
О Н
^ <и
М И
рН экстракции
□ в. ЬепиЫщЬаЬа (97±2 °С)
□ в. ЬепиЫщЬаЬа (132±2 °С)
| вг. ЪаШтав (97±2 °С) | вг. ЪаШпте (132±2 °С)
Рис. 8. Изменение прозрачности геля агара в зависимости от рН и температуры экстракции
100
рН экстракции
□ в. ЬепиЫгрШа (97±2 °С)
□ в. ЬепиюНрШа (132±2 °С)
| вг. ЪаШпте (97±2 °С) | вг. ЪаШтае (132±2 °С)
Рис. 9. Изменение цвета геля агара в зависимости от рН и температуры экстракции
а §
I 6
ё 1>
СО у-
Я
а й
щ А
а о
и ^
рН экстракции
□ в. ЬепиЫщЬаЬа (97±2 °С)
□ в. ЬепикНрйаЬа (132±2 °С)
| вг. ЪаШтае (97±2 °С) I вг. ЪаШтае (132±2 °С)
Рис. 10. Изменение содержания золы в агаре в зависимости от рН и температуры экстракции
Для определения оптимального гидромодуля и продолжительности процесса экстрагирования были исследованы зависимости выхода полисахарида от значений гидромодулей и времени экстрагирования
Увеличение соотношения водоросль: вода для Сг. ЪаШтае от 1:30 до 1:50 не приводит
к существенному увеличению выхода полисахарида, в связи с этим в качестве оптимального гидромодуля было принято соотношение водоросль: экстрагент 1:40 (рис . 11) .
В течение первого часа экстрагирования концентрация полисахарида в растворе непрерывно возрастает, и увеличивается выход
0,5
1 1,5 2 2,5 3
Продолжительность экстракции, ч
3,5
■1:30
■1:40
■1:50
Рис. 11. Изменение выхода полисахарида из Gr. ЬаШтае от продолжительности и гидромодуля экстракции при
температуре 97±2 °С
0,5 1 1,5 2
Продолжительность экстракции, ч -♦—1:30 -■—1:40 —1:50
2,5
3,5
Рис. 12. Изменение выхода полисахарида из G. tenuistipitata от продолжительности и гидромодуля экстракции
при температуре 97±2 °С
агара . После наступления диффузионного равновесия через 1,0 — 1,5 ч выход агара практически не меняется при увеличении продолжительности процесса до 3,5 ч . Таким образом, продолжительность экстрагирования агара из Gr. ЬаШтае составляет 1,0±0,5 ч .
Для красной водоросли G. tenuistipitata оптимальным гидромодулем является соотношение 1:40, диффузионное равновесие наступает после 1,0±0,5 ч (рис . 12) .
Таким образом, изучение влияния условий экстрагирования агара на выход и качественные показатели полисахарида показало, что для разных видов водорослей возможно проведение экстрагирования агара при одинаковых условиях процесса (ГМ, рН среды, температуре и продолжительности)
Оптимальными условиями экстрагирования агара из Gr. ЬаШтае и G. tenuistipitata являются: рН — 6±0,5, температура — 97±2 °С, продолжительность — 1,0±0,5 ч, гидромодуль — 1:40 .
Данные выхода и степени экстрагирования агара, а также прочности его геля, полученные по разработанной технологии, были сопоставлены с таковыми значениями, полученными после извлечения агара из водорослей без использования химических реагентов (раствора кислоты). Как видно из таблицы 1, разработанные условия позволили произвести извлечение агара из водорослей более полно, о чём свидетельствует увеличение выхода полисахарида и степени его экстрагирования на 17,5 — 18,8% и 52,1—57,8% соответственно .
Благодаря тому, что во время экстрагирования были извлечены практически все фракции агара, произошло увеличение прочности геля агара на 107 — 197 г/см2 (табл . 1) .
Для апробации разработанных оптимальных условий получения агара была получена опытная партия этого полисахарида из Gr. ЬаШтае, физико-химическая характеристика которого представлена в таблице 2 По своим свойствам экспериментальный агар соответ-
Таблица 1. Степень экстрагирования, содержание и выход агара из С. tenuistipitata и Сг. ЬаШтае
Наименование ^
образца
а
о *
о
О £
Прочность геля агара, г/см2
Выход агара, %
Степень экстрагирования агара, %
П
П
АП
V
Ап
Х1 Х2
АХ
С. tenuistipitata 32,5 185 292 +107 5,2 24,0 +18,8 16,0 73,8 +57,8
Сг. bailiniae 33,6 382 579 +197 8,5 26,0 +17,5 25,3 77,4 +52,1
Примечания. * — содержание агара в водорослях; ** — экстрагирование агара проводили в воде; *** — предобработку водорослей и экстрагирование агара проводили по разработанным оптимальным условиям .
Таблица 2. Физико-химическая характеристика экспериментального агара
Агар пищевой (ГОСТ 16280) Экспериментальный агар, полученный из Сг. bailiniae
Наименование показателя сорт
высший первый второй
Воды, %, не более 18 18 18 13,5
Золы, %, не более 4,5 6,0 6,0 4,4
Йод Не доп Не доп Не доп Не обнаружен
Прочность геля с сахаром, г/см2, не менее 1600 1000 700 2103
Цвет, % светопропускания, не менее 60 45 45 60
Температура плавления геля, °С, не ниже 80 82
Температура гелеобразования геля, °С, не ниже 30 40
Таблица 3. Содержание токсичных элементов в экспериментальном агаре
Содержание, мг/кг
Токсичные элементы ДУ (допустимые уровни) по [Единые санитарно-эпиде- Экспериментальный агар, полученный
миологические..., 2010] из Сг. bailiniae
Свинец 5,0 0,14±0,028
Мышьяк 3,0 0,07±0,011
ствует требованиям на агар пищевой высшего сорта по ГОСТ 16280.
В результате определения содержания токсичных элементов в экспериментальном агаре показано отсутствие превышения допустимого уровня по данным показателям в соответствии с требованиями [Единые требования..., 2010] (табл 3)
Значения микробиологических показателей экспериментального агара, в течении девяти месяцев хранения без резких колебаний тем-
пературы и относительной влажности воздуха не более 80%, изменяются незначительно и не превышают допустимый уровень в соответствии с требованиями [Единые санитарно-эпидемиологические..., 2010] (табл . 4) .
В полученном образце экспериментального агара содержание воды, золы, йода, а также прочность, цвет, прозрачность, температура плавления и гелеобразования в течение девяти месяцев хранения не изменялись (табл . 5).
Таблица 4. Микробиологические показатели экспериментального агара
Наименование показателя ДУ по [Единые сани- Срок хранения , мес
тарно-эпидемиологиче -ские..., 2010] 0 9
КМАФАнМ, КОЕ (колониеобра-зующая единица,)/г, не более 5,0х104 1,8х102 2,0 х102
БГКП (колиформы) в 1,0 г Не допускаются Не обнаружены Не обнаружены
Патогенные микроорганизмы, в т ч сальмонеллы в 25 г Не допускаются Не обнаружены Не обнаружены
Плесени, КОЕ/г, не более 100 Не обнаружены Не обнаружены
Таблица 5. Физико-химические характеристики экспериментального агара из Gr. bailiniae после девяти месяцев
хранения
Срок хранения, мес
Наименование показателя 0 9
Вода, %, не более 13,5 13,0
Зола, %, не более 4,4 4,4
Йод Не обнаружен Не обнаружен
Прочность геля с сахаром, г/см2, не менее 2103 2100
Цвет, % светопропускания, не менее 60 60
Температура плавления геля, °С, не ниже 82 82
Температура гелеобразования геля, °С, не ниже 40 40
На основании проведённых исследований показано, что применение разработанных условий в технологии природного агара из красных водорослей G. tenuistipitata и Gr. bailiniae позволяет получать агар пищевой, отвечающий требованиям по показателям безопасности и ГОСТ 16280.
Выводы
В результате проведённых исследований установлено влияние рН среды предобработки водорослей на выход полисахарида и качественные показатели агара (прочность, прозрачность, цвет геля агара и содержание в нём золы), что позволило разработать оптимальные условия процесса предобработки водорослей Gr. bailiniae и G. tenuistipitata: рН — 4, продолжительность — 1±0,1 ч, температура — 22±3 °С, гидромодуль — 1:30 .
Установлено, что снижение рН экстрагирования агара из водорослей оказывает большее влияние на выход агара и прочность его геля, чем на прозрачность, цвет геля и содержание
золы в полисахариде, на основании чего разработаны оптимальные условия экстрагирования агара из Gr. bailiniae и G. tenuistipitata: рН — 6±0,5, температура — 97±2 °С, продолжительность — 1,5±0,5 ч, гидромодуль — 1:40 .
Разработанные оптимальные условия предобработки водорослей Gr. bailiniae и G. tenuistipitata и экстрагирования агара из них способствуют увеличению степени экстрагирования полисахарида на 52—58% с сохранением природной прочности его гелей
Новизна технического решения подтверждена патентом РФ на изобретение № 2435443 «Универсальный способ получения агара из красных водорослей (агарофитов) » .
Литература
Гельперин Н.И. 1981. Основные процессы и аппараты
химической технологии . М . : Химия . 812 с . ГОСТ 26185 — 84. 1984. Водоросли морские, травы морские и продукты их переработки М : Стандарт
54 с
ГОСТ 10444.12-2013. 2014. Микробиология пищевых продуктов и кормов для животных . Методы выявления и подсчёта количества дрожжей и плесневых грибов . М . : Стандарт. 12 с .
ГОСТ 10444.15-94. 1994. Продукты пищевые . Методы определения количества мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов . М . : Стандарт. 8 с .
ГОСТ 16280-2002 . 2003. Агар пищевой . М . : Стандарт. 6 c .
ГОСТ 26930-86. 1986. Сырьё и продукты пищевые . Методы определения мышьяка. М . : Стандарт. 7 с .
ГОСТ 30178-96. 1996. Сырьё и продукты пищевые . Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов М : Стандарт 12 с
ГОСТ 31659-2012 2014 Продукты пищевые Метод выявления бактерий рода Salmonella . М .: Стандарт 24 с
ГОСТ 31747-2012 . 2013. Продукты пищевые . Методы выявления и определения количества бактерий группы кишечных палочек (колиформных бактерий) . М . : Стандарт. 16 с .
Дытнерский Ю. И. 1995. Процессы и аппараты химической технологии: учебник для вузов . В 2 кн . Часть 2 . Массообменные процессы и аппараты . М . : Химия . 368 с .
Единые санитарно-эпидемиологические и гигиенические требования к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю) . 2010. С . 6-448 . http://www. tsouz . ru/db/techregulation/sanmeri/Documents/ PishevayaCennost.pdf (01 .03.2016)
Игнатова Т. А. 2011. Разработка технологии комплексной переработки красных водорослей-ага-рофитов родов Gracilaria, Gracilariopsis, Gelidium. Автореф . дисс . ... канд . техн . наук . М . 24 с .
Игнатова Т. А., Подкорытова А. В. 2012 . Технология получения агара из Gracilaria: математическое моделирование процесса модификации структуры агара // Рыбное хозяйство . № 6 . С . 103-111.
Игнатова Т. А., Подкорытова А. В. 2010 Агар: от сырья к продукту // Рыбпром . № 3 . С . 58-62 .
Игнатова Т. А., Подкорытова А. В., Чимиров Ю. И., Бочкарев А.И., Сергиенко Е. В. 2011 . Технология получения агара из Gracilariopsis и Gracilaria: сравнительная характеристика способов очистки агаровых экстрактов // Хранение и переработка сель-хозсырья № 6 C 39-44
Игнатова Т. А., Подкорытова А. В., Усов А. И., Тран Тхи Тхан Ван. 2009. Красные водоросли родов Gracilaria и Gracilariopsis, культивируемые во Вьетнаме: химический состав биомассы и свойства агара // Материалы третьей Межд . научно-практич . конф . «Морские прибрежные экосистемы . Водоро-
сли, беспозвоночные и продукты их переработки» . Владивосток . С . 193—202 . Кизеветтер И. В. 1952. Технология дальневосточного
агара // Известия ТИНРО. Т. 36 . 312 с . Подкорытова А. В., Игнатова Т. А., Буй Минь Ли, Тран Тхи Тхан Ван. 2011. Способ модификации агара. Патент № 2435787. Бюл. № 34. 6 с . Подкорытова А. В., Игнатова Т. А., Буй Минь Ли, Тран Тхи Тхан Ван. 2011 . Универсальный способ получения агара из красных водорослей (агарофи-
тов) . Патент 2435443. Бюл . № 34 . 6 с . Усов А. И., Элашвили М. Я. 1991. Количественное определение 3,6-ангидрогалактозы и специфическое расщепление галактанов красных водорослей в условиях полного восстановительного гидролиза // Биоорганическая химия . Т. 17. № 6 . С . 839— 848
Bixler H. J., Por.se H. 2011. A decade of change in the seaweed hydrocolloids industry // J . Appl . Phycol .
№ 23 . Р. 321-335. Matsuhashi T. 1977 a. Acid pretreatment of agarophytes provides improvement in agar extraction // J . Food Sci .
V. 42 . P. 1396-1400. Matsuhashi T. 1977 b . Effect of acid treatment on air dried agar // Bulletin of the Japanese society of scientific
fisheries . V. 43 . № 7. P. 831-835.
References
Cel'perin N.I. 1981. Osnovnye protsessy i apparaty khimicheskoj tekhnologii [The basic processes and devices of chemical technology] . M . : Khimiya. 812 s . GOST 26185 -84. 1984. Vodorosli morskie, travy morskie i produkty ih pererabotki [Seaweeds, sea-grasses and its processed products] M : Standart 54 s GOST 10444.12-2013. 2014. Mikrobiologiya pishchevyh
produktov i kormov dlya zhivotnyh . Metody vyyavleniya i podscheta kolichestva drozhzhej i plesnevyh gribov [Microbiology of food and animal feeding stuffs . Methods for the detection and colony count of yeasts and moulds] M : Standart 12 s GOST 10444. 15-94. 1994. Produkty pishchevye .
Metody opredeleniya kolichestva mezofil'nyh aerobnyh i fakul'tativno-anaerobnyh mikroorganizmov [Food products . Methods for quantity determination of mesophilic aerobes and facultative anaerobes] M : Standart 8 s
GOST 16280-2002. 2003. Agar pishchevoj [Food grade
agar] M : Standart 6 s GOST 26930-86 . 1986. Syr'e i produkty pishchevye . Metody opredeleniya mysh'yaka [Raw material and food-stuff Method for determination of arsenic content] M . : Standart . 7 s . GOST 30178-96 1996 Syr'e i produkty pishchevye
Atomno-absorbtsionnyj metod opredeleniya toksichnyh
ehlementov [Raw material and food-stuffs . Atomic absorption method for determination of toxic elements] . M . : Standart . 12 s . GOST 31659-2012. 2014. Produkty pishchevye . Metod
vyyavleniya bakterij roda Salmonella [Food products . Methods for the detection of Salmonella spp] . M.: Standart 24 s
GOST 31747-2012. 2013 . Produkty pishchevye .
Metody vyyavleniya i opredeleniya kolichestva bakterij gruppy kishechnyh palochek (koliformnyh bakterij) [Food products . Methods for detection and quantity determination of coliformes] M : Standart 16 s
Dytnerskij Yu.I. 1995. Protsessy i apparaty khimicheskoj tekhnologii: Uchebnik dlya vuzov. V 2 kn . Chast' 2 . Massoobmennye processy i apparaty [Processes and devices of chemical technology: The textbook for high schools . In 2 books . Part 2 . Mass-transfer processes and devices] . M . : Khimiya. 368 s .
Edinye sanitarno-epidemiologicheskie i gigienicheskie trebovaniya k tovaram, podlezhashchim sanitarno-epidemiologicheskomu nadzoru (kontrolyu) [Uniform sanitary and epidemiological and hygienic requirements for the goods subject to sanitary and epidemiological supervision (control)] . 2010 . S . 6-448. http://www. tsouz . ru/db/techregulation/sanmeri/Documents/ PishevayaCennost pdf
Ignatova T.A. 2011 . Razrabotka tekhnologii kompleksnoj pererabotki krasnyh vodoroslej-agarofitov rodov Gracilaria, Gracilariopsis, Gelidium [Development of technology of complex processing of red algae agar spotlights birth Gracilaria, Gracilariopsis, Gelidium] Avtoref. diss . ... kand . tekhn . nauk . M . 24 s .
Ignatova T. A. Podkorytova A. V. 2012 . Tekhnologiya polucheniya agara iz Gracilaria: matematicheskoe modelirovanie protsessa modifikatsii struktury agara [Agar obtaining technology from Gracilaria: mathematical simulation of the agar structure modification] // Rybnoe khozyajstvo . № 6 . S . 103-111 .
Ignatova T. A., Podkorytova A. V. 2010. Agar: ot syr'ya k produktu [Agar: from raw material to a product] // Rybprom . № 3 . S . 58-62 .
Ignatova T. A., Podkorytova A. V., Chimirov Yu.I., Bochkarev A. I., Sergienko E. V. 2011 . Tekhnologiya polucheniya agara iz Gracilariopsis i Gracilaria: sravnitel'naya kharakteristika sposobov ochistki agarovyh ekstraktov [The technology of agar from Gracilariopsis and Gracilaria: Comparative characteristics of methods of purifying extracts of agar] // Khranenie i pererabotka sel'khozsyr'ya. № 6 . S . 39—44.
Ignatova T. A., Podkorytova A. V., Usov A. I., Tran Thi Tkhan Van. 2009. Krasnye vodorosli rodov Gracilaria i Gracilariopsis, kultiviruemye vo V'etname: khimicheskij sostav biomassy i svojstv agara [Red algae of the genera Gracilaria and Gracilariopsis cultivated in Vietnam: chemical composition of the biomass and properties of agar] // Materialy tret'ej Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferentsii "Morskie pribrezhnye ekosistemy Vodorosli, bespozvonochnye i produkty ih pererabotki. Vladivostok. S . 193—202 .
Kizevetter I. V. 1952 . Tekhnologiya dal'nevostochnogo agara [Technology of the Far East agar] // Izvestiya
TINRO . T. 36 . 312 s .
Podkorytova A. V., Ignatova T. A., Buj Min Li, Tran Thi Tkhan Van. 2011. Sposob modifikatsii agara [A method of agar modification] . Patent № 2435787. Byul. № 34. 6 s .
Podkorytova A. V., Ignatova T. A., Buj Min Li, Tran Thi Tkhan Van. 2011. Universal nyj sposob polucheniya agara iz krasnyh vodoroslej (agarofitov) [Universal method for producing agar from red algae (agar
spotlights)] . Patent № 2435443. Byul . № 34 . 6 s .
Usov A. I., Elashvili M. Ya. 1991. Kolichestvennoe opredelenie 3,6-angidrogalaktozy i spetsificheskoe rasshcheplenie galaktanov krasnyh vodoroslej v usloviyah polnogo vosstanovitel'nogo gidroliza [Quantitative definition 3,6-anhydrogalactose and particular splitting galactan red algae in conditions of a full regenerative hydrolysis] // Bioorganicheskaya khimiya T 17 № 6
S . 839-848.
Поступила в редакцию 11.06.15 г.
Принята после рецензии 19.06.15 г.
X A. HmaTOBa
Optimal conditions for the biomass pretreatment and the agar extraction from the Vietnamese red algae Gracilaria tenuistipitata and Gracilariopsis bailiniae
T. A. Ignatova
Russian Federal Research Institute of Fisheries and Oceanography (FSBSI "VNIRO", Moscow)
It is known that the Vietnamese red algae are a promising material for the production of agar . Preliminary studies have shown a significant difference in the degree of extraction of natural agar from these types of algae, which demonstrates the need for a differential approach while developing the technology for isolating the polysaccharide . The developing of optimal conditions for the pretreatment of biomass and the extraction of agar from the Vietnamese red algae G. tenuistipitata and Gr. bailiniae was the study of this work. It was established that pH pretreatment of algae Gr. bailiniae and G. tenuistipitata has an influence on the yield of polysaccharide and qualitative indicators of agar, on the basis of which the optimal conditions for the process are determined as follows: pH — 4, duration — 1±0,1 h, temperature — 22±3 °C, hydromodule — 1:30 . As a result of conducted studies it was established that the change in pH extraction of agar from investigated algae has more influence upon the yield of agar and the strength of its gel than on the transparency, the color of gel and the ash content in the polysaccharide The dependence of the yield of the agar during its extraction from the red algae Gr. bailiniae and G. tenuistipitata on the hydromodule values and duration of extraction was observed . It was determined that the extraction of agar from red algae Gr. bailiniae and G. tenuistipitata is possible to be carried out under the same conditions (HM, pH, temperature and duration) . The optimal conditions for the extraction of agar from Gr. bailiniae and G. tenuistipitata are as follows: pH — 6±0,5, temperature — 97±2 °C, duration — 1,0±0,5 h, hydromodule — 1:40 . Developed optimal conditions for the pretreatment of algae Gr. bailiniae and G. tenuistipitata and the extraction of agar from them help to increase the degree of extraction of the polysaccharide up to 52—58% while maintaining the natural strength of its gels and the production of nutritional agar that meets the requirements in terms of safety and GOST 16280.
Key words: Gracilaria, Gracilariopsis, native agar, extraction of agar .
