CC BY
328
УДК 664.8:582.272
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БУРЫХ ВОДОРОСЛЕЙ
В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
В.Б. Чмыхалова
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003
e-mail: [email protected]
Изучены свойства полисахаридов бурых водорослей, описаны варианты технологий получения альгинатов, приведены виды водорослей, являющиеся источниками альгинатов. Исследовано влияние способов сушки водорослевого сырья на качественные показатели сушеных водорослей и на свойства майонезных соусов, полученных с их применением.
Ключевые слова: альгиновая кислота, альгинаты, сорбенты, структурообразователи, сушка,
эмульсионные продукты, майонезные соусы, вязкость.
Prospective directions of brown algae application in food industry. V.B. Chmikhalova (Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003)
Properties of brown algae polysaccharide are studied. Technologies of alginate extraction are described.
Algae species being alginate source are given. The influence of raw algae drying methods on qualitative parameters of dried algae and on properties of sauces containing mayonnaise produced on its base.
Key words: alginic acid, alginates, sorbates, amendment, drying, emulsive products, sauces containing mayonnaise, viscidity.
Морские бурые водоросли (ламинария и фукус) до настоящего времени являются единственным промышленным источником альгинатов, широко применяемых в пищевой промышленности и других направлениях.
Эмульгирующие свойства альгинатов обусловливают их применение при производстве молочных продуктов. При добавлении альгинатов в молочные продукты значительно увеличивается их стойкость и сроки хранения.
За последнее время выросло потребление альгината в производстве мороженого, которому он придает нежную консистенцию, равномерную структуру, уменьшает процесс кристаллизации и значительно увеличивает стабильность при хранении [1, 2].
Альгинат добавляют к йогуртам, что улучшает и сохраняет структуру и консистенцию. При этом полисахарид может быть добавлен в молоко при подготовке молочной основы или после образования сгустка. Альгинаты широко используются как добавки, связывающие воду, препятствующие синерезису белковых соединений и способствующих получению фарша (рыбного или мясного) определенной консистенции. Для предотвращения отделения воды при размораживании в сырых рыбных фаршах концентрация альгинатов, как правило, обычно не превышает 0,1—0,5% [3].
Обычно при изготовлении паштетообразных рыбных продуктов производят двукратную термическую обработку рыбного фарша. Сначала фарши, с целью предотвращения разделения компонентов и отделения воды, подвергают тепловой обработке, а затем вносят вкусовые добавки. Полученный продукт гомогенизируют, фасуют и вторично стерилизуют, в результате чего снижается его биологическая ценность. Концентрация альгината в полученных продуктах может составлять 0,5-2,0% в зависимости от задаваемой консистенции продукта. Альгинаты перспективны как добавки, повышающие водоудерживающую способность, эластичность и стабильность при хранении и тепловой обработке мясных и рыбных фаршей.
Одной из главных задач, стоящих перед исследователями в области разработки пищевых и лечебно-профилактических продуктов, является придание им заданной формы, структуры в процессе производства.
Получение устойчивых систем, обладающих нужным составом и свойствами, - сложная задача, поэтому одновременно с формированием, гранулированием, таблетированием и т. д.
применяют структурообразователи - вещества, изменяющие консистенцию продуктов. Из данных литературы известно, что структурообразователи должны быть инертны по отношению к компонентам пищи (не окислять липиды, не разрушать витамины и т. д.) и образовывать при определенных pH, концентрациях и температуре водные растворы, обладающие структурной вязкостью, то есть проявляющие эффект сгущения; предпочтительны бесцветные растворы, лишенные вкуса и запаха [4, 5].
Структурообразователи должны проявлять способность к гелеобразованию: при
определенных условиях формировать трехмерную, объемную структурную сетку, обладать адгезией (прилипанием) по отношению к поверхности компонентов, входящих в состав продуктов. Технологическая обработка (высокие или низкие отрицательные температуры, механические воздействия и др.) не должны изменять функциональные свойства структурообразователей [6] .
Таким требованиям отвечают полисахариды морских водорослей, широко применяемые в промышленности как эмульгаторы и стабилизаторы, которые способны создать условия для связывания большого количества воды, увеличивать вязкость, способствовать образованию стойких суспензий. Полисахариды встречаются в природе в виде плотно упакованных, строго упорядоченных цепей, при гелеобразовании формируются структуры трех типов: спирали, рифленые ленты, плотно уложенные ленточные структуры [5, 7].
Для альгинатов характерна структура рифленых лент. В альгинатных гелях участки рифленых лент образованы из D-мануроновой и L-гулуроновой кислот [8-10] .
Гель вообще не образуется, если содержание гулуроновой кислоты меньше 20-25% [11].
Прочность геля и его относительный объем будут увеличиваться с возрастанием содержания гулуроновой кислоты [11, 12].
Молекула альгината в воде подвергается сольватации, в связи с чем образуются вязкие растворы. Вязкость их зависит от многих факторов, в частности от величины молекулярной массы. Существует зависимость между значением средней молекулярной массы альгината и его желирующей способностью: чем выше молекулярная масса, тем большей способностью к образованию прочного студня обладает данный полисахарид [6].
Альгинат натрия формирует растворы высокой вязкости даже при низких концентрациях вследствие высокой молекулярной массы и жесткой структуры молекул. Альгинат натрия с некоторым содержанием остаточного кальция образует гель при рН 5. Альгинат натрия с минимальным содержанием кальция образует гели при рН 3. Растворы альгината натрия чувствительны к щелочной реакции среды, длительная химическая обработка при рН выше 10 ухудшает стабильность в результате деполимеризации, сопровождающейся потерей вязкости [13, 14].
В альгинатных растворах, подобно большинству растворов других полисахаридов, уменьшается вязкость с увеличением температуры. В ограниченном диапазоне вязкость альгинового раствора уменьшается приблизительно на 12% при увеличении температуры на 5-6°С. Снижение температуры увеличивает вязкость альгинового раствора, но не приводит к формированию геля. Внешний вид и вязкость растворов альгината натрия, который был заморожен, а затем разморожен, не меняется [4, 13, 14].
Альгинаты в растворе совместимы с различными материалами, включая другие загустители, сахар, масло, жиры, различные эмульгаторы и растворы солей щелочных металлов. Возможная несовместимость - это результат реакции с двухвалентными катионами (кроме магния) или реагентами, которые приводят к щелочной деградации или кислотному осаждению. Во многих случаях несовместимости можно избежать, используя комплексное образование иона металла или точный контроль рН [13,14].
Анализ эмульгирующей способности альгинатов показал, что наибольшей прочностью обладают межфазные слои при рН среды 5, в результате создаются наиболее подходящие условия для конформационных изменений макромолекул альгинатов и их взаимодействия.
Свойство альгинатов образовывать гели широко применяется в производстве пищевой продукции:
- мороженого - для регулирования процесса кристаллизации, создания равномерной структуры и замедления таяния:
- кондитерских изделий, паст, пудингов - для регулирования структуры;
- соусов и заливок - для получения гладкой, приятной на вкус, не расслаивающейся на фракции эмульсии;
- сбитых кремов - для предотвращения отделения воды при гомогенизации и замораживании;
- пива - для контроля пенообразования в заданных пределах.
Таким образом, использование альгинатов и альгинатсодержащих препаратов из ламинариевых и фукусовых водорослей - это перспективное направление в технологии продуктов питания. При этом применение комплексной технологии переработки водорослей необходимо для выделения растворимых в воде БАВ и разработки рекомендации их целенаправленного использования. Водорослевые альгинатсодержащие остатки рационально использовать для получения продуктов эмульсионного типа. При этом в процессе технологической обработки -растворение, сгущение, нагревание до 120°С под давлением, замораживание, размораживание -альгинаты
не теряют своих эмульгирующих, стабилизирующих, сорбционных и других свойств, как в выделенном состоянии, так и в составе пищевых компонентов. К настоящему времени сложилась устойчивая тенденция в пищевой отрасли использовать при приготовлении пищевых продуктов и БАД ламинариевые водоросли вследствие их технологичности и высокого содержания альгинатов и др. БАВ. Эти водоросли, благодаря большим промысловым запасам, являются перспективным сырьем для производства новых видов пищевых продуктов, содержащих различные БАВы в строго регламентируемых концентрациях.
Таким образом, из вышеизложенного можно сделать вывод о том, что в литературных источниках недостаточно данных об использовании фукусовых водорослей в качестве сырья для приготовления пищевой продукции и продукции функционального назначения, несмотря на то, что эти виды водорослей являются источниками биологически активных компонентов, поступление которых в организм человека желательно ежедневно. Например, альгинаты -пищевые волокна, которые являются энтеросорбентами; биологически активный фукоидан; минеральные вещества, в том числе важный для нормальной деятельности организма йод и т. д. Кроме того,
в связи с обостренной экологической обстановкой все более возрастает необходимость употребления натуральных продуктов, сбалансированных по содержанию биологически активных веществ. В этом отношении водоросли перспективны при разработке новых видов пищевой продукции. Сырьевые запасы водорослей в России достаточно обширны, чтобы обеспечить производство новых видов пищевой продукции на основе фукусовых и ламинариевых водорослей. Разработка разнообразных продуктов питания на основе тех видов водорослей, которые до этого не применялись в пищевой промышленности, является весьма перспективным направлением в технологии.
Выбор технологических условий для извлечения альгиновой кислоты предопределяется химическим составом бурых водорослей, поступающих на переработку. Основным показателем возможности их применения для получения альгината считается содержание альгиновой кислоты в интервале 20-40% от сухой массы водорослей [4, 15,16].
При производстве альгината из водорослей основной задачей считается получение очищенного продукта, без цвета и запаха, имеющего высокую вязкость водных растворов.
Альгиновая кислота обнаружена Стенфордом в 1883 г., и с тех пор способы ее извлечения из водорослей изучаются и совершенствуются уже более ста лет. В разных странах производство альгинатов осуществляется по собственным технологиям, однако принципиальная схема выделения альгинатов из водорослей остается неизменной и состоит из следующих основных операций: предварительная обработка водорослей, экстракция альгината, осаждение альгиновой кислоты и получение из нее необходимых солей натрия, кальция, калия и др. [16-19].
Разработан способ получения смешанных солей альгиновых кислот, когда к карбоксильным группам полимера присоединяют различные элементы в макро- (Са++, К+, Бе++) и
микроколичествах (Мо , Со и др.).
В производстве альгината натрия большой проблемой является получение неокрашенного продукта без вкуса и запаха. Цвет альгинатов и их водных растворов является важными качественными характеристиками, поэтому исследователи большое внимание уделяют вопросу обесцвечивания и в технологическую схему часто включают процесс отбеливания альгинатов хлорной известью, гипохлоритом, перекисью водорода и др. [17, 20].
Применение отбеливающих реагентов приводит к обесцвечиванию альгината, но при проведении этого процесса неизбежна деструкция полимера альгиновой кислоты и, как следствие, снижается вязкость альгинатных растворов. Хорошие результаты дает применение формалина, так как он связывает пигменты в нерастворимый белково-целлюлозный комплекс [21] .
В Норвежской фирме «Протан» - известном мировом производителе альгината - многие годы применяли способ консервирования бурых водорослей формальдегидом, что также способствовало получению неокрашенного продукта. Однако в последние годы в связи с повышением контроля над сохранением окружающей среды санитарные власти Норвегии запретили сброс в канализацию и прибрежные воды стоков, содержащих формальдегид. Поэтому норвежские ученые предложили способ консервирования Laminaria digitata и других бурых водорослей хлоридом натрия [4], аналогичный способу, применяемому в России.
В России исследования бурых водорослей и разработка технологии получения альгината были начаты еще в 1930-е гг. В интенсивный исследовательский процесс были включены бурые водоросли Черного, Белого, Баренцева и дальневосточных морей. Производство маннита и альгината было организовано в г. Архангельске еще в 1948 г. В качестве сырья использовали бурые водоросли Белого и Баренцева морей - ламинарию пальчаторассеченную (L. digitata) и ламинарию сахарину (L. saccharina) для получения маннита и альгината, а также фукусовые водоросли (Fucus vesiculosus, F. distichus, F. serratus) для получения технического альгината и биологически активных экстрактов [22, 23].
На примере исследований химико-технологических свойств двухлетней ламинарии японской, культивируемой в двухгодичном цикле у берегов Приморского края (Японское море), было установлено, что эффективность экстракции альгиновой кислоты из исходного водорослевого материала зависит от количества поливалентных металлов (кальция), связанных с альгиновой кислотой водоросли, величина которых непостоянна, возрастает в процессе биосинтеза альгинатов, зависит от сезона сбора водоросли и содержания в полимере L-гулуроновой кислоты [4, 19].
Этими и более поздними работами было показано, что в технологическом процессе получения альгината, где применяют кислотную предобработку, необходимо устанавливать оптимальную концентрацию кислоты, ее температуру и продолжительность обработки водорослей, как факторы, катализирующие реакцию отщепления поливалентных металлов от альгинатов в водорослях. Правильно подобранные условия кислотной предобработки позволяют извлекать высокомолекулярную фракцию альгиновой кислоты, обогащенную L-гулуроновой кислотой [4].
Современная медицина применяет альгинаты в трех основных направлениях:
- в качестве вспомогательных химико-фармацевтических веществ, для производства различных лекарственных форм медицинских препаратов;
- в качестве медицинских изделий в виде марли, ваты, салфеток, губок и других вспомогательных средств, для местного гемостаза при наружных и внутриполостных кровотечениях;
- как лекарственные средства и биологически активные добавки широкого спектра действия.
Клиническое применение подтвердило полную их нетоксичность и отсутствие побочных
эффектов, что позволило широко использовать в педиатрической практике при лечении целого ряда заболеваний.
Альгиновая кислота и ее соли обладают целым рядом уникальных целебных и полезных свойств и неповторимых качеств, часть из которых и обусловлена их желеобразной консистенцией. Так, например, по клеящей силе они превосходят крахмал в 14 раз, а гуммиарабик - в 37 раз, что позволяет использовать их в различных отраслях промышленности в качестве загустителей и гелеобразователей. Но главное свойство альгиновой кислоты и ее солей - останавливать кровотечения - оказалось полезным при лечении язвенных поражений желудочно-кишечного тракта.
Соли альгиновой кислоты при приеме внутрь обладают антацидными свойствами (снижают агрессию повышенной кислотности желудочного сока), стимулируют заживление язвенных поражений слизистой желудка и кишечника. Попадая в желудочно-кишечный тракт, альгинаты взаимодействуют с соляной кислотой желудочного сока и образуют гель, который покрывает слизистую, предохраняя ее от дальнейшего воздействия соляной кислоты и пепсина, останавливая кровотечение.
Положительное влияние на желудочно-кишечный тракт и процессы пищеварения связано также со способностью альгинатов к выраженному сорбирующему действию. Они способны связывать и удалять из организма продукты распада углеводов, жиров и белков, соли тяжелых металлов и радионуклиды. Это также позволило использовать их в комплексном лечении дисбактериоза, для нейтрализации побочных продуктов, мешающих развитию нормальной естественной флоры кишечника. Дисбактериоз развивается в той или иной степени у большинства больных с патологией органов пищеварения после перенесенных острых кишечных инфекций, при
длительном приеме лекарств (антибиотиков), неполноценном питании, стрессах. Исследованиями было установлено, что альгинаты удерживают собственную микрофлору кишечника, подавляя деятельность патогенных бактерий, таких как стафилококк, грибы рода Candida и другие. Они проявляют свое антимикробное действие даже в незначительных концентрациях.
Альгинаты способны усиливать ослабленную перистальтику кишечника и протоков желчного пузыря, что позволяет применять их при ослаблении двигательной активности кишечника (метеоризме и вздутии живота), а также при дискинезии желчевыводящих путей.
Альгинаты не изменяют водно-солевой баланс, не поглощают в кишечнике сероводород, необходимый для перистальтики, не претерпевают метаболических превращений в организме, не токсичны и выводятся из организма в течение 24-48 ч. Их прием способствует ослаблению интоксикации, снижает содержание токсичных продуктов пищеварения (креатинин, мочевина, альдегиды, спирты) и уменьшает пищевые и инфекционные аллергические реакции.
Альгинаты широко используются для поддержания и восстановления нарушенной иммунной системы, поскольку обладают уникальными иммуностимулирующими способностями.
Альгинатные препараты способствуют фагоцитозу, что обеспечивает их антимикробную, противогрибковую и противовирусную активность. Они притягивают (сорбируют) и делают тем самым неактивными циркулирующие в крови иммунные комплексы, когда их образуется чрезмерное количество и организм не успевает от них очиститься. Альгинатные препараты способны сорбировать (связывать) избыточное количество иммуноглобулинов особого класса (Е), участвующих в развитии острых аллергических реакций и заболеваний. Гипоаллергенный эффект особенно ярко выражен у альгината кальция, который благодаря наличию ионов кальция предотвращает выброс биологически активных веществ (гистамина, серотонина, брадикинина и др.), вследствие чего аллергическое воспаление не развивается.
Альгинаты стимулируют синтез антител местной специфической защиты -иммуноглобулинов класса А. Это в свою очередь делает кожу и слизистые оболочки дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта более устойчивыми к патогенному действию микробов.
Альгинатные покрытия оказались эффективными в стоматологической практике при лечении пародонтоза и других заболеваний полости рта.
Хирурги широко используют для лечения ран, ожогов, трофических язв, пролежней саморассасывающиеся ранозаживляющие повязки, изготовленные на основе альгинатов. В обширном ассортименте перевязочных средств особое место занимают именно рассасывающиеся на ране лечебные повязки на основе альгинатов. Опыт клинического применения таких повязок на раны и ожоги показал, что они обладают хорошими дренирующими свойствами, ускоряют очищение ран, снижают их инфицированность, заметно снижают отек окружающих тканей, обладают выраженным кровоостанавливающим действием, способствуют благоприятному течению раневого процесса. Не менее эффективными являются мази, кремы и гели на их основе.
Альгинаты широко используются при изготовлении таблеток, капсул, мазей, гелей. Способность к быстрому набуханию при контакте с водой позволяет использовать их в качестве разрыхлителей при создании таблетированных средств. Альгинаты применяются в качестве эмульгаторов, загустителей, стабилизаторов суспензий при изготовлении паст, мазей, стойких эмульсий. Их использование при изготовлении желатиновых капсул и микрокапсул позволяет создавать препараты с избирательной растворимостью в определенных отделах желудочно-кишечного тракта.
Исследования, проведенные в Санкт-Петербургском научно-исследовательском институте вакцин и сывороток, показали, что применение альгинатов повышает эффективность противовирусных вакцин и позволяет снизить дозу антибактериальных препаратов при их совместном использовании. Там же было изучено лечебное действие солей альгиновых кислот при иммунодефицитах, вызванных ожогом и стрессом. Доказано, что применение их способствовало снижению токсемии, усиливало регенерацию ожоговой раны, стимулировало активность В-лимфоцитов и макрофагов.
С успехом применяются они в комплексной терапии при заболеваниях сердечно-сосудистой системы. Их лечебный эффект обусловлен антикоагулянтным, антиоксидантным и гипотензивным действием. Альгинатные препараты снижают содержание уровня холестерина крови, обладают спазмолитическим действием. Получены положительные результаты лечения у больных с ишемической болезнью, миокардиодистрофией, у больных с нарушением ритма. Прием альгинатов способствовал снижению дозы базисных препаратов при лечении данных патологий, а также обеспечивал выведение из организма аутоантител и циркулирующих иммунных комплексов, играющих одну из основных патогенетических ролей в развитии болезней сердца и
сосудов.
Химическая структура и ионно-обменные свойства альгиновой кислоты определяют ее сорбционное и гемостатическое действие, а также способность активно влиять на рецепторную активность клеток и внеклеточных структур. Наилучшим образом это проявляется в отношении радионуклидов и солей тяжелых металлов, что подтверждено многочисленными исследованиями российских и зарубежных ученых. В эксперименте сорбция радионуклидов стронция и цезия составляла до 90%, что позволило уже сейчас широко использовать препараты на основе альгиновой кислоты.
Исследования, проводимые более чем в 10 странах, показали, что наибольшей эффективностью для связывания и выведения из организма человека инкорпорированных радионуклидов и тяжелых металлов обладают альгинаты - соли альгиновых кислот, единственным источником которых являются бурые водоросли - ламинарии и фукусы.
Многочисленные токсикологические исследования, проведенные в мире в 40-70-х гг., подтвердили безвредность альгината натрия и возможность использования альгинатов в качестве пищевых добавок. При этом были установлены допустимые для человека дозы альгината натрия: до 50 мг/кг веса в сутки. В 1965 г. они были рассмотрены объединенным Комитетом экспертов ФАО/ВОЗ и приняли рекомендательную силу.
В 1987 г. Американским обществом ядерной физики был подготовлен доклад, в котором отмечалось, что альгинат кальция выводит радиоактивный стронций с эффективностью до 80%. Специальными опытами установлено, что через сутки альгинатом кальция было связано 100% урана и тория, 98% америция и что сродство альгината кальция к радионуклидам бария, лантана, циркония, рутения заметно выше, чем сродство к стронцию. Следовательно, эффективность выведения этих избирательно накапливающихся в костной ткани радионуклидов более высока, чем стронция. Эффективность выведения церия и цезия также высока.
Аналогичные данные получены украинскими исследователями. Государственный научный центр лекарственных средств (ГНЦЛС, г. Харьков) совместно с Харьковским научноисследовательским институтом медицинской радиологии в результате экспериментальных и клинических исследований установили новые, ранее не известные свойства альгината натрия -лечебно-профилактическое действие на организм в условиях внешнего облучения.
В основе механизма противорадиационного действия альгината натрия лежит его специфическое воздействие на мембраны клеток крови, слизистые желудка и кишечника, в результате чего резко возрастает их устойчивость к повреждающим факторам. Поглощаемые организмом радионуклиды - стронций и цезий - выводятся под влиянием альгината натрия и кальция до 100%.
В процессе доклинического изучения альгинат натрия показал себя как практически безвредное средство, что позволило Фармакологическому комитету Минздрава СССР в 1987 г. разрешить его применение в медицинской практике в качестве вспомогательного вещества при производстве готовых лекарственных препаратов.
На основе альгината натрия в ГНЦЛС разработаны два лекарственных препарата: альгигель и канальгат, обладающих свойствами энтеросорбентов по отношению к радионуклидам (стронцию и цезию) и тяжелым металлам, а также гастропротективным действиям при заболеваниях желудочно-кишечного тракта [24-34].
В косметологии широкое распространение получили альгинатные маски. Они так называются, потому что при их изготовлении используются соли альгиновой кислоты (альгинаты) и диатомовые водоросли (диатомовая земля) - это основа маски, которая по физическим свойствам подобна агару или желатину, то есть застывает в плотную эластичную массу [35-39].
Уже сама по себе, даже без добавок, альгинатная маска обладает лифтинговым (подтягивающим), моделирующим эффектом, оказывает дренажное действие, улучшая отток крови
и лимфы, способствует рассасыванию застойных пятен.
Альгинатные маски находят активное применение после сеансов мезотерапии, чисток лица, в антицеллюлитных программах, для профилактики варикозного расширения вен [40, 41].
Альгинаты применяются в качестве загустителей и/или гелеобразователей в десертах, плавленых сырах, домашнем сыре, творожных изделиях, соусах, консервированных овощах и грибах, в мясных консервах, мороженом; влагоудерживающего агента в хлебе и кондитерских изделиях. Обычно используемые количества, г/кг: десерты, кремы, наполнители 5-10; соусы, майонезы, мороженое 2-7; консервированные овощи и грибы 5-10; плавленые сыры до 8; домашний сыр 5; творожные изделия 5-7; кондитерские изделия, снеки 5-30. Используется для оклейки вина вместо желатина, для очистки соков в производстве сахара-сырца (до 20 мг/л). Альгинат натрия пищевой внесен в перечень сырья в ГОСТ 30004.1 «Майонезы. Общие ТУ» [42].
Основным свойством альгинатов является способность образовывать особо прочные коллоидные растворы, отличающиеся кислотоустойчивостью. Растворы альгинатов безвкусны, почти без цвета и запаха. Они не коагулируют при нагревании и сохраняют свои свойства при охлаждении, при замораживании и последующей дефростации. Поэтому наиболее широко альгинаты применяются в пищевой промышленности в качестве студнеобразующих, желирующих, эмульгирующих, стабилизирующих и влагоудерживающих компонентов. Добавление 0,1-0,2% альгината натрия в соусы, майонезы, кремы улучшает их взбиваемость, однородность, устойчивость при хранении и предохраняет эти продукты от расслаивания. Введение 0,1-0,15% альгината натрия в варенье и джемы предохраняет их от засахаривания. Альгинаты вводятся в состав мармеладов, желе, разнообразных заливных блюд. Их добавление в состав различных напитков предупреждает выпадение осадка. Альгинат натрия может использоваться также в качестве замутнителя при производстве безалкогольных напитков. Сухой порошкообразный альгинат натрия используют для ускорения растворения сухих порошкообразных и брикетированных пищевых продуктов (растворимые кофе и чай, порошкообразное молоко, кисели и т. д.). Альгинаты применяются для приготовления формованных продуктов - аналогов рыбного филе, фруктов
и т. д., широко используются для приготовления гранулированных капсул, содержащих текучие пищевые продукты. Водные растворы солей альгиновой кислоты используют для замораживания филе мяса, рыбы и морских беспозвоночных животных. За последние десятилетия особенно быстро росло потребление альгината для приготовления сливочного мороженого, которому он придает нежную консистенцию и значительно увеличивает стабильность при хранении.
В мире производится почти 300 наименований продуктов на основе альгината. Важнейшие пищевые добавки из них (альгиновая кислота, альгинат натрия, альгинат калия, альгинат аммония, альгинат кальция, альгинат пропан-1,2-диол) официально утверждены в большинстве стран и имеют соответствующие индексы Е400, Е401, Е402, Е403, Е404 и Е405 [43-47].
Последние исследования альгинатов и альгинатсодержащих продуктов установили несомненный терапевтический эффект при лечении желудочно-кишечных и аллергических заболеваний, интоксикации организма тяжелыми металлами и радионуклидами, показаны направления использования альгинатсодержащих продуктов в лечебно-профилактическом питании.
Ионообменные свойства альгиновой кислоты и ее солей (альгинатов) считаются наиболее важными с медицинской точки зрения, в отличие от других сорбентов, обладающих высокой константой стойкости с кальцием, альгиновая кислота связывает в организме человека вредные «тяжелые» металлы без нарушения кальциевого обмена. В модельных экспериментах было показано, что альгинаты избирательно сорбируют на себе «тяжелые» металлы, в частности стронций, во много раз активнее, чем кальций. Способность альгината осуществлять энтеросорбцию металлов была также изучена в опытах на животных, в рацион которых добавляли хлорид свинца, а в рацион экспериментальной группы - еще и альгинат натрия. Результаты свидетельствуют о достоверном снижении депонированного свинца и кадмия в печени и почках экспериментальной группы крыс. В то же время содержание физиологически важных элементов -железа и меди - существенно не изменялось.
Функциональные свойства альгинатов не изменяются в процессе термообработки при изготовлении пищевых продуктов. Поэтому альгинаты как энтеросорбенты можно применять и в виде препаратов, и в составе пищевых продуктов. В 1990 г. Всемирной организацией ФАО ВОЗ было снято ограничение в ежедневном потреблении альгината человеком, но значительное увеличение концентрации альгината натрия в продукте приводит к повышению вязкости и неприятным ощущениям. В результате экспериментов было рекомендовано использовать как наиболее эффективный энтеросорбент - альгинат кальция, нерастворимый, но хорошо набухающий в воде, до 10 г ежедневно, или препарат витальгин-1, содержащий альгинат кальция.
Целесообразно в качестве лечебно-профилактического средства применять низкомолекулярные альгинаты, что позволяет повышать их концентрацию без заметного увеличения вязкости продукта.
В последние годы в литературе появились сведения о попытках разработать препараты для лечения гастроэнтерологических и аллергических заболеваний на основе водорастворимого альгината или альгинатов со сложным составом элементов.
Исследования показали, что альгинаты в растворе, а также в составе продуктов оказывают обволакивающее действие и способствуют значительному ослаблению патологических рефлексов, в том числе и болевых. Механизм действия альгинатов предположительно можно описать следующим образом: введение в желудочно-кишечный тракт альгината натрия в растворе или в составе продуктов и смешивание с соляной кислотой желудочного сока создает условия для образования гелевой структуры - альгиновой кислоты, которая покрывает слизистую по типу желудочной повязки, что регулирует деятельность рН рецепторов, связывая Н+ ионы и препятствуя их выходу в желудок.
Совместно с НИИ эпидемиологии и микробиологии СО РАМН проведены исследования влияния 1%-ных растворов альгината натрия при ежедневном употреблении на дисбактериоз кишечника разной степени тяжести у детей. При этом было установлено, что растворы альгинатов удерживают основную облигатную микрофлору кишечника, подавляя деятельность факультативных бактерий, таких как стафилококк, грибы рода Candida и др. Альгинат натрия проявляет антимикробные свойства даже в незначительной концентрации (0,125%), создает мукоидную защиту, а также связывает и выводит токсические вещества.
Не менее полезны и морские бурые водоросли в натуральном виде, поскольку они содержат комплекс биологически активных веществ: альгиновые кислоты, фукоидан, аминокислоты, витамины, биогенные микро- и макроэлементы, клетчатку и т. д.
В то же время водоросли содержат структурно-связанную альгиновую кислоту, практически нерастворимую в воде, и поэтому не обладают вязкостными, обволакивающими свойствами. Очистка функциональной группы альгинатов водоросли от катионов металлов позволила получить из ламинарии японской густой гелеобразный продукт зеленоватого цвета, содержащий свободный альгинат (так называемый «Ламиналь»).
Результаты клинических испытаний альгинатов и альгинатсодержащих продуктов показали несомненный терапевтический эффект при лечении желудочно-кишечных и аллергических заболеваний. Установлено, что их использование как в виде чистых препаратов, так и в составе пищевых продуктов и напитков необходимо при интоксикации организма тяжелыми металлами, такими как свинец и кадмий, а также радионуклидами. Рекомендовано больным не менее двух раз в год проходить курс лечения альгинатсодержащими продуктами [30, 31, 48, 49, 50].
Таким образом, использование альгинатов и альгинатсодержащих препаратов -перспективное направление в технологии продуктов питания. В процессе технологической обработки альгинаты не теряют своих функциональных и биологических свойств как в выделенном состоянии, так и в составе пищевых компонентов. К настоящему времени сложилась устойчивая тенденция в пищевой отрасли использовать при приготовлении пищевых продуктов, в частности эмульсионных и БАД, ламинариевые и фукусовые водоросли, вследствие их технологичности и высокого содержания альгинатов и других БАВ.
В своей работе мы рассмотрели некоторые аспекты производства эмульсионных продуктов на основе водорослей. Функционально-технологическая эффективность водорослевого сырья при производстве эмульсионных продуктов зависит не только от количества альгинатсодержащих веществ, но в значительной степени и от подбора рациональных режимов первичной обработки, сушки и хранения водорослей. Именно сушка водорослей является одной из наиболее ответственных стадий производства высокоэффективного растительного эмульгатора из бурых водорослей. Выбор метода сушки и оптимизация ее параметров должны обеспечить максимальный выход альгинатсодержащих веществ, которые определяют функциональнотехнологические свойства и качество природного эмульгатора.
Выбор способов и режимов сушки растительного сырья в основном зависит от его морфологического строения, степени предварительной подготовки, степени измельчения растений. Нами было исследовано влияние различных видов сушки (в естественных условиях, в конвективной сушилке при разных температурах) на сохранение функциональных свойств альгинатсодержащих компонентов в майонезных соусах.
Материалом для исследования были свежесобранные камчатские бурые водоросли Fucus evanescens (Ag.) Для обеспечения равных условий в процессе сушки все собранные растения
измельчали на частицы размером 5 мм. Нами была проведена сушка водорослей при следующих условиях:
- в естественных условиях при температуре окружающего воздуха 15оС;
- в сушильном шкафу при температуре 25оС;
- в сушильном шкафу при температуре 100оС.
Длительность процесса естественной сушки составила 22 ч, в сушильном шкафу при температуре 25°С - 5 ч, в сушильном шкафу при температуре 100°С - 2 ч. Процесс сушки продолжался до достижения продуктом равновесной влажности, соответствующей параметрам воздуха, после чего обезвоживание прекращалось [1].
Сушка в естественных условиях при большой длительности процесса малопроизводительна и требует больших производственных площадей. При этом следует отметить вредное влияние условий окружающей среды на процесс сушки и показатели качества готового продукта. Полагаем, что иногда в целях экономии энергии при обработке небольшой массы сырья возможно использование процесса сушки в естественных условиях. Однако при переработке больших объемов водорослей в течение короткого периода времени требуется использование сушилок с более интенсивным процессом сушки.
Самым распространенным тепловым способом сушки растительного сырья является конвективный метод, позволяющий интенсифицировать процесс теплообмена. На нем основана работа большинства сушильных установок во всем мире. Конвективный способ сушки прост
в использовании и отличается от сушки в естественных условиях возможностью регулирования температуры сушильного агента [2]. Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что сушка водорослей при температуре 100°С позволяет высушить материал без потери качества в течение 2 ч.
Влияние различных видов сушки на качество водорослей определяли по органолептическим, физико-химическим показателям и функционально-технологическим свойствам полученных соусов.
Органолептические и физико-химические показатели водорослей, высушенных разными способами сушки, представлены в табл. 1.
Таблица 1
Органолептические и физико-химические показатели сушеных водорослей
Наименование показателей Характеристика режимов сушки
Сушка в естественных условиях Сушка при температуре 25оС Сушка при температуре 100оС
Внешний вид Частицы размером 3-5 мм, форма - прямая или изогнутая,
поверхность - морщинистая
Цвет Черно-коричневый
Запах Йодистый, без посторонних запахов
Наличие заплесневелых участков Не обнаружено
Влажность, % 17 10 10
Результаты исследований показали, что водоросли, высушенные разными способами, имели сходные органолептические и физико-химические показатели.
Для изучения влияния различных методов сушки на качество сухих водорослей определяли функционально-технологические свойства полученных из них впоследствии майонезных соусов.
Рецептура разработанного соуса майонезного «Фукусового» представлена в табл. 2. В качестве контрольного образца использовали майонез с содержанием жира 20%, выработанный по стандартной технологии. В качестве стабилизатора эмульсии использовали кукурузный крахмал.
Рецептуры соусов майонезных, %
74
Таблица 2
Компоненты Контрольный образец Соус «Фукусовый»
Масло 20 20
растительное рафинированное
Яичный порошок 3,0 -
Кукурузный крахмал 0,7 -
Молоко сухое обезжиренное 1,6 -
Г орчичный порошок 0,75 0,75
Сода пищевая 0,05 -
Сахар-песок 1,5 1,5
Соль поваренная 1,0 1,0
Кислота уксусная 80%-ная 0,55 0,55
Вода 70,85 70,8
Водорослевая паста - 5,4
ИТОГО 100 100
Перед началом смешивания всех ингредиентов готовили водорослевую пасту. Для этого водоросли заливали водой в соотношении 1:2 и выдерживали в течение 40 мин для набухания. Затем водоросли измельчали и перемешивали с помощью миксера БУ-600 в течение 5 мин до однородной консистенции. Смешивали все ингредиенты по рецептуре. Опытные образцы соусов майонезных расфасовывали в стеклянные банки с винтовой крышкой массой нетто 100 г и хранили в холодильной камере при температуре (4±2)°С в течение 40 сут.
Соус майонезный «Фукусовый» имел следующие органолептические характеристики (табл. 3).
Таблица 3
Органолептические показатели майонезных соусов
Наименование показателя Контрольный образец Соус майонезный «Фукусовый»
Внешний вид и консистенция Однородная, густая, сметанообразная масса с единичными пузырьками воздуха Однородная, густая, сметанообразная масса с единичными пузырьками и с вкраплениями бурых частиц измельченных водорослей
Вкус и запах Майонезный, без посторонних запахов и привкусов
- Возможен слегка йодистый привкус
Цвет Светло-бежевый Светло-бежевый с зеленоватым оттенком
Для оценки реологических параметров готового продукта было определено предельное напряжение сдвига. Результаты определений приведены в табл. 4.
Таблица 4
Предельное напряжение сдвига майонеза, полученного с использованием водорослей, высушенных разными способами, КПа
Контрольный образец Характеристика режимов сушки
Сушка в естественных условиях Сушка при температуре 25оС Сушка при температуре 100оС
25 23 21 17
Таким образом, при замене яичного порошка, молока, крахмала и соды водорослевым компонентом в соусе мы смогли получить достаточно хороший по органолептическим и реологическим свойствам продукт, который за счет исключения из рецептуры части калорийных компонентов можно будет использовать в диетическом питании, а внесение водорослевого сырья сделает его обогащенным ценными пищевыми компонентами. Оценивая влияние способов сушки на реологические показатели соусов, видим, что наилучшими показателями обладают майонезы, изготовленные с использованием водорослей, высушенных в естественных условиях. Близкие показатели получены у майонеза с использованием водорослей, высушенных методом холодной сушки (при температуре не выше 25оС). Применение горячей сушки существенно снижает
реологические параметры готового продукта, поэтому ее использование мы считаем нецелесообразным.
Литература
1. Levis G., Stanley N., Guist G. Commercial production and applications of algal hydrocolloids / Algae and Human Affairs. - Seattle: University of Washington, 1988. - P. 206-232.
2. Moe S.T., Draget K.I., Skjak-Brak G. Alginate / Food Polysaccharides and their applications. -New York, 1995. - 245 p.
3. Калаковский Э. Технология рыбного фарша. - М.: Агропромиздат, 1991. - 220 с.
4. Вафина Л.Х. Обоснование комплексной переработки бурых водорослей (PHAEOPHYTA) при получении функциональных пищевых продуктов // Дис.... канд. тех. наук. - М., 2010. -177 с.
5. OakenfuulD.G. Food gest. CSIRO Food Research Quart. - 1984. - Vol. 44, № 3. - P. 49-50.
6. Богданов В.Д., Сафронова Т.М. Структурообразователи и рыбные композиции. -М.: ВНИРО, 1993. - 172 с.
7. Walker B. Gums and stabilisers in food formulations Cums and Stab. / Food Ind. - 1984. -V. 2. - P. 137-161.
8. Correlation between Chemical Structure and Physiol. Properties of Alginates / A. Haug,
A. Myklested, B. Larsen, O. Smidsrod. - Acta Chem. - 1967. - V. 21, № 3. - P. 768-777.
9. Chioptical and stachiometric evidence of a specific, primary demineralization process in alginate / E.R. Morris, D.A. Rees, D. Thom, J. Boyd. - 1978. - № 6. - P. 145-154.
10. Naiya Z., Yanxia Z., Xiao F. Изучение состава и последовательности остатков уронатов в составе альгинатов бурых водорослей Laminaria и Sargassum из Китая / Haiyang yu huzhao: Oceanol. et limnol. Sin. - 1992. - № 4. - P. 445-453.
11. Haug A. Composition and properties of alginates: Report № 30 - Oslo: Norwegian Inst. Of Seaweeds Res. - 1964. - 123 p.
12. Humphreyses E.R. Preparation of an oligoguluronide from sodium alginate / Carb. Res. - 1967. -№ 4. - P. 216-218.
13. Взоров AM, Никитков В.А., Жген А.Н. Стабилизаторы в производстве майонезов и маргаринов / Пищ. пром-сть. - 1997. - № 12. - С. 28-31.
14. Грешнов А.Г., Взоров А.Л., Никитков В.А. Пищевые добавки фирмы The NutraSweet Kelco Company (Великобритания) / Пищ. пром-сть. - 1997. - № 11. - С. 68-71.
15. Кизеветтер И.В. Промысел и обработка морских растений в Приморье. - Владивосток: Дальневост. кн. изд-во, 1966. - 103 с.
16. Кизеветтер И.В., Суховеева М.В., Шмелькова Л.П. Морские водоросли и травы дальневосточных морей. - М.: Пищ. пром-сть, 1981. - 113 с.
17. Лукичев О.П. Процесс отбеливания альгинатных растворов // Материалы рыбохоз. исслед. сев. бассейна. - Мурманск, 1970. - Вып. 13. - С. 119-124.
18. Баранов B.C. Разработка технологии производства пищевого альгината натрия из фукусов и его использование в промышленности / МИНХ: Реф. НИР и ОКР. - 1982. - Сер. 12, № 6. - 55 с.
19. Подкорытова А.В., Шмелькова Л.П. Получение альгината натрия из отходов при обработке ламинариевых // Изв. ТИНРО. - 1983. - Т. 108. - С. 53-56.
20. Гернет Н.Л., Виноградова Г.В. Пути повышения качества альгината натрия // Материалы рыбохозяйственных исследований. - Мурманск, 1970. - Вып. 12. - С. 111-113.
21. Шмелькова Л.П. Изучение приморской анфельции и деталей технологии приморского агара // Изв. ТИНРО. - 1957. - Т. 100. - С. 129-172.
22. Бокова Е.М., Титов В.М. Сырьевые и производственные проблемы Архангельского опытного водорослевого комбината // Материалы 1-й Междунар. конф. «Морские прибрежные экосистемы: водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки». - М.: ВНИРО, 2002. -С. 110-116.
23. Репина О.И., Муравьева Е.А., Подкорытова А.В. Химический состав промысловых бурых водорослей Белого моря // Тр. ВНИРО: Прикладная биохимия и технология гидробионтов. - 2004.
- Т. 143. - С. 93-99.
24. Возжинская В.Б., Камнев А.Н. Эколого-биологические основы культивирования и использование морских донных водорослей. - М.: Наука, 1994. - 153 с.
25. Воскобойников Г.М., Зубова Е.Ю. Сохранение жизнеспособности морских водорослей в условиях отрицательных температур // Промысловые и перспективные для использования
водоросли и беспозвоночные Баренцева и Белого морей. - Апатиты: КНЦ РАН, 1998. - С. 243249.
26. Гурин И.С., Ажгихин И.С. Биологически активные вещества гидробионтов - источник новых лекарств и препаратов. - М.: Наука, 1981. - 186 с.
27. Дильбарханов Р.Д., Ярошенко Е.Б., Унербаев Б. В. Альгинаты и их возможности применения в фармацевтической практике // Мед. журн. Казахстана. - 1978. - № 1. - С. 40-43.
28. Зубов Л.А. Морская аптека. - Архангельск: Академия, 1998. - 26 с.
29. Некрасов В.Б., Беспалов В.Г. Содержание мышьяка в бурой морской водоросли ламинарии и в биологически активных добавках к пище на ее основе. Изучение и применение лечебнопрофилактических препаратов на основе природных БАВ. - СПб, 2000. - С. 385-387.
30. Нилов Д.Ю., Некрасова Т.Э. Современное состояние и тенденции развития рынка функциональных продуктов питания и пищевых добавок // Пищевые ингредиенты. Сырье и добавки. - 2005. - № 2. - С. 28-29.
31. Облучинская Е.Д., Воскобойников Г.М. Биологически активные вещества бурых водорослей: содержание, сезонная динамика, фармакологическая активность // Современные информационные биологические технологии в освоении ресурсов шельфовых морей. - М.: Наука, 2005.- С. 300-309.
32. Патент РФ № 2041656. Способ получения пищевого полуфабриката из ламинариевых водорослей / A.B. Подкорытова, Е.А. Ковалева, Н.М. Аминина. Россия. - 1995.
33. Пантелеева А.П. Некоторые закономерности взаимодействия альгиновой кислоты с катионами металлов // Радиационная и химическая экология гидробионтов. - Киев: Наукова Думка, 1972. - С. 112-115.
34. Усов А.И., Чижов О.С. Химические исследования водорослей // Новое в жизни, науке, технике. - М.: Знание, 1988. - Сер. Химия, № 5. - 48 с.
35. Распространение, запасы и химический состав некоторых видов бурых водорослей северных Курил // Материалы Первой междунар. науч.-практ. конф. «Морские прибрежные экосистемы: водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки» / А.И. Усов, Г.П. Смирнова, B.C. Огородников, A.B. Подкорытова, A.B. Кушева.- М.: ВНИРО. - С. 225-230.
36. Патент РФ № 2142812 РФ. Способ комплексной переработки сухого сырья водорослей /
В.В. Фомин, В.А. Вайнштейн, И.Е. Каухова, Ю.А. Лимаренко. Россия. - 1999.
37. Хоменко В.А. Общая характеристика полисахаридов бурых водорослей // Химия и биохимия углеводов. - М., 1969. - 124 с.
38. Физико-химические свойства, физиологическая активность и применение альгинатов -полисахаридов бурых водорослей / Ю.С. Хотимченко, В.В. Ковалев, О.В. Савченко, О.А. Зиганшина // Биол. моря. -2001. - Т. 27, № 3. - С. 151-162.
39. Ясницкий Б.Г., Безуглая Л.П., Дольберг Е.Б. Альгиновая кислота в фармации и медицине // Фармация. - 1979. - Т. 28, № 6. - С. 58-61.
40. Пашинина Е.И., Шерман Л.Б., Жильцова Г.И. Использование альгината натрия в косметических изделиях: Обзор. - М.: ЦНИИпищепром, 1972. - 12 с.
41. Барашков В.Г. Химия водорослей. - М.: Пищ. пром-сть, 1963. - 143 с.
42. Барашков Г.К. Сравнительная биохимия водорослей. - М.: Пищ. пром-сть, 1972. - 293 с.
43.БулдаковА.В. Пищевые добавки. Справочник. - СПб.: Фолио, 2002. - 293 с.
44. Кизеветтер И.В., Суховеева М.В., Шмелькова Л.П. Морские водоросли и травы дальневосточных морей. - М: Пищ. пром-сть, 1981. - 113 с.
45. Взоров А.Л, Никитков В.А., Жген А.Н. Стабилизаторы в производстве майонезов и маргаринов // Пищ. пром-сть. - 1997. - № 12. - С. 28-31.
46. Воронова Ю.Г. Современная технология производства продукции из водорослей. - М., 1996. - 28 с.
47. Кавецкий Г.Д., Васильев Б.В. Процессы и аппараты пищевых технологий. - М.: Колос,1999. - 551 с.
48. Лыков А.В. Теория сушки. - М.: Энергия, 1968. - 472 с.
49. Подкорытова A.B. Эмульсионные продукты на основе геля из бурых водорослей // Материалы Междунар. науч. конф. «Инновации в науке и образовании - 2006». - Изд-во КГТУ, 2005.- С. 234-235.
50. Репина О.И. Обоснование и разработка комплексной технологии биологически активных веществ из фукусовых водорослей Белого моря / Автореф. дис.... канд. тех. наук. - М.: Мир, 2010.
- 25 с.
78
