Биотехнология создания функциональных продуктов из морских водорослей

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

БИЙСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»

Реферат на тему:

«Биотехнология создания функциональных продуктов из морских водорослей»

Выполнил

студент группы БТ-21

Базеева Е.Е.

Проверил

доцент Обрезкова Н.В.

Бийск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ВОДОРОСЛИ И ИХ УНИКАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА

1.1 Общая характеристика \водорослей

1.2 Водоросли как важнейшие источники БАВ

2. Альгинаты

2.1 Характеристика альгиновых кислот и альгинатов

2.2 Применение альгинатов

2.3 Технология производства альгината натрия

3. МАННИТ

3.1 Характеристика спирта

3.2 Применение маннита

3.3 Технология получения спирта маннита из фукусовых водорослей

4. АГАР-АГАР

4.1 Характеристика понятия агар-агара

4.2 Применение агара3

4.3 Технология производства агара из дальневосточной анфельции

5. Каррагинан

5.1 Общая характеристика полисахарида

5.2 Применение каррагинана

5.3 Технология выделения каррагинана из красных водорослей

6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДОРОСЛЕЙ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

6.1 Технология использования экстрактов водорослей в производстве водок особых

6.2 Технология получения фикоцианина из термофильных сине-зеленых водорослей как пищевой добавки

6.3 Технология использования каррагинана в производстве мясной продукции и рассола для инъецирования

6.4 Создание функционального продукта из адаптогенного сырья

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ



ВВЕДЕНИЕ

Понятие «функциональные продукты» появилось в Японии, где в 1989 г. был принят закон о производстве таких продуктов. Потребительские свойства функциональных продуктов включают три составляющие: пищевую ценность, вкусовые свойства, физиологическое воздействие. Традиционные продукты характеризуются только первыми двумя составляющими. По сравнению с ними функциональные продукты должны быть полезными для здоровья и не причинять организму человека вреда.

Создание функциональных продуктов немыслимо без нетрадиционных ингредиентов. Обычно под этим определением понимают всю совокупность веществ, преднамеренно вносимых в системы в ходе технологического потока для улучшения его качества, продления сроков хранения готового продукта или повышения его биологической ценности, а также создания продуктов специального назначения [1].

Водоросли широко используются в биотехнологии. Помимо белка, жира и углеводов они содержат минеральные вещества, микроэлементы и витамины, поэтому находят применение в разных отраслях промышленности. водоросль биотехнология пищевой

В Швеции, Норвегии, Дании, Франции, Шотландии, Исландии, Японии, Америке, на Севере и Дальнем Востоке России водоросли используют как кормовое средство для сельскохозяйственных животных.

Наряду с кормами водоросли давно применяют в сельском хозяйстве в качестве удобрений. Биомасса обогащает почву, пополняет ее бактериальную микрофлору.

Гидролизаты белка зеленой водоросли Scenedesmus используются в медицине и косметической промышленности. В Израиле на опытных установках проводятся эксперименты с зеленой одноклеточной водорослью Dunaliella bardawil, которая синтезирует глицерол, использующийся в качестве увлажнителя кожи.

Водоросли -- единственный источник получения агара, агароидов, каррагинина, альгинатов. В нашей стране основным источником агара служит красная водоросль анфельция (Ahnfeltia tobuchiensis). Общие запасы этого вида водорослей в Приморье оцениваются от 50 до 80 тыс. тонн сырых растений [2].

Хорошие результаты получены при использовании симбиотической смеси, содержащей водоросли и активный ил. При доминировании такой смеси Chlorella, Scenedesmus, Anaboena, Oscilatoria загрязнение снижается до 80-90 %. Симбиотически активный ил более полно, чем бактериальный, извлекает биогенные элементы [3].

В данной работе будут рассмотрены некоторые продукты жизнедеятельности водорослей, области их применения, технологии получения, свойства.



1. ВОДОРОСЛИ И ИХ УНИКАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА

1.1 Общая характеристика \водорослей

Водоросли (от латинского Algae), группа низших, автотрофных, обычно водных, растений; содержат хлорофилл и другие пигменты и вырабатывают органические вещества в процессе фотосинтеза [4]. Они возникли около 2,5 млрд. лет назад. Общее число видов водорослей составляет около 35 тыс. [5].

Водоросли -- главные производители органических вещества в водной среде. Около 80 % всех органических веществ, ежегодно создающихся на земле, приходится на долю водорослей и других водных растений. Водоросли прямо или косвенно служат источником пищи для всех водных животных [4].

1.2 Водоросли как важнейшие источники БАВ

В большинстве морских водорослей присутствуют следующие наиболее изученные компоненты: полисахариды (альгиновая кислота и ее соли, фукоидан, ламинаран), азотосодержащие вещества, моно- и дийодаминокислоты, глютаминовая и аспарагиновая аминокислоты, жирные кислоты (линолевая, линоленовая и др.), пигменты, витамины (C, D, E, P, K, группы B, фолиевая кислота), микроэлементы. Активность минеральных веществ в морских водорослях в 10-100 раз выше, чем у наземных растений.

Биологически Активные Вещества из морских водорослей обладают противоопухолевым, онкопрофилактическим, антимутагенным, радиопротекторным, гиполипидемическим, гипотензивным, антикоагулянтным, антимикробным, противовирусным, антибактериальным, противогрибковым, противовоспалительным, иммуномодулирующим и длругими полезными свойствами.

Исследование таких видов бурых водорослей Тихоокеанского шельфа, как Undaria pinnatifida (ундария перистонадрезная) и Costaria costata (костария ребристая), показали, что они содержат большое количество физиологически активных веществ. Костария ребристая - много кальция, непосредственно участвующего в обмене веществ; ундария перистонадрезная - много полисахаридов: ламинаран и фукоидан, которые благотворно влияют на функционирование почек, печени, сосудисто-сердечной деятельности, укрепляют иммунную систему [6]

2. Альгинаты

2.1 Характеристика альгиновых кислот и альгинатов

Альгиновые кислоты (от лат. alga - морская трава, водоросль) - это полисахариды, молекулы которых построены из остатков в-D-маннуроновой и б-L-гулуроновой кислот, находящихся в пиранозной форме и связанных в линейные цепи гликозидными связями [7]. Блоки, построенные из полиманнуроновой кислоты, придают вязкость альгинатным растворам, блоки гулуроновой кислоты ответственны за силу геля и специфическое связывание двухвалентных ионов металлов. Альгинаты представляют собой аморфные бесцветные или слабо окрашенные вещества. Плохо растворимы в холодной воде, растворимы в горячей воде и растворах щелочей; при подкислении растворы образуют гели. Альгинаты можно получать более чем из 300 видов бурых водорослей, структурными элементами клеточных стенок которых они являются, в частности из Laminaria hyperborea, Macrocystis pyrifera и Ascophyllum nodosum, в меньшей степени из L. digitata, L. japonica, Ecklonia maxima, Lessonia nigrescens и некоторых видов Sargassum [8].

2.2 Применение альгинатов

Соли альгиновых кислот - загустители, стабилизаторы суспензий и паст. Гидрофобные свойства нерастворимых в воде альгинатов применяются при изготовлении водонепромокаемой пряжи, тканей, одежды из кожи. Альгинаты используют в текстильной промышленности для загущения красок. В целлюлозно-бумажной промышленности используется для отделки бумаги. В пищевой промышленности для капсулирования, благодаря чему увеличивается срок годности продуктов, влагоудерживающий агент, регулирующий активность воды в продукте и, тем самым, предохраняющий от высыхания. Добавление 0,1-0,2 % альгината натрия в соусы, майонезы и кремы улучшает их взбиваемость, однородность, препятствует расслоению. Введение 0,1-0,15 % альгината натрия в варенье и джемы предохраняет их от засахаривания. Гелеобразователи в производстве мороженого и других молочных продуктов. Используются в производстве фармацевтических препаратов и косметических средств [9].

Альгиновые кислоты и альгинаты обладают рядом замечательных особенностей, позволяющих использовать их в медицине:

- ионообменные свойства, лежащие в основе защиты организма от солей тяжелых металлов;

- способность элиминировать радионуклиды;

- противоаллергические и иммуномодулирующие свойства, связанные с возможностью сорбировать иммунные комплексы, иммуноглобулин Е, стимулировать секрецию иммуноглобулина А;

- способность восстанавливать функциональную активность макрофагов, что обеспечивает их антимикробную, противогрибковую и противовирусную активность;

- выраженный регенерационный и цитопротективный эффект для поврежденных тканей;

- антирефлюксное действие;

- высокая сорбционная активность;

- действие, восстанавливающее и стимулирующее перистальтику кишечника и обволакивающее действие за счет разбухания в просвете желудочно-кишечного тракта;

- слабое осмотическое слабительное действие [8].

2.3 Технология производства альгината натрия

Линия производства альгината натрия предназначена для получения альгината натрия из бурых водорослей (ламинарий и фукусов) и устанавливается на береговых предприятиях.

Сырые или сушеные водоросли очищают от посторонних примесей и направляют на измельчение (рисунок 1).

Рисунок 1 - Линия производства альгината натрия

1 - машина для измельчения водорослей; 2 - реактор, 3 - отстойник; 4 - фильтр; 5 - сборник; 6 - насос; 7 - осадительная ванна; 8 - промывочная ванна; 9 - смеситель; 10 - промежуточная емкость; 11 - сушилка; 12 - дробилка; 13 - разгрузочный циклон.

Равномерное измельчение гарантирует полное извлечение альгиновой кислоты. Дальнейшая обработка водорослей производится в реакторе, снабженном паровой рубашкой и мешалкой. В реактор, обогреваемый паром, заливают 2000-2500 л воды и добавляют 4 л серной кислоты: Раствор нагревают при перемешивании мешалкой до температуры 45-50 °С.

В подготовленный раствор загружают порцию водорослей (150-160 кг) и при постоянном перемешивании выдерживают в течение часа. В этот период подогрев реактора прекращают. После обработки раствор серной кислоты сливают и водоросли промывают водой. Промытые водоросли заливают раствором кальцинированной соды, включают подогрев реактора и при непрерывном перемешивании варят водоросли при температуре 60-70 °С в течение 3 часов. В процессе варки водоросли полностью развариваются, образуя смесь - галерту. По окончании варки в реактор подают воду. После тщательного перемешивания с водой галерту передают в отстойники, где ее разбавляют водой при барботировании сжатого воздуха в течение 15-20 минут. После перемешивания образовавшийся альгинатный раствор отстаивается в течение 3 часов и затем фильтруется.

Отфильтрованный раствор из сборника забирается насосом и подается, в осадительные ванны, для осаждения альгиновой кислоты, которое происходит при добавлении концентрированной серной кислоты и интенсивном перемешивании барботированием сжатого воздуха при температуре 18-20 °С. Выделившаяся в виде хлопьев альгиновая кислота в течение часа осаждается для образования плотного осадка, который спускается в промывочные ванны. Кислые воды через фильтр сливают в канали-зацию.

Промывочная ванна имеет ложное дно из фильтровальной ткани. Альгиновую кислоту промывают в течение 10-15 минут горячей, а затем холодной водой до остаточного содержания серной кислоты 0,4 на 1 кг альгиновой кислоты. Кислые промывные воды стекают в канализацию, промытую альгиновую кислоту направляют в смеситель, где смешивают с двууглекислой содой для получе-ния однородного раствора альгината натрия. Раствор содержит 3-4 % сухих веществ и имеет слабощелочную реакцию.

Полученный раствор высушивают в паровых вальцовых сушилках при температуре не выше 120 °С, Сушка осуществляется на двух па-раллельных горизонтальных вальцах, обогреваемых изнутри паром. Раствор подается в зазор между вальцами и высыхает на их поверхности тонкой пленкой, которая снимается ножами при вращении вальцов. Пленка падает в желоб, из которого шнеками передается к мельничному узлу [10].

3. МАННИТ

3.1 Характеристика спирта

Маннит (от латинского manna -- манна небесная) - шестиатомный спирт, содержится во многих растениях. Бесцветные кристаллы, сладкие на вкус, хорошо растворим в воде [11]. Обладает эмульгирующими и антиоксидантными свойствами. Содержится в ламинарии. Наиболее распространенным видом водорослей, содержащих спирт манит, обитающих в Баренцевом и Белом морях России, является Fucus vesiculosus (фукус пузырчатый) [12].

3.2 Применение маннита

Маннит и его производные применяют для получения поверхностно-активных веществ, олиф, смол, лаков, в пищевой промышленности, как подсластитель, а также как добавка, препятствующая образованию комков в молочных и других продуктах; в парфюмерии [13, 14].

Спирт обладает сильным мочегонным действием, способствуя быстрому выведению излишков жидкости из организма и восстанавливая нормальную проницаемость сосудистого русла. Маннит повышает почечный кровоток и поэтому показан при заболеваниях, сопровождающихся застойными явлениями в организме. Маннит способен восстанавливать функции организма при осложнениях, связанных с переливанием несовместимой крови [15].

3.3 Технология получения спирта маннита из фукусовых водорослей

Мурманский морской биологический институт КНЦ РАН и Санкт-Петербургская

химико-фармацевтическая академия совместно провели работы по созданию новой технологии комплексной обработки фукусовых водорослей, которая позволяет получить маннит, альгинат натрия, липидный комплекс и экстракт, содержащий фукоидан.

Для получения маннита используют водорослевый шрот, оставшийся после выделения липидно-пигментного комплекса. Общая схема обработки фукусовых водорослей представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема комплексной переработки фукусовых водорослей

Получение маннита - метод циркуляционной экстракци. Шрот после удаления паров экстрагента (азеотропа) экстрагируют 96%-ным этиловым спиртом в аппарате Сокслета до максимального истощения сырья (рисунок 3) [12].

Рисунок 3 - Устройство циркуляционного аппарата «Сокслет»

Установка состоит из перегонного куба 1, экстрактора 2, холодильника-конденсатора 3, сборника конденсата 4, сифонной трубки 5. Сырье загружают в экстрактор 2 и заливают экстргентом немного ниже петли сифонной трубки 5. Одновременно в куб 1 заливают небольшое количество экстрагента. По окончании настаивания из сборника спускают в экстрактор столько экстрагента, чтобы вытяжка достигла верхнего уровня петли сифона и начала переливаться в куб. Затем куб начинают обогревать. Образующиеся пары спирта поднимаются в конденсатор (которым служит змеевиковый теплообменник), а из него в сборник. Далее экстрагент поступает на сырье. Насыщенная вытяжка вновь поступает в куб. Циркуляция экстрагента проводится многократно. Полученную вытяжку концентрируют отгонкой экстрагента в приемник. В кубе остается концентрированный раствор шрота [16].

Затем вытяжку фильтруют, концентрируют в вакууме на роторном испарителе. Далее осуществляли кристаллизацию от 0 °С до +4 °С в течение 24 ч. Выпавшие кристаллы маннита фильтруют на нутч-фильтре (рисунок 4) и сушат [12].

Рисунок 4 - Схема нутч-фильтра

1-фильтрующая перегородка (фильтр); 2-сборник фильтрата; 3-манометр; 4-вакуумная линия; 5-линия давления; 6-воздушная линия

Нутч-фильтр - открытый аппарат с горизонтальной фильтрующей перегородкой. Объем аппарата под опорной решеткой сообщается со сборником фильтрата и вакуумной линией. Применение вакуума интенсифицирует процесс фильтрования. Нутч-фильтр работает периодически, а образующийся осадок разгружается вручную [17].

Получают технический маннит с технологическим выходом 92.38 %. Далее маннит очищают методом колоночной хроматографии. С этой целью водный раствор маннита пропускают через хроматографическую колонку с окисью алюминия. Общий технологический выход очищенного маннита составиляет 72.13 % [12].



4. АГАР-АГАР

4.1 Характеристика понятия агар-агара

Агар-агар - (от малийского агар - желе) - продукт (смесь полисахаридов агарозы и агаропектина), получаемый путем экстрагирования из красных (Phyllophora, Gracilaria,Gelidium, Ceramium и др.) и бурых водорослей, произрастающих вЧерном море, Белом море и Тихом океане, и образующий в водных растворах плотный студень [18].

В готовом виде пищевой агар -- это блестящие прозрачные «пластинки», которые быстро разбухают в холодной воде и без остатка растворяются в горячей. При охлаждении до температур 35-40 градусов он становится чистым и крепким гелем, который является термообратимым [19].

4.2 Применение агара

Область применения агар-агара довольно обширна, среди прочего, его используют как стабилизирующее вещество в некоторых продуктах питания и для приготовления разнообразных аппетитных желеобразных блюд с высокой питательной ценностью.

В пищевой промышленности агар-агар используется в производстве десертов, йогуртов, мороженого (агар предотвращает образование кристалликов льда), шербетов, сиропов, фруктовых желе, соусов, майонеза, супов, консервированных продуктов, пирожных, потому что обладает очень важным свойством не терять желеобразность даже при достаточно высоких температурах (до 85 °С).

Получаемое из агар-агара желе не имеет запаха, вкуса и цвета, что делает его универсальным в применении.

Агар-агар - богатый источник железа и магния. Кроме того, агар-агар поставляет в наш организм кальций, калий, йод и важные для здоровья олигоэлементы, такие как фолиевая кислота и магний.

Другие области применения агар-агара: стоматология, косметическая и бумажная промышленность, производство адгезивных веществ.

Кроме того, агар-агар служит средой роста культур в микробиологии [20].

4.3 Технология производства агара из дальневосточной анфельции

Линия производства агара из дальневосточной анфельции тепловым методом устанавливается на береговых предприятиях. При тепло-вом методе обработки дальневосточной анфельции сухой агар получают варкой водорослей под давлением и сушкой агаровых растворов (рисунок 5).

Рисунок 5 - Линия производства агара

1 - аппарат для приготовления извести; 2 - чан; 3 - моечная машина; 4 - диффузоры; 5 - отстойники; 6 - бункер; 7 - фильтр-пресс; 8 реактор; 9 - мойка; 10 - промывочные баки; 11 - ресивер; 12 - монжю;13 - желировочный аппарат; 14 - баки-отцеживатели; 15 - вакуум-фильтр; 16 - реактор; 17 - щелевой фильтр; 18 - сушилка; 19 - распыливающий диск; 20 - напорный бак; 21 - вакуум-аппарат.

Поступающее на переработку сырье -- сухая анфельция -- тщательно освобождается от механических примесей: песка, ракушек, известковых отложений. Затем анфельцию замачивают в водной взвеси гидрата окиси кальция в бетонных чанах в течение 18-20 ч для разру-шения сильноокрашенных пигментных клеток. Загрузка в чаны корзин с анфельцией, выгрузка и передача на последующую обработку (мойку) осуществляются тельфером.

Анфельция моется в моечной машине не-прерывного действия при интенсивном перемешивании и обильной подаче воды для удаления посторонних примесей и разрыва комковых образований. На выходе водорослей из машины вода отжимается резиновыми валиками.

Основной процесс обработки водорослей -- варка -- проводится в батарее из трех диффузоров по противоточному методу. Каждая порция анфельции подвергается пятикратной варке. После варки в течение 3 ч навар перекачивается из первого аппарата во второй с водо-рослями, менее вываренными, т. е. более агар-содержащими. В процессе варки в диффузоры добавляется раствор извести. Горячая вода подается только на пятую варку, в диффузор с наиболее вываренной анфельцией, обедненной агаром в результате четырех предыдущих варок. Варка ведется в течение 24 часов при давлении 220 Па.

Получаемый навар имеет темно-бурый цвет, мутный от взвеси механических примесей. Отстаивание наиболее загрязненной части на-вара происходит в отстойниках при температуре 85-90 °С, куда он перекачивается из диффузора.

Вываренная анфельция удаляется из диффузора через нижнюю горловину. Из отстойников навар подается на фильтр-прессы для фильтрования через рыхлый слой фильтровальной массы, которая периодически промывается. Прозрачный профильтрованный навар темно-бурого цвета подается для предварительного охлаждения до 50 °С в реактор, снабженный водяной рубашкой и мешалкой. Охлажденный навар из реактора подается в желировочный аппарат непрерывного действия для образования студня. Из аппарата студень выходит в виде пластин толщиной 5-6 мм. Очистку и обесцвечивание студня производят в проточной воде. Соотношение массы студня и массы воды должно составлять 1:2 или 1:3. Интенсивное перемешивание пластин студня в воде достигается барботированием сжатым воздухом. Пластины обесцвеченного агарового студня с водой поступают в специальную емкость, откуда сжатым воздухом перекачиваются в баки-отцеживатели для отделения влаги через капроновое сито. Обезвоженный студень перекачи-вается в реакторы для плавления.

Полученный из студня раствор агара направляется на упаривание в вакуум-выпарной аппарат для повышения концентрации агара до 3-4 %. Концентрированный раствор агара через щелевой фильтр нагнетается в напорный бак распылительной сушилки. В сушилке раствор распыливается диском до туманообразного состояния и высушивается горячим воздухом, подаваемым в сушилку от калориферной установки.

Высушенный порошкообразный агар затаривается в хлорвиниловые мешки и крафт-тару [10].



5. Каррагинан

5.1 Общая характеристика полисахарида

Каррагинан - семейство линейных сульфатных полисахаридов, получаемых из красных морских водорослей Rhodophyceae. Этот класс водорослей произрастает практически по всей акватории Земли, на подводных скалах на глубине до трех метров. Вследствие того, что водоросли быстрее растут в теплой воде, основным местом выращивания и сбора являются Филиппинские острова, Индонезия, побережье Чили, Франции, Канады и США. В этих странах выращивание, сбор и первичная обработка красных водорослей поставлено на промышленную основу. Основательный подход к сбору сырья определяет в дальнейшем качество получаемых каррагинанов [21].

Молекулы каррагена - большие, очень гибкие, и могут формировать закручивающиеся структуры. Они могут образовывать различные гели при комнатной температуре. Часто используются в пищевой промышленности как стабилизирующий и загущающий агент. Гели ведут себя как псевдопластик.

Все каррагинаны - высокомолекулярные полисахариды, составленные из повторений субъединиц галактозы и 3,6-ангидрогалактозы (3,6-AG), как сульфированных, так и несульфированных. Субъединицы соединены чередующимися альфа 1-3 и бета 1-4 гликозидными связями.

В зависимости от степени полимеризации и этерификации препараты каррагинанов классифицируются на 3 группы:

- Каппа: сильные, твердые гели.(одна сульфатная группа на две молекулы галактозы). Производятся из Kappaphycus cottonii,

- Йота: мягкие гели (две сульфатные группы на две молекулы галактозы). Производятся из Eucheuma spinosum,

- Лямбда: формируют гели в смеси с белками, а не водой; используются для утолщения молочных продуктов (три сульфатные группы на две молекулы галактозы). Наиболее частый источник - водоросли Gigartina из Южной Америки.

Многие красные водоросли производят различные типы каррагинана на разных стадиях развития. Например, род Gigartina производит главным образом каппа-каррагинаны в стадии гаметофита, и лямбда-каррагинаны в стадии спорофита.

Все классы каррагинана растворимы в горячей воде, но в холодной воде растворим только класс лямбда и соли натрия других классов [22].

5.2 Применение каррагинана

Основные отрасли пищевой промышленности, потребляющие каррагинан: при производстве молочных (шоколадное молоко, щербеты, сырные пасты, взбитые сливки и т.д.), мясных (мясо в желе, консервы и т.д.) и рыбных продуктов, приправ, безалкогольных напитков, хлебобулочных (хлебное тесто, пончики, фруктовые кексы, сахарные глазури, меренги) и кондитерских изделий. Каррагинаны широко используются в пищевой промышленности для гелеобразования, сгущения и стабилизации эмульсий в системах, основанных на молоке и воды. Кроме этого они часто применяются для сбалансирования и улучшения свойства других гелей, так как обладают способностью образовывать комплексы с другими гидроколлоидами [21].

Каррагинан обладает различной биологической активностью: антикоагулирующей, антивирусной, антираковой и антиязвенной. Кроме того, каррагинан превосходит агар и альгинаты в тех случаях, когда требуется высокая вязкость, эмульгирование и суспендирование. Фармакологические исследования каррагинана показали эффективность его использования в качестве энтеросорбента, радиопротектора и лечебно-профилактического средства для выведения из организма вредных соединений, в том числе ионовтяжелых металлов, радионуклидов и т.д. [4]

Кроме пищевой промышленности каррагинан находит широкое потребление и в косметической при изготовлении лосьонов, кремов и шампуней. Благодаря гелеобразующим свойствам каррагинан может быть использован для приготовления лекарственной таблеточной массы. Комплексирование с каррагинаном облегчает проведение лекарственного препарата в водную суспензию и обеспечивает его пролонгированное действие, кроме этого каррагинан может быть использован в рентгеноскопии желудка, так как предотвращает флокуляцию фосфата бария белками.

Каррагинан способен вызывать регенерацию кожи и стимулировать рост соединительной ткани, может служить удобным веществом для создания гелевой основы различных ранозаживляющих повязок [21].

5.3 Технология выделения каррагинана из красных водорослей

Изобретение относится к пищевой промышленности. В качестве сырья используют свежедобытые водоросли рода Kappaphycus, которые в процессе подготовки промывают, измельчают до размера 1,5-2,0 мм и замораживают при температуре минус 20°C. Выделение пигментов проводят в две стадии в дистиллированной воде при соотношении вода: водоросли 1:5 в течение 3 ч, по окончании раствор декантируют, а осадок направляют на вторую стадию выделения пигмента при тех же условиях. Полученные растворы смешивают и центрифугируют при 9000 об/мин в течение 30 мин. Экстракцию каррагинана проводят из водорослевого остатка, полученного после выделения пигмента дистиллированной водой при соотношении вода: водорослевый остаток 3:1-7:1 соответственно, при температуре 80-95°C в течение 1-4 ч с последующим введением 20% раствора хлорида калия. Перед сушкой гель каррагинана замораживают при температуре минус 18-22°C в течение 24 ч. Изобретение позволяет получить высокомолекулярный каррагинан, а также увеличить выход в экстракт фикобиллиновых пигментов и низкомолекулярного каррагинана. [23]

6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДОРОСЛЕЙ В ПРООИЗВОДСТВЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

6.1 Технология использования экстрактов водорослей в производстве водок особых

На кафедре товароведения и экспертизы продовольственных товаров Института пищевых технологий и товароведения Тихоокеанского государственного экономического университета было установлено несколько вариантов рецептурных композиций водок особых на основе водно-спиртовых суммарных экстрактов бурых водорослей ундарии перистонадрезной и костарии ребристой.

Настои из морских водорослей получают путем однократного экстрагирования свежего сырья водно-спиртовым раствором крепостью 40%, а также 96,3 % - для сравнения, в соотношении 1:3 в течение 5 суток при ежедневном перемешивании при температуре 20- 22 єС.

Водоросли перед настаиванием сортировали с удалением примесей, взвешивали. Отсортированное сырье измельчали механическим способом на кусочки длиной 2- 10 см. Далее помещали в емкости и заливали водно-спиртовой 40 % жидкостью. По истечении 5 суток производили механическое разделение водно-спиртовой фракции и экстрагируемого сырья, которое в дальнейшем отправляли на утилизацию.

Готовые экстракты из бурых водорослей очищали с помощью колонки с активным древесным дробленым углем марки БАУ-А по ГОСТ 6217-74 для удаления пегментов.

От пылевой фракции угля экстракт очищают с помощью ватных фильтров.

Полученные и очищенные экстракты из водорослей вводились в сортировку следующим образом: экстракт, полученный из ундарии перистонадрезной с использованием спирта Люкс, вносили в 40 %-ю водно-спиртовую смесь из спирта Люкс в соотношении 2 см³ очищенного экстракта на 100 см³ сортировки. Туда же вносили в том же соотношении экстракт, полученный из костарии ребристой с использованием спирта Люкс.

Аналогичным образом вносили очищенные экстракты, полученные из водорослей с использованием спирта Экстра, в водно-спиртовую 40%-ю смесь из спирта Экстра. Соотношение вносимого экстракта составляло 4 см³ на 100 см³ сортировки. Таким образом, получилось два опытных образца водок особых.

Подбор количественного соотношения вносимого экстракта проводили органолептическим методом для получения напитка с высокой дегустационной балльной оценкой. Влияние дозировки водно-спиртового экстракта из бурых водорослей на органолептические показатели водки особой представлено в таблице 1.

Таблица 1 - Влияние дозировки водно-спиртового экстракта бурых водорослей на органолептические показатели водки особой

Дозировка, % к массе сырья	Органолептические показатели
	Цвет	Вкус и Аромат
4.0	Бесцветный, прозрачный	Слегка выраженный вкус и запах водорослей
8.0	То же	Более выраженный запах и вкус водорослей
10.0	То же	Ярко выраженный запах и вкус водорослей

Установлено, что увеличение дозировки водно-спиртового экстракта из водорослей до 4 % (по 2 % каждого вида) к общей массе 40 %-й водно-спиртовой жидкости возможно без ухудшения органолептических свойств.

В результате исследования была разработана технология производства водок особых и разработана оригинальная схема технологического процесса (рисунок 6).



Рисунок 6 - Схема технологического процесса производства водок особых

В исследовательском центре Тихоокеанского государственного экономического университета «Океан» проведены аналитические исследования полученных образцов на содержание токсичных микропримесей в соответствии с ГОСТ. Результаты исследования показали, что образцы соответствуют нормам.

На основании проведенных исследований можно считать, что использовании в технологии производства водок особых водно-спиртовых экстрактов из бурых морских водорослей способствует обогащению продукта полисахаридами и минеральными веществами, что позволяет повысить его пищевую ценность и защитить организм человека от отрицательного воздействия этилового спирта и его примесей [6].



6.2 Технология получения фикоцианина из термофильных сине-зеленых водорослей как пищевой добавки

В Камчатском государственном техническом университете было проведено исследование, целью которого являлось определение способов, технологических режимов выделения фотопигмента фикоцианина из термофильных сине-зеленых водорослей и получение пищевой добавки - пищевого красителя.

Фикоцианин - специфический фотосинтетический пигмент синего цвета. За рубежом используют как пищевой краситель, как колорант в косметической промышленности. Также пигмент является биологически активным веществом и обладает антиоксидантной и антивирусной активностью.

Для выделения экстракта использовали термофильные сине-зеленые водоросли рода Phormidium, так как они быстро воспроизводят биомассу - 50 мг сухого вещества в час с 1 мм² поверхности.

Сначала путем промывания пресной питьевой водой удаляли примеси до исчезновения следов сульфат-ионов, определяемых реакцией с ионами бария.

После промывки биомассы содержание воды достигло 95 %. Избыток удаляли отстаиванием, фильтрованием, центрифугированием. Фильтрование и отстаивание проводили на сите с размером ячеи 1,0 х 1,0 мм до прекращения отделения воды. Продолжительность процесса 35-40 мин. Наиболее оптимальный режим - 600 об/мин, продолжительность 2 мин.

Далее проводили дезинтеграцию клеток водорослей в течение 45 с. для оптимального разрушения клеточных стенок и сохранения нативных свойств выделяемых компонентов.

В блендере ножевого типа оптимальный режим дезинтеграции - 1000 об/мин.

Затем проводили экстрагирование комплекса фикобилипротеинов водой. В целях повышения концентрации компонентов и снижения расхода реагентов использовали растворы, извлеченные из дезинтегрированной массы, которые составляли 80 % от массы исходного продукта. Для ускорения процесса применяли перемешивание. Продолжительность процесса определяли по скорости накопления продуктов экстракции - водорастворимых фотопигментов. Скорость накопления пигментов контролировали по оптической плотности раствора и по достижению равновесной концентрации в жидкой фазе.

После экстрагирования в жидкой фазе содержался комплекс водорастворимых фотопигментов, в том числе фикоцианин, в твердой фазе - хлорофилл и каротиноиды.

Фракционирование фикобилипротеинов проводили высаливанием сульфатом аммония в присутствии фосфатного буфера при рН 7. В исходном растворе, по результатам спектральных анализов, присутствовали фикоцианин и фикоэритрин. При добавлении 80 % насыщенного раствора сульфата аммония в осадок выпадал фикоцианин. Полное выпадение осадка наблюдали через 2-3 часа при 4 єС в темноте. Осадок содержал до 20 % фикоэритрина. Очистку проводили методом переосаждения. Осадок суспендировали в равном количестве буферного раствора и при добавлении 80 % насыщенного раствора сульфата аммония осаждали повторно.

Полученный осадок имел характерную синюю окраску, слабую красную флуоресценцию, содержал незначительное количество фикоэритрина и был загрязнен неорганическими солями, в основном сульфатом аммония. Для удаления низкомолекулярных примесей использовали процесс диализа через полупроницаемые мембраны - целлофан и пергамент. В качестве растворителя использовали питьевую воду. За счет диффузии низкомолекулярные соединения переходили в зону пермеата, а фикоцианин как высокомолекулярное соединение оставался в растворе. Таким образом достигали обессоливания. Остаточное количество сульфата аммония контролировали качественной реакцией на ионы аммония с реактивом Несслера. Отсутствие белков проверяли биуретовой реакцией.

Для получения готового продукта - порошкообразного фикоцианина применяли процесс сушки осадка в потоке воздуха. Оптимальные результаты были достигнуты при температуре 35 єС.

Показатели безопасности продукта определяли на базе лаборатории ГУППП «Камчатпищепродукт», ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Камчатской области».

Результаты исследования обосновали технологию получения пигмента фикоцианина - естественно богатого источника этого вещества [24].

6.3 Технология использования каррагинана в производстве мясной продукции и рассола для инъецирования

Наибольшее распространение каррагинан получил в технологии эмульгированных продуктов (вареные колбасы, сосиски, сардельки, паштеты) и ветчинных продуктов. Их также применяют при изготовлении продуктов из мяса (деликатесная продукция), консервов.

Препараты каррагинанов вносят в мясные изделия в кроличестве от 0,1 до 0,6 % - это оптимальное количество, которое не позволяет нарушить органолептические свойства продукта.

В рецептуре сосисок, вареных колбас и сарделек их добавляют в сухом виде в самом начале процесса куттерования на нежирное сырье.



Рисунок 7 - Куттер

1 - станина; 2 - чаша; 3 - вал с серповидными ножами; 4 - редуктор; 5 - электродвигатель.

Каррагинан вносят в сухом виде, после распределения его в фарше для гидратации каррагинанов добавляют воду через 1- 2 оборота куттера.

В технологии реструктурированных и цельномышечных изделий каррагинан добавляют в рассол для упругости продукта. Его вносят в сухом виде при интенсивном перемешивании после растворения сахара, фосфатов, поваренной соли, нитрата натрия. В последнюю очередь в рассол добавляют стабилизатор цвета. Во избежание комкования каррагинана его рекомендуется добавлять, предварительно смешав с другим сыпучим компонентом рассола, например, сахаром.

Применение каррагинана способствует:

- снижению риска образования бульонно-жировых отеков;

- снижению потерь при тепловой обработке;

- повышению выхода продукции;

- стабильности фаршевой системы;

- улучшению монолитности и нарезаемости продукта.

К недостаткам использования каррагинана относят:

- ослабление вкусо-ароматических своцств изделий из-за высокой гидратации сырья;

- возможность прилипания и разрушения структуры изделий при соприкосновении с греющей поверхностью [25].

6.4 Создание функционального продукта из адаптогенного сырья

Согласно принятой Концепции развития системы здравоохранения в Российской Федерации до 2020 года, одним из приоритетов государственной политики должно являться сохранение и укрепление здоровья населения на основе формирования здорового образа жизни.

Фактор питания является важнейшим фактором, определяющим здоровье человека.

Создание нового пищевого продукта с обогащением его ингредиентами, помогающими решить проблему профилактики заболеваний, связанных с дефицитом некоторых нутриентов, не поступающих в организм вместе с пищей, было одним из основополагающих направлений.

Объектом исследования данной научной работы являются зразы натуральной рубки из оленины.

Мясо северного оленя, можно отнести к той немногочисленной группе продуктов, относящейся к биологически ценной, вследствие сбалансированного содержания основных питательных веществ и экологически чистой, по причине достаточного отдаления от крупных городов и предприятий.

Исследована пищевая ценность мяса одомашненного северного оленя и приведен сравнительный анализ пищевой ценности оленины с говядиной и свининой. Результаты приведены в таблице 2.



Таблица 2 - Пищевая ценность мяса одомашненного северного оленя, в сравнении с говядиной и свининой, г на 100 г продукта

Показатель	Оленина	Говядина	Свинина
Белок	19,5	18,6	14,3
Жир	8,5	16,0	33,3
Зола	1,0	0,9	0,9
Вода	71,0	64,5	51,5
Калорийность	155	218	357

Как видно из таблицы 1, оленина содержит меньше жира, чем говядина и свинина и превосходит говядину и свинину по содержанию белка. Это подтверждает уникальные питательные свойства оленины и целесообразность ее использования в питании человека.

По данным ЮНИСЕФ, во всем мире около 20 % населения Земли страдают от йодной недостаточности, поэтому при разработке рецептуры зраз было решено добавить в рубленую массу порошок сушеной ламинарии.

Водоросли ламинария содержат множество веществ, обладающих высокой биологической активностью. В состав ламинарии входят: полиненасыщенные жирные кислоты, полисахариды, аминокислоты, альгиновая кислота, витамины и их предшественники (А, С, D, B1, B2, B3, B6, B12, E, R, PP), ферменты, фитогормоны, минеральные вещества (К, Na, Ca, Mg, I, Cl, S, Si). Входящие в состав водоросли ламинарии витамины С и Е, а также бета-каротин (предшественник витамина А) противостоят действию свободных радикалов, тем самым препятствуют старению организма человека и возникновению многих заболеваний.

Ламинария нормализуют обмен веществ. Благодаря высокому содержанию йода ее применяют при лечении недостаточности щитовидной железы. Ламинария помогают нормализовать минеральный баланс, обладает восстанавливающим действием, способствует синтезу витамина Е (токоферола).

Йод, в большом количестве содержащийся в водоросли ламинария регулирует и активизирует процесс гидролиза (сжигания жиров). В морской капусте йод присутствуетв форме комплекса с аминокислотами, что способствует более эффективному его усвоению организмом.

Помимо йода в морской капусте присутствуют альгиновые кислоты. Содержание альгиновой кислоты в ламинарии колеблется от 15 до 30 %.

Проведены исследования пищевой ценности ламинарии, а также содержания альгинатов. Сводная информация представлена в таблице 3.

Таблица 3 - Химический состав ламинарии Мурманской области, г на 100 г продукта

Влага	Белок	Зола	Углеводы	Альгиновые кислоты
7,51	8,48	18,90	21,62	23,98

В процессе разработки рецептуры было решено добавить порошок ягеля, для увеличения срока годности, вследствие содержания усниновой кислоты.

На данный момент проводится органолептическая оценка разных видов фаршей для зраз натуральной рубки.

Для зраз натуральной рубки из оленины подана заявка на регистрацию патента РФ [26].



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Уже в древнем Китае морской капустой лечили злокачественные опухоли. В Индии морские водоросли использовали как эффективное средство в борьбе с некоторыми заболеваниями желез внутренней секреции. В далекие времена в суровых условиях крайнего Севера поморы лечили водорослями различные заболевания, а также использовали их как практически единственный источник витаминов.

Качественное и количественное содержание макро- и микроэлементов в морских водорослях напоминает состав крови человека, что говорит о нашей эволюционной связи с морем, а также позволяет рассматривать морские водоросли как сбалансированный источник насыщения организма минеральными веществами и микроэлементами.

Важно отметить, что из морских водорослей в настоящее время выделяют достаточно много компонентов, которые применяются в производстве препаратов для лечения некоторых заболеваний, поддержания внутренней среды организма, в производстве фармацевтических, парфюмерных, пищевых продуктов.

Однако возможности биотехнологии водорослей еще не до конца использованы. В настоящее время в Америке проводятся исследования в области создания биотоплива из водорослей. Ученые из Института Биоинженерии Технологического Института города Карлсруэ в Германии для получения энергии из микроводорослей создают закрытые фотобиореакторы и применяют новые методы дезинтеграции клеток; в Японии впервые в ходе лабораторных испытаний из одноклеточной водоросли был получен биологический пластик, который устойчив к температуре. Американская компания «The Way We See The World» предложила разноцветные съедобные стаканчики из желатина, которые обладают разными вкусами и плавятся при температуре 95-100 єС [27, 28, 29, 30].

В связи с рассмотренными выше полезными свойствами морских растений и этими биотехнологическими инновациями я считаю, что развитие биотехнологии водорослей имеет большую перспективу в будущем.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Красина, И. Б. Новые продукты для функционального питания / И. Б.Красина, Л. В. Мушта, А. В. Лозовой // Успехи современного естествознания. - 2005. - № 5. - С. 53-55.

2 http://www.biotechnolog.ru/prombt/prombt3_4.htm.

3 http://mikrobio.ho.ua/contents-15-9.html.

4. http://abc-192.mosuzedu.ru/projects/akkuratov/vodorosl.html.

5. http://www.timebiology.ru/tmbls-646-1.html.

6. Полищук, Л. А. Технология использования экстрактов бурых водорослей в производстве водок особых / Л. А. Полищук // Пищевая технология. - 2007. - № 4. - С. 73-75.

7. Хауг, А. Методы химии углеводов: пер. с англ. - М., 1967. - С. 317-321.

8. Успенский, Ю. П. Клинические перспективы использования препаратов на основе альгиновой кислоты в лечении / Ю. П. Успенский, Н. В. Барышникова, И. Г. Пахомова // РЖГТК. - T. XIX. - 2009. - № 2. - С. 79-84.

9. http://mshealthy.com.ua/lekars-vodorosli.htm.

10. Романов, А. А. / А. А. Романов, Е. К. Строганова, И. Е. Зинина // Справочник по технологическому оборудованию рыбообрабатывающих производств. - М.: Пищевая промышленность, 1979. - С. 277.

11. http://ru.wikipedia.org/wiki/%CC%E0%ED%ED%E8%F2.

12. Облучинская, Е. Д., . Совершенствование способа получения экстракта из шрота фукусовых водорослей/ Е. Д. Облучинская, С. А. Минина // ХФЖ. - 2004. - Т. 38. - №6. - С. 36-39.

13. http://www.chem100.ru/text.php?t=130f.

14. http://ru.wikipedia.org/wiki/%CC%E0%ED%ED%E8%F2.

15. http://www.alganika.ru/artickle_alginat.htm.

16. Экстракционные методы изготовления лекарственных средств из растительного сырья: учебно-методическое пособие / М. В. Леонова, Ю. Н. Климочкин. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т. - 2012. - С. 118.

17. Основы технологии, процессов и аппаратов пожаровзрывоопасных производств: учебное пособие / С. А. Горячев, А. И. Обухов, В. В. Рубцов, С. А. Швырков. - Москва: Академия, ГПС МЧС России, 2003. - 289 с.

18. http://ru.wikipedia.org/wiki/%C0%E3%E0%F0-%E0%E3%E0%F0.

19. http://www.kulina.ru/articles/kyl_slovar/a/agar/.

20. http://beautyinfo.com.ua/m0c3i3016.html.

21. http://prodobavki.com/dobavki/E407.html.

22. http://ru.wikipedia.org/wiki/%CA%E0%F0%F0%E0%E3%E8%ED%E0%ED.

23. Пат. 2456814 Российская Федерация МПК А 23 L 1/0532. Способ переработки красных водорослей / Подкорытова А. В., Фан Тхи Кхань Винь № 2011108971/13; заявл. 2006.01; опубл. 27.07.2012, Бюл. № 23. 1 с.: ил.

24. Ефимов, А. А. Технология получения фикоцианина из термофильных синезеленых водорослей как пищевой добавки // Пищевая технология. - 2007. - № 5-6. - С. 43-45.

25. Пищевые добавки и белковые препараты для мясной промышленности: учебное пособие / Н. Н. Потипаева. Кемерово: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. 2008. С. 168.

26. Смановский, В. И. Создание нового функционального продукта из адаптогенного сырья / Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности // Материалы 5-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием: в двух частях: - Бийск: Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова, 24-26 мая 2012, часть 2. С. 119-122.

27. http://www.ecotoc.ru/liquid_biofuel/etbe/d164/.

28. http://cbio.ru/page/43/id/3948/.

29. http://www.upakov.ru/novosti/news-plenka_vodorosli.html.

30. http://my19edwin.livejournal.com/54081.html.

Размещено на Allbest.ru

...