Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 10
1.1 Бурые водоросли: биология, химический состав, функциональные свойства компонентов и использование 10
1.2 Значение йода в жизнедеятельности живых организмов 18
1.3 Способы обогащения продуктов йодом 22
1.4 Йод и технологии его получения 24
Глава 2. Объекты и методы исследований 30
2.1 Методологический подход к организации исследований 30
2.2 Объекты исследований 30
2.3 Методы исследований 32
Глава 3. Результаты исследований 36
3.1 Разработка технологии йодсодержащих продуктов 36
3.1.1 Исследование химического состава бурых водорослей 36
3.1.2 Технология производства БАД «Витальгин» из морской капусты 39
3.2 Разработка технологии йодсодержащих пищевых добавок из ламинарии японской 44
3.2.1 Влияние экстрагента на извлечение йода из ламинарии японской 44
3.2.2 Исследование условий водно-спиртового экстрагирования йодсодержащих компонентов ламинарии японской 45
3.2.3 Исследование условий солянокислого экстрагирования йодсодержащих компонентов ламинарии японской 58
3.2.4 Определение соотношения форм йода в йодсодержащих добавках 68
3.3 Обоснование комплексной технологии переработки бурых водорослей 72
3.3.1 Влияние способа экстрагирования йодсодержащих комплексов на физико-химические свойства альгинатов 72
3.3.2 Комплексная технологическая схема получения БАД «Альгилоза кальция» 73
3.4 Разработка биотехнологии использования йодсодержащих добавок 76
3.5 Практическая реализация результатов исследований 82
Выводы 84
Список использованной литературы
- Значение йода в жизнедеятельности живых организмов
- Исследование химического состава бурых водорослей
- Влияние экстрагента на извлечение йода из ламинарии японской
- Обоснование комплексной технологии переработки бурых водорослей
Введение к работе
Актуальность темы. Бурые водоросли продуцируют большое количество различных химических соединений, многие из которых обладают выраженным биологическим и фармакологическим действием в отношении различных органов, систем и функций организма человека: полисахариды, аминокислоты, макро- и микроэлементы, непредельные жирные кислоты, а также являются наиболее богатым источником природного йода. Значительная часть находящегося в водорослях йода содержится в растворимой форме в виде йодидов, а также в составе йодаминокислотных комплексов (Барашков, 1972; Кизеветтер, 1976; Аминина, Подкорытова, 1992; Саенко, 1992; Ковековдова и др., 2001; Подкорытова, 2002). Бурые водоросли-это источник альгиновой кислоты и ее солей - альгинатов, которые являются природными энтеросорбентами и способны избирательно абсорбировать тяжелые металлы и их изотопы и в связи с этим их используют в качестве энтеросорбентов (Haug, 1964; Hesp, Romsbottom, 1965; Долматова, Пантелеева, 1968; Подкорытова и др., 1992; Аминина и др., 1994; Подкорытова и др., 2002; Корзун и др, 1992).
Связанные с недостаточным потреблением йода заболевания, являются одними из наиболее распространенных неинфекционных заболеваний человека в большинстве регионов мира, включая Россию. По данным ВОЗ более чем 1,5 миллиарда жителей Земли испытывают дефицит йода, что приводит к увеличению щитовидной железы (эндемический зоб), снижению интеллектуального потенциала всего населения, проживающего в зоне йодной недостаточности (Дедов и др., 1992; Петров и др., 1999; Велданова, 2001). Резкое изменение экологической обстановки в стране, снижение уровня жизни, ухудшение питания населения создали условия для возникновения напряженной ситуации с патологией щитовидной железы. Такой же эффект дают и некоторые природные факторы, развитие ядерной энергетики приводящей к значительному загрязнению окружающей среды радионуклидами и тяжелыми металлами, а, следовательно, и к загрязнению ими продуктов питания (Тутельян и др., 1999; Корзун, 2002).
С целью снижения дефицита йода в продуктах питания применяют в основном иодиды или йодаты калия, которые добавляют в пищу (Маюрникова и др., 1995; Сухинина и др., 1997; Захарова и др., 2001; Патент 2180178 РФ, 2002; Шатнюк и др.,
2002; Попов, 2002.). Предложен также новый путь введения йода в продукты питания -это синтез органических соединений йода на основе белка молока (казеин), белка растительного сырья (соя, цитрусовые); микроорганизмов (хлебопекарские дрожжи) и йода (Патент 2052953 РФ, 1996; Дудкин, и др., 2001; Черняев и др., 2000).
Но использование биогенного йода в комплексе с другими биологически
активными веществами (аминокислоты, микроэлементы, жирные кислоты) способствует
лучшему его усвоению, а таюке предотвращает заболевания щитовидной железы
(Хомутова, 1957; Неймарк, 1963; Еремин, 1974; Химические элементы и
аминокислоты ,1979; Штенберг, Еремин, 1979; Коломийцева, Зелыдер, 1988;
Цикуниб,1999; Велданова, 2001).
Биологические и клинические испытания показали, что йод, содержащийся в нативном состоянии в продукте (например, в водорослях), намного легче усваивается организмом человека, чем его минеральные соединения, добавляемые в пищевые продукты (Сироткин, 1957; Кириллов, 1957; Мещерская, Шадрин, 1970; Ковтун, 1974; Тэйге, 2000). Употребление в пищу водорослей, содержащих йод вместе с другими необходимыми питательными веществами, считают лучшим и научно доказанным способом введения йода в организм (Кириллов, 1957; Сироткин, 1957; Тейге, 2000).
Одним из путей ликвидации дефицита йода является применение биологически
активных добавок (БАД), в состав которых входят бурые водоросли или
йодсодержащие концентраты (Подкорытова, 2001; Подкорытова, Вишневская, 2003; Мичурина и др. 2002; Дударькова, Столярова, 2002; Егорова, 2002; Пономарева и др., 2002).
При переработке бурых водорослей на маннит, альгинаты, пищевые продукты предусматривается их предварительная обработка водой, растворами кислот, этанола. При этом переходящие в растворы БАВ водорослей, в том числе йод, как правило, являются неиспользуемыми отходами производства (Некрасова и др., 1987; Подкорытова и др, 1989; Ковалева и др., 1999). Получение из них йодсодержащих пищевых добавок обеспечит снижение потерь сырья, повысит рентабельность и экологичность технологии, а также позволит расширить ассортимент пищевых продуктов и БАД с заданными функциональными свойствами.
В связи с этим разработка технологии получения из естественных источников комплексов биологически активных веществ или препаратов в чистом виде,
используемых для регулирования пищевого рациона населения путем введения биологически активных добавок в последние годы приобрела особую актуальность, которая подтверждена Постановлением Правительства РФ N 1119 от 5/10/1999 г. «О мерах по профилактике заболеваний, связанных с дефицитом йода и других микронутриентов», а также Министерством здравоохранения РФ о необходимости постоянного потребления йодированных продуктов для профилактики йоддефицитных заболеваний (Онищенко и др., 1998; Постановление Правительства РФ № 119, 1999).
С учетом изложенного целью настоящей работы явилось научное обоснование комплексной технологии йод- и альгинатсодержащих продуктов из бурых водорослей дальневосточных морей и применения йодсодержащих добавок в технологии пищевых продуктов.
В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:
провести исследования содержания йода в бурых водорослях дальневосточных морей и обосновать выбор сырья для получения йодсодержащих продуктов;
обосновать технологию биологически активных добавок на основе натуральных бурых водорослей без извлечения отдельных компонентов;
обосновать выбор экстрагента и условия извлечения йодсодержащих и других биологически активных компонентов водорослей;
исследовать химический состав йодсодержащих продуктов;
- исследовать качественные показатели альгинатов, полученных после
извлечения йодсодержащих компонентов;
- реализовать технические решения производства пищевых и биологически
активных добавок и пищевых продуктов с их применением.
Научная новизна работы. Впервые представлены сравнительные данные содержания йода в бурых водорослях дальневосточных морей (31 вид). Показано, что максимальное содержание йода находится в водорослях семейства ламинариевых (0,2-0,6 %), и это позволяет рекомендовать их в качестве сырья для изготовления йодсодержащих продуктов.
Впервые разработана комплексная технология пищевых добавок и БАД с различными функционально-технологическими свойствами.
Обоснованы оптимальные параметры водно-спиртового и солянокислого экстрагирования, обеспечивающие максимальное извлечение йодсодержащих комплексов.
Установлено, что в полученных йодсодержащих пищевых добавках содержится комплекс биологически активных веществ водорослей (маннит, аминокислоты, липиды, макро- и микроэлементы).
Показано, что йод в йодсодержащих пищевых добавках в основном представлен неорганическими солями; соотношение минерального и органического йода в них зависит от способа экстрагирования.
Научно обосновано применение йодсодержащих пищевых добавок при производстве пищевых продуктов с заданными функциональными свойствами.
Практическая значимость работы. На основании проведенных исследований разработана технология йодсодержащих пищевых добавок и БАД «Альгилоза кальция» в одном технологическом цикле, основанная на извлечении биологически активных йодсодержащих компонентов на стадии предварительной обработки водорослей.
Разработаны и утверждены нормативные документы: ТУ 9284-056-00472012-2000 БАД «Витальгин», ТИ 36-52-99; ТУ 9284-53-00472012-2000 БАД «Альгилоза кальция», ТИ 36-53-99; ТУ 9284-204-00472012-2001 «Ламинатин», ТИ 36-200-2001; ТУ 9284-212-00472012-97 «Иодсодержащий липидный комплекс»; ТУ 9284-213-00472012-95 «Иодсодержащий минеральный комплекс», ТУ 9185-001-49860004-99; ТИ № 36-209-2001 «Вода минеральная природная столовая йодированная «Золотая долина»».
Разработаны рекомендации по употреблению БАД «Витальгин» для лечения и профилактики йоддефицитных заболеваний, БАД «Альгилоза кальция» для профилактики и лечения гастроэнтерологических заболеваний и в качестве энтеросорбента тяжелых металлов и радионуклидов. Разработаны рекомендации по использованию йодсодержащих пищевых добавок при обогащении пищевых продуктов йодом на примере «Воды минеральной природной столовой «Золотая долина»».
Реализация результатов исследований. Разработан промышленный регламент на производство «Йодсодержащих минерального и липидного комплексов».
На экспериментальном технологическом производстве ФГУП «ТИНРО-Центр» получены опытные партии «Иодсодержащего минерального», «Иодсодержащего липидного» комплексов и «Ламинатина».
В ООО «Серебряное» выпущена опытная партия «Воды минеральной природной столовой йодированной «Золотая долина»».
По разработанной нами технологии 000 «Биополимеры» с 1999 г. и по настоящее время производит БАД «Витальгин» и Б АД «Альгилоза кальция».
Апробация работы. Материалы диссертации представлены на Международном симпозиуме «Питание XXI века: медико-биологические аспекты, пути оптимизации» (Владивосток, 1999 г.); научно-практической конференции «Состояние здоровья населения Дальнего Востока. Новые медицинские технологии с использованием биоресурсов» (Владивосток, 1999 г.); Международной конференции «ИНРЫБПРОМ— 2000» (Санкт-Петербург, 2000 г.); 3-й Международной научно-практической конференции «Наука—Техника—Технология на рубеже третьего тысячелетия» (Находка, 2001 г.); Международной научно-практической конференции «Низкотемпературные технологии и продовольственная безопасность в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2001 г.); Международной научно-практической конференции «Пища. Экология. Человек» (Москва, 2001 г.); Всероссийской конференции молодых ученых (Мурманск, 2002 г.); Всероссийской Интернет-конференции «21-й век — перспективы развития рыбохозяйственной науки» (Владивосток, 2002 г.).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 12 публикациях, в том числе 4 статьях, 7 тезисах докладов, заявке на патент.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, выводов, включает 29 таблиц, 16 рисунков. Изложена на 178 стр, включая 22 приложения на 70 стр. Список литературы состоит из 219 наименований отечественных и 56 иностранных источников. В приложениях приведены нормативная документация, акты о выпуске опытных партий, заключения НИИ питания РАМН РФ, ВГМУ, регистрационные удостоверения.
Благодарности. Автор благодарен за внимание, ценные советы, практическую помощь, поддержку и научное сотрудничество при выполнении работы: д.т.н, проф. А.В. Подкорытовой; д.т.н., проф. Т.Н. Слуцкой; д.б.н. Т.Н. Пивненко; д.б.н., проф. Л.В. Шульгиной; к.э.н. Л.Т. Ковековдовой; к.б.н. Н.М. Амининой;
*
к.т.н В.М. Соколовой; к.б.н. М.В. Суховеевой; В.М. Курхановой и другим сотрудникам ТИНРО-Центра.
Основные положения, выносимые на зашиту.
Комплексная технология переработки бурых водорослей с получением йодсодержащих и альгинатсодержащих продуктов.
Условия экстрагирования (концентрация экстрагента, температура и продолжительность) обеспечивают максимальное извлечение йода из ламинарии японской.
Химический состав йод- и альгинатсодержащих продуктов является основой для создания БАД и пищевых продуктов с заданными качественными характеристиками.
Значение йода в жизнедеятельности живых организмов
Суточная потребность человека в йоде составляет 150-250 мкг (в странах Европы до 300 мкг/ сут, а в США - 400-500 мкг/сут и более). При поступлении йода ниже 100 мкг в день развивается компенсаторное увеличение щитовидной железы (Дедов и др., 1992; Морозова и др, 2000; Эндемический зоб. Консенсус, 2000; Велданова, 2001). Основной физиологической ролью йода является его участие в метаболизме щитовидной железы и биосинтезе тиреоидных гормонов при йодировании остатков тирозина с образованием тироксина (Т4) и трийодтиронина (ТЗ), роль которых в организме чрезвычайно велика (процесс роста, физическое развитие, дифференциация пола, умственное развитие, совершенствование интеллекта). Образование этих гормонов происходит в результате йодирования остатков тирозина (Harland, 1975; Популярная медицинская энциклопедия, 1991; Дедов и др., 1992; McDowell, 1992; Морозова и др, 2000).
В зависимости от интенсивности биосинтеза тиреоидных гормонов функция потребления щитовидной железой йодидов может усиливаться (гипертиреоз) или ослабляться (гипотиреоз или тиреотоксикоз). Недостаток тиреоидных гормонов может привести (с целью «компенсации») к увеличению щитовидной железы, и в этих случаях образуется зоб. Если гормонов выделяется слишком много, развивается тиреотоксикоз или гипертиреоз (повышение функции щитовидной железы), что приводит к истощению, нервозности, тремору, потере веса, повышенной потливости (Хьюз, 1983; Encyclopaedia of food , 1993; Морозова и др., 2000). Применение йода показано как при гипофункции, так и при гиперфункции, в последнем случае с целью угнетающего действия на тиреотропный гормон передней доли гипофиза (Вавилова, 1992).
Нарушение функции тиреоидной системы приводит к целому ряду патологических состояний и заболеваний, которые принято объединять под термином «йододефицитные заболевания» (Harland, 1975). Наиболее часто в этой группе заболеваний встречается йоддефицитный или эндемический зоб или увеличение щитовидной железы, которое развивается вследствие йодной недостаточности у лиц, проживающих в йоддефицитных регионах и является примером специфического экологически обусловленного заболевания (Coindet, 1983; Дедов и др., 1992; Велданова, 2001).
Кроме йодной недостаточности в этиологии эндемического зоба играют роль недостаток или избыток ряда микроэлементов: кобальта, меди, молибдена, селена, цинка, фтора, марганца и др. (Зельцер и др., 1983; Зельцер, 1988; Велданова, 2001).
Минеральные вещества играют огромную физиологическую роль в организме человека и животных. Микроэлементы образуют с гормонами, витаминами, аминокислотами и ферментами внутрикомплексные соединения, способствуя их активности в биохимических процессах (Каталымов, 1965)
Как макроэлементы, так и микроэлементы находятся в организме в строго определенных концентрациях в сбалансированном состоянии и соотношении, отклонения в сторону уменьшения или увеличения нормальной их концентрации вызывают ряд заболеваний - анемию, лейкоз, эндемический зоб и др. В связи с этим поступление вместе с пищей нормированного количества микроэлементов, или хотя бы близкого к норме, с продуктами питания предотвращает их возникновение (Коломийцева, Габович, 1970; Нормы физиологических потребностей ....1991; Вавилова, 1992; Жаринов, 1994; Велданова, 2001).
Роль йодной недостаточности в качестве фактора патогенеза эндемического зоба прочно установлена. Но йодные добавки не всегда приводят к полной ликвидации эндемического зоба. Ряд природных веществ, в том числе и некоторые микроэлементы, увеличивают или снижают тяжесть зобной эндемии (Агаджанян, Скальный, 2001).
Отдельные микроэлементы могут быть синергистами или антагонистами йода. Медь является синергистом йода, и совместное применение солей меди и йода при профилактических мероприятиях зоба оказывает в два раза лучший эффект, чем сам йод (Коломийцева, Неймарк, 1963). Недостаток кобальта и молибдена усугубляет йодную недостаточность (Хомутова, 1957; Зельцер, Койфман, 1983). Кобальт также способствует лучшему усвоению йода даже в местностях, где ощутима его недостаточность. Кроветворное действие кобальта усиливается в присутствии меди и железа (Ковальский, 1952; Коломийцева, Неймарк, 1963).
Марганец препятствует накоплению йода щитовидной железой и вызывает авитаминоз (Коломийцева, Неймарк, 1963). В зависимости от степени дефицита вышеуказанных микроэлементов может наблюдаться эндемия зоба от легкой до тяжелой формы.
Селен также участвует в метаболизме тиреоидных гормонов, поскольку является компонентом дейодиназ - семейства селеноэнзимов. В условиях йодного дефицита сопутствующий дефицит селена способствует снижению функции щитовидной железы Он также необходим для функционирования репродуктивных органов (Berry et. al., 1991; Samir, 1998; Contempre, 1998; Canettieri et al., 1999; Ursini et. al., 1999; Велданова, 2001). Суточная потребность организма в селене составляет 20-100 мкг (Маймулов и др., 2000).
Установлено, что дефицит цинка потенцирует эффект дефицита йода в развитии эндемического зоба (Oppenheimer et. al., 1994; Ozata M., 1999). Дефицит цинка приводит к усиленному накоплению в организме кадмия, свинца, меди (функциональных антагонистов цинка) и железа, особенно на фоне дефицита белков в рационе питания. Суточная потребность в цинке составляет 5-15 мг для детей и 15-20 мг для взрослых (Маймулов и др., 2000).
Повышенное количество марганца и меди в щитовидной железе, пониженное -хрома, титана и алюминия наблюдается у больных тиреотоксикозом.
Наряду с микроэлементами, даже при достаточном поступлении йода в организм, синтез гормонов щитовидной железы невозможен в отсутствие аминокислот - тирозина, фенилаланина. Хотя тирозин - заменимая аминокислота и участвует в образовании гормонов щитовидной железы, ее синтез в организме происходит только при наличии незаменимой аминокислоты фенилаланина, синтезируемой растениями (Дедов и др., 1992; Морозова и др., 2000).
Исследование химического состава бурых водорослей
Разработка технологии получения продуктов с заданным содержанием йода проводилась в двух направлениях: использование бурых водорослей без извлечения отдельных компонентов; обоснование параметров процесса максимального извлечения йодсодержащих компонентов.
Наиболее простой способ использования ламинарии в качестве поставщика йода -это употребление порошка или крупки из сушеной ламинарии, собранной в экологически чистых районах.
Разработана технология производства биологически активной добавки к пище «Витальгин», основу которой составляет порошок из ламинарии (Вишневская, 2000; Подкорытова, 2001; Аминина, Вишневская, 2002; Подкорытова, Вишневская, 2003) (Рис.3.1).
Для изготовления «Витальгина» используют слоевища морской капусты, крупку или порошок пищевой из ламинарии, глюкозу, аскорбиновую кислоту, крахмал и капсулы желатиновые, по качеству соответствующие требованиям нормативных документов.
Технологический процесс получения «Витальгина» включает следующие операции: высушивание водоросли до содержания воды 8,0±2,0 %, измельчение, просеивание, смешивание, таблетирование и капсулирование, фасование, упаковывание, маркирование, хранение.
С учетом рекомендуемой суточной нормы потребления йода и аскорбиновой кислоты человеком (150-200 мкг и 0,06 г соответственно) разработана рецептура йодсодержащего продукта «Витальгин», в котором содержание порошка из ламинарии составляет от 12,2 до 30,6 % (табл.3.4).
Слоевища морской капусты, крупку или порошок пищевой из ламинарии, глюкозу, аскорбиновую кислоту и крахмал последовательно измельчают до порошкообразного состояния на аппаратах тонкого измельчения, затем просеивают через сито с размером ячеи не более 0,2 мм и смешивают. Смешивание компонентов проводят согласно рецептуре, приведенной в таблице 3.4, до их равномерного распределения в смеси, таблетируют или капсулируют на аппарате типа BRE-30 или другом специальном оборудовании. «Витальгин» рекомендовано хранить при комнатной температуре в таблетках - 12 мес, в капсулах - 24 мес.
Анализ показал, что одна таблетка или капсула «Витальгина» удовлетворяет суточную потребность организма в йоде, а также поступление комплекса макро- и микроэлементов, аминокислот (тирозин, фенилаланин, необходимых для усвоения йода организмом человека) и других биологически активных веществ водоросли (табл.3.5, 3.6).
Использование «Витальгина» в качестве вспомогательного средства при профилактике и лечении йоддефицитных состояний у детей позволяет нормализовать показатели йодного обмена не вызывая побочных эффектов, приводит к уменьшению объема щитовидной железы и нормализации тиреоидного объема (Тэйге, 2000).
Известно, что при систематическом применении водорослевого порошка в качестве пищевой добавки в течение не менее трех месяцев можно избавиться от радионуклидов стронция, также как и при применении чистых альгинатов. БАД «Витальгин», содержащая в своем составе альгинаты, работает как энтеросорбент радионуклидов и тяжелых металлов (Корзун и др., 1987, 1989; Аминина и др., 1994).
Проведенные исследования «Витальгина» в Испытательном Центре Пищевой Продукции при институте Питания РАМН показали его безопасность и эффективность применения в качестве биологически активной добавки для профилактики дефицита йода (Приложение 1).
Клинические испытания «Витальгина», проведенные на кафедре педиатрии Владивостокского Государственного медицинского университета показали эффективность его использования в качестве йодсодержащего продукта для профилактики и лечения йоддефицитных заболеваний (Приложение 2).
Результаты испытаний БАД «Витальгин» показали, что этот продукт относится к неспецифическому иммуномодулирующему средству, которое может использоваться при различных формах иммунопатологии, включающих аллергические заболевания и различные формы иммунодефицита. Показано его применение для детей, беременных женщин, кормящих матерей, т.к. его регулярное употребление позволяет обеспечить клетки головного мозга ребенка крайне необходимыми микроэлементами, витаминами, глутаминовой кислотой и др. питательными веществами. Благодаря тому, что «Витальгин» содержит аскорбиновую кислоту, повышаются окислительно-восстановительные процессы в организме, улучшается регенерация тканей и нормализация проницаемости капилляров. Сбалансированное сочетание ингридиентов в составе продукта способствует эффективному всасыванию йода в желудочно-кишечном тракте. «Витальгин» можно применять в качестве ежедневной добавки к пищевому рациону как природный поливитаминный и минеральный комплекс для обогащения организма необходимыми микронутриентами.
На основании проведенных исследований разработана и утверждена нормативная документация: ТУ 9284-056-00472012-2000 БАД «Витальгин»; ТИ 36-52-99 по изготовлению БАД «Витальгин» (Приложение 3,4).
Влияние экстрагента на извлечение йода из ламинарии японской
Процесс предварительной обработки водорослей раствором минеральной кислоты, применяемый в альгинатном производстве, приводит к извлечению растворимых компонентов водорослей, двух- и поливалентных катионов металлов, переводу солей альгиновой кислоты водоросли в кислую форму, что облегчает последующее экстрагирование альгинатов (Подкорытова, 1987, 1996).
Известно, что обработка водорослей, предварительно восстановленных замачиванием в течение 5-6 ч в воде, 0,5 %-ным раствором соляной кислоты, в интервале температур от 20 до 70 С в течение 2 ч позволяет увеличить выход альгината натрия до 24 %. При этом повышение температуры обработки выше 50 С нежелательно, так как это вызывает гидролиз альгиновой кислоты и приводит к снижению вязкости выделенного альгината (Подкорытова, 1985).
Поэтому, при разработке условий экстрагирования йодсодержащих компонентов раствором кислоты нами были использованы такие параметры процесса деминерализации, которые не оказывают влияния на качество получаемого впоследствии полисахарида - концентрация раствора соляной кислоты 0,5 %; температура обработки - до 50 С, продолжительность - до 2,5 ч.
Хотя в литературе описано влияние предварительной обработки на выход и качество альгинатов, но отсутствуют данные по влиянию параметров процесса (температуры, продолжительности) и предварительного замачивания воздушно-сухих водорослей (восстановление) на выход экстрагируемых веществ, в том числе йода, из водорослей в растворы.
На выход экстрагируемых веществ, в том числе йода, как показал, сравнительный анализ экстрактов, большое влияние оказывает размер частиц используемых водорослей - слоевищ или кусков слоевищ, шинкованных или дробленых.
В экстрактах, полученных из шинкованной (полоски 5x70 мм) или дробленой морской капусты (частицы размером 0,5-1,0 см) выход экстрагируемых веществ составляет (7,8-10,6 %), что в среднем в 2,4-3,2 раза больше, чем в экстрактах, из неизмельченных водорослей (слоевища или куски слоевищ) - 3,2 %, что связано с увеличением поверхности контакта сырья с экстрагентом. При этом содержание йода в экстрактах также увеличивается до 0,08-0,10 %, по сравнению с экстрактом, полученным из неизмельченных водорослей -0,06% (табл. 3.15).
Исследование влияния температуры на выход экстрагируемых веществ в раствор показало, что повышение температуры обработки водорослей 0,5 %-ным раствором соляной кислоты от 20 до 50 С выход возрастает с 3,9-6,0 % до 7,3-10,6 % в зависимости от продолжительности обработки (рис. 3.8).
Как следует из рисунка 3.8, продолжительность обработки водорослей 1 ч недостаточна для более полного извлечения экстрагируемых 0,5 % раствором соляной кислоты веществ. Увеличение продолжительности обработки до 2 ч позволяет увеличить выход в 1,3-1,4 раза, в сравнении с продолжительностью процесса 1 ч. Дальнейшее увеличение продолжительности обработки до 2,5 ч увеличивает выход иа 2 -5 %. Обработка эспериментальных данных с использованием программ Table Curve 3D и Mathematica 4 показала, что выход экстрагируемых веществ в экстракт F (х,у) может быть описан уравнением: F (х,у) - 0,0458 х2 - 1,46973 х -0,0004 х3 +5,3 у - 0,978 у2 +13,34 (3.3) где х - температура процесса, С; у - продолжительность процесса, ч.
Исследование полученной зависимости методом дифференциального исчисления показало, что максимум выхода экстрагируемых веществ может быть получен при продолжительности процесса экстракции 2,7 ч и температуре 51,5 С. Выход экстрагируемых веществ при этих параметрах процесса составляет 10,65 %, против 10,6 %, полученных экспериментальным путем при продолжительности экстракции 2,5 ч и температуре 50 С.
Значения выхода экстрагируемых веществ в экстракт, рассчитанные по формуле 3.3 хорошо коррелируются с экспериментальными данными (рис.3.8, 3.9.)
Так как при восстановлении водорослей замачиванием вместе с растворимыми минеральными и органическими веществами теряются йодсодержащие компоненты, процесс замачивания водорослей перед солянокислым экстрагированием, был заменен промыванием посредством душирования пресной водой в течение 5 мин.
Установлено, что в экстракты, полученные из промытых водорослей в зависимости от температуры и продолжительности обработки, экстрагируется от 15,6-20,8 % до 21-27,5 % сухих веществ, что в 2,7-4,0 раза больше, чем при экстрагировании предварительно восстановленных водорослей (рис. 3.10).
При экстракции из промытых водорослей, в отличие от экстракции из восстановленных водорослей, образуются растворы с более высокой концентрацией растворимых веществ, что подтверждается более выраженной областью максимума на рис. 3.10. Обработка экспериментальных данных по программе Table Curve 3D и Mathematica 4 показала, что выход экстрагируемых веществ в экстракт может быть описан уравнением. F (х,у) = 0,073х2 - 2,235 х - 0,0007 х3 + 15,75 у - 3,278 у2 +23,263 (3.4) где х - температура процесса, С; у - продолжительность процесса, ч.
Исследование уравнения 3.4 методом дифференциального исчисления показало, что максимум выхода экстрагируемых веществ наблюдается при продолжительности процесса экстракции 2,4 ч, температуре 48,8 С. При этих параметрах процесса выход экстрагируемых веществ составляет 27,4 %, что согласуется с экспериментальными данными - 27,3 %, при продолжительности экстракции 2,5 ч и температуре 50 С. Дальнейшее увеличение продолжительности процесса более 2,5 ч практически не ведет к увеличению выхода экстрагируемых веществ из водорослей.
Обоснование комплексной технологии переработки бурых водорослей
Представляет интерес динамика извлечения йода в технологическом процессе получения полисахаридов из водорослей. Опубликованные ранее данные показывают, что в отходах альгинатного произодства йод отсутствует как в водах после выделения альгиновой кислоты, так и водорослевом остатке после экстрагирования альгината (Зимина и др. 1982).
Технологический процесс получения альгината кальция многостадийный и состоит из следующих операций: измельчение, замачивание сухих водорослей, деминерализация, экстрагирование альгиновой кислоты, фильтрование, осаждение альгината кальция, обезвоживание, сушка, измельчение.
При замачивании водоросли водорастворимые компоненты переходят в раствор, в котором содержание йода достигает 0,43 %, а в водорослях после этого процесса остается до 35,8 % от исходного (табл. 3.24).
В процессе деминерализации в солянокислый экстракт извлеклось 15,9 % йода от общего его содержания в сырье, а в водорослях осталось 0,029 % (13,4 % от содержания в сырье).
Щелочной экстракт представляет смесь раствора альгината натрия и мелко-и крупнодисперсных водорослевых остатков, от которых освобождались фильтрованием в два этапа: на роторном фильтре с ситом № 14-15 и далее на фильтре с ситом № 65-70.
Следует отметить, что в технологии получения пищевых и медицинских альгинатов процесс фильтрования альгинатного экстракта является наиболее сложный в связи с высокой его вязкостью и значительным содержанием водорослевых примесей.
Для достижения высокой степени очистки альгинатных экстрактов применяют дорогостоящее оборудование - высокооборотные центрифуги, что не всегда доступно производителю и не всегда это необходимо.
В отфильтрованном щелочном экстракте содержание йода составило 0,046 %, а в водорослевом остатке - 0,007 %, что составило 6,8 % и 3,2 % йода соответственно от исходного в сырье.
Альгинат кальция, выделенный из экстракта, также содержал 0,0006 % йода, что объясняется присутствием в нем водорослевых примесей, содержащих йод. Таким образом, присутствие йода в альгинате кальция зависит от степени очистки щелочного экстракта от частиц разварившейся водоросли. Наряду с йодом из водорослей извлекаются также минеральные и органические вещества (табл. 3.24).
Исследование динамики извлечения йода по стадиям технологического процесса получения альгинатов подтвердило, что основное количество йода извлекается в процессе предобработки водоросли (замачивание в воде и деминерализация).
На основании результатов исследований разработана технология получения альгината кальция с клетчаткой, получившего название «Альгилоза кальция», при которой сушеные водоросли после дробления направляют на получение «иодсодержащих комплексов» посредством водно-спиртового экстрагирования или «Ламинатина» солянокислым экстрагированием, а затем на получение альгинатсодержащих продуктов.
Экстрагирование альгиновой кислоты проводят в течение 3-4 ч при температуре 80-90 С и значении водородного показателя рН 8,5-9,0, с последующим настаиванием течение 6-8 ч при периодическом перемешивании. Фильтрация альгинатного экстракта без применения центрифуги, осаждение геля альгината кальция, обезвоживание, сушка, измельчение приводят к получению альгината кальция с водорослевой клетчаткой.
Результаты химического анализа «Альгилозы кальция» представленны в таблице 3.25 Биологические испытания, проведенные в НИИ Питания РАМН и Всесоюзного научного центра радиационной медицины показали ее безвредность и возможность применения в качестве эффективного энтеросорбента токсичных металлов и радиоизотопов (Приложение 10).
Клинические испытания БАД «Альгилозы кальция», проведенные на базе кафедры поликлинической педиатрии и пропедевтики детских болезней Владивостокского государственного медицинского университета в детской больнице № 2 в 2000 г (Заключение от 28.01.00), показали, что применение «Альгилозы кальция» нормализует кислотообразующую функцию желудка, купирует явления желудочной диспепсии. В связи с этим она рекомендована при комплексном лечении детей с гастродуоденальной паталогией
