Введение к работе
Актуальность темы (работы). Водорослевые гидроколлоиды широко применяют в пищевой промышленности при создании мясных, молочных, рыбных и гелеобразных продуктов с заданными структурами и свойствами (Беликов В.М. и др., 1969; Толстогузов В.Б. и др., 1985; Рогов И.А., Горбатов А.В., 1990; Богданов В.Д., 1990). Прирост населения, умеренный экономический рост его благосостояния, а также развитие пищевой промышленности приводят к возрастанию потребности в природных гидроколлоидах (McHugh, 2003). Кроме создания пищевых продуктов с заданной структурой, они придают продуктам определенный вкус и лечебно-профилактические свойства (Nagumo, 1996). В связи с этим в мире активно разрабатываются и совершенствуются технологии промышленного производства гидроколлоидов из сырья растительного происхождения.
Среди множества растительных объектов важное место принадлежит красным водорослям, которые являются уникальным сырьем для производства фикоколлоидов - в том числе каррагинанов различных типов (Zemker-White, Ohno, 1999). Последние десятилетия характеризуются заметным истощением запасов естественных популяций красных водорослей, поэтому возникла проблема, связанная с развитием марикультуры высокопродуктивных быстрорастущих теплолюбивых их видов, в том числе каррагинофитов -Kappaphycus и Eucheuma (Блинова, 1990; Iain С. Neish, 2005). По данным статистики ежегодно только во Вьетнаме выращивают более 3200 тонн в сухом весе этих ценных каррагинофитов. Практически все выращиваемые водоросли реализуются за рубеж, а для удовлетворения внутренних потребностей каррагинаны импортируют в связи с отсутствием технологии его производства (Nang, 1994; Nang, 1998; Dang et al., 2007). В дальневосточных российских морях имеются запасы красных водорослей-каррагинофитов рода Chondrus. Разработана технология производства каппа-каррагинана из Chondrus armatus и установлено, что природный полисахарид этой водоросли - это каппа- (к-) и йота- (і-) гибридная форма каррагинана (Подкорытова, Кадникова, Усов, 1995).
Однако запасы этих водорослей недостаточны для добычи и организации стабильного крупно масштабного производства, что приводит к необходимости импорта каррагинанов. В связи с этим, возникает стойкая зависимость российской промышленности от других стран, что вызывает необходимость изучения новых для России видов высокопродуктивных каррагинофитов -Kappaphycus spp. и Eucheuma spp., культивируемых в странах тропического пояса. Кроме того, в научной литературе не достаточно данных с исчерпывающей и систематической физико-химической характеристикой этих видов и разработанных технологий производства каррагинанов из красных водорослей-каррагинофитов, выращиваемых в разных регионах, а также в разные сезоны и сроки.
Таким образом, разработка и внедрение технологии каррагинанов, получаемых из культивируемых красных водорослей - каррагинофитов в разные сроки и сезоны сбора, а также в различных районах - актуальны и экономически целесообразны в связи с возможностью широкого спектра их использования, а также решением проблем безотходной технологии их переработки.
Целью работы является разработка технологии производства
сульфатированных гелеобразующих полисахаридов - к- и і- каррагинанов, фикобилипротеинов из культивируемых красных водорослей - родов Kappaphycus и Eucheuma и рекомендаций по использованию продуктов их комплексной переработки.
В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:
провести комплексные исследования общего химического, моносахаридного состава и технологических свойств культивируемых красных водорослей родов Kappaphycus и Eucheuma, выращенных в разные сроки, сезоны в прибрежной зоне Южного Вьетнама;
разработать рациональные режимы экстрагирования к- и і- каррагинанов из красных водорослей Kappaphycus и Eucheuma;
- разработать рациональные условия осаждения к- и і- каррагинанов;
обосновать и разработать оптимальные режимы прессования геля к-каррагинана;
разработать способ и обосновать рациональные режимы получения пигментов - фикобилипротеинов из каррагинофитов;
идентифицировать фикобилипротеины и их состав;
исследовать физико-химические свойства каррагинанов, выделенных из каррагинофитов после экстракции пигментов;
- разработать рекомендации по использованию геля каррагинана и водорослевых остатков;
разработать техническую документацию (ТУ и ТИ) на воздушно-сухие водоросли Kappaphycus, Eucheuma и производство к- и і- каррагинанов;
рассчитать прогнозируемый экономический эффект производства к- и і-каррагинанов из красных водорослей родов Kappaphycus и Eucheuma.
Научная новизна.
Установлено, что основным фактором, влияющим на качество к-каррагинана, получаемого из культивируемых водорослей рода Kappaphycus является сезонность их выращивания.
Установлены рациональные режимы экстрагирования и осаждения природных каррагинанов из Kappaphycus и Eucheuma со степенью экстракции их до 95±1% и с сохранением природной прочности гелей (до 900 г/см ), позволяющие получать к- и і- каррагинаны в одном технологическом цикле.
Впервые показано, что во всех пигментсодержащих экстрактах из Kappaphycus и Eucheuma содержатся R-фикоэритрин тип I (три максимума поглощения при 498 нм, 533-534 нм и 563 нм), R-фикоцианин с одним максимумом при 615-618 нм и аллофикоцианин с плечом в 651 нм, концентрации и соотношения которых обусловливают различие разновидностей К. striatum (Sacol green и Sacol brown).
4. Экспериментально обоснованы рациональные режимы поэтапного
получения фикобилипротеиновых комплексов и каррагинанов, обеспечивающих
комплексное извлечение биологически активных компонентов.
Практическая значимость работы. На основании результатов исследований разработана технология получения сушеных порошкообразных к- и і- каррагинанов и геля к-каррагинана. Разработана и утверждена техническая документация: ТУ 9284-018-00472124-11 «Каппафикус сушеный», ТУ 9284-20-00472124-11 «Эухема сушеная», ТУ 9284-024-00472124-11 «к-каррагинан пищевой» ТИ к ТУ 9284-024-00472124-11 на производства к-каррагинана, ТИ к ТУ 9284-024-00472124-11 на производство геля к-каррагинана, ТУ 9284-025-00472124-11 «і-каррагинан пищевой», ТИ к ТУ 9284-025-00472124-11 на производство i-каррагинана. Новизна технического решения отражена в заявке № 2011108971 на патент «Способ переработки красных водорослей». Проведен расчет экономической эффективности производства готовой продукции, изготовленной в соответствии с разработанными технологиями.
Основные положения, выносимые на защиту.
Результаты исследований общего химического и моносахаридного состава биомасс каррагинофитов родов Kappaphycus и Eucheuma, выращиваемых в разных условиях в прибрежной зоне Южного Вьетнама, предназначенных для выбора сырья при производстве высококачественных каррагинанов.
Научно обоснованные режимы получения к- и і- каррагинанов, а также фикобилипротеиновых комплексов из каррагинофитов родов Kappaphycus и Eucheuma.
Рекомендации по комплексной переработке каррагинофитов, использованию водорослевых остатков и применению к-каррагинана в технологии рыбных паштетов.
Апробация работы. Материалы диссертации представлены на V Московском Международном Конгрессе по биотехнологии «Биотехнология-состояние и перспективы развития» (Москва, 2009); Научно-практической конференции «Производство рыбной продукции: проблемы, новые технологии, качество» (Светлогорск, 2009); «20th International Seaweed Symposium» (Ensenada, Baja California, Mexico, 2010); Международной конференции «Освоение водных биологических ресурсов Арктики и международное сотрудничество», (Тромсе,
Норвегия, 2010); VIII Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, 2011); Международной научно-практической конференции «Пищевая и морская биотехнология - для здорового питания и решения медико-социальных проблем» (Светлогорск, 2011); IV Международной конференции «Морские прибрежные экосистемы. Водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки» (Южно-Сахалинск, 2011).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, в том числе 2 статьи, 6 материалов конференций, 1 заявка на патент РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 151 страницах, включает 33 таблицы, 37 рисунков, содержит 6 приложений на 60 страницах. Список литературы включает 238 литературных источников, в том числе 129 зарубежных авторов. В приложении приведены техническая документация, акты о выпуске опытных партий продуктов, заявка на патент, протоколы, расчеты прогнозируемой экономической эффективности, спецификация оборудования для линии производства каррагинана.
