Фикоколлоиды морских водорослей

Альгинаты (натриевые, калиевые и кальциевые соли альгиновой кислоты) получают из бурых водорослей (табл. 5, рис. 16), в Северной Атлантике, главным образом, из ламинариевых водорослей (виды рода Laminaria, Alaria esculenta) и фукусовых (виды рода Fucus, Ascophyllumnodosum). Альгинаты как студнеобразующие, желирующие, стабилизирующие, эмульгирующие, влагоудерживающие компоненты находят разнообразное применение в целом ряде производств. Применяются в текстильной и бумажной промышленности для проклеивания бумаги и придания глянца; при нанесении красок на ткани. В пищевой промышленности альгинаты в качестве загустителя и стабилизатора, для придания структуры используются при изготовлении десертов (сливочное мороженое, пудинги, сладкие кремы), молочных продуктов (сметана, взбитые сливки), булочных изделий (глазирование, меренги, начинка для фруктовых пирогов), напитков (фруктовые напитки). Сливочному мороженому придают нежную консистенцию и обеспечивают стабильность при хранении. При добавлении в соусы и кетчупы улучшают их однородность и устойчивость при хранении. Альгинаты применяются при производстве составных полуфабрикатов и замороженных продуктов как влагоудерживающий компонент. Рекомендуются, например, для стабилизация пены пива. При токсикологических исследованиях выявлен высокий уровень безопасности альгинатов при добавлении их в пищевые продукты.

Таблица 5

Содержание альгиновой кислоты в бурых водорослях (Баренцево море, лето) (Воскобойников, Зубова, 1998)

Виды водорослей	% сухого веса
Laminaria saccharina пластина стволики Laminaria digitata пластина стволики Alaria esculenta Fucus vesiculosus Fucus distichus Ascophyllum nodosum	30-36 19-25   24-32 14-19 21-27 16-21 16-22 14-23

 

Альгинаты используются при выращивании рассады растений - как вещество, скрепляющее почвенные частицы и хорошо удерживающее влагу. Разработана технология применения альгинатов для восстановления растительного покрова в условиях Крайнего Севера, например, на отвалах использованной руды.

Рис. 16. Структура маннита, фрагментов альгиновой кислоты, агара и каррагинана – веществ, извлекаемых из водорослей (по: Lüning, 1990).

Фукоиданы состоят из моносахаридов: фрукозы, галактозы, ксилозы, маннозы, глюкороновой кислоты. Содержание у бурых водорослей в среднем составляет 7-11 %, у ламинариевых и фукусовых водорослей может быть до 20 % сухого остатка. Фукоиданы образуют вязкие растворы, обладающие коллоидными свойствами, что позволяет использовать их для получения стабильных суспензий и эмульсий. Растворы фукоидана из Fucusvesiculosus обладают антикоагулянтной и антитромботическая активностью, из Fucusserratus – иммуномодулирующим действием, из А scophyllumnodosum –антиопухолевыми и антипролиферативными свойствами. Фукоиданы эффективно снижают содержание холестерина крови. Благодаря способности связывать металлы, в частности свинец, фукоиданы могут быть использованы для их выведения из кишечника и предотвращения отравления. Перспективным направлением использования фукоиданов считается получение на их основе противоопухолевых и антивирусных препаратов.

Маннит и ламинаран – запасные вещества бурых водорослей. Считается, что манит, шестиатомный спирт, – первичный продукт, образуемый при фотосинтезе, выполняет в клетках водорослей и осморегуляторную функцию. Количество его в сухой массе водорослей составляет 25 % и более, что зависит от вида водорослей и сезона года. Маннит применяется для изготовления лекарственных препаратов – осмодиуретиков и в качестве плазмозаменителя при консервации крови. Кроме того, обладает желчегонным действием, усиливает выделение желчи, тем самым предотвращается развитие инфекции и образование камней.

В Баренцевом и Белом морях имеются значительные запасы ламинариевых и фукусовых водорослей, которые используются для извлечения альгинатов и фукоиданов.

Каррагинаны – большая группа веществ, извлекаемых из красных водорослей (рис. 16); в Северной Атлантике используются виды родов Chondrus, Furcellaria, Phyllophora. Каррагинаны используются в пищевой и фармацевтической промышленности как эмульгаторы и стабилизаторы, как клеящее вещество в текстильном производстве. В пищевой промышленности каррагинаны применяются при производстве молочных продуктов – взбитые сливки, йогурт, ацидофильное молоко, сливочное мороженое, молоко с фруктовыми добавками, сгущенное молоко, кофейные сливки, что основано с особой способностью каррагинанов взаимодействовать с белками молока. Кроме того они используются при производстве замороженных продуктов для придания им текстуры, а также при изготовлении приправ и соусов в качестве загустителя.

Запасы водорослей, содержащих каррагинаны, – Chondruscrispus, Furcellarialumbricalis, Phyllophorabrodiaei весьма ограничены в Баренцевом и Белом морях.

Агар – желирующее вещество, которое получают из ряда видов красных водорослей, в том числе из Gracilaria, Ahnfeltia. В структуре агара выделяют фракцию агарозы, обладающей наибольшей желирующей способностью, другие фракции относят к агаропектину (рис. 16). Основное использование агара – в микробиологии в качестве универсальной среды для выращивания микроорганизмов. Первоначально агар использовался для приготовления желе из фруктов и овощей. Агар применяют для изготовления кондитерских изделий – леденцов, мармелада, которые благодаря агару ломаются ровно и не выглядят тягучими и липкими, как наполнитель для пирогов и бисквитов, чтобы придать форму, приятный вкус и текстуру. Агароза используется в хроматографии для выделения и очистки биологических макромолекул (вакцин, гормонов, ферментов). Агар и агароза применяются в электрофорезе, при генном картировании, выделении фрагментов ДНК.

В Белом море имеются заросли агарофита Ahnfeltiaplicata, которые представляют промысловое значение. Агар из беломорской анфельции отличается высоким качеством. На Мурманском побережье этот вид встречается редко.

Спрос на фикоколлоиды, получаемые из красных и бурых водорослей, растет и считается, что будет продолжать расти. При возрастании уровня жизни спрос на натуральные продукты, для производства которых используются естественные эмульгаторы как агар, каррагинаны и альгинаты, будет расти. Фикоколлоиды морских водорослей являются природными продуктами, что всегда предпочтительнее при использовании их в пищевых продуктах. Они имеют сложную химическую структуру, их трудно синтезировать химическим путем. Расширение знаний о свойствах этих биополимеров открывает и новые возможности для их применения. Все большее применение находят фикоколлоиды при изготовлении фармакологических препаратов и косметических средств.

Методики определения содержания веществ, извлекаемых из бурых и красных водорослей, подробно изложены в ряде работ (ГОСТ 26185-84; Шмелева и др., 1998; Облучинская, 2005).

 

Работа 8. Получение альгиновой кислотыиз бурых водорослей

 

Материал: сухие измельченные водоросли – ламинария или фукусы

Оборудование, посудаи реактивы: весы, химические стаканы, воронка, хлористоводородная кислота, гидрокарбонат натрия, лакмусовая бумажка, этанол.

Задание

1. Получить альгинат натрия из бурых водорослей – ламинарии или фукусов.

2. Зарисовать схему молекулы альгиновой кислоты.

3. Перечислить области применения альгинатов.

Ход работы

Для определения содержания альгиновой кислоты сухие водоросли перед проведением анализа растирают до порошкообразного состояния в ступке и отбирают навеску по 150-200 мг. Пробы заливают 0,25 %-ной HCl и выдерживают 2 ч при комнатной температуре для набухания и равномерного распределения осадка, после чего смесь нейтрализуют 0,25 %-ным NaOH. Для получения однородной массы смесь с небольшим количеством Na₂CO₃ выдерживают некоторое время при 65⁰С. Содержание альгиновой кислоты определяют после её осаждения серной кислотой и фильтрования (образующегося) осадка через нейлоновый фильтр.

 

Работа 9. Получение каррагинана из красных водорослей

 

Материал: сухая измельченная красная водоросль – пальмария (Palmaria palmata)

Оборудование, посуда, реактивы: весы, сушильный шкаф, электромешалка с подогревом, вакуумный насос, химические стаканы, воронка, материал для фильтрации, дистиллированная вода, этанол.

Задание

1. Получить каррагинан из красной водоросли – пальмарии.

2. Зарисовать схему молекулы каррагинана.

3. Перечислить области применения каррагинана.

Ход работы

Для получения каррагинана порошок красных водорослей (100 г) помещают в реактор, заливают дистиллированной водой (1: 5) и при постоянном помешивании экстрагируют при температуре 85 °С в течение 1 часа. Полученную надосадочную жидкость сливают в стеклянную емкость и еще горячей фильтруют, упаривают под вакуумом да 1/5 первоначального объема и смешивают с равным объемом 90 % этанола. Осадок каррагинана вновь растворяют в горячей дистиллированной воде и раствор вторично смешивают с равным объемом этанола. Образовавшийся осадок сушат до полного удаления следов влаги.