Перспективы использования водорослей в пищевой промышленности

Содержание

Введение…………………………………………………………………………......3

1. История появления. Классификация водорослей……………………………....6

2. Практическое применение водорослей……………………………………………………………………….….8

3. Применение водорослей в пищевом производстве……………………….…..14

Заключение………………………………………………………………………...22

Список  используемой литературы………………………………………………

Приложение А

Приложение Б 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение. 

    Увеличение  заболеваний населения, проживающего в Казахстане, да и во всем мире, в последние десятилетия специалисты связывают как с нарушением экологии из-за бесконтрольного использования ядохимикатов, минеральных удобрений, загрязнением среды промышленными, транспортными отходами и т.д., так и с несбалансированным питанием. Значительному ослаблению здоровья населения способствует также широкомасштабное распространение радионуклидов. В пищевых продуктах и питьевой воде концентрация различных токсикантов и радионуклидов нередко превышает допустимую норму. В связи с этим все больше возрастает необходимость использования в пишу натуральных продуктов, сбалансированных по микронутриентам и содержащих биологически активные вещества (БАВ), положительно влияющих на функции органов и тканей человека. К пищевым продуктам стали относиться как к эффективному средству, улучшающему физическое и психическое здоровье, снижающему риск возникновения многих заболеваний.

    В этой ситуации морские водоросли  и их биологически активные компоненты могут быть использованы для профилактики и лечения ряда «болезней цивилизации», а также с целью устранения последствий воздействия ядовитых веществ на организм человека. Водоросли — растения, с помощью которых можно осуществить мечту Гиппократа: «Чтобы наша пища была лекарством, а лекарства пищей». Биокомпоненты водорослей обладают несомненными фармакологическими свойствами - это альгинаты, фукоидан, ламинаран, маннит, микро- и макроэлементы, свободные аминокислоты, полиненасыщенные жирные кислоты, витамины и т.д. В последние годы возрастает понимание необходимости использования в пищу натуральных продуктов, не содержащих химических добавок, поэтому нетрудно предвидеть, что среди них водорослям, в силу их уникального химического состава, будет принадлежать особое место. В настоящее время, когда стали известны фармакологические свойства многих биокомпонентов водорослей, ученые всего мирового сообщества уделяют повышенное внимание разработке технологий получения функциональных пищевых продуктов (ФПП) из водорослей и их БАВ. При этом в одних случаях водоросли можно использовать как сырье для приготовления самостоятельных продуктов. В других случаях использовать их производные как пищевые добавки, повышающие качество основных продуктов путем сохранения или улучшения их структуры, вкуса, внешнего вида и удлинения сроков хранения.

    Анализ  фактического питания населения [Корзун, 1999; Мирончик, 2005] показал, что почти во всех регионах Казахстана, России, Украины и Белоруссии наблюдается дефицит ряда важнейших микронутриентов, особенно йода, недостаток которого приводит к нарушению функций щитовидной железы и связанных с ней процессов. Такое состояние определяет актуальность обогащения пищевых продуктов этим важным элементом. Источники микроэлементов должны быть достаточно эффективными и абсолютно безвредными при длительном употреблении. К сожалению, во многих случаях соединения йода, чаще всего неорганические, используемые в качестве источника микроэлементов, обладают низкой усваиваемостью и простого добавления неорганических соединений йода в рацион недостаточно. В последние годы учеными многих стран показано, что лучшим методом групповой и индивидуальной профилактики недостатка минералов является использование в пишу морской рыбы, моллюсков и, особенно, морских водорослей в виде салатов, гарниров, кулинарных изделий или БАВ из них. В опубликованных работах было показано, что идеальным во всех отношениях сырьем для производства пищевых продуктов, обеспечивающих организм человека необходимыми пищевыми волокнами и микро-, макроэлементами, в том числе и йодом, являются морские водоросли и их производные [Корзун и др., 2002; 2003].

    В связи с этим, разработка рецептур продукции эмульсионного типа для лечебно — профилактического, массового и диетического питания с использованием морских водорослей и их биокомпонентов, а также разработка технологии производства функциональных продуктов питания - актуальная задача для науки и пищевой промышленности.

    Решение этих задач и выпуск новой продукции  обеспечит население низкокалорийными продуктами, органолептические свойства которых не отличаются от традиционных и сбалансированных по пищевой ценности. Для завоевания потребительского рынка продуктов на основе водорослей необходимо расширять их ассортимент с разнообразными вкусовыми характеристиками. Безотходная технология переработки бурых водорослей позволит получить не только выгодный с точки зрения экономики продукт, но и также расширить ассортимент продукции на рынке.

    Таким образом, разработка и внедрение  комплексной технологии переработки  водорослей актуальна и экономически целесообразна, в связи с возможностью получения широкого спектра продуктов  и напитков, содержащих биологически активные вещества водорослей, с лечебно-профилактическими  и фармакологическими свойствами.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- изучить  химический состав, включая биоактивные  компоненты, водорослей порядков  Fucales и Laminariales и их безопасность;

- разработать  условия экстрагирования водорастворимых биоактивных компонентов из сушеных водорослей;

- исследовать  химический состав и безопасность  биоэкстрактов;

- разработать  технологические режимы и рецептуры напитков на основе водных биоэкстрактов;

- исследовать  химический состав и безопасность  напитков;

- разработать  рациональные условия деминерализации  фукусовых водорослей для получения  гомогенных фукусовых биогелей;

- исследовать  химический состав и безопасность  биогелей;

- разработать  технологии и рецептуры десертной, желейной продукции, соусов для мясных и рыбных блюд, паштетов с использованием рыбных фаршей на основе водорослевых биогелей;

- провести  расчеты аминокислотной и жирнокислотной сбалансированности продукции с рыбнымифаршами;

- исследовать  химический состав и безопасность  разработанной продукции;

- разработать  рекомендации по использованию  водорослевых биогелей: получение из них альгината натрия и альгината кальция, утилизация остатка;

- разработать  техническую документацию на  комплекс пищевых продуктов с  использованием биоэкстрактов и биогелей из водорослей. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. История появления и классификация водорослей

    Водоросли — группа организмов различного происхождения, объединённых следующими признаками: наличие хлорофилла и фотоавтотрофного питания; у многоклеточных — отсутствие чёткой дифференцировки тела, называемого слоевищем, или талломом, на органы; отсутствие ярко выраженной проводящей системы; проживание в водной среде, либо во влажных условиях (в почве, сырых местах и т. п.).

Разделение  водорослей на систематические группы высшего ранга — отделы— в основном совпадает с характером их окраски, связанной, конечно, с особенностями строения. Однако относительно количества и объема этих отделов в научной литературе нет единства взглядов. Наиболее распространенная классификация водорослей:

1)  сине-зеленые   водоросли — Cyanophyta; 
2)  пирофитовые   водоросли — Pyrrophyta; 
3)  золотистые  водоросли — Chrysophyta; 
4)  диатомовые    водоросли — Bacillariophyta; 
5)  желто-зеленые водоросли — Xanthophyta; 
6)  бурые   водоросли — Phaeophyta; 
7)  красные   водоросли — Rhodophyta; 
8)  эвгленовые водоросли — Euglenophyta; 
9)  зеленые водоросли — Chlorophyta; 
10)  харовые  водоросли — Charophyta.

    За  миллионы лет существования нашей планеты водоросли накопили всю мудрость эволюции, обрели уникальные свойства, которыми не обладает ни одно растение, растущее на суше. Насчитывается около 28 тысяч видов водорослей, их них до 8-10 тысяч макрофитов. Морские водоросли с давних времен привлекали внимание человека. В летописях разных народов о них сохранились многочисленные сказания. В Китае и Японии водоросли использовались населением уже в VIII в., а спустя четыре столетия их широко стали применять в приморских районах Франции, Ирландии, Шотландии, Норвегии и других стран Европы. Морские водоросли использовали не только как прекрасный пищевой продукт, но и как эффективное средство для лечения и профилактики многих заболеваний. В Индии водоросли использовали в борьбе с некоторыми заболеваниями желез внутренней секреции. В Китае морские водоросли применяли для лечения нарывов, ожогов и даже злокачественных опухолей. Вполне вероятно, что некоторые формы водорослей существовали уже в древнейшие геологические эпохи. Многие из них, судя по современным видам, не могли из-за особенностей своего строения (отсутствия твердых частей) оставить окаменелостей, поэтому сказать, какими точно они были, невозможно. Ископаемые формы основных нынешних групп водорослей, кроме диатомовых и нескольких других, известны с палеозоя (570-245 млн. лет назад). Наиболее обильными в ту эпоху, вероятно, были зеленые, бурые, красные и харовые водоросли, обитавшие в морях и океанах. Косвенное свидетельство раннего появления на нашей планете водорослей - научно доказанное существование в палеозое множества морских животных, которые должны были питаться органикой. Первичным ее источником для них скорее всего служили фотосинтезирующие водоросли, потребляющие только минеральные вещества. Русский исследователь Крашенинников после посещения Камчатки в XVIII в. отметил, что аборигены полуострова ценят высокие целебные качества донных растений. Он писал: «Есть еще морская трава Яранга, которая около Лопатки выметывается из моря и видом походит на усы китовые. Оную траву курилы мочат в студеной воде и пьют от великого резу».()  При завоевании племен майя миссионерами описывался случай, когда испанцы около полутора лет осаждали крепость на вершине горы. Естественно, что все продукты давно должны были кончиться, однако крепость не сдавалась. Когда же она была наконец взята, то испанцы с удивлением увидели в ней небольшие пруды, где культивировались одноклеточные водоросли, из которых индейцы готовили особый сыр. Испанцы попробовали его и нашли весьма приятным на вкус. Однако это было уже после того, как испанцы уничтожили абсолютно всех защитников и секрет племени был утерян. В наше время делались попытки определить этот вид водорослей, из которых готовился сыр, но они не увенчались успехом.  
В настоящее время в Казахстане имеются значительные запасы пищевых ламинариевых водорослей, а также фукусовых, не используемых для приготовления пищевых продуктов. Промысловые ламинариевые водоросли — Laminaria japonica, Laminaria angustata, Laminaria digitata, Laminaria sac-charina - в основном используют для производства пищевых продуктов, маннита и альгинатов, фукусовые - для технических целей [Кизиветтер и др., 1967; Подкорытова, и др., 1998; Ковалева, 2000; Подкорытова, 2005а; Репина, 2005].  
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Практическое  применение водорослей

    Сейчас  морские водоросли с успехом  используются в сельском хозяйстве, пищевой, текстильной, парфюмерной  и многих других отраслях промышленности. В целом ряде стран водоросли используют как весьма полезную витаминную добавку к кормам для сельскохозяйственных животных. Их прибавляют к сену или дают как самостоятельный корм для коров, лошадей, овец, коз, домашней птицы во Франции, Шотландии, Швеции, Норвегии, Исландии, Японии, Америке, Дании и на нашем Севере. Ряд водорослей используют для изготовления медицинских препаратов. Животным скармливают в виде добавки также биомассу выращиваемых микроводорослей (хлорелла, сценедесмус, дуналиелла и др.).  
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. Эта водоросль относится к классу равножгутиковых и похожа на хламидомонаду. Dunadiella может расти и размножаться в среде с широким диапазоном содержания соли: и в воде океанов, и в почти насыщенных солевых растворах Мертвого моря. Она накапливает свободный глицерол, чтобы противодействовать неблагоприятному влиянию высоких концентраций солей в среде, где она растет. При оптимальных условиях и высоком содержании соли на долю глицерола приходится до 85% сухой массы клеток. Для роста этим водорослям необходимы: морская вода, углекислый газ и солнечный свет. После переработки эти водоросли можно использовать в качестве корма для животных, так как у них нет неперевариваемой клеточной оболочки, присущей другим водорослям. Они также содержат значительное количество β-каротина. Таким образом, культивируя эту водоросль, можно получать глицерол, пигмент и белок, что весьма перспективно с экономической точки зрения.  
Наряду с кормами водоросли давно применяют в сельском хозяйстве в качестве удобрений. Биомасса обогащает почву фосфором, калием, йодом и значительным количеством микроэлементов, пополняет также ее бактериальную, в том числе азотфиксирующую, микрофлору. При этом в почве водоросли разлагаются быстрее, чем навозные удобрения, и не засоряют ее семенами сорняков, личинками вредных насекомых, спорами фитопатогенных грибов.  
Одним из самых ценных продуктов, получаемых из красных водорослей, является агар — полисахарид, присутствующий в их оболочках и состоящий из агарозы и агаропектина. Количество его доходит до 30—40 % от веса водорослей (водоросли лауренция и грацилярия, гелидиум). Водоросли — единственный источник получения агара, агароидов, каррагинина, альгинатов. В мире в 1980 г. было получено 7 тыс. т агара, 222 тыс. т альгинатов, 10 тыс. т каррагинина. В нашей стране основным источником агара служит красная водоросль анфельция.         Применение агара разнообразно. В больших количествах его используют в пищевой промышленности при изготовлении мармелада, пастилы, мороженого, сыра и других, преимущественно кондитерских, изделий. Агар добавляют в хлеб, это повышает его качество, и он не так быстро черствеет. В бумажной промышленности его применяют для придания бумаге плотности и глянца, с той же целью его используют в текстильной промышленности при аппретуре, т. е. отделке тканей, и в ряде других отраслей. Наконец, в громадных количествах агар используют в научно-исследовательской работе в качестве твердой среды (после пропитывания питательными солями) для культивирования микроорганизмов. При сходной, но более грубой обработке из водорослей получают клей, который находит применение как в текстильном, так и строительном деле. Прибавление клея к цементу, штукатурке и прочим строительным материалам увеличивает их крепость и водонепроницаемость 
Однако наибольшую ценность из всех органических веществ, получаемых из морских водорослей, представляют так называемый альгин, или альгиновая кислота, и ее соли — альгинаты. Бурые водоросли являются единственным источником получения — солей альгиновой кислоты, альгинатов. Альгинаты исключительно широко применяются в народном хозяйстве. В чистом виде они обладают большой клеющей силой, в 37 раз превосходящей гуммиарабик и в 14 раз крахмал. Это делает альгин особо ценным для аппретуры тканей и бумаги и для целого ряда других производств, где требуется сильный клей. Альгиновая кислота - это также изготовление высококачественных смазок для трущихся деталей машин, медицинские и парфюмерные мази и кремы, синтетические волокна и пластики, стойкие к любой погоде лакокрасочные покрытия, не выцветающие со временем ткани, производство шелка, клеящих веществ исключительно сильного действия, строительных материалов, пищевые продукты отличного качества — фруктовые соки, консервы, мороженое, стабилизаторы растворов, брикетирование топлива, литейное производство и многое другое. Альгинат натрия — наиболее используемое соединение — способен поглощать до 300 весовых единиц воды, образуя при этом вязкие растворы.  
Бурые водоросли богаты также весьма полезным соединением — шестиатомным спиртом маннитом, который с успехом применяют в пищевой промышленности, фармацевтике, при производстве бумаги, красок, взрывчатки и др. Бурые водоросли в ближайшее время планируется использовать для получения биогаза. Каллусные культуры макрофитных водорослей могут быть использованы далее в различных направлениях. В случае, если они получены от агарофитов, можно непосредственно получать из них агар.