Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИНЕЗЕЛЕНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ХЛОРОФИЛЛА И ФИКОБИЛИПРОТЕИНОВ КАК ПИЩЕВЫХ КРАСИТЕЛЕЙ И БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Ефимов А.А., Белова Т.П., Ефимова М.В.

В настоящее время во всем цивилизованном мире достигли высокого уровня пищевые технологии, кулинарное искусство. Международная торговля обеспечивает наличие на прилавках магазинов и на рынках самых разнообразных, в том числе экзотических, продуктов как растительного, так и животного происхождения.

Постановлением Правительства РФ № 917 от 10 августа 1998 г. принята Концепция государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2005 г., в которой определено: «Питание является одним из важнейших факторов, определяющих здоровье населения...Остро стоит проблема качества пищевых продуктов и продовольственного сырья».

Показатели качества пищевых продуктов определяются их химическим составом, физическими и органолептическоми свойствами (цветом, внешним видом, формой, размерами, прочностными характеристиками), гигиеническими свойствами, биологической и энергетической ценностью.

Основной группой веществ, определяющих внешний вид продуктов питания, являются пищевые красители и вещества, способствующие сохранению окраски.

Цвет пищевых продуктов, их внешняя привлекательность играют большую роль в реализации продуктов питания, оценке их стоимости, в конкуренции на рынке. Уже несколько веков назад для этих целей использовали корни, листья и цветы растений и полученные из них соки и экстракты, продукты органического и минерального происхождения. Появившиеся в начале 20 века яркие и стойкие синтетические красители во многом вытеснили натуральные пигменты. Их появление обострило вопрос о безопасности и гигиенической оценке синтетических красителей и привело к возникновению ряда законодательных документов в этой области (например, Закон РФ «О качестве и безопасности пищевых продуктов» от 2 января 2000 г.).

В то же время при реализации современных пищевых технологий, включающих различные виды тепловой обработки, продукты часто изменяют свою первоначальную окраску, а иногда приобретают неэстетичный внешний вид. Особенно сильно меняется цвет при консервировании овощей и фруктов, что связано в основном с превращением хлорофиллов в феофитин или с изменением цвета антоциановых красителей в результате изменения рН среды или образования комплексов с металлами.

Для придания пищевым продуктам характерной для них окраски используют натуральные (природные) или синтетические красители. В частности, согласно СанПиН 2.3.2.1293-03, к натуральным органическим пищевым красителям относят антоцианы, кармины, каротины, красный рисовый, красный свекольный, куркумины, каротиноиды, рибофлавины, сахарный колер, алканин, пищевые танины, хлорофилл и медные комплексы хлорофилла и хлорофиллина.

В правилах применения отдельных красителей оговариваются вид продукта и максимальные уровни их использования, если таковые установлены. При использовании пищевых красителей, передозировка которых не представляет опасности для здоровья человека, их следует применять в соответствии с установившейся производственной практикой и в количестве, не превышающем необходимого для достижения поставленной цели. При этом потребитель не должен вводиться в заблуждение.

Природные красители - естественные компоненты пищевых продуктов или биологических объектов, не употребляемых обычно в качестве продуктов питания или составной их части. Натуральные красители обычно выделяют из природных источников в виде смеси соединений, различных по своей химической природе, состав которой зависит от источника и технологии получения, в связи с чем бывает сложно обеспечить его постоянство. Натуральные красители, как правило, не обладают токсичностью, но для многих из них установлены допустимые суточные дозы (ДСД). Некоторые натуральные красители обладают биологической активностью.

Сырьем для получения натуральных пищевых красителей служат различные части дикорастущих и культурных растений, отходы их переработки, водоросли.

Одними из распространенных натуральных пищевых красителей являются хлорофиллы. Хлорофиллы - магнийзамещенные производные порфирина - природные пигменты, придающие зеленую окраску многим наземным растениям и водорослям, овощам, плодам. По своему химическому строению хлорофилл близок к пигменту крови человека - гемоглобину. Кроме того, в последнее время установлено, что хлорофилл обладает стимулирующим и тонизирующим действием, активизирует основной обмен, тонус кишечника, сердечно-сосудистой системы, дыхательного центра, стимулирует грануляцию и эпителизацию тканей, влияет на формулу крови, увеличивая лейкоциты и гемоглобин, оказывает бактериостатическое действие.

Пищевой краситель хлорофилл (Е140) состоит из сине-зеленого хлорофилла а и желто-зеленого хлорофилла b, находящихся в соотношении 3 : 1. Применение их в качестве красителя в пищевой промышленности сдерживается их нестойкостью, т.к. при повышенной температуре в кислых средах зеленый цвет переходит в оливковый, затем в грязно-желто-бурый вследствие образования феофитина. Хлорофиллы растворимы в масле. Для окраски продуктов питания в настоящее время используют хлорофиллы, выделенные из капусты, ботвы моркови, крапивы и др.

Производные хлорофилла используются в медицине для фотодинамической терапии рака. В литературе описано бактерицидное и антиоксидантное действие хлорофилла, а также применение хлорофилла для окраски мыла, масел, жиров, кремов, алкогольных и безалкогольных напитков, косметических средств, одеколона, духов, в качестве дезодоранта и в других целях. В Японии хлорофиллы используют для подкрашивания рыбных паст и некоторых других кулинарных изделий. В Европе хлорофилл применяется для подкрашивания масел, жиров, ароматических эссенций.

По СанПиН 2.3.2.1293-03, хлорофиллы можно добавлять в некоторые виды сыров, овощи в уксусе, рассоле или масле, джемы, желе, мармелады и другие подобные продукты. Кроме того, в документе указано, что «...хлорофиллы разрешается использовать для изготовления всех пищевых продуктов, за исключением тех, подкрашивание которых не допускается,... и в которые могут быть добавлены только определенные красители». К таким продуктам относят те, добавление красителей в которые будет искажать натуральный цвет (молочные, яйцепродукты, мясо-, рыбопродукты, мука, крупы, фрукты, овощи свежие и сушеные, сахар, глюкоза, мед, какао продукты, кофе, специи, соль поваренная, продукты для детей до 3-х лет, вода питьевая бутылированная и в банках.

Важно отметить, что, согласно СанПиН 2.3.2.1293-03, для пищевого красителя хлорофилла (Е140) не установлен максимальный уровень в продуктах питания. Его применение должно осуществляться в соответствии с технологической инструкцией, что «..определяется технологической целесообразностью; количество добавляемых пищевых добавок не должно превышать уровней, необходимых для достижения технологического эффекта в соответствии с современной технологией (рекомендуемой практикой) производства пищевых продуктов». Вряд ли когда-либо появится документ, ограничивающий нас в потреблении продуктов растительного происхождения; а ведь подавляющее их большинство содержат хлорофилл.

Для выделения хлорофилла нами предложено использование биомассы термофильных синезеленых водорослей, которые по отсутствию ядра сближаются с бактериями, а по наличию хлорофилла и способности синтезировать молекулярный кислород - с растениями. Синезеленые водоросли преобладают в планктоне богатых минеральными веществами водоемов, где их массовое развитие вызывает «цветение» воды.

Обладая фотоавтолитотрофным (миксотрофным) типом питания, синезеленые водоросли легко приспосабливаются к различным условиям обитания и к их изменениям. Большинство синезеленых водорослей способны синтезировать все органические вещества своей клетки за счет энергии света. Как правило, синезеленые водоросли занимают доминирующее положение в альгобактериальных сообществах.

Результаты исследования состава биомассы синезеленых водорослей показали, что они являются источниками разнообразных биологически активных веществ, в том числе пигментов.

В отличие от растений, в состав пигментов которых входит как хлорофилл а, так и хлорофилл b, синезеленые водоросли содержат только хлорофилл а, обеспечивающий поглощение света до 750 нм. Кроме того, к пигментам синезеленых относятся фикобилины (голубой - фикоциан и красный - фикоэритрин) и каротиноиды. Хлорофилл а составляет до 81% от количества спирторастворимых пигментов синезеленых водорослей. Содержание каротина - до 16 ‰ сырого вещества. В клетках цианобактерий найдены также пигменты миксоксантин, миксоксантофилл, осциллаксантин.

Для получения ценных химических компонентов, а также в качестве пищевого сырья синезеленые водоросли культивируют во многих странах мира в открытых и закрытых установках различной конструкции. Актуально культивирование видов, обитающих в районах активного вулканизма на территории нашей страны. Это обусловлено их способностью к быстрому воспроизводству биомассы в условиях высоких температур и постоянством химического состава термальных вод природных источников.

В горячих источниках Камчатки нами идентифицировано 35 видов синезеленых водорослей. Их приспособленность к активной жизни при экстремально высокой температуре базируется на своеобразии физико-химических, структурных и функциональных свойств всех компонентов клетки. Важно отметить, что в исследованных гидротермах Камчатки синезеленые водоросли являются доминирующими и характеризуются высокой скоростью прироста биомассы - до 50,0 мг сухого вещества в час на площади 1 м2

Использование синезеленых водорослей как источника пищевого красителя позволяет получать не смесь сине-зеленого хлорофилла а и желто-зеленого хлорофилла b, как в случае традиционного использования растений, а «чистый» изумрудного цвета хлорофилл а, который к тому же в силу особенностей метаболизма термофилов, устойчив к воздействию повышенных температур.

Результаты исследований, проведенных нами в 1995-2006 гг., показали, что возможно и перспективно промышленное культивирование цианобактерий, естественной средой обитания которых являются горячие источники Камчатки.

Объектом наших исследований являлись синезеленые водоросли рода Phormidium, доминирующие в альгобактериальных сообществах Нижне-Паратунских термальных источников.

Для выделения хлорофилла использован метод спиртовой экстракции. Для идентификации полученного фещества применили спектрофотометрический метод, опробированный на кафедре физиологии растений МГУ. На основе результатов проведенных спектральных анализов был получен спектр поглощения выделенного нами пигмента. Максимумы поглощения 430,1 и 662 нм.

Для выделения фикобилипротеинов был использован метод, предложенный F.W. J. Teale и R.E. Daled Бирмингемского университета. При идентификации фикобилипротеинов спектрофотометрическим методом получили спектр с максимумом поглощения фикоцианина 620, фикоэритрина - 565, аллофикоцианина - 654 нм.

Нами также разработан оптический экспресс-метод определения содержания хлорофилла в биомассе цианобактерий с использованием авторской компьютерной программы, позволяющей быстро и точно обрабатывать фотоданные.

Таким образом, исходя из особенностей пигментного состава синезеленых водорослей, их метаболизма, скорости прироста биомассы, их можно использовать как сырье для выделения хлорофилла а, фикобилипротеинов как пищевых красителей и биологически активных веществ.

Работа выполнена при поддержке гранта фундаментальных исследований ДВО РАН на 2006-2008 гг. «Микроорганизмы Дальнего Востока России: систематика, экология, биотехнологический потенциал».


Библиографическая ссылка

Ефимов А.А., Белова Т.П., Ефимова М.В. ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИНЕЗЕЛЕНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ХЛОРОФИЛЛА И ФИКОБИЛИПРОТЕИНОВ КАК ПИЩЕВЫХ КРАСИТЕЛЕЙ И БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ // Фундаментальные исследования. – 2007. – № 11. – С. 77-80;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=3731 (дата обращения: 16.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074