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

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРОФИЛЛА ИЗ СИНЕЗЕЛЕНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ КАК ПИЩЕВОЙ ДОБАВКИ

Ефимов А.А.

Целью проведенной работы являлось определение способов, технологических режимов выделения фотопигмента хлорофилла из синезеленых водорослей и получения из него пищевой добавки - пищевого красителя.

В качестве сырья использовали биомассу термофильных синезеленых водорослей рода Phormidium, культивированных в искусственных условиях. В отличие от других фотосинтезирующих организмов синезеленые водоросли содержат только хлорофилл а. Для получения хлорофилла использовали промежуточный продукт, полученный на начальной стадии переработки биомассы синезеленых водорослей при выделении фикоцианина - дезинтегрированный осадок от первичной экстракции.

Хлорофилл - фотопигмент, изменяющий свои свойства при воздействии света. Хлорофилл характеризуется лабильностью к действию различных физических и химических факторов, в том числе повышенной температуры, света. В процессе получения хлорофилла необходимо обеспечить условия, предотвращающие его изменения, обеспечивающие максимальный выход хлорофилла как готового продукта.

Хранение биомассы синезеленых водорослей до переработки проводили после предварительного промывания. Исследовали такие способы хранения до обработки как охлаждение, замораживание, сушка. Изменения в биомассе определяли по содержанию небелкового азота как показателю порчи белка и по содержанию хлорофилла. Для предотвращения изменений хлорофилла хранение проводили в темноте. Предельный срок хранения без охлаждения при температуре 20оС определяли по органолептическим показателям и по содержанию небелкового азота; он составил не более 6 ч. При хранении в охлажденном до 4-9оС состоянии в течение 5 сут. содержание хлорофилла не изменялось, однако уже через 3 сут. повышение содержания небелкового азота и появление неприятного запаха свидетельствовало о начальной стадии порчи. Предельный срок хранения при температуре 4-9оС составил 48 ч.

При хранении биомассы в замороженном состоянии при температуре минус 18оС не только не снизилось содержание хлорофилла, но и увеличился его выход до 94% от начального содержания в биомассе за счет дезинтеграции субклеточных чехлов и клеточных стенок при замораживании-размораживании. Сушка биомассы потоком воздуха температурой 35оС приводила к снижению последующего выхода хлорофилла до 81%.

Оптимальным вариантом с точки зрения предотвращения порчи, выхода хлорофилла как готового продукта, снижения затрат являлось хранение биомассы до обработки в охлажденном до 4-9оС состоянии в течение 48 ч.

Отличия последующих технологических операций процесса получения хлорофилла от операций технологии получения фикоцианина появлялись после выделения осадка дезинтегрированной массы клеток синезеленых водорослей от первичной экстракции.

Для извлечения из осадка оставшихся водорастворимых веществ, в т.ч. водорастворимых фотопигментов, использовали повторное экстрагирование свежей порцией растворителя - питьевой воды в соотношении 1:1 в течение 30 мин и последующее центрифугирование в течение 4 мин при 900 g. После экстракции в жидкой фазе содержался комплекс водорастворимых фотопигментов, в осадке - хлорофилл и каротиноиды. Полноту извлечения водорастворимых пигментов в лабораторных условиях контролировали спектрофотометрическим методом, хотя данный показатель хорошо определялся органолептически по цвету жидкой фазы. Использование в качестве сырья дезинтегрированного осадка, очищенного от водорастворимых веществ, вместо сырой биомассы благоприятно сказывалось на чистоте, качестве готового продукта, ускоряло последующий процесс экстракции хлорофилла.

Хлорофилл хорошо растворим в органических растворителях. Существующие способы выделения хлорофилла из растений предусматривают его одностадийную экстракцию наиболее эффективными растворителями - метанолом, этанолом, ацетоном, смесью полярных и неполярных растворителей.

В полученном нами после повторного экстрагирования водой осадке спектрофотометрическим методом определили присутствие каротиноидов. В готовом продукте - пищевом красителе хлорофилле (Е140) не должно быть примесей. Однако при использовании самых эффективных полярных растворителей (ацетона, спирта) наблюдались денатурация белков водорослей, нарушение связей пигментов с липопротеидными комплексами и быстрая экстракция всех пигментов, в том числе нецелевых (каротиноидов).

Для удаления из осадка каротиноидов нами предложена предварительная экстракция неполярным растворителем - петролейным эфиром. Процесс экстракции проводился при температуре 4-9оС. Для сокращения продолжительности процесс проводили при перемешивании с частотой 60 об/мин. Продолжительность процесса определяли по скорости накопления продуктов экстракции - каротиноидов. Этот показатель контролировали по оптической плотности раствора и по достижению равновесной концентрации в жидкой фазе. Качественный состав экстракта определяли спектрофотометрически. В экстракт также переходило небольшое количество хлорофилла - 1,2%. Продолжительность экстракции составляла 1,5 ч.

Очищенный от каротиноидов осадок подвергали экстрагированию полярным растворителем для выделения хлорофилла. При выборе экстрагента учитывали факторы эффективности и приемлемости для получения пищевого продукта. Эффективность оценивалась в серии экспериментов по определению времени достижения равновесной концентрации хлорофилла в экстракте и по полноте экстракции. Более эффективным экстрагентом оказался метанол, вторым по эффективности - ацетон. Наименьшей эффективностью характеризовался этанол. Однако по фактору приемлемости в производстве пищевого продукта в качестве экстрагента нами был выбран этанол. Процесс экстракции проводили при температуре 4-9оС при соотношении рафината и экстрагента 1:1. Процесс вели при перемешивании с частотой 60 об/мин. Равновесная концентрация хлорофилла в экстракте достигалась через 1,25 ч.

Разделение экстракта и осадка производили центрифугированием. Полное осаждение твердой фазы, отсутствие в экстракте взвеси было достигнуто при факторе разделения не менее 1100 g и продолжительности центрифугирования 5 мин. Полноту выделения целевого вещества и содержание загрязняющих пигментов, каротиноидов, определяли спектрофотометрически. Полученный экстракт содержал хлорофилл, имел яркий изумрудно-зеленый цвет. Каротиноиды полностью отсутствовали. Осадок содержал 40% влаги и до 2% хлорофилла (от сухого вещества).

Для извлечения остаточного количества хлорофилла осадок подвергали повторной экстракции чистым этанолом и центрифугированию. Полученные на первой и на второй ступени экстракты объединяли. Избыток этанола из экстракта удаляли отгонкой под вакуумом.

Экстракт хлорофилла в этаноле смешивали с рафинированным, дезодорированным растительным маслом.

Готовый продукт - масляный раствор хлорофилла темно-зеленого цвета с содержанием хлорофилла а 1,5% соответствует СанПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов», ГОСТ Р 52481-2005 «Красители пищевые» как пищевой краситель хлорофилл (Е140).

Таким образом, на основе лабораторных исследований обоснована технология получения пищевой добавки хлорофилла (Е140) из биомассы синезеленых водорослей. По полученным ранее данным, скорость прироста биомассы термофильных синезеленых водорослей рода Phormidium при их искусственном культивировании достигает 50 мг сухого вещества в час с 1 м2 поверхности, что позволяет рассматривать этот объект как сырье для промышленного получения ценных компонентов, в том числе хлорофилла.


Библиографическая ссылка

Ефимов А.А. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРОФИЛЛА ИЗ СИНЕЗЕЛЕНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ КАК ПИЩЕВОЙ ДОБАВКИ // Фундаментальные исследования. – 2007. – № 11. – С. 82-84;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=3737 (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