Определение режима температурной обработки сушеных водорослей рода Porphyra — публикуем исследование

Fishnews уже писал о проблематике определения степени обработки популярных водорослей нори — это важно для применения мер тарифного регулирования при импорте. Специалисты НИЦ «Курчатовский институт» ВНИИРАЭ провели исследования в этой сфере.

«Одним из актуальных вопросов при импорте изделий из сушеных водорослей является определение статуса данного товара: сырье это или готовая продукция — поскольку от этого зависят ввозные пошлины. Целью данной работы была разработка простого и быстрого метода определения степени тепловой обработки сушеных водорослей рода Porphyra», — отметили авторы исследования.

"Определение режима температурной обработки сушеных водорослей рода Porphyra":

Цыгвинцев П.Н., Горбатов С.А.
НИЦ «Курчатовский институт» ВНИИРАЭ, г. Обнинск

Одним из актуальных вопросов при импорте изделий из сушеных водорослей является определение статуса данного товара: сырье это или готовая продукция — поскольку от этого зависят ввозные пошлины. Целью данной работы была разработка простого и быстрого метода определения степени тепловой обработки сушеных водорослей рода Porphyra.

Красные водоросли содержат такие пигменты, как фикоэритрин, фикоцианин и аллофикоцианин, различные соотношения которых и обусловливают их цвет от ярко-малинового до синего [1-3]. Фикоэритрин, фикоцианин и аллофикоцианин представляют собой кислые водорастворимые глобулярные белки, относящиеся к группе фикобилипротеинов. Молекулы фикобилипротеинов состоят из нескольких небольших субъединиц с молекулярной массой около 20 кДа [2].

В работе [4] были исследованы различные типы фикоэритринов и фикоцианинов, выделенных из красных и сине-зеленых водорослей, показаны их характерные пики поглощения в водном растворе и коэффициенты экстинкции.

Проведенные исследования пигментов из красной водоросли A. tobuchiensis показали, что они неустойчивы при хранении и температурной обработке [5].

Исследование влияния температурной обработки на качественный и количественный состав пигментов из A. tobuchiensis показало, что при нагревании раствора пигментов до температуры 50°С спектры поглощения света практически не изменяются. При повышении температуры до 60°С начинается разрушение R-фикоэритрина, уменьшается интенсивность поглощения света при 496, 538 и 563 нм. При нагревании раствора до 70°С происходит окончательное разрушение R-фикоэритрина, исчезают максимумы поглощения при 538 и 563 нм, остается только максимум поглощения при 496 нм. Аллофикоцианин является более устойчивым к нагреванию пигментом: даже при нагревании до 90°С остается максимум поглощения света при 672 нм [6].

В работе [7] показано, что экстракция фикобилиновых пигментов из неизмельченных сине-зеленых и красных водорослей происходит с низкой скоростью; тонкое измельчение водорослей, разрушение клеточных оболочек значительно ускоряет процесс экстракции, обеспечивает более полный выход пигментов из клеток водорослей; наибольшую эффективность имеет вариант экстракции из предварительно высушенной и дезинтегрированной биомассы водорослей.

Чувствительность фикобиллипротеинов к нагреву, эффективность их экстракции из сухого сырья дистиллированной водой и простота количественного определения спектрофотометрическим методом позволили разработать данную методику.

На рисунке 1 представлены экспериментально полученные спектры поглощения водных экстрактов из сухих водорослей после разной обработки. При экстракции с разрушением клеточной стенки и, вероятно, хлоропластов (навеска 100 мг растиралась в фарфоровой ступке с кварцевым песком) видны пики поглощения как фикобиллипротеинов (500, 560, 615 нм), так и хлорофилла (400, 415, 670 нм). В то же время при более щадящем методе измельчения (в ножевой мельнице) проявляются только пики фикоэритрина (498 и 563 нм) и фикоцианина (615 нм), полностью соответствующие R-фикоэритрину и R-фикоцианину в работе [5]. Экстракция хлорофилла в таких условиях недостаточна, чтобы образовать пики на спектрограмме. После нагрева сухих водорослей до температуры 200°С, исчезают практически все пики, кроме незначительных следов хлорофилла, что придает раствору бледно-зеленоватый цвет.


Таким образом, для снижения влияния хлорофилла на спектр поглощения экстракта, измельчение сухих водорослей перед экстракцией следует проводить наиболее «щадящим» методом, мы использовали измельчение в роторной мельнице.

В дальнейших экспериментах полный спектр поглощения экстрактов не исследовался, а проводились измерения оптической плотности только на локальных максимумах — 498, 553, 615 нм и предшествующих им локальных минимумах — 450, 510, 590 нм.

В таблице 1 представлены экспериментальные данные по изменению оптической плотности экстрактов в зависимости от ее длительности. Очевидно, что чем дольше длится экстракция, тем выше оптическая плотность для всех измеренных длинах волн. Поскольку полной экстракции нам достигать нет необходимости (не стоит задача определения точного содержания фикобиллипротеинов), можно ограничить время экстракции до 10 минут, а в качестве относительного показателя количества фикобиллипротеинов использовать параметр — отношение оптических плотностей экстракта на локальных максимумах поглощения и предшествующих им локальных минимумах. Данный показатель менее зависим от степени экстракции фикобиллипротеинов (см. среднее квадратичное отклонение в таблице 1), что позволяет в целом снизить погрешности методики.


В таблице 2 представлено изменение оптической плотности экстрактов после различных режимов тепловой обработки сухих водорослей. Видно, что оптическая плотность растворов значительно различается после нагревания до разных температур и очень слабо зависит от длительности такого нагрева. Параметр отношения оптических плотностей экстракта на локальных максимумах поглощения и предшествующих им локальных минимумах (в дальнейшем для упрощения будем использовать термин «высота пика») также показывает явную зависимость от температуры (рисунок 2).

Преимущество использования параметра высоты пика над просто оптической плотностью раствора в максимальных значениях наглядно видно на рисунке 3, где слева представлены экспериментальные данные зависимости оптической плотности экстракта от температуры, а справа — соответствующие этим же данным значения высоты пиков. Как наглядно видно из этих данных, оптическая плотность экстракта резко снижается в диапазоне температур 145-155°С, а затем очень медленно падает до температуры 200°С. Такая зависимость не позволяет определить обработку при температуре 140°С и даст очень значительные погрешности, зависящие от степени экстракции. Показатель высоты пиков начинает снижаться уже при температуре 130°С и плавно падает до температуры 200°С (рисунок 3)

При сравнении размаха изменения высот пиков становится очевидно, что наибольший он для 498 нм и составляет примерно 5 раз, для второго пика фикоэритрина 563 нм величина изменения не превышает 4 раз, а изменение высоты пика фикоцианина 615 нм не превышают 1,5 раза.
Очевидно, что наименьшие погрешности будут при расчете температуры обработки именно по данным высоты первого пика фикоэритрина (498/450 нм). Обратная его температурную зависимость (рисунок 5) хорошо соответствует степенной функции Y=136+X-1.18, что позволяет с достаточной точностью определить температуру обработки водорослей.

Таким образом, для определения степени тепловой обработки сухих водорослей рода Porphyra необходимо измельчить навеску в простой роторной мельнице (можно использовать бытовую кофемолку), экстрагировать пигменты водой, осадить в центрифуге и определить соотношение оптической плотности экстракта на длинах волн 498 и 450 нм. У сухих водорослей, не нагревавшихся выше 140°С, данный показатель будет выше 1,7. Следовательно, такие водоросли можно отнести к сырью, а при значении менее 1,7 — к готовой продукции.

R-фикоэритрин является основным пигментом большинства видов красных водорослей, кроме 4 отдельных видов, где он замещен на В-фикоритрин, но поскольку в предлагаемой методике используется пик поглощения 498 нм, присущий как R-, так и В-фикоэритринам, а показатель высоты пика практически не зависит от степени экстрагируемости, предлагаемый метод будет работоспособен в отношении любых видов красных водорослей.


1. Барашков Г.К. Сравнительная биохимия водорослей / Г.К. Барашков. — М.: Пищ. пром-сть, 1972. — 335 с.
2. Бриттон Г. Биохимия природных пигментов: пер. с англ. / Г. Бриттон. — М.: Мир, 1986. — 442 с.
3. Возжинская В.В. Промысловые водоросли СССР: справочник / В.В. Возжинская, А. С. Цапко, Е.И. Блинова [и др.]. — М.: Пищ. пром-сть, 1971. — 272 с.
4. O'Carra P. Purification and N-terminal analyses of algal biliproteins // Biochem. Journ. 1965, Vol. 94, № 1, Р. 171-174.
5. Жильцова Л.В. Постадийное получение красного красителя и агара из анфельции / Л.В. Жильцова, В. Д. Дзизюров // Изв. ТИНРО. 1997. Т. 120. С. 123-130.
6. С.В. Суховерхов Новый подход к получению пигментов из красной водоросли Ahnfeltia tobuchiensis. Изучение влияния температурной обработки и сроков хранения на их качественный и количественный состав // Известия Дальневосточного федерального университета. Экономика и управление, 2005
7. И.А. Якушева, А.А. Ефимов, М.В. Ефимова. Влияние дезинтеграции биомассы на экстрагирование фикобилиновых пигментов синезеленых и красных водорослей // Вестник Камчатского государственного технического университета, 2012


Источник: fishnews.ru