Введение к работе
Актуальность работы. На сегодняшний день значительное внимание уделяется одному из наиболее перспективных направлений отечественного производства, а именно получению пектина из новых источников сырья. При этом основной задачей социально-экономического развития страны является обеспечение населения высококачественными веществами лекарственного и пищевого назначения. Производство пектиновых веществ (ПВ) из водных растений (ВР) в наиболее полной форме отражает поставленную задачу.
В настоящее время экосистема Волго-Каспийского бассейна является неустойчивой, в связи с чем, запасы биоресурсов заметно истощаются. Одной из важнейших причин, определяющих ухудшение экологических условий и, как следствие, деградацию биоресурсов Волго-Каспийского бассейна является зарастаемость дельты реки Волги и акватории Северного Каспия водной растительностью (Катунин и др., 1986, 2003; Мукатова, 2002; Громов, 2006), при этом некоторые виды растений могут иметь практическое значение. Морская трава зостера широко используется для получения ПВ - зостерина и зостерата натрия (Мирошников, 1940; Митина, 1971; Оводова, 1971). Известно, что пресноводная трава тоже содержит в своём составе значительное количество углеводов, в том числе ПВ. Пектины водных растений отличаются от наземных рядом уникальных качеств: устойчивостью к действию кишечных пептидаз, свойством абсорбировать тяжёлые металлы - и не обладают свойством токсичности (Карпович, 1989; Лоенко, 1997; Донченко, 2000). Вышеуказанное является основанием для широкого применения пектинов из сырья водного происхождения в лечебном питании. Кроме того, ВР являются богатым источником природных пигментов хлорофиллов, которые могут быть использованы в качестве пищевых красителей в составе лечебного и профилактического питания. Обоснование комплексной переработки ВВР Волго-Каспийского бассейна с предусмотрением их сбора и заготовки является рациональным направлением использования биологических ресурсов.
Рациональное использование высших водных растений (ВВР) Волго-Каспийского бассейна, влияющих на экологическое состояние водоемов, в качестве промышленного сырья обуславливает актуальность темы настоящей работы.
Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы состояла в разработке комплексной технологии полисахаридов из ВВР Волго-Каспийского бассейна.
Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:
- изучить видовой, химический состав водных растений Волго-
Каспийского бассейна и их биохимические характеристики;
обосновать способ и оптимальные условия заготовки ВВР;
определить санитарно-гигиенические показатели безопасности ВВР;
изучить химический состав и биохимические характеристики ВВР Волго-Каспийского бассейна, их гистологическое строение и углеводный состав как источников ПВ;
исследовать рациональные условия и режимы выделения пигментных веществ из Z. nana, Potamogetonperfoliatus перед извлечением из них ПВ;
- выбрать рациональный способ извлечения ПВ из ВВР Волго-
Каспийского бассейна с установлением оптимальных параметров и режимов
основных технологических процессов их получения: предварительной
обработки раствором кислоты, экстракции и сушки;
исследовать качество полученных ПВ и их производных;
проверить разработанную технологию в производственных условиях;
апробировать возможность получения безалкогольных напитков, обогащенных полисахаридами из водных растений: зостератом, рдестатом натрия с установлением их качественных и санитарно-гигиенических показателей
установить возможность получения в производственных условиях консервов типа конфитюр с применением полисахаридов: зостерата и рдестата аммония - в качестве структурообразователей;
- выявить возможность использования травяных остатков как вторичного
сырья для переработки в кормовую продукцию;
- разработать и утвердить техническую документацию на рдест
пронзеннолистный сушеный, полисахариды из Z. папа и Potamogeton
perfoliatus, напитки с добавлением зостерата, рдестата натрия;
- определить экономическую эффективность разработанной технологии.
Научная новизна работы.
Разработана комплексная технология переработки ВВР Волго-Каспийского бассейна, позволяющая получить из них основной продукт -полисахариды, а также побочные продукты: пигментные вещества (хлорофиллы) и углеводно-минеральные добавки (УМД).
Научно обосновано использование ВВР Волго-Каспийского бассейна (зостеры малой и рдеста пронзеннолистного) для дальнейшей переработки в качестве пектинсодержащего сырья посредством их изъятия из замкнутого водоема, что позволит улучшить его экологическое состояние.
Впервые предложено извлечение пигментных веществ (хлорофиллов) ВВР, способствующее улучшению качественных показателей ПВ (органолептических и физико-химических).
Обоснован рациональный способ получения полисахаридов из ВВР Волго-Каспийского бассейна с установлением оптимальных режимов основных технологических процессов переработки: извлечения пигментных веществ, предварительной кислотной обработки, экстракции и сушки.
Изучен комплекс физико-химических и биохимических показателей основных продуктов : полисахаридов зостерина (рдестина), их натриевых и аммониевых солей и побочных (хлорофиллов, УМД).
Практическая значимость работы. Предложены сбор и заготовка зостеры малой и рдеста пронзеннолистного, скашиваемого для улучшения экологического состояния водоемов Волго-Каспийского бассейна с последующим использованием указанных видов растений в качестве промышленного сырья.
Разработана комплексная технология переработки зостеры Северного Каспия и рдеста пронзеннолистного авандельты реки Волги, предусматривающая получение полисахаридов пектиновой природы и побочных продуктов - природных пигментов хлорофиллов, а также кормовой продукции (УМД) из травяных остатков.
Разработан пакет технической документации: ТУ 9284-024-00471704-10 «Рдест пронзеннолистный сушеный»; ТУ 9289-063-00471704-11 «Продукты переработки морской травы Zostera папа каспийской» и ТИ к ним; ТУ 9289-064-00471704-11 «Продукты переработки пресноводной травы Potamogeton perfoliatus» и ТИ к ним; ТУ 0131-065-00471704-11 «Лечебно-профилактические напитки специального назначения» и ТИ к ним.
Проведением производственной апробации разработанной технологии по получению ПВ из ВВР Волго-Каспийского бассейна на экспериментальном участке ООО НВП «Каспбиотехцентр» при АГТУ доказана возможность использования ВВР в качестве пектинсодержащего сырья. Изысканы направления использования полисахаридов зостерата и рдестата натрия при изготовлении безалкогольных напитков лечебно-профилактического направления, зостерата и рдестата аммония - в качестве структурообразователей при производстве консервов типа конфитюр. Возможность использования пектинов зостерат аммония, рдестат аммония в качестве структурообразователей при изготовлении фруктово-ягодных конфитюров подтверждена производственной апробацией на ООО «Астраханский консервный комбинат».
На основе проведенных исследований подана заявка на получение патента РФ № 2010131784/13 (044931) «Способ комплексной переработки пресноводной травы рдест пронзеннолистный Potamogeton perfoliatus» (Мукатова М. Д., Салиева А. Р.), получено положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение от 02.09.11, приоритет от 28.07.10.
Проведен расчет экономической эффективности производства готовой продукции, изготовленной в соответствии с разработанной технологией.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Технологическая, биохимическая, санитарно-гигиеническая
характеристики ВВР Волго-Каспийского бассейна, заготавливаемых с целью
использования в качестве промышленного сырья.
2. Оптимальные технологические параметры и режимы извлечения
пигментных веществ (хлорофиллов), экстракции ПВ из Z. папа и Potamogeton
perfoliatus.
Физико-химические и биохимические характеристики полисахаридов из ВВР, подтверждающие их принадлежность к пектиновым веществам, обладающим свойствами комплексообразования.
Направления применения основных продуктов переработки зостеры малой и пресноводного рдеста - пектиновых веществ, а также побочных -хлорофиллов и УМД из отходов переработки (вторичного сырья).
Апробация работы. Основные результаты исследований обсуждены на
студенческой научно-технической конференции Астраханского
государственного технического университета (АГТУ, г. Астрахань, 2005), Международном научно-практическом семинаре студентов и молодых ученых «Природные ресурсы Каспийского моря и устойчивое развитие прибрежных территорий» (АГТУ, 27-29 марта 2007), Второй международной конференции молодых ученых-специалистов «Комплексные исследования биологических ресурсов южных морей и рек», посвященной 110-летию КаспНИИРХ (г.Астрахань, 11-13 апреля 2007), 51-53 научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава (ППС) АГТУ (Россия, 2007-2009), X Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Россия, г. Казань, 2009), где было завоевано призовое место в программе «УМНИК», 5-й Московской Международной научно-практической конференции «Биотехнология: состояние и перспективы развития» в секции «Биотехнология и пищевые продукты» (г. Москва, 16-20 марта 2009), международных научно-практических конференциях: «Техника и технология гидробионтов и сельскохозяйственного сырья», посвященной памяти Н. Н.
Рулева (г. Мурманск, 24-25 апреля 2008), «Роль мелиорации в обеспечении продовольственной и экологической безопасности России» (г. Москва, МГУП, 14-16 апреля 2009), Workshop 14th European congress on biotechnology (Barcelona, Spain, 13-16 September 2009), Международной отраслевой научной конференции 111 1С, посвященной 80-летию основания АГТУ (54-я конференция ППС) (г. Астрахань, 2010). 6-й специализированной выставке «Образование -инвестиции в успех 2011» (г. Астрахань, 2011) (получен диплом победителя).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 17 научных работ, из которых 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 163 страницах основного текста, содержит 44 таблицы, 33 рисунка и 17 приложений на 48 стр. Список литературы включает 227 наименований, в том числе 34 - зарубежных авторов.
