Введение
К 2050 г. количество производимого в настоящее время продовольствия для удовлетворения потребности ожидаемого населения в 9,8 млрд человек должно удвоиться [1]. В настоящее время примерно один миллиард человек потребляет недостаточно белка; кроме того, по прогнозам, традиционных источников белка будет недостаточно [2]. Белки животного происхождения потребляются в большем количестве, чем растительные, однако, учитывая обостряющиеся экологические и этические проблемы, апогей популярности вегетарианства и веганства, спрос на растительный белок в мире постоянно увеличивается. Тенденцию усиливает ссылка ЮНЕП (United Nations Environment Program) на зоонозное происхождение большинства эпидемий и пандемий. Согласно заявлению Исполнительного директора ЮНЕП Ингер Андерсен: «… COVID-19 нанес серьезный ущерб здоровью человека, обществу и экономике во всех уголках мира. Это зоонозное заболевание, которое передается от животных к человеку. Оно может быть худшим, но оно не является первым. Мы уже знаем, что 60 процентов известных инфекционных заболеваний человека и 75 процентов всех новых инфекционных заболеваний имеют зоонозное происхождение» (Программа ООН по окружающей среде, июль 2020 г.). Микроводоросли, как источники белка и биологически активных соединений, продемонстрировали высокий потенциал для удовлетворения потребностей населения в устойчивом снабжении продовольствием; с экологической и лечебно-профилактической точки зрения обладают рядом преимуществ по сравнению с другим используемым сырьем. Следует отметить, что «микроводоросли» не являются таксономическим термином, это, скорее, понятие функционально-экологическое. В качестве последнего оно тождественно понятию «одноклеточные/монадные оксигенные фототрофы» [1; 3]. Первыми оксигенными фототрофами на Земле были сине-зеленые водоросли – цианобактерии, их относят к филу Cyanobacteria, домену (мегатаксону) Eubacteria. Все остальные микроводоросли (оксигенные фототрофы) относятся к домену Eucarya (эукариот) [3; 4].
Ещё менее 70 лет назад микроводоросли в контексте оздоровительного питания упоминались редко. В отличие от макрофитов почти ни один вид из микроводорослей не может быть собран в естественных популяциях в достаточном количестве; требуются технологии культивирования и сбора урожая биомассы для дальнейшего промышленного использования. Единственными микроводорослями, для которых существуют исторические свидетельства до 1900 г. о приеме их человеком в качестве пищи, являются цианобактерии рр. Nostoc и Arthrospira (=Spirulina). Наиболее известной и широко используемой в пищевой и кормовой промышленности является цианобактерия Arthrospira platensis Gomont, 1892 (=Spirulina platensis (Gomont) Geitler, 1925) [4]. Спирулина отличается высокой продуктивностью и пищевой ценностью, характеризуется «…типично белковой направленностью биосинтеза, содержит до 75% белка, имеет большие размеры клеток (до 500 мкм)» [5], является объектом культивирования, причем, при выращивании за счет изменения состава питательной среды, корректируется химический состав микроводоросли. Согласно недавнему рыночному отчету, опубликованному Credence Research, ожидается, что к 2023 г. мировой рынок спирулины будет демонстрировать среднегодовой темп роста 10% в текущем периоде и к 2026 г. будет оцениваться почти в 2000 млн долл. США из-за таких факторов как более широкое применение спирулины в косметике или недавнее одобрение фикоцианина в качестве естественного синего красителя для пищевых продуктов [6]. В России сегодня потребителю предлагается широкий ассортимент спирулины и БАД на ее основе от разных производителей: БАД Спирулина Splatensis (Китай), БАД Спирулина ВЭЛ (Индия), Elite Spirulina (Монголия), Long life (Китай), Now Spirulina (CША), Спирулина Алтэя, Altavita, ВЭЛ+селен (Россия) и др.; с повышенным содержанием микроэлементов выпускают таблетированную «Спирулину-Сочи НЦ-ВК» (ООО «Агро-Виктория», Россия), предлагают спирулину, законсервированную фруктозным сиропом «Спирулина Альга» и в виде экстракта с фруктозой «Рамикс» (НПО «Биосоляр» МГУ, Россия) и другие.
Перспективными объектами культивирования являются и такие микроводоросли как Chlorella vulgaris Beijerinck, 1890, Dunaliella salina (Dunal) Teodoresco, 1905, Haematococcus pluvialis Flotow, 1844, Tetraselmis viridis (Rouchijajnen) R. E. Norris, Hori & Chihara, 1980 (=Platymonas viridis Rouchijajnen, 1966), Diacronema lutheri (Droop) Bendif & Véron, 2011 (=Pavlova lutheri (Droop) J. C. Green, 1975, =Monochrysis lutheri Droop, 1953), Isochrysis galbana Parke, 1949. Указанные микроводоросли являются ценным источником разнообразных нутрицевтиков и имеют статус GRAS (Generally Recognized as Safe – FDA) [6], их применяют для профилактики и лечения широкого круга заболеваний; тем не менее, некоторые из этих свойств еще должны быть подтверждены серьезными клиническими испытаниями. Использование биомассы микроводорослей или ее производных метаболитов стало инновационным подходом к разработке оздоровительных пищевых продуктов.
Цель исследований - изучение пищевой ценности и разработка пищевых композиций функциональной направленности с применением микроводорослей (Arthrospira platensis (цианобактерия), Dunaliella salina, Diacronema lutheri, Tetraselmis viridis).
Материалы и методы
Культуры микроводорослей D. salina, D. lutheri, T. viridis, A. platensis были предоставлены ФИЦ ИнБЮМ им. А.О. Ковалевского РАН из собственной коллекции. Выращивание микроводорослей проводили в 2022 г. в лабораторных условиях ФГБОУ ВО «КГМТУ», обеспечивающих альгологическую чистоту культуры, в стеклянных баллонах (10-литровых) [7], колбах, полиэтиленовых одноразовых пакетах с постоянной аэрацией с помощью компрессоров. Arthrospira platensis выращивали в открытых стеклянных аквариумах (среда Zarrouk). Среды готовили на фильтрованной и трижды термически пастеризованной, при 75-80°С, морской воде. Для приготовления питательной среды использовали химически чистые соли макро- и микроэлементов, согласно прописи [8]. Для наращивания инокулята применяли среду Гольдберга в модификации Кабановой, затем для интенсивного культивирования водорослей - более концентрированную среду Конвея с корректированием в процессе выращивания азота, фосфора и серы [8]. Культуру микроводоросли D. salina выращивали на модифицированной питательной среде, разработанной Shaish с соавторами [9]. Модификация заключалась в добавлении морской соли до концентрации в растворе 120 г/дм3. Изменение продукционных показателей биомассы водоросли, в зависимости от условий выращивания, изучали по динамике её абсолютных величин приростов.
При определении концентрации клеток микроводорослей использовали камеру Горяева и микроскопы Биолам ЛОМО, LCD Micro (объективы: х20, х40), фотосъемку проводили с помощью трихинеллоскопа с электронным выводом изображения «СТЕЙК V вар.3» (увеличение 10-200).
В условиях эксперимента, в период с мая по октябрь, в интенсивной культуре А. platensis плотность биомассы составляла 2,5 г/л (8,0% влаги). Концентрация D. salina в суспензии составляла 20-40 млн клеток в 1 мл (продуктивность культуры - 0,5-0,7 г а.с.в./л). При интенсивном режиме выращивания (с подачей CO2) концентрация суспензии D. lutheri составляла 400-700 млн кл./мл (продуктивность - 0,5-1,0 г а.с.в./л). Продуктивность, выращенной нами культуры микроводоросли T. viridis, достигала 0,4-0,6 г а.с.в./л.
Исследования химического состава проводили с применением стандартных методов, принятых в комплексном химическом анализе: общее содержание азотистых веществ – по методу Къельдаля с применением автоазотоанализатора фирмы FOSS; минеральных веществ – гравиметрически, после сжигания при температуре 600-700оС, состав макро- и микроэлементов – методом капиллярного электрофореза; определение аминокислот – методом капиллярного электрофореза Капель 205М; жирнокислотный состав – методом газо-жидкостной хроматографии ГХ Кристалл 2000М. Оценку биологической ценности белков проводили по методу H.H. Mitchell & R.J. Block [10], в соответствии с которым рассчитывается показатель аминокислотного скора.
Результаты и обсуждение
Многочисленные биологически активные соединения микроводорослей, являющихся объектом исследования, по своему биохимическому составу и физиологической активности дополняют друг друга (табл. 1).
Таблица 1. Микроводоросли и их биологически активные соединения / Table 1. Microalgae and their biologically active compounds
|
Микроводоросли |
Биологически активные соединения |
Источник |
|
Фикобилипротеины: фикоцианин, аллофикоцианин ПНЖК: g-линоленовая, α-линоленовая, линолевая, стеаридоновая, эйкозапентаеновая, докозагексаеновая и арахидоновая Хлорофилл а, b Витамины и каротиноиды: В1, В2, В3, В6, В9, B12, С, D и Е, β-каротин, лютеин, астаксантин Сульфатированные полисахариды |
[17, 18, 19]
[20, 21]
[6, 22, 23]
[24] |
|
|
Dunaliella salina (Dunal) Teodoresco, 1905 |
Витамины и каротиноиды: β-каротин, хлорофилл а и b, astaxanthin, зеаксантин, кантаксантин, фитоен, фитофлюен, криптоксантин, витамины А, D, E, B1, B2, B3, B6, B9, C ПНЖК: α-линоленовая кислота, олеиновая кислота, эруковая кислота Фитостеролы: брассикастерин, цитостерол, сигмастерол Фенольные соединения: α- и β-ионона, неофитадиен, фитол Минеральные вещества: селен, железо, магний |
[6, 20, 22, 25, 26]
[20-22]
[6, 27]
[28, 29]
[30] |
|
Витамины и каротиноиды: витамин В2, PP, β-каротин ПНЖК: линолевая, α-линоленовая кислота, докозагексаеновая кислота, эйкозапентаеновая кислота, арахидоновая |
[20, 21]
|
|
|
Tetraselmis viridis (Rouchijajnen) R. E. Norris, Hori & Chihara, 1980 |
Витамины и каротиноиды: витамин С, β-каротин Производные ароматических углеводородов: фенолкарбоновые кислоты ПНЖК: линолевая кислота, эйкозапентаеновая кислота, γ- и α-линоленовая кислота, олеиновая кислота, арахидоновая кислота Органические кислоты Экзополисахариды |
[31] [32]
[21]
[33] [31] |
Сине-зеленая водоросль (цианобактерия) Arthrospira platensis Gomont, 1892 (сем. Microcoleaceae) является всемирным лидером среди растений по своему составу и свойствам (рис. 1,2). Известны способы получения обогащенной биомассы спирулины цинком, хромом, селеном [11-13], а также - способы выделения фикоцианина и фикобилипротеинов [14-16]. Фикоцианин, выделенный из цианобактерий, является водорастворимым, нетоксичным флуоресцентным белком с сильными антиоксидантными, противовоспалительными и противоопухолевыми свойствами. На основе фикоцианина разработан новый термостабильный препарат с антиоксидантными свойствами, благодаря наличию в его составе антиоксидантного энзима супероксиддисмутазы (СОД) и фикоцианина белкового пигмента со способностью нейтрализовать негативное воздействие свободных радикалов. Важным является тот факт, что антиоксиданты, полученные из натуральных источников, являются более эффективными по сравнению с синтезированными химическим путем [15, 16].
|
|
|
|
Рисунок 1. Цианобактерия Arthrospira platensis Gomont (1892) (сентябрь, 2022) Figure 1. Cyanobacteria Arthrospira platensis Gomont (September, 2022)
|
Рисунок 2. Измельченная сине-зеленая Водоросль A. platensis Gomont (1892) Figure 2. Crushed blue green Alga A. platensis Gomont (1892) |
Еще одной особенностью биохимического состава спирулины является значительное содержание сульфатированных полисахаридов, отличающихся высокой биологической активностью: они оказывают угнетающее действие на РНК- и ДНК-содержащие вирусы, обладают селективным ингибирующим действием на вирус иммунодефицита человека, противомикробной, антикоагулянтной, осморегулирующей активностью. Сульфатированные полисахариды, наряду с гликопротеидами, являются основой противоопухолевых препаратов, получаемых из водорослей [24; 31].
Сушеная спирулина (рис. 2) используется в качестве улучшителей свойств теста, продлевает сроки хранения, а также повышает качество готовых хлебобулочных изделий, их биологическую ценность [34; 35], в пивоварении спирулина применяется как препарат для интенсификации брожения [36], в молочной промышленности с участием спирулины получают безалкогольный лечебно-профилактический напиток, показанный при гастроэнтерологических заболеваниях и расширяющий ассортимент лечебных напитков на основе молочной сыворотки (в данном случае спирулина используется в виде наполнителя) [37].
В отличие от А. platensis, произрастающей в пресной и солоноватоводной среде, следующие три вида являются представителями морской биоты.
Dunaliella salina (Dunal) Teodoresco, 1905 – галофильная микроводоросль (класс Chlorophyceae) (рис. 3), способная синтезировать целый ряд соединений (табл. 1), среди которых особый интерес вызывает группа каротиноидов, обладающих антиоксидантной активностью; высокая концентрация β-каротина (до 60-70% общего содержания) обуславливает оранжево-красный оттенок одноклеточной водоросли и защищает от интенсивного света [30]. Благодаря богатому составу каротиноидов, D. salina используется в качестве биологически активной добавки как общеукрепляющее и профилактическое средство [38]. К особенности строения микроводоросли и, как следствие, легкой перевариваемости, следует отнести отсутствие клеточной стенки, в этом случае от осмотического давления клетку, произрастающую в условиях повышенной солености (до 10%), защищает высокое содержание глицерина [39].
Фитостеролы микроводорослей и D. salina, в частности, известны благодаря их способности снижать уровень холестерина ЛПНП (более чем на 15%) и способствовать здоровью сердечно-сосудистой системы [40]. Кроме того, сообщалось, что фитостеролы участвуют в противовоспалительной и антиатерогенной, противораковой и антиоксидантной активности [41] и могут обеспечивать защиту от расстройств нервной системы, таких как аутоиммунный энцефаломиелит, боковой амиотрофический склероз или болезнь Альцгеймера [27].
Биологические функции фенольных соединений, также присутствующих в микроводорослях, очень разнообразны, обладают антиоксидантной, противовоспалительной, антимикробной активностью, замедляют прогрессирование некоторых видов рака и снижают риск сердечно-сосудистых заболеваний, нейродегенеративных заболеваний и диабета [6; 28; 42].
D. salina нашла применение в пищевой промышленности, например, при разработке рецептур желейного мармелада. Внесение спиртового экстракта микроводоросли не только повышает антиоксидантную активность мармелада, но и придает ему изумрудно-зеленую окраску и позволяет исключить применение искусственных красителей [30].
Diacronema lutheri (Droop) Bendif & Véron, 2011 – жгутиковая подвижная микроводоросль (класс Pavlovophyceae), отличается липидной направленностью биосинтеза, особенно способностью к образованию ПНЖК (табл. 1) [43]. Следует отметить, что интерес к микроводорослям, как альтернативному источнику ПНЖК, растет, вероятно, из-за отсутствия специфического запаха, неприятного вкуса, токсических соединений, присущих порой традиционному источнику ПНКЖ – рыбьему жиру. В сухом веществе клеток D. lutheri, в зависимости от условий выращивания, может содержаться от 22 до 40% липидов.
Tetraselmis viridis (Rouchijajnen) R. E. Norris, Hori & Chihara, 1980 – морская зеленая жгутиковая микроводоросль (класс Chlorodendrophyceae), богатая белком и высокомолекулярными жирными кислотами (рис. 4). Почти все культивируемые морские виды водорослей содержат в своем составе докозагексаеновую и эйкозапентаеновую жирные кислоты, за исключением Dunaliella, у Tetraselmis присутствует только эйкозапентаеновая кислота (табл. 1). На основе биомассы T. viridis разработана БАД, «…выявлена антиоксидантаная активность, обусловленная наличием β-каротина, витамина С, хлорофилла и органических кислот» [31]. Положительной особенностью строения является отсутствие у ее клеток плотной оболочки [6; 22], благодаря чему культуры T. chui, T. suecica и T. tetrahele широко используются в качестве корма в аквакультуре [44].
|
|
|
|
Рисунок 3. Dunaliella salina (Dunal) Teodoresco (1905) (сентябрь, 2022) Figure 2. Green microalgae Dunaliella salina (Dunal) Teodoresco (1905) (September, 2022) |
Рисунок 4. Зеленая водоросль Tetraselmis viridis (Rouchijajnen) R. E. Norris, Hori & Chihara (1980) (октябрь, 2022) Figure 4. Green microalgae Tetraselmis viridis (Rouchijajnen) R. E. Norris, Hori & Chihara (1980) (October, 2022) |
Культивирование микроводорослей в основном осуществляется в автотрофном режиме с использованием, в качестве источника, энергии света, однако водоросли могут культивироваться и в гетеротрофных условиях, проявляя при этом антибактериальную активность и пробиотические свойства, которые могут усиливаться при изменении трофических условий. Так, гетеротрофная культура T. suecica имеет следующие преимущества перед автотрофной: увеличение выхода экзополисахаридов (ЭПС) (в 4 раза), более высокая антиоксидантная способность ЭПС, в то же время «…концентрация каротиноидов и хлорофиллов а и в значительно снижается (до 12 и 1%, соответственно; p<0,05), что объясняется отсутствием света в гетеротрофных культурах» [45]. Антиоксидантная активность может быть связана с процентным содержанием галактуроновой и глюкуроновой кислот, присутствующих в составе ЭПС микроводорослей. Гетеротрофные ЭПС имели в своем составе сульфат, содержание сульфатов и уроновых кислот связывают, согласно Mendiola et al. [46] и Sun et al. [47], с увеличением восстанавливающей способности свободных радикалов [48].
Морские микроводоросли, богатые фитосоединениями, такими как фитостеролы, ПНЖК, каротиноиды, полисахариды, витамины и другими, проявляют выраженные антиоксидантные и антиканцерогенные свойства, что позволяет предложить больше преимуществ при их использовании в качестве возможных натуральных нутрицевтиков для фармацевтической промышленности и функциональных пищевых ингредиентов [45].
Химический состав биомассы микроводорослей представлен в таблице 2. A. platensis, выращенная в лабораторных условиях, характеризуется высоким содержанием белка (до 60%), аминокислотный состав включает все незаменимые аминокислоты (табл. 3); наряду с другими аминокислотами в белках спирулины содержится довольно много таурина, эта непротеиногенная серосодержащая аминокислота считается условно необходимой и выполняет разнообразные физиологические функции: участвует в осморегуляции, стабилизации клеточных мембран, гомеостазе кальция, нейромодуляции, энергетическом метаболизме и др. [49-52].
Таблица 2. Содержание макронутриентов микроводорослей / Table 2. Macronutrient content of microalgae
|
Объект исследований |
Массовая доля, %, среднее ± SD; n = 3 |
||
|
белка |
липидов |
углеводов |
|
|
Arthrospira platensis |
58,2 ± 0,2 |
3,9 ± 0,2 |
24,2 ± 0,4 |
|
Diacronema lutheri |
30,2 ±0,4 |
33,2 ± 0,1 |
16,7 ± 0,4 |
|
Tetraselmis viridis |
19,2 ± 0,3 |
38,0 ± 0,1 |
10,0 ± 0,1 |
|
Dunaliella salina |
34,0 ± 0,2 |
22,8 ± 0,1 |
18,2 ± 0,2 |
Таблица 3. Аминокислотный состав белка A. platensis / Table 3. Amino acid composition of the protein A. platensis
|
Название аминокислоты |
Содержание, г/100 г белка |
Содержание в идеальном белке, г/100 г (ФАО/ВОЗ, 2013) |
Аминокислотный скор, % |
|
Валин |
5,6 |
4,0 |
140 |
|
Изолейцин |
3,8 |
3,0 |
127 |
|
Лейцин |
8,4 |
6,1 |
138 |
|
Лизин |
5,4 |
4,8 |
113 |
|
Метионин + Цистин |
2,3 + 0,4 |
2,3 |
117 |
|
Треонин |
5,7 |
2,5 |
228 |
|
Триптофан |
1,0 |
0,66 |
152 |
|
Фенилаланин + Тирозин |
4,5 + 3,9 |
4,1 |
205 |
|
Гистидин |
3,5 |
1,6 |
219 |
|
Аланин |
5,2 |
- |
- |
|
Аргинин |
5,6 |
- |
- |
|
Аспарагиновая кислота |
9,1 |
- |
- |
|
Глицин |
5,6 |
- |
- |
|
Глутамин |
12,7 |
- |
- |
|
Серин |
4,6 |
- |
- |
|
Таурин |
2,6 |
- |
- |
|
Биологическая ценность, % |
53,0 |
||
|
Коэффициент утилитарности аминокислотного состава, U, U®1 |
0,7 |
||
|
Показатель сопоставимой избыточности, σс |
10,2 |
||
Результаты анализа жирнокислотного состава свидетельствуют о его значительном различии для культивируемых микроводорослей (табл. 4). С изменением условий среды при культивировании, прежде всего температуры, доля эссенциальных жирных кислот может существенно меняться, и это отражается на их биологической ценности [53; 54].
Таблица 4. Жирнокислотный состав липидов микроводорослей / Table 4. Fatty acid composition of microalgae lipids
|
Жирные кислоты |
Наименование микроводорослей |
||
|
Diacronema lutheri [53] |
Tetraselmis sp. [21] |
Dunaliella salina [55] |
|
|
12:0 |
- |
0,01± 0,01 |
0,37±0,05 |
|
14:0 |
0,3±0,1 |
0,17 ± 0,05 |
1,60±0,10 |
|
14:1 ω5 |
0,1±0,1 |
1,01 ±0,16 |
0,07±0,01 |
|
15:0 |
0,4±0,1 |
- |
0,09±0,01 |
|
15:1 ω5 |
0,1±0,1 |
- |
0,29±0,01 |
|
16:0 |
28,1 ±3,4 |
23,29 ±1,0 |
45,41±0,35 |
|
16:1 ω7 |
4,0±0,6 |
1,96±0,32 |
0,25±0,06 |
|
16:1 ω 9 |
17,0±2,3 |
- |
- |
|
16:2 ω 6 |
0,1±0,1 |
- |
- |
|
16:3 |
0,2±0,1 |
3,44±0,18 |
- |
|
16:4 |
0,1±0,1 |
17,16±1,57 |
- |
|
17:0 |
0,2±0,1 |
- |
0,19±0,02 |
|
17:1 ω7 |
- |
- |
|
|
17:1 ω9 |
1,8±0,2 |
- |
0,49±0,06 |
|
18:0 |
2,1±1,0 |
- |
1,65±0,43 |
|
18:1 ω 7 |
3,1±0,3 |
- |
- |
|
18:1 ω 9 |
5,6±1,0 |
12,11±0,32 |
11.69±0,06 |
|
18:1 ω11 |
- |
- |
6,78±0,03 |
|
18:2 ω 6 |
10,6±1,8 |
12,81±0,57 |
9,87±0,01 |
|
18:3 ω 6 (GLA) |
- |
0,74±0,06 |
- |
|
18:3 ω 3(ALA) |
10,2 ±3,6 |
13,99±0,4 |
21,19±0,10 |
|
18:4 ω 3 |
0,2±0,1 |
3,62±0,05 |
|
|
20:0 |
0,1±0,1 |
- |
0,11±0,01 |
|
20:1 ω 9 |
- |
1,50±0,05 |
- |
|
20:1 ω 7 |
0,1±0,1 |
- |
- |
|
20:2 ω 6 |
0,2±0,1 |
0,21 ± 0,18 |
- |
|
20:3 ω 6 |
0,2±0,1 |
- |
- |
|
20:4 ω 6 |
следы |
- |
- |
|
20:4 ω 3 |
- |
1,65±0,12 |
- |
|
20:5 ω 3 |
10,1±2,1 |
6,10±0,49 |
- |
|
22:4 ω 6 |
- |
- |
- |
|
22:0 |
0,3±0,1 |
- |
- |
|
22:6 ω 3 |
1,4±0,3 |
- |
- |
|
∑НЖК |
31,5±4,9 |
23,47±1,01 |
49,42±0,09 |
|
∑МНЖК |
31,8±4,7 |
16,57±0,71 |
19,55±0,08 |
|
∑ПНЖК |
33,3±8,0 |
59,72±1,53 |
31,06±0,12 |
|
∑ ω3 ЖК |
21,9±2,7 |
25,36±0,73 |
21,19±0,1 |
|
∑ ω6 ЖК |
10,9±2,61 |
13,76±3,95 |
9,87±0,01 |
|
ω6/ω3 |
0,49 |
0,54 |
0,47 |
«…По данным ООН, каждый человек на планете потребляет в среднем 16 кг рыбы и морепродуктов в год, включая аквакультуру. Среднее содержание ЭПК+ДГК в биомассе рыб и беспозвоночных составляет 2 мг на 1 г (Gladyshev et al., 2009). Отсюда легко подсчитать, что ежесуточное среднее потребление ЭПК+ДГК человеком составляет около 0,1 г» [56]. Рекомендуемое ежесуточное потребление w-3 для взрослых составляет около 1000 мг, минимальное – 250 мг, для детей с 14 лет значения РСП выше – 1200-1600 мг. Дефицит физиологически важных ПНЖК в питании человечества очевиден.
Нами предложено введение трех микроводорослей в рецептуру растительной функционально-пищевой композиции (ФПК) (табл. 5), сочетание ингредиентов получено с помощью математического моделирования, уточнения, с целью получения приемлемых органолептических характеристик продукта, внесены в результате эксперимента; при разработке модели учитывались значения основных нутриентов и жирно-кислотный состав липидов (соотношение НЖК:МНЖК:ПНЖК и w6:w3), позволяющее максимально сбалансировать питательность композиции. Выбор таких ингредиентов как зелень сушеного укропа, мускатный орех и кориандр позволили придать ФПК насыщенный аромат и вкус, в то же время их концентрация не придавала резкого избыточного привкуса и запаха готовой продукции.
Таблица 5. Рецептура растительной функциональной пищевой композиции (ФПК) /
Table 5. Recipe of a vegetable functional food composition
|
Соотношение ингредиентов ФПК, % |
|||||
|
Diacronema luther |
Tetraselmis viridis |
Dunaliella salina |
Кориандр |
Мускатный орех |
Укроп сушеный |
|
22,5 |
21,9 |
14,9 |
10,5 |
6,8 |
23,3 |
Для подготовки микроводорослей к введению их в ФПК, полученную биомассу промывали дистиллированной водой, центрифугировали при 5000 об/мин в течение 10-15 мин, отделяли супернатант, осадок (водорослевую массу) высушивали (вакуумная сушка) и измельчали. Содержание морской соли, в сушеных водорослях, не должно превышать 8%.
ФПК предназначена для введения, в количестве 15%, в фаршевые формованные изделия, например, в рыбные хлебцы из хека, минтая, бычка. ФПК позволит обогатить рыбный фарш легкоусвояемым белком, липидами (ПНЖК 9% общего содержания в липидах), витаминами и углеводами, заменить поваренную соль морской, снизив содержание хлористого натрия - 77,5-97,7% против 99,5-99,7% в поваренной соли. ФПК придает необычный внешний вид готовому кулинарному изделию, окрашивая его в зеленоватый цвет. Энергетическая ценность ФПК составляет 364 кКал/100 г (табл. 6).
Таблица 6. Пищевая ценность функциональной пищевой композиции / Table 6. Chemical composition of the functional food composition
|
Наименование продукта |
Массовая доля, % |
||
|
белок |
углеводы, вкл. клетчатку |
жир |
|
|
ФПК с микроводорослями |
18,4 ± 0,5 |
19,3 ± 0,2 |
23,6 ± 0,1 |
Разработан также ассортиментный ряд сухого напитка киселя, обогащенного спирулиной (табл. 7). Употребление 250 мл напитка позволяет восполнить рацион белком (6,0% РСП), железом (12-15% РСП), медью (45% РСП), селеном (1% РСП), витаминам В1 (12% РСП) и В2. (15% РСП), при СД II рекомендуется напиток со спирулиной и топинамбуром (без сахара). В качестве рекомендации, для улучшения вкуса предлагается введение сухого вина (11 об.%) из расчета 125 мл на 1,0 л напитка.
Введение пектина позволяет придать напитку детоксицирующие свойства и снизить калорийность продукта, по сравнению с традиционным введением крахмала, в 5,7-5,8 раз.
Таблица 7. Рецептуры концентратов киселя, обогащенного спирулиной / Table 7. Kissel concentrate recipes enriched with spirulina
|
Наименование компонента |
Масса компонента, кг на 100 кг смеси для концентрата киселя со спирулиной |
|||||
|
яблоком и имбирем |
абрикосом |
виноградом и яблоком |
киви и бананом |
топинамбуром |
морковью |
|
|
Концентрат сушеный яблока |
8,80 |
- |
3,25 |
- |
5,50 |
- |
|
Концентрат сушеный абрикоса |
- |
7,00 |
- |
- |
- |
- |
|
Концентрат сушеный винограда |
- |
- |
6,05 |
- |
- |
- |
|
Концентрат сушеный киви |
- |
- |
- |
3,25 |
- |
- |
|
Концентрат сушеный банана |
- |
- |
- |
6,05 |
- |
- |
|
Спирулина измельченная |
30,00 |
30,00 |
30,00 |
30,00 |
30,00 |
35,00 |
|
Абрикосы сушеные кусочками |
- |
5,00 |
- |
- |
- |
- |
|
Сушеный измельченный имбирь |
0,50 |
- |
- |
- |
0,50 |
- |
|
Сушеный измельченный топинамбур |
- |
- |
- |
- |
12,00 |
- |
|
Сушеная измельченная столовая морковь |
- |
- |
- |
- |
- |
12,00 |
|
Сушеная измельченная зелень укропа* |
- |
- |
- |
- |
0,50 |
0,30 |
|
Сахар белый кристаллический |
50,20 |
47,50 |
50,20 |
50,20 |
- |
0,20 |
|
Соль пищевая |
- |
- |
- |
- |
0,30 |
0,30 |
|
Пектин |
10,00 |
10,00 |
10,00 |
10,00 |
15,00 |
10,00 |
|
Овсяное толокно |
- |
- |
- |
- |
30,70 |
31,20 |
|
Мука льняная |
- |
- |
- |
- |
5,00 |
10,50 |
|
Лимонная кислота |
0,50 |
0,50 |
0,50 |
0,50 |
0,50 |
0,50 |
Заключение
Использование микроводорослей, в качестве источника ценных биологически активных соединений, в пищевой промышленности сопряжено с некоторыми трудностями, главным образом из-за недостаточно развитых технологий и процессов, связанных с выращиванием и переработкой микроводорослей, что требует, в свою очередь, увеличения инвестирования в исследования и организацию производства по культивированию и переработке микроводорослей. В последние годы большой интерес вызвала возможность использования микроводорослей и их метаболитов для инновационных нутрицевтиков, функциональных пищевых ингредиентов и обогащающих пищевых композиций.
В работе исследована пищевая ценность водорослей Dunaliella salina, Diacronema luther, Tetraselmis viridis, Arthrospira platensis, разработаны варианты использования микроводорослей в качестве ингредиентов в пищевых композициях с потенциальной пользой для здоровья. Антиоксидантная, гипотензивная, иммуномодулирующая, противораковая и гепатопротекторная активность некоторых соединений, полученных из микроводорослей, их высокая усвояемость, а также возможность искусственного массового выращивания предопределяют дальнейший интерес к выбранным объектам исследований.
Работа выполнена в рамках научного проекта «Разработка технологии функциональных пищевых композиций из микро- и макрофитов» (рег. Номер 122082200077-5).
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Вклад в работу авторов: Л.В. Донченко – идея работы, подготовка заключения, окончательная проверка статьи; О.Е. Битютская – подготовка введения, анализ данных, технологическая часть, подготовка статьи; Н.В. Сокол – сбор и анализ литературных данных, вопросы апробации, подготовка статьи; Л.И. Булли – культивирование микроводорослей, сбор и анализ данных, подготовка статьи; Л.М. Есина – вопросы соответствия требованиям безопасности и качества, подготовка статьи; Н.Ф. Мазалова - подготовка и анализ базы данных, технологическая часть, подготовка статьи; О.В. Никитенко – сбор и анализ данных, подготовка статьи.
The work was carried out within the framework of the scientific project "Development of technology of functional food compositions from micro- and macrophytes" (reg. Number 122082200077-5).
The authors declare that there is no conflict of interest.
Contribution to the work of the authors: L.V. Donchenko – the idea of the work, preparation of the conclusion, final verification of the article; O.E. Bityutskaya – preparation of the introduction, data analysis, technological part, preparation of the article; N.V. Sokol – collection and analysis of literary data, issues of approbation, preparation of the article; L.I. Bulli – cultivation of microalgae, data collection and analysis, article preparation; L.M. Esina – issues of compliance with safety and quality requirements, article preparation; N.F. Mazalova – database preparation and analysis, technological part, article preparation; O.V. Nikitenko – data collection and analysis, article preparation.
