Технология производства из спирулина. Целью работы является изучение технологии производства из спирулина
 Скачать 319.94 Kb.
|
|
СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы. Спирулина – одно из уникальных и самых удивительных растений в мире. Ученые утверждают, что это единственное растение, умудрившееся прожить на нашей планете сотни млн. лет, и секрет столь потрясающей живучести заключается в особенном биохимическом составе. В спирулине сосредоточено множество (в общей сложности около 2000) минералов, витаминов и незаменимых для человека жирных аминокислот и растительных ферментов. Эти необыкновенные водоросли успешно применяются в уникальном комплексном лечении серьезной прогрессирующей близорукости и других проблемах глаз. Спирулина незаменима при лечении гепатитов, хронических бронхитов и туберкулеза. Благодаря высокому содержанию фикоциана она способна останавливать рост пагубных раковых клеток. Ежедневное употребление этих водорослей не позволяет распространяться по организму метастазам и злокачественным новообразованиям. Кроме этого, сприрулина показана после радиотерапии и химиотерапии. Культивирование и производство из спирулина является основной стадией технологического процесса и во многом определяет количественные и качественные характеристики производства биопрепаратов. Культивирование продуцента в производственных условиях называют ферментацией. Целью работы является изучение технологии производства из спирулина. Предметом работы является процесс производства из спирулина. Объектом работы являются особенности технологии производства из спирулина. Задачи: - изучить характеристику спирулина; - описать значение и применение спирулина; - рассмотреть переработку водорослей – технологию ферментации; - изучить технологию производства спирулина. Методы исследования: 1) изучение литературы по данной теме; 2) составить план исследований и прибегнуть к теоретическому методу; 3) статистические методы, рассмотреть средние данные по выбранной теме, сделать анализ; 4) преобразование полученной информации. Источниковой базой составили труды: Захарова, Т.Н. Органическая химия; Клячко Н.Л. Ферменты - биологические катализаторы: основные принципы действия; Ливанцов, М.В. Органическая химия; Литвинова Н.В., Марченко А.Н. Мембраностабилизирующее действие Спирулины в условиях острого токсического повреждения и др. Структура работы. Работа состоит из содержания, введения, двух разделов, заключения, списка использованной литературы. 1. Характеристика и значение спирулина 1.1. Характеристика спирулина Спирулина — уникальный и удивительный природной сущности вид растения. Оно произрастает на планете больше сотен миллионов лет. Секретный «ингредиент» его долголетия это, прежде всего биохимический состав. Спирулина это сине-зелёная водоросль является долгожителем. Она имеет высокую пищевую ценность и полностью может усваиваться организмом.1 Данная водоросль уже больше сотни лет порождает у исследователей сильный интерес, но ее уникальное свойство было изучено намного позже. В визуальном представлении это только одна водоросль из 30 000, которые известны ученым. Спирулину изучали не только зарубежные ученые, но и отечественные, в таких регионах как Севастополь, в Институте биологии. Причины широкого распространения данной водоросли неоднозначные – это может быть связано рассказами путешественников, которые побывали в далёких уголках Мексики, там ее по традиции ее применение в пищу происходить давно. По составу спирулина уникальна и это главное из достоинств. В данной водоросли может содержаться около 70% белка, йода и цинка. Если сравнивать с мясными продуктами, то мясо говядины содержит в себе намного меньше белка. Ещё одно свойство водоросли это выращивание в домашних условиях. Спирулина распространена по миру как биологическая добавка. Она была как один из источников пищи для ацтеков и других племён в древние времена. В настоящее время ее добывают в Чаде и китайском озере Цинхай, и выращивают по всей планете. Водоросль применяют активно в современной косметологии, так как может обладать многими полезными свойствами. Её можно использовать в домашних условиях и для народной медицины. Спирулина – как уже упоминалось, является одним из редкостных и самых поразительных растений на всей планете. Ученые говорят, что это одно из единственных растений, которое умудрилось прожить более сотни млн. лет, и ее секретной способностью является потрясающая живучесть и особенный биохимический состав. Представлена Спирулина на рисунке 1.  Рис. 1 Фото Спирулины Миллион лет эволюционной мудрость породила данное растение, закодировало все это в ДНК, ее можно назвать настоящим живым ископаемым, при этом состав в течение нескольких сотен тысяч лет оставался неизменяемым.2 Весь этот огромный период, который немыслим для человеческого восприятия, маленькая зеленая спиралька водоросли аккумулировала энергию Солнца и вырабатывала кислород в атмосферу планеты, из-за этого развивались другие формы жизни. Можно считать невероятным, что данная форма жизни смогла прожить, при этом самовозобновляясь, как уже упоминалось все из-за уникального биохимического состава. Спирулина - это тщательно сбалансированный самой природой набор из более 2000 ингредиентов. Основным действием спирулины является поддержание и улучшение иммунной системы. Она также может бороться с воспалениями и замедлять окислительные процессы, которые происходят в клетке. Это происходит из-за наличия огромного количества антиоксидантов. Главным преимуществом спирулины это ее сбалансированный состав. В состав входит3: - основной строительный блок белков. Спирулина имеет в 4 раза больше, чем мясе. - 8 незаменимых аминокислот, которые не могут быть произведены организмом. - Бета-каротин - источник витамина А, количество которого в 20-25 раз выше, чем в моркови. - Витамин В1 в количестве большем, чем в овощах и фруктах. - Витамин В2 в 5-20 раз выше, чем в других продуктах питания. - Витамин В12, который улучшает память и предотвращает анемию. - витамин В12, содержащийся в печени животных, но спирулина содержит его в 2,5 раза больше, и подходит для вегетарианской диеты. - Гамма-линоленовую кислоту (GLA), которая является одной из важнейших жирных кислот. Регулирует уровень холестерина, предотвращает гипертонию и сердечные заболевания. - Витамин Е - известный антиоксидант, замедляющий окислительные процессы в клетках. - Железо - участвует в строительстве кровяных телец. - Магний. - Фосфор. - Цинк. - Медь. - Жирные кислоты омега 3-6-9. Можно отметить, что все вещества могут находиться в подходящей форме, тем самым нормально усваиваются клетками человеческого организма. Спирулина помогает вырабатывать организму антитела, что очень хорошо влияет на работу иммунной системы. Английские ученые выявили, что если регулярно употреблять эту добавку в пищу то это может в несколько раз снизить восприимчивость к различным заболеваниям, особенно инфекционным.4 Спирулина в своем составе имеет различные минералы (в общей сложности около 2000), витамины и незаменимые для человека жирные аминокислоты и растительные ферменты. Еще одним достоинством: является большой и значимый набор питательных веществ, который скрыт под съедобной, легко усваиваемой оболочке, которая состоит из мукопротеинов. Это является, кажется удивительным пищевым фактом, концентрация белка в спирулине, почти может доходить до 70 %. 10 г этих водорослей сможет содержать столько же бета-каротина, сколько в 10 кг сушеная морковь. Только 1 столовая ложка сине-зеленого экстракта способна дать человеку 300 % суточной нормы витамина B12. Сумма питательной ценности спирулины во много раз больше других полезных продуктов, например: филе осетрины, красную и черную икру, перепелиные яйца и т. д. Лечебное свойство данной водоросли уже взяли на усмотрение медицинские центры. Спирулина – это единственный продукт растительного происхождения, который содержит в себе все необходимые человеку аминокислоты, причём в идеально сбалансированном соотношении. Восемь из них являются незаменимыми и не могут синтезироваться нашим организмом. Сто грамм высушенной водоросли имеет в своем составе восемнадцать аминокислот. В спирулине содержится практически 20% углеводов, которые представлены полисахаридами и альгинатами. Эти элементы эффективно очищают человеческий организм от различных солей тяжелых металлов, к примеру, от свинца. Жиры, содержащиеся в спирулине, представлены самыми важными жирными кислотами, а также сульфолипидами, которые действуют, как имуноукрепляющие средства. В этой водоросли содержится огромное количество макро- и микроэлементов, необходимых для нормального обмена веществ в нашем организме, при этом содержатся они в легкоусвояемой форме. Среди них калий, кальций, цинк, магний, фосфор, селен и медь. Кроме того в спирулине присутствует холинэстераза, а также хлорофилл, который является отличным источником органического железа. Прием всего лишь четырех грамм этого вещества в сутки эффективно восстанавливает нормальный уровень гемоглобина в крови. Водоросль спирулины богата на нуклеиновые кислоты, которые занимаются хранением и последующей передачей генетической информации.5 Что касается витаминного состава, то спирулина содержит в себе бета-каротин (провитамин А), это вещество является сильнейшим природным адаптогеном и антиоксидантом. В ней больше витаминов группы В, чем в крупах, печени и мясе. Кроме того она богата на нуклеин, витамин РР и V-линолевую кислоту. Так как все питательные вещества являются натуральными и вырабатываются обычными живыми клетками, их эффективность возрастает в несколько раз. Пигментный состав спирулины представлен хлорофиллом, каротиноидами и фикоцианином. Эти элементы помогают человеческому организму вырабатывать значительное количество ферментов и принимают активное участие в обменных процессах. Самую заметную роль при этом играет фикоцианин, это веществ укрепляет и активизирует иммунную систему, влияет на лимфоциты, защищая наш организм от клеток рака и препятствуя их росту и развитию. Также он не дает образовываться язвам, оптимизирует функциональную деятельность лимфатической системы. Спирулина, как уже говорилось выше, богата на хлорофилл, которого нет больше ни в одном продукте на земле. Клетки спирулины способны сокращаться и двигаться, их движения можно сравнить с ползанием змеи. Они заключены в необычайно мягкую для водорослей легко усвояемую организмом мукопротеиновую клеточную мембрану.6 Сине-зеленый цвет водоросли объясняется смешением цветов ее природных пигментов, аккумулирующих солнечную энергию: хлорофилла А (зеленый), фикоцианина (синий) и каротиноидов (оранжевый). Спирулина – уникальный организм. Все, что нужно для ее роста и размножения – солнце, воздух и вода. Как в результате простого фотосинтеза в ней образуется такое многообразие ценных питательных веществ. Это объясняется тем, что благодаря наличию в спирулине растительных пигментов и их цис-изомеров, диапазон спектра поглощения солнечного света значительно расширяется. Так как эти пигменты и их «собратья» имеют различные длины волн, соответственно синтезируется широкий спектр биологически активных веществ. Всего известно около 15-ти видов спирулины, отличающихся друг от друга формой и величиной нитей. 1.2. Значение и применение спирулина Пользой водоросли является ее биологический состав. Каждый компонент должен отвечать за определенную жизненную важную функцию и свойство человеческого организма. Компонент Арганин он может выводить токсины из крови и шлаки из организма, повышать либидо. Компонент Гамма-линолевая кислота — это компонент материнского молока, может использоваться в лечении артрита. Глютаминовая кислота питает клетки мозга, помогает развивать умственные способности. Инозитол может принимать большое участие в том что выделяет канцероген, необходимый компонент для функционирования печени, поддержания гормонального баланса.7 Тиамин улучшает работу нервной системы, помогает справиться с бессонницей и одышкой. Тирозин замедляет процесс старения, предотвращает появление седины. Фикоцианин – синий пигмент, содержащийся в данном растении в самом большом количестве. По мнению ученых, он способен замедлять рост раковых клеток. Фолиевая кислота повышает уровень гемоглобина крови. Цистин необходим для работы поджелудочной железы. Полезные свойства спирулины Водоросль относится к роду цианобактерий. Она богата не только полезными веществами, но и витаминами. В2, В6 и В12 регулируют холестерин в крови, нормализуют обмен веществ и принимают активное участие в процессе творения крови. Свойство спирулины. Витамины Е и РР благотворно влияют на работу пищеварительной, нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной системы. Их содержание в спирулине намного больше, чем в мясной пище. Водоросль — прекрасный источник белка для вегетарианцев, в ней много легкоусвояемого железа. Спирулина — полезные свойства8: -антиоксидантные — высокое содержание каротина, в 10 раз больше, чем в моркови, содержит ненасыщенные омега и аминокислоты; -противовоспалительные — стимулирует процессы регенерации, уменьшает проявление акне и дерматитов; -очищающие — выводит шлаки и токсины из организма, укрепляет иммунитет; -антиаллергенные — помогает избавиться от аллергической реакции на пыльцу и другие виды растений. Чем ещё может быть полезна спирулина. Она хороша для здоровья глаз и улучшает зрение и память. Водоросль ускоряет метаболизм, что способствует похудению. Это природный источник энергии и ингибитор роста раковых клеток. Спирулина — обладает хорошими ранозаживляющими качествами и улучшает состояние кожи, препятствует раннему старению. Водорослью можно лечить заболевания печени — она повышает её барьерные механизмы, очищает от токсинов. Спирулина может восстанавливать микрофлору кишечника, применяться в лечении миозита, остеохондроза и артрита. Она может также стимулировать процесс роста, тем самым необходима подростком, т.к. в этот период является значимым для роста. Сердечные заболевания он облегчает, применение добавок с этой водорослью вылечит: стенокардию, атеросклероз и ишемию. Активно может использоваться спирулина в лечении близорукости и остальных заболевания зрения. Её применяют при гепатите, хронических бронхитах и туберкулёзах. Но основное качество водоросли — это замедление роста клеток рака. Спирулина может быть назначена после курса радио и химиотерапии. Она может препятствовать вырабатыванию метастазов и новых отрицательных образований. При том, что водоросль универсальна и уникальна, она противопоказана людям которые имеют серьёзные проблемы со здоровьем и также которые имеют индивидуальную непереносимость ее компонентов. Если также имеются серьёзные проблемы с желудком, артериальное давление и почечная недостаточность, то необходимо консультироваться с врачом по поводу ее приёма. В настоящее время спирулина является одной из натуральных и доступного омолаживающего средства потому что может обладать мощным антиоксидантным влиянием. Из всей массы спирулины, 65% это легкоусвояемый белок, он включает практически все нужные людям аминокислоты9: - ненасыщенные кислоты омега 3-, 6- и 9; -из-за наличия хлорофилла, может помогать очищать кровь от токсина и укрепить иммунную систему; -Высокое содержание легкоусвояемого железа делает спирулину полезной добавкой при лечении анемии; -Улучшает зрение и полезна для здоровья глаз в целом; -Обладает противовоспалительными свойствами; -Стимулирует регенерацию клеток, благодаря чему активно используется в косметологии; -Выводит шлаки и токсины; -Повышает иммунитет; -Улучшает сексуальную жизнь женщин и мужчин; -Регулярный прием спирулины помогает избавиться от симптомов многих видов аллергий, таких как, например, аллергия на цветочную пыльцу, которая мучит многих людей в весенний период; -Снижает уровень холестерина в крови, регулирует кровяное давление; -Ингибирует развитие опухолевых клеток, предотвращая многие виды рака; -Улучшает память; -Полезна для здоровья сердечнососудистой системы; -Укоряет метаболизм; -Оздоравливает кожу изнутри. Применяется при акне и дерматитах; -Дает энергетический заряд; -Улучшает пищеварение. Такие водоросли нередко назначаются при диабете II типа. Доказано, что при регулярном употреблении они значительно уменьшают количество сахара в крови спустя 6 недель. Действенное лечение такой чудесной водорослью как спирулина назначают при артритах, болезнях сердца, а также для профилактики многих вирусных инфекций. Спирулина облегчает состояния при гриппе, герпесе и уменьшает проявления аллергии. Кроме того, такие сине-зеленые водоросли способствуют повышению иммунитета и снижению кровяного давления. Целебные водоросли также облегчают состояния после алкогольных возлияний, предотвращая похмельный синдром. Современные препараты на основе спирулины выпускаются в виде таблеток. Они легко растворяются и быстро усваиваются организмом. Профилактическая доза составляет не более 1,0 грамма перед едой. В лечебных целях доза, как правило, увеличивается минимум в 2 раза. Суточная норма зависит от характера заболевания и индивидуальных человеческих особенностей.10 Чудодейственная спирулина уникальна по своему составу, что обуславливает её непревзойденный эффект при похудении. В её состав входит огромное количество витаминов, аминокислот, минералов, а также незаменимых полиненасыщенных жирных ферментов. Благодаря этому такие зеленоватые натуральные водоросли способны предотвращать ожирение. Они защищают печень от негативного воздействия токсинов, уменьшая токсические изменения в печени. Снижение уровня холестерина в крови, выведение различных шлаков из организма, нормализация обмена веществ помогают избавиться от избыточного веса. При этом человек получает полный комплекс необходимых микроэлементов и витаминов для нормальной жизнедеятельности организма. Специальные капсулы для похудения гарантируют потери лишних килограммов в течение одного месяца, а самое главное – с их помощью можно откорректировать фигуру. Спирулина нужна подрастающему организму, так как обладает в собственном составе хорошим протеином, какой в отсутствии компонента усваивается. Присутствие в данном подобном водном растении определенных компонентов отлично усиливают иммуннентную концепцию, помогая каждый день справляться с множественными микробами и болезнетворными бактериями. Значительная перевариваемость железка может обеспечить большую степень гемоглобина. Разнообразные важные кислоты, находящиеся в спирулине, нужны для обычной деятельности мозга. Данная цианобактерия улучшает ногти, волосы и кожу, а кроме того прекрасно возобновляет микрофлору кишечного тракта. Повседневный приём подобных великолепных водорослей считается безупречным предупредительным орудием с негативных влияний наружной сферы. Данная водоросль эффективна при беременности. Для полного направления беременности у молодых девушек и верного формирования плода предстоящей матери необходимо применять в еду колоссальное число требуемых микроэлементов и витаминов. Приём подобных водорослей дает возможность компенсировать резерв калорийных элементов, какие необходимы и мамы, и ее ребенка. Точные кормления уберегают 2 организма от негативных условий наружной среды. Высочайшая сущность железка предостерегает появление анемии, а кроме того восстанавливает службу желудочно-кишечного большака. Представлять собой замечательным основой кальция и белков, спирулина содействует полному формированию костей у ребенка и непрерывному развитию плаценты. Био значимость подобных водорослей заключается в абсолютном усвоении абсолютно всех витаминов. Таким образом, можно сделать вывод, что регулярное употребление в пищу таких потрясающих водорослей или препаратов, содержащих спирулину, не причинит вреда организму взрослого человека. Они практически не имеют побочных эффектов. 2. Особенности технологии производства из спирулина 2.1. Переработка водорослей – технология ферментации Водоросли являются одними из самых важных и уникальных живых организмов в природе. Они вносят в воздух, которым мы дышим, порядка 50% кислорода, напрямую поддерживают практически всю жизнь в океане, и являются, таким образом, важнейшим элементом биосферы Земли. Мировое производство водных растений составило в 2008г. 15,8 млн. тонн, что составляет 24,8% от общего объема мировой аквакультуры, с объемом стоимости продукции 7,4 млрд. долларов (FAO, 2010). Доминируют в этом объеме макроскопические водоросли, являющиеся сырьем для извлечения из них таких веществ, как йод, алгин и каррагинаны, использующиеся в качестве добавок в кормлении животных и питании человека. Промышленное выращивание микроскопических водорослей главным образом сосредоточено на пресноводных родах Chlorella и Arthospira (ранее называвшимся Spirulina), из которых производят добавки для животных и человека. Культивируют также и другие микроскопические водоросли, из которых извлекают такие ценные компоненты, как витамины (С и В2), ω-непредельные жирные кислоты, натуральные пигменты и антиоксиданты (β-каротин, астаксантин, лютеин).11 Несмотря на свою значимость в природе, пресноводные и морские микроскопические водоросли, которых в литературе сейчас описано порядка 40 тысяч видов, до сих пор остаются одними из наименее изученных живых организмов. Однако в настоящее время наши знания о водорослях, их жизнедеятельности и богатых возможностях их практического использования, сейчас претерпевают бурный рост. Наиболее активно развивающейся областью исследования водорослей сейчас является выращивание видов, богатых липидами, которые нужны человеку в качестве компонента биологического топлива и кормов для животных. Водоросли являются также побочным продуктом очистки сточных вод при многих производственных процессах, однако из-за присутствия в таких водорослях вредных веществ, таких как тяжелые металлы, для их утилизации в сельском хозяйстве требуются достаточно сложные и дорогостоящие мероприятия по их очистке и детоксификации. Промышленное производство микроскопических водорослей, в виде цельных клеток или экстрактов, требует экономически эффективной технологии производства водорослевой биомассы. К тому же, партии такого продукта должны быть стабильными по качеству и производиться по биологически безопасной технологии, не допускающей их заражения вредными веществами.12 При автотрофном росте водоросли используют энергию солнечного света для связывания углекислого газа из атмосферы, своего источника углерода, и превращения его в углеводы с одновременным выделением кислорода в качестве побочного продукта. У таких открытых систем есть ряд недостатков, включающих плохую освещенность водной толщи и загрязнение воздуха выделениями живущих в водоемах микробов, зоопланктона и сопутствующих видов водорослей. Успешное выращивание некоторых культур в таких системах стало возможным только благодаря использованию нишевых условий выращивания в сочетании с хорошим пониманием физиологии этих отдельных видов. Промышленное выращивание микроскопических водорослей главным образом сосредоточено на пресноводных родах Chlorella и Arthospira (ранее называвшимся Spirulina), из которых производят добавки для животных и человека. Культивируют также и другие микроскопические водоросли, из которых извлекают такие ценные компоненты, как витамины (С и В2), ω-непредельные жирные кислоты, натуральные пигменты и антиоксиданты (β-каротин, астаксантин, лютеин). Несмотря на свою значимость в природе, пресноводные и морские микроскопические водоросли, которых в литературе сейчас описано порядка 40 тысяч видов, до сих пор остаются одними из наименее изученных живых организмов. Однако в настоящее время наши знания о водорослях, их жизнедеятельности и богатых возможностях их практического использования, сейчас претерпевают бурный рост. Наиболее активно развивающейся областью исследования водорослей сейчас является выращивание видов, богатых липидами, которые нужны человеку в качестве компонента биологического топлива и кормов для животных. Водоросли являются также побочным продуктом очистки сточных вод при многих производственных процессах, однако из-за присутствия в таких водорослях вредных веществ, таких как тяжелые металлы, для их использования в сельском хозяйстве требуются достаточно сложные и дорогостоящие мероприятия по их очистке и детоксификации. Промышленное производство микроскопических водорослей, в виде цельных клеток или экстрактов, требует экономически эффективной технологии производства водорослевой биомассы. К тому же, партии такого продукта должны быть стабильными по качеству и производиться по биологически безопасной технологии, не допускающей их заражения вредными веществами. Промышленное производство микроскопических водорослей ранее осуществлялось, в основном, в автотрофном режиме, в открытых каналах или прудах под открытым небом. При автотрофном росте водоросли используют энергию солнечного света для связывания углекислого газа из атмосферы, своего источника углерода, и превращения его в углеводы с одновременным выделением кислорода в качестве побочного продукта. У таких открытых систем есть ряд недостатков, включающих плохую освещенность водной толщи и загрязнение воздуха выделениями живущих в водоемах микробов, зоопланктона и сопутствующих видов водорослей. Успешное выращивание некоторых культур в таких системах стало возможным только благодаря использованию нишевых условий выращивания в сочетании с хорошим пониманием физиологии этих отдельных видов. Успешная интенсификация аутотрофного производства водорослей произошла только после создания высокоспециализированных и контролируемых закрытых (или приближающихся к закрытым) фотобиореакторов (ФБР). В таких реакторах, при полном контроле параметров состава и освещенности, продуктивность выращивания повысилась до 30 г сухой клеточной биомассы на литр объема реактора. Несмотря на этот очевидный прогресс, ФБР очень большого объема, как оказалось, не оправдывают себя с экономической точки зрения для производства дешевой и объемной конечной продукции, требующейся для кормовой и пищевой промышленности. 13 Если исключить из производственного процесса свет, то окажется, что для гетеротрофного выращивания водорослей подойдет любой ферментер, наподобие тех, что используются для промышленного производства лекарств, напитков и пищевых добавок. Такие ферментеры могут достигать объема в 100 тыс. л, и в них можно выращивать большие объемы высокопродуктивных водорослевых культур, которые будут намного дешевле по сравнению со световым аутотрофным производственным циклом. При гетеротрофном цикле водоросли ассимилируют в качестве источника углерода и энергии органические вещества субстрата, которыми обычно служат глюкоза, глицерин или ацетат. Эти органические вещества выделяют в митохондриях водорослей свой кислород, который служит акцептором электронов – подобно кислороду воздуха при дыхании животной клетки. Такими производственными системами обычно довольно легко управлять, и при наличии дешевого органического источника углерода с их помощью можно получать устойчивые выходы на уровне 50-100 г сухой клеточной водорослевой биомассы на литр (Radmer & Parker, 1994), что приближает их к уровню промышленных дрожжевых ферментеров, где выход биомассы составляет до 130 г/л. Манипуляции с физическими и химическими свойствами питательной среды могут побудить разные виды водорослей синтезировать и накапливать избыточное количество специфических жирных кислот, причем их максимальные уровни получаются именно при гетеротрофных системах выращивания. Xu et al. (2006) показали, что при гетеротрофном выращивании в водорослях вида C. protothecoides может накапливаться до 55% липидов, что примерно в 4 раза больше, чем при аутотрофном. Было показано, что ограничение содержания биологически доступного азота в субстрате повышает синтез и накопление липидов в клетках «голодающих» водорослей (Sheehan et al., 1998), а также усиливает накопление астаксантина в клетках Haematocuccos pluvialis (Boussiba, 2000). 14 Barclay et al. (1994) сообщали, что в гетеротрофных условиях синтез непредельных жирных кислот ряда ω-3 был в 2-3 раза выше, чем в аутотрофных. Сейчас основным источником соединений этой группы, таких как эйкозапентаеновая (ЭПК) и докозагексаеновая (ДГК) кислоты, является рыбий жир, получаемый на рыбоводческих предприятиях. Однако в связи с расширением сферы применения и растущего спроса на эти вещества, а также для сохранения качества продуктов рыбоводства, полезно было бы получить альтернативный источник этих непредельных кислот. Сейчас в промышленность внедряется выращивание водорослей в качестве альтернативного рыбьему жиру источника больших количеств высококачественных ЭПК и ДГК. Кроме того, было показано, что жирные кислоты водорослей по питательной ценности вполне эквивалентны рыбьему жиру, и потому могут заменять последний в кормах для мальков. 2.2. Технология производства спирулина Спирулину можно культивировать в мелководных прудах, оборудованных колесом для перемешивания, с площадью одного водоема 0,1-0,5 гектара, и глубиной — 15-18 см (фабрики с открытыми фотобиореакторами). Такой пруд оборудован гребным колесом до двух метров в диаметре, имеющим скорость перемешивания культуры до 20-30 оборотов в минуту. Спирулина — облигатный фотоавтотроф: она не может развиваться в темноте на субстрате, содержащем органический углерод. Вечером водоем можно «досвечивать». В дневные часы водоросль поглощает углекислый газ и преимущественно нитраты. В водоем добавляют СО2. Оптимальный показатель роста спирулины в лабораторных условиях наблюдается при температуре 35-37 °C. При этих же температурах лучше всего ее и выращивать (пруд со спирулиной нуждается в подогреве), кроме того, такая температура предотвращает загрязнения культуры микробами. Стоит отметить, что и понижение температуры до 15 °C на некоторое время (ночью, например) водоросль переносит легко.15 Культивируют обычно три основных вида спирулин: Arthrospira platensis, Arthrospira maxima и Arthrospira fusiformis. Наилучшие условия для них — щелочная среда (pH 8.5-10.0) с высокой соленостью (>30 г/л) и длительностью освещения. Виды Arthrospira platensis и Arthrospira maxima обитают в щелочных озерах Африки и Мексики, где популяция спирулин почти моноспецифична. Обычно представители рода Arthrospira не наблюдаются в водоемах, где выращиваются зерновые, рыба, а также в пойменных озерах. Arthrospira platensis хорошо развивается в водах, содержащих 85-270 г/л соли и предпочитает соленость 20-70 г/л. Спирулина содержит все незаменимые аминокислоты и её белок усваивается в пять раз быстрее, чем белки соевых бобов или мяса. Однако, содержание метионина, цистина и лизина в ней снижено по сравнению с мясом, яйцами или молоком. Глубинный метод производства. При современном производстве чаще других применяется глубинный способ культивирования с различными модификациями по следующим причинам: 1. Позволяет получить за более короткое время большее количество бактериальной массы и продуктов биосинтеза. 2. Возможность осуществлять управляемое культивирование в стерильных условиях и четко контролировать все основные процессы. 3. Возможность использования стандартного механизированного и автоматизированного технологического оборудования для культивирования (инокулятор, биореактор и др.), что обеспечивает снижение подготовительных операций и операций съема биомассы и повышение качества биопрепарата.16 Периодический способ характеризуется несменяемостью питательной среды в ферментере, состав которой в процессе развития культуры постепенно изменяется. Процесс протекает постадийно: в ферментер загружают питательную среду, задают посевной материал; после размножения микроорганизмов и накопления продуктов их обмена зрелую культуру выгружают, а все оборудование, коммуникации промывают, а затем стерилизуют паром. И процесс повторяется снова. Классическая периодическая культура представляет собой замкнутую систему, которая проходит в своем развитии 6 фаз (фазы роста микроорганизмов). Для биотехнологии – первые две фазы (лаг-фаза и переходная фаза) – это потеря времени, так как накопления биомассы и конечного продукта не происходит. Автоматическое регулирование замкнутой системы практически не возможно. При глубинном способе микроорганизмы выращиваются в жидкой питательной среде. Технически более совершенен, чем поверхностный, так как легко поддается автоматизации и механизации. Концентрация фермента в среде при глубинном культивировании обычно значительно ниже, чем в водных экстрактах поверхностной культуры. Это вызывает необходимость предварительного концентрирования фильтрата перед его выделением. При глубинном культивировании продуцентов ферментов выделяют, как и в любом биотехнологическом процессе, 5 этапов. 1. Приготовление питательных сред зависит от состава компонентов. Некоторые предварительно измельчают, отваривают или гидролитически расщепляют. Готовые к растворению компоненты подают при постоянном помешивании в емкость для приготовления среды в определенной последовательности. Стерилизацию среды проводят либо путем микрофильтрации с помощью полупроницаемых мембран, либо при помощи высоких температур. Время обработки в этом случае зависит как от интенсивности фактора, так и от уровня обсемененности объекта. Стерилизуются также все коммуникации и аппараты. Воздух очищается до и после аэрирования. До - потому что содержит частицы пыли органической и неорганической природы, после - так как несет клетки продуцента.17 2. Получение засевного материала. Для засева питательной среды материал готовят также глубинным методом. Вид его зависит от продуцента: для грибов это мицелиальная вегетативная масса, для бактерий - молодая растущая культура на начальной стадии спорообразования. Получение посевного материала состоит в увеличении массы продуцента в 3-4 стадии. 3. Производственное культивирование. Биосинтез ферментов в глубинной культуре протекает в течение 2-4 суток при непрерывной подаче воздуха и перемешивании. Высокая концентрация питательных веществ на первых этапах могут тормозить рост биомассы продуцента, поэтому часто свежая среда или некоторые её компоненты вводятся в ферментер на стадии активного роста. Температурный оптимум находится в интервале 22-32оС. 4. Выделение. В мицелии трёхсуточной культуры обычно остается не более 15% ферментов. Остальные выделяются в окружающую клетки жидкую среду. В этом случае препараты ферментов выделяют из фильтратов после отделения биомассы. 5. Получение товарной формы. Производство из спирулина при приеме биологически активных добавок потребители нередко получают негативные результаты. Виновата в этом не спирулина, а производитель данной продукции. При существующих технологиях обработки спирулины, часть ее активных компонентов разрушается повышенной температурой, а оставшиеся «в живых» остаются мало доступными для организма. Следовательно, для получения хороших результатов необходимо принимать продукты из спирулины длительно, месяцами, чтобы малые количества доступных полезных компонентов накапливались в организме в достаточных концентрациях. То есть спирулина должна стать обычным продуктом питания. Тех же добавок, которые употребляются нашими соотечественниками, естественно, просто недостаточно. Группе российских ученых из научной лаборатории компании «Радафарма» под руководством А.В. Решетникова удалось создать принципиально новую уникальную запатентованную технологию, позволяющую сохранить всю активность живой спирулины в полном объеме и, более того, сделать ее гораздо более доступной для организма. Технологии дали название «Fast flow». С ее помощью на первом этапе удалось освободиться от всех токсичных фракций и от полисахаридов с неприятным запахом без нагревания, тем самым очищенная спирулина сохранила всю свою активность. Маски из активной спирулины обладают очень широким спектром благотворного влияния. Вторым этапом технологии «Fast flow» является фракционирование, позволяющее из общей массы выделить хлорофилл-липидный комплекс (ХЛК) и, «святая святых» — живой активный хлорофилл Спирулины. ХЛК положил начало принципиально новой косметике линии «Радуга», способной не только маскировать недостатки кожи, активно ее защищать от разрушающего воздействия вредных излучений (компьютеры, экраны телевизоров, микроволновые печи и ультрафиолетовое излучение и др.), но даже регенерировать (омолаживать) ее. Технология «Fast flow» позволяет значительно повысить качество усвоения хлорофилла организмом. Как известно, в растении «конфетка», то есть зерно хлорофилла, «упакована» во фторопласты, препятствующие полноценному усвоению нашим организмом «конфетки», то есть активных компонентов хлорофилла. Так вот группе А.В. Решетникова (впервые в мире!) удалось мягко «развернуть» конфетку и положить ее целенькой организму в ротик. Субстанция живого хлорофилла спирулины была названа «Радахлорофилл С». «РадахлороФилл С» — это и есть та самая захватывающая часть. 18 Тем самым природные качества хлорофилла спирулины, микроводоросли, широко известной своими целебными свойствами, удалось сохранить в полном объеме и довести до нашей клетки. Дело в том, что водоросли спирулины, выращенные в помещении с искусственным освещением и с добавлением различных агрохимических веществ, стали существенно уступать по качеству спирулине, произрастающей в естественных условиях, т.е. в местах своего природного обитания. Например, также биологически активная добавка к пище «Спирулина порошок» обрабатывается по технологии «органик». Данная технология подразумевает очень бережную сушку водорослей спирулина и не допускает перегревов (слишком высокая температура денатурируют белки), поскольку все это приводит к снижению витаминной и микроэлементной пользы. Наша же технология делает «Спирулину порошок» высокоэффективным продуктом, не изменяющим природный состав спирулины. Это позволяет сохранить в продукте все без исключения полезные вещества на 100%.19 Можно сделать вывод что, спирулина, состав которой поистине уникален и полезен, стала одним из самых культивируемых во всем мире растений. Как только стало известно, о ее полезных свойствах, сине-зеленую водоросль начали массово культивировать в разных странах. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Водоросль Спирулина уже больше сотни лет порождает у исследователей сильный интерес, но ее уникальное свойство было изучено намного позже. В визуальном представлении это только одна водоросль из 30 000, которые известны ученым. Спирулину изучали не только зарубежные ученые, но и отечественные, в таких регионах как Севастополь, в Институте биологии. В работе были рассмотрены следующие вопросы: характеристика спирулина; значение и применение спирулина; переработка водорослей – технологию ферментации; технология производства спирулина и др. Можно сделать следующие выводы: - Спирулина это сине-зелёная водоросль является долгожителем. Она имеет высокую пищевую ценность и полностью может усваиваться организмом; - основным действием спирулины является поддержание и улучшение иммунной системы. Она также может бороться с воспалениями и замедлять окислительные процессы, которые происходят в клетке; - промышленное производство микроскопических водорослей ранее осуществлялось, в основном, в автотрофном режиме, в открытых каналах или прудах под открытым небом. - водоросль универсальна и уникальна, она противопоказана людям которые имеют серьёзные проблемы со здоровьем и также которые имеют индивидуальную непереносимость ее компонентов; - при глубинном способе микроорганизмы выращиваются в жидкой питательной среде. Технически более совершенен, чем поверхностный, так как легко поддается автоматизации и механизации. Концентрация фермента в среде при глубинном культивировании обычно значительно ниже, чем в водных экстрактах поверхностной культуры. Практическая значимость работы заключается в том что полученные результаты можно использовать для дальнейшего изучения видов и методов технологии производства спирулина. Перспективой дальнейшего исследования может стать изучение структуры и более подробно состава спирулина. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Асонов Н.Р. Микробиология. - М.: Колосс, 2012. - 352 с. 2. Бекер М.Е., Лиепиньш Г.К., Райпулис Е.П. Биотехнология. - М.: Агропромиздат, 2013. - 334 с. 3. Биотехнология: Учебник/ И.В.Тихонов, Е.А.Рубин, Т.Н.Грязнева и др.; Под ред. Е.С.Воронина. – ГИОРД, 2013.- 704с. 4. Грандберг, И.И. Органическая химия: Учебник для бакалавров / И.И. Грандберг, Н.Л. Нам. - М.: Юрайт, 2013. - 608 c. 5. Грачева И.М. Технология ферментных препаратов. - М.: Изд-во «Элевар», 2012. - 512 с. 6. Захарова, Т.Н. Органическая химия: Учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / Т.Н. Захарова, Н.А. Головлева. - М.: ИЦ Академия, 2012. - 400 c. 7. Клячко Н.Л. Ферменты - биологические катализаторы: основные принципы действия // Соросовский образовательный журнал. - 2012. - № 3. - С. 58-63. 8. Ливанцов, М.В. Органическая химия. Задачи по общему курсу с решениями. В 2-х т.Т. 1. Органическая химия. Задачи по общему курсу с решениями. Часть 1: Учебное пособие / М.В. Ливанцов. - М.: БИНОМ. ЛЗ, 2012. - 255 c. 9. Литвинова Н.В., Марченко А.Н. и др. Мембраностабилизирующее действие Спирулины в условиях острого токсического повреждения печени тетрахлориетаном. // Совр.Проблемы токсикологии. -2014. №2, с.40-46. 10. Петров, А.А. Органическая химия: Учебник для вузов / А.А. Петров, Х.В. Бальян, А.Т. Трощенко; Под ред. М.Д. Стадничук. - М.: Изд. Альянс, 2012. - 624 c. 11. Рогов И.А., Антипова Г.П., Шуваева Г.П. Пищевая биотехнология. – М.: КолосС, 2014.- 440с. 12. Спирулина - пища ХХІ века. Москва. 2012.- 166 с. 13. Ступина Л.С. и др. Гепатопротекторные свойства Спирулины по данным морфологии.- в кн. //Материалы IV международной конференции «Спирулина – фармакологические свойства и применеие»/Киев, 2012. - с.30. 14. Тарова З.Н. Ферментные препараты, получение, применение.- Мичуринск – Наукоград, 2014.- 156с. 15. Титце, Л. Препаративная органическая химия: Реакции и синтезы в практикуме органической химии и научно-исследовательской лаборатории / Л. Титце. - М.: Мир, 2013. - 704 c. 16. Тренкеншу Р.П. Технологическая инструкция.- ТОО "АГРО-ВИКТОРИЯ" г. Сочи, 2012.- 16с. 17. Чернов Н.Н. Ферменты в клетке и пробирке // Соросовский образовательный журнал. - 2012. - № 5. - С. 28-34. 18. Хмелевский М.И. «Спирулина покоряет диабет». Сочи: «Новые технологии, 2012, 96 с. 19. Электронный ресурс [Режим доступа].- http://soyanews.info/news/ Pererabotka-vodorosley-tekhnologiya-fermentatsii.html 20. Электронный ресурс [Режим доступа].- http://www.spirulina.rv.ua/ index.php?page=sostav 1 Асонов Н.Р. Микробиология. - М.: Колосс, 2012. - 352 с. 2 Бекер М.Е., Лиепиньш Г.К., Райпулис Е.П. Биотехнология. - М.: Агропромиздат, 2013. - 334 с. 3 Биотехнология: Учебник/ И.В.Тихонов, Е.А.Рубин, Т.Н.Грязнева и др.; Под ред. Е.С.Воронина. – ГИОРД, 2013.- 704с. 4 Грандберг, И.И. Органическая химия: Учебник для бакалавров / И.И. Грандберг, Н.Л. Нам. - М.: Юрайт, 2013. - 608 c. 5 Грандберг, И.И. Органическая химия: Учебник для бакалавров / И.И. Грандберг, Н.Л. Нам. - М.: Юрайт, 2013. - 608 c. 6 Захарова, Т.Н. Органическая химия: Учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / Т.Н. Захарова, Н.А. Головлева. - М.: ИЦ Академия, 2012. - 400 c. 7 Клячко Н.Л. Ферменты - биологические катализаторы: основные принципы действия // Соросовский образовательный журнал. - 2012. - № 3. - С. 58-63. 8 Клячко Н.Л. Ферменты - биологические катализаторы: основные принципы действия // Соросовский образовательный журнал. - 2012. - № 3. - С. 58-63. 9 Литвинова Н.В., Марченко А.Н. и др. Мембраностабилизирующее действие Спирулины в условиях острого токсического повреждения печени тетрахлориетаном. // Совр.Проблемы токсикологии. -2014. №2, с.40-46. 10 Петров, А.А. Органическая химия: Учебник для вузов / А.А. Петров, Х.В. Бальян, А.Т. Трощенко; Под ред. М.Д. Стадничук. - М.: Изд. Альянс, 2012. - 624 c. 11 Спирулина - пища ХХІ века. Москва. 2012.- 166 с. 12 Ступина Л.С. и др. Гепатопротекторные свойства Спирулины по данным морфологии.- в кн. //Материалы IV международной конференции «Спирулина – фармакологические свойства и применеие»/Киев, 2012. - с.30. 13 Тарова З.Н. Ферментные препараты, получение, применение.- Мичуринск – Наукоград, 2014.- 156с. 14 Титце, Л. Препаративная органическая химия: Реакции и синтезы в практикуме органической химии и научно-исследовательской лаборатории / Л. Титце. - М.: Мир, 2013. - 704 c. 15 Тренкеншу Р.П. Технологическая инструкция.- ТОО "АГРО-ВИКТОРИЯ" г. Сочи, 2012.- 16с. 16 Чернов Н.Н. Ферменты в клетке и пробирке // Соросовский образовательный журнал. - 2012. - № 5. - С. 28-34. 17 Хмелевский М.И. «Спирулина покоряет диабет». Сочи: «Новые технологии, 2012, 96 с. 18 Электронный ресурс [Режим доступа].- http://soyanews.info/news/ Pererabotka-vodorosley-tekhnologiya-fermentatsii.html 19 Электронный ресурс [Режим доступа].- http://www.spirulina.rv.ua/ index.php?page=sostav |