Файл: Курсовая работа получение фурцелларана из водоросли furcellaria lumbricalis 2021 г. Содержание введение 3.docx

Напротив, агар имеет низкое содержание сульфатов, и в соответствии с законодательством о пищевых продуктах он признан отдельным материалом и ему присвоен E406 (EU, 1995). Каррагинан, фурцелларан и агар имеют основу из галактозы, но различаются пропорцией и расположением сложноэфирных сульфатных групп и долей 3,6-ангидрогалактозы. Различия в составе и структуре обуславливают широкий спектр реологических свойств, которые используются в широком диапазоне пищевых продуктов.

Различные типы каррагинана придают широкий спектр текстур, от вязкого загустителя для лямбда-каррагинана до термически обратимых гелей, текстура которых варьируется от мягкой и эластичной для йоты до твердой и хрупкой для каппа-каррагинана и фурцелларана. Как следствие регулярной спиральной конформации, принятой при охлаждении растворов каппа-каррагинана, цепи могут синергетически взаимодействовать с другими камедями, например, камедь плодов рожкового дерева для дальнейшего изменения текстуры геля. Особое взаимодействие между каппа-каррагинаном и каппа-казеином широко используется для стабилизации молочных продуктов [17].



Рисунок 2 – формула фурцелларана

2. Применение фурцелларана

Фурцелларан используют в косметике, пищевых пленках, а также в пищевой промышленности. Фурцелларан в 4 раза выше желатина по желирующей способности [18]. Этот высушенный экстракт водоросли выпускают в виде пластинок кремового цвета толщиной 0,5 мм. Растворы фурцелларана устойчивы к нагреванию. В зависимости от концентрации фурцелларан по-разному используют в приготовлении кондитерских изделий. Например, используя фурцелларан с концентрацией 0,2‒0,5 % можно приготовить желе, а с концентрацией 0,5-1% - образуются студни без запаха, вкуса.

Так как фурцелларан используют как загуститель, то его используют и в косметике. Фурцелларан добавляют в кремы, зубные пасты для их сгущения.

Фурцелларан – это биоразлагаемый и нетоксичный биополимер, полученный из возобновляемых источников. В настоящее время они имеют широкий спектр возможных применений в качестве покрытий и пленок для пищевых и фармацевтических продуктов.

Фурцелларан начинает становиться новым биополимером, используемым при разработке пленок и покрытий для применения в качестве упаковки для пищевых продуктов [19]. В первую очередь потому, что он не токсичен, биоразлагаем, биосовместим, растворим в воде и обладает исключительной способностью образовывать [20]. Фурцелларан может стать одним из основных компонентов при производстве «умных» пленок, то есть обладать антимикробными и/или антиоксидантными свойствами.

---

Чтобы увеличить срок хранения продуктов и улучшить их качество, активные соединения могут высвобождаться на поверхности или абсорбироваться в упакованных пищевых продуктах. С другой стороны, интеллектуальная упаковка - это материал, который контролирует качество упакованных пищевых продуктов. Этот тип материала обогащен специальными индикаторами, которые предоставляют качественную информацию за счет визуальных колориметрических изменений [21]. Пленки фурцелларана состоят как минимум из трех групп веществ: биополимеры (фурцелларан), растворители (вода) и пластификаторы (глицерин). Кроме того, эти пленки можно смешивать с другими биополимерами (белками и/или полисахаридами) и добавлять к веществам для улучшения свойств и агрегации активных и интеллектуальных функций, таких как эфирные масла (в этом случае необходим эмульгатор), растения экстракты и/или наночастицы [22].

Глава 2. Объекты и методы

2.1. Описание сырья

Красная водоросль Furcellaria lumbricalis была собрана на побережье Балтийского моря и высушена.

В ее состав входит много органических и неорганических соединений. Например, белки, углеводы (полисахариды, в том числе фурцелларан), макроэлементы, микроэлементы и др.

2.2. Использованные материалы, реактивы и оборудование
В ходе работы были использованы:

• 
  электрическая плитка с магнитной мешалкой;
  
• 
  масляная баня;
  
• 
  стеклянный холодильник лабораторный с трубками;
  
• 
  колбы конические термостойкие, 250 мл;
  
• 
  мерный цилиндр, 100 мл;
  
• 
  фильтр с пористостью №1;
  
• 
  бумажные фильтры с синей лентой;
  
• 
  воронки;
  
• 
  высушенная водоросль Furcellaria lumbricalis;
  
• 
  вакуумная установка для фильрования;
  
• 
  весы аналитические;
  
• 
  чашки Петри;
  
• 
  мерные колбы, 1л;
  
• 
  колба Бунзена, 250мл;
  
• 
  изопропиловый спирт, х.ч.;
  
• 
  щелочь NaOH 0,1M;
  
• 
  щелочь KOH 0,1M;
  
• 
  дистиллированная вода.
  

2.3. Описание методики экстракции

2.3.1. Приготовление растворов

Перед началом работы были приготовлены растворы щелочи NaOH 0,1M и KOH 0,1M.

• 
  Приготовление 0,1М NaOH
  

4,0 г NaOH были взвешены на аналитических весах, затем перенесены в колбу на 1 л, после чего щелочь была растворена в дистиллированной воде и доведена до метки.

• 
  Приготовление 0,1М KOH
  

5,6 г KOH были взвешены на аналитических весах, затем перенесены в колбу на 1 л, после чего щелочь была растворена в дистиллированной воде и доведена до метки.

---

2.3.2. Подготовка к экстракции

На аналитических весах было взвешено 3,0 г водоросли Furcellaria lumbricalis, затем перенесены в термостойкую коническую колбу на 250 мл. Отмерено 100 мл щелочи с помощью мерного цилиндра (пропорция 1:30 водоросли и щелочи соответственно), перелиты в колбу с водорослью. Собрана установка с обратным холодильником и масляной баней (рис. 3).



Рисунок 3 – собранная установка для экстракции

2.3.3. Экстракция и выделение фурцелларана

После подготовки режим температуры и скорость мешалки была подобрана так, чтобы смесь в колбе сильно не кипела и не заполняла холодильник. Экстракция производилась с разным временем и разными щелочами (NaOH, KOH). Время экстракции засекалось после закипания смеси (1час, 2часа и 3часа). Каждый вид экстракции сделан по 3 раза.

После того, как завершилось время экстракции, смесь колбы отфильтрована под вакуумом с помощью пористого фильтра (пористость 1). Фильтрат перелили в коническую колбу, был добавлен изопропиловый спирт (100 мл) для осаждения полисахаридов из водоросли. Теперь необходимо полисахариды отделить от изопропилового спирта с помощью фильтрации через фильтр с синей лентой. Отделенные полисахариды перемещены в чашку Петри на фильтре для дальнейшей сушки до постоянной массы, а отфильтрованный изопропиловый спирт слит в тару для его дальнейшей перегонки. По окончанию сушки взвешен полученный фурцелларан после каждой экстракции.

Глава 3. Результаты и обсуждение

3.1. Полученные результаты после экстракции гидроксидом натрия

В ходе работы как таковой связи между выходом фурцелларана и временем экстракции установлено не было.

Таблица 2 – результаты экстракции фурцелларана NaOH

Раствор (0,1М)	Время экстракции (ч)	m(фурцелларана) (г) - сухого в-ва	Процентное содержание фурцелларана, (%)
NaOH	1	0,802	26,73
NaOH	1	0,895	29,83
NaOH	1	0,837	27,90
NaOH	2	1,076	39,78
NaOH	2	1,165	38,74
NaOH	2	1,223	40,73
NaOH	3	0,965	32,17
NaOH	3	0,992	33,07
NaOH	3	1,030	34,33

---

Рисунок 4 - график зависимости среднего значения выхода фурцелларана от времени экстракции
Исходя из полученных экспериментальных данных, при экстракции щелочью 0,1М NaOH при увеличении времени экстрагирования, выход сухого вещества – фурцелларана возрастает.

2. 
   Полученные результаты после экстракции гидроксидом калия
   

Таблица 3 – результаты экстракции фурцелларана KOH

Раствор (0,1М)	Время экстракции (ч)	m(фурцелларана) (г) - сухого в-ва	Процентное содержание фурцелларана, (%)
KOH	1	1,182	39,37
KOH	1	1,153	38,42
KOH	1	1,206	40,15
KOH	2	1,038	34,60
KOH	2	1,143	38,10
KOH	2	1,085	36,17
KOH	3	1,286	42,78
KOH	3	1,237	41,19
KOH	3	1,209	40,23

Рисунок 5 - график зависимости среднего значения выхода фурцелларана от времени экстракции

Исходя из полученных экспериментальных данных, при экстракции щелочью 0,1М КOH при увеличении времени экстрагирования, выход сухого вещества – фурцелларана возрастает. Но время экстракции 2 часа является неблагоприятным.

---

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенной работы были получены экспериментальные данные по количественному содержанию фурцелларана в красной водоросли Furcellaria lumbricalis.

Проверена методика выделения фурцелларана из водоросли с использованием щелочи.

ВЫВОДЫ

Исходя из полученных экспериментальных данных, более благоприятная экстракция при использовании NaOH, время экстракции – 3 часа. По этой методике выход фурцелларана оказался больше всего. При увеличении времени экстракции, масса полученного фурцелларана возрастает.

Экстракция при использовании KOH оказалась менее благоприятная, чем экстракция NaOH. Суммарный выход фурцелларана меньше, чем при использовании гидроксида натрия. Причем лучший выход фурцелларана при использовании гидроксида калия был достигнут на 3 часе экстракции, а на 2 часе масса фурцелларана уменьшилась.

Следовательно, лучшая методика для большого выхода фурцелларана – использование 0,1М NaOH и время экстракции – 3 часа.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   Substantial role of macroalgae in marine carbon sequestration / Krause-Jensen, D., & Duarte, C. M. // Nature Geoscience. – 2016. – №9(10). – Р. 737-742
   
2. 
   Ferdouse, F., Holdt, S., Smith, R., Murua, P., & Yang, Z., /The global status of seaweed production, trade andutilization. Rome, Italy: Food and Agriculture Organization of the United Nations. – 2018. – P. 124.
   
3. 
   The extraction, structure, and gelling properties of hybrid galactan from the red alga Furcellaria lumbricalis (Baltic Sea, Estonia) / Rando Tuvikene, Kalle Truus, Marju Robal et al. // Applied Phycology. – 2010. – №22. – P.51-63.
   
4. 
   Biotechnological applications of the red alga Furcellaria lumbricalis and its cultivation potential in the Baltic Sea / Priit Kersen, Tiina Paalme, Liina Pajusalu and Georg Martin // Botanica Marina. – 2017. – № 60(2). – Р.207–218.
   
5. 
   Amino acid composition, protein content, and nitrogen-to-protein conversion factors of 21 seaweed species from Norwegian waters / Biancarosa, I., M. Espe, C.G. Bruckner, S. Heesch, N. Liland, R. Waagbø, B. Torstensen and E.J. Lock. // Applied Phycology. – 2016. – №29(2). – Р. 1001-1009.
   
6. 
   Rando Tuvikene, Marju Robal. Proteinic pigments from the red alga Furcellaria lumbricalis: Content and isolation possibilities // Project report TP/9314. – 2015. – Tallinn University – Р. 36.
   
7. 
   Dumay, J., M. Morançais, M. Munier, C. Le Guillard and J. Fleurence. /Phycoerythrins: valuable proteinic pigments in red seaweeds. In: (N. Bourgougnon, ed) Advances in botanical research – sea plants – 2014. – №71. – Р.321–344.
   
8. 
   Dominant chlorophylls and carotenoids in macroalgae of the Baltic Sea (Baltic proper): their use as potential biomarkers / Bianchi, T.S., L. Kautsky and M. Argyrou // Sarsia. – 1997. - №82. – Р.55-62.
   
9. 
   Valuable biomolecules from nine North Atlantic red macroalgae: amino acids, fatty acids, carotenoids, minerals and metals / Parjikolaei, B.R., A. Bruhn, K.L. Eybye, M.M. Larsen, M.B. Rasmussen, K.V. Christensen and X.C. Fretté // Natural Resources. – 2016. – №7. – Р. 157-183.
   
10. 
    Kim, S.K., Springer Handbook of Marine Biotechnology, 2015, Р. 1512.
    
11. 
    Evaluation of antioxidant property of extract and fractions obtained from a red alga, Polysiphonia urceolata / Duan X. J., et al. // Food Chemistry. – 2006. – №95(1). – Р.37-43.
    
12. 
    Pyrolysis of algal biomass / Yanik J., et al. // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. – 2013. – №103. – Р.134-141.
    
13. 
    The potential of seaweeds as a source of functional ingredients of prebiotic and antioxidant value / Gomez-Zavaglia A., et al. // Antioxidants. – 2019. – №8(9). Р.406
    
14. 
    Tiwari B. K., Ed., Seaweed Sustainability, 1st ed. Food and Non-Food Applications, 2015, Р. 994.
    
15. 
    Biochemical and Nutritional Composition of Industrial Red Seaweed Used in Carrageenan Production / Naseri, A., Holdt, S. L., & Jacobsen, C. // Journal of Aquatic Food Product Technology. – 2019. – №28(9). – Р. 967-973.
    
16. 
    Health Benefits of Algal Polysaccharides in Human Nutrition / Mišurcová, L., Škrovánková, S., Samek, D., Ambrožová, J., & Machů, L. // Advances in Food and Nutrition. – 2012. – №66. – Р.75-145.
    
17. 
    Intelligent and active composite films based on furcellaran: Structural characterization, antioxidant and antimicrobial activities / Jamróz, E., Kulawik, P., Kopel, P., Balková, R., Hynek, D., Bytesnikova, Z., Adam, V // Food Packaging and Shelf Life. – 2019. – №22. – № 100405.
    
18. 
    Imeson, A. P., Carrageenan and furcellaran. Handbook of Hydrocolloids, 2009, Р. 164–185.
    
19. 
    Применение желирующих веществ в производстве кондитерских изделий / Т. И. Тупольских, А. К. Балацкая, Т. Ю. Фролова // Молодой исследователь Дона. – 2017. – №6(9). – С.117-123.
    
20. 
    The effects of active double-layered furcellaran/gelatin hydrolysate film system with Ala-Tyr peptide on fresh Atlantic mackerel stored at -18°C / Jamróz, Ewelina, Kulawik, P., Tkaczewska, J., Guzik, P., Zając, M., Juszczak, L., Turek, K. // Food Chemistry. – 2020. – №338. – №127867.
    
21. 
    The effect of furcellaran-gelatin edible coatings with green and pu-erh tea extracts on the microbiological, physicochemical and sensory changes of salmon sushi stored at 4°C / Kulawik, P., Jamróz, E., Zając, M., Guzik, P., & Tkaczewska, J // Food Control. – 2019. – №100. – Р. 83-91.
    
22. 
    Edible and active films and coatings as carriers of natural antioxidants for lipid food / Ganiari, S., Choulitoudi, E., & Oreopoulou, V. // Trends in Food Science & Technology. – 2017. – №68. – Р. 70-82.
    
23. 
    Investigation of the physical properties, antioxidant and antimicrobial activity of ternary potato starch-furcellarangelatin films incorporated with lavender essential oil / Jamróz, Ewelina, Juszczak, L., & Kucharek, M. // International Journal of Biological Macromolecules. – 2018. – №114. – Р.1094-1101.
    

---