Russian Federation
Russian Federation
Vladivostok, Vladivostok, Russian Federation
The results showing the possibility of complex use of holothurians for obtaining food products, including biologically active additives (BAA) are presented. The possibility of adjusting the amino acid composition of culinary products based on cucumaria by adding components of terrestrial origin is shown. The characteristics of dietary supplements from the muscle tissue of holothurians are given. The conditions for the rational processing of waste from the cutting of trepang and cucumaria using proteolysis are substantiated. The resulting products contain glycosides, amino sugars, collagen and selenium.
holothuria, complex processing, proteolysis, dietary supplements
Введение
Голотурии, особенно, трепанг, считаются одними из самых ценных морских объектов. Несмотря на то, что в российских прибрежных водах обитают около 100 видов голотурий, среди которых более известны Thelenota ananas, Actinopyga miliaris, Holothuria nobilis, дальневосточный трепанг Apostichopus japonicus ценится наиболее высоко (имеет наивысший уровень ценовой категории), и пользуется устойчивым спросом не только в России, но и в Китае, Японии, Корее [3]. Он содержит набор биологически активных соединений белкового, полисахаридного происхождения, а также метаболиты – тритерпеновые гликозиды, что обеспечивает комплексное воздействие на организм и обуславливает его высокую биологическую ценность [15; 19; 20].
Другие виды голотуриий представляют интерес не только в качестве пищевого сырья, но и как источники биологически активных веществ – кукумария японская и охотская (C.japonica, C.okhotensis); запасы их в дальневосточных морях значительны, и промысел никогда не прекращался. Известно, что голотурии содержат тритерпеновые гликозиды, сходные по биологическому действию с гликозидами женьшеня [8], что, в сочетании с пептидами коллагена, обеспечивает лечебно-профилактический эффект [16]. При разделке кукумарии и трепанга, в процессе производства пищевых продуктов образуются отходы – обрезки прианальных участков и венчиков со щупальцами вместе с небольшими прирезями (1-2 см) мышечной ткани, не имеющие до настоящего времени рационального применения. Целью данной работы является обоснование комплексной переработки голотурий с получением различных вариантов пищевой продукции, в том числе – БАД.
Методика исследования
Химический состав определяли по ГОСТ 7636-85 [10]; количество тритерпеновых гликозидов устанавливали спектрофотометрически [2]; количество аминосахаров определяли в соответствии с Руководством Р.4.1.1672–03 [9]. Измерение концентрации селена проводили на атомно-абсорбционном спекрофотометре АА6800 (Shimadzu, Япония) с применением матричного палладиевого модификатора 7289 (Merk, Германия), после кислотной минерализации образцов по ГОСТ 26929–94 [11]. Для гидролиза отходов использовали протамекс (Novozymes, Дания) или протосубтилин (ООО «Сиббиофарм», Россия) с активностью 400 ПЕ/г и 2000 ЦЕ/г, соответственно. Температурные условия протеолиза находились в пределах 50-55оС, согласно известным температурным оптимумам для ферментов, реакцию проводили при рН 5,8-6,0, продолжительностью 1-4 часа. Аминокислотный состав исследовали на аминоанализаторе Hitachi L-8800, с учетом шкалы ФАО/ВОЗ [13]. Определение количества коллагена проводили по стандартной методике [4], в качестве стандарта, для построения калибровочного графика, использовали оксипролин. Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью пакета статистических программ «Master Statistics», «Statisticа», «Exel».
Результаты исследования
Традиционным способом получения пищевой продукции из мышечной ткани (мускульного мешка) голотурий является приготовление кулинарных изделий с добавлением компонентов животного и растительного происхождения, количество и соотношение которых зависит от принятых условий на предприятии-изготовителе. Как правило, массовая доля трепанга или кукумарии при этом составляет 30-35%.
Поскольку большую часть белка голотурий составляет коллаген [6], который, как давно известно, является неполноценным, использование компонентов животного происхождения, при производстве пищевой продукции, позволяет скорректировать аминокислотный состав, приближая его, по количеству большинства незаменимых аминокислот, к рекомендуемому (табл.1).
Таблица 1. Количество незаменимых аминокислот кукумарии и кулинарной продукции из нее, г/100 г белка, среднее ± σ
Table 1. The amount of essential amino acids of cucumaria and culinary products from it, g /100 g of protein, average ± σ
|
Аминокислота |
Вареная кукумария |
Кулинарная продукция |
Шкала ФАО/ВОЗ* |
||
|
C.japonica |
C. okhotensis |
C.japonica |
C.okhotensis |
||
|
Валин |
3,9±0,1 |
4,3±0,2 |
4,2±0,1 |
4,4±0,1 |
3,9 |
|
Лейцин |
4,5±0,1 |
5,5±0,2 |
6,8±0,2 |
7,2±0,3 |
5,9 |
|
Изолейцин |
2,8±0,1 |
3,5±0,1 |
3,9±0,1 |
4,2±0,1 |
3,0 |
|
Треонин |
4,0±0,2 |
4,6±0,2 |
4,2±0,1 |
4,6±0,2 |
2,3 |
|
Метионин + цистеин |
0,7±0,1 |
1,9±0,1 |
2,0±0,1 |
2,4±0,1 |
3,2 |
|
Лизин |
2,3±0,1 |
4,0±0,1 |
6,3±0,3 |
6,8±0,2 |
5,5 |
|
Фенилаланин + тирозин |
4,3±0,2 |
4,5±0,2 |
6,5±0,2 |
6,0±0,3 |
3,8 |
|
Гистидин |
1,0±0,1 |
1,4±0,1 |
2,8±0,2 |
2,9±0,1 |
1,5 |
|
* Примечание: ФАО/ВОЗ [13] |
|||||
Отмечено, что использование в составе кулинарной продукции (на примере кукумарии) мяса, овощей, а также – вкусовых добавок обеспечивает ее высокую органолептическую оценку.
Получение кулинарной продукции из голотурий, после их предварительной термообработки, как известно, сопровождается значительной и неизбежной потерей физиологически ценных белков, минеральных веществ, полисахаридов, аминосахаров и, характерных для этого сырья, метаболитов, в частности – тритерпеновых гликозидов [1; 18].
Технология же биологически активных добавок основана на приемах сохранения указанных компонентов, а также концентрировании, с целью повышения количества целевых веществ на единицу продукции. Этот принцип нашел воплощение в процессе получения из мышечной ткани голотурий БАД «Морской кудесник» и «Морской целитель» (табл. 2), при производстве которых предусмотрена кратковременная тепловая обработка, а высокое количество гликозидов, аминосахаров и коллагена обеспечивается удалением воды посредством специального термического воздействия.
Таблица 2. Характеристика БАД, полученных из мышечной ткани голотурий
Table 2. Characteristics of dietary supplements obtained from the muscle tissue of holothurium
|
Наименование БАД |
Гликозиды, мг/г |
Аминосахара, мг/г |
Коллаген, мг/г |
Селен, мг/кг |
Вода, % |
|
«Морской Кудесник» из трепанга» |
8,0 – 12,0 |
4,0 – 8,0 |
42,0–45,0 |
9,1 -10,3 |
10,0 – 12,0 |
|
«Морской Целитель» из голотурии» |
5,0 – 7,0 |
7,0 – 10,0 |
50,0–58,0 |
7,9- 8,4 |
10,0 – 12,0 |
|
«Трепанг на меду» |
5,0 – 8,0 |
3,0 –5,0 |
5,0–7,0 |
3,8-4,1 |
50,0 – 60,0 |
В технологиях «Морского Кудесника» и «Морского Целителя» используется кратковременная тепловая обработка сырья, приводящая к частичной деструкции коллагена. Готовые продукты представляют собой сухие порошки в желатиновых капсулах (рис. 1, а, б).
Получение «Трепанга на меду» (рис.1, в) основано на продолжительной экспозиции смеси измельченной мышечной ткани и меда, что способствует частичному переходу твердых компонентов в желеобразное состояние.
а) б)
в)
Рисунок 1. Образцы БАД: а) Морской кудесник; б) Морской целитель; в) Трепанг на меду
Figure 1. Samples of dietary supplements: a) Sea magician; b) Sea healer; c) Trepang on honey
Дальнейшее тепловое воздействие, а также использование разрешенных структурообразователей приводит к формированию вязкого продукта (вязкость от 2,5 до 4,0 Па* с), устойчивого в хранении. Длительное хранение данного БАД обеспечивается как тепловой обработкой в процессе изготовления (пастеризация и горячий розлив), так и использованием меда, который является не только вкусовой добавкой, но и проявляет консервирующие свойства. Согласно современным представлениям, антимикробный эффект меда определяется ингибином – гормоном сложного белково-углеводного состава, который участвует в репродуктивных процессах [12]. Возможно, что при хранении антимикробное действие обеспечивается выделением в мёде перекиси водорода в результате ферментативной реакции, катализируемой глюкооксидазой [7].
Сырьем для получения пищевой продукции, в том числе – БАД, как правило, является мускульный мешок голотурий; отходы, образующиеся при разделке, представляют собой прианальные участки и венчики со щупальцами. Нами установлено, что в зависимости от времени добычи, размеров особей, техники разделки их количество составляет от 4 до 6% для трепанга и от 7 до 10% для кукумарии. По сравнению с мышечной тканью они в 1,5 раза более минерализованы, при этом содержание биологически активных компонентов сопоставимо с мышечной тканью. Для увеличения доступности их использовали ферментативный гидролиз.
Рациональные условия гидролиза установлены в результате реализации плана трехфакторного эксперимента, что позволило установить время гидролиза – 3,5 ч, количество протеолитического фермента – 2000 ПЕ/кг, рН – 6,0-6,5, гидромодуль – 1:1, температуру – 50-55оС. Установлено, что после соответствующих приемов обработки (инактивация протеаз, фильтрация, лиофилизация) ферментолизаты содержат 70-74% минеральных веществ, 220-280 мг/г гликозидов, 4,5-11,0 мг/г аминосахаров, 20,7-24,8 мкг/г селена (табл.3).
Таблица 3. Количество биологически активных веществ в лиофильно высушенных ферментолизатах отходов голотурий, среднее ± σ
Table 3. The amount of biologically active substances in freeze-dried fermentolysates of holothurium waste, average ± σ
|
Компоненты |
Гидролизат из отходов трепанга |
Гидролизат из отходов кукумарии |
|
Гликозиды, мг/г |
220,1±8,1 |
280,4±5,4 |
|
Аминосахара, мг/г |
4,5±0,1 |
10,9±0,6 |
|
Селен, мкг/г |
20,7±0,7 |
24,8±0,9 |
Полученный препарат является источником аминосахаров и селена, которому в научных публикациях уделяется много внимания как эссенциальному элементу, необходимому для обеспечения работы сердечно-сосудистой, репродуктивной и других функций организма [5; 14; 17]. Поскольку заметное количество селена присутствует в БАД из голотурий, можно утверждать, что положительный эффект при их использовании обусловлен не только гликозидами, аминосахарами и наличием коллагена, но и высоким количеством селена.
Выводы
Таким образом, комплексное использование голотурий позволяет получить ряд продуктов пищевого и физиологически ценного назначения, соответствующих требованиям здорового питания. Перспективность этого направления подтверждается возможностью производства БАД широкого спектра биологического действия за счет содержания гликозидов, аминосахаров, коллагена и селена.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Вклад в работу авторов: авторам в равной мере принадлежит участие в постановке цели, планировании и организации работы, получении экспериментальных данных, их обработке и анализе, составлении макета статьи, формулировании выводов, подготовке статьи и ее окончательной проверке.
The authors declare that there is no conflict of interest.
Contribution to the work of the authors: the authors equally participate in setting goals, planning and organizing work, obtaining experimental data, processing and analyzing them, drawing up the layout of the article, drawing conclusions, preparing the article and its final verification.
1. Akulin V.N., Pavel' K.G., Sluckaya T.N. [i dr.] Effektivnost' biologicheski aktivnyh dobavok iz goloturiy i sovershenstvovanie tehnologii ih polucheniya // Izv.TINRO. 2012. T.170. S. 291-298.
2. Aminin D.L., Shevcova E.B., Anisimov M.M. [i dr.] Spektrofotometricheskoe opredelenie stihopozida A iz goloturii Stichopus japonicus S. // Antibiotiki. 1981. T.26. № 8. S.585-588.
3. Kovalev N.N., Pivnenko T.N., Kim G.N. Analiz rynka biologicheski aktivnoy produkcii iz promyslovyh goloturiy (Echinodermata: Holothuroidea): syr'e i tehnologii // Rybnoe hozyaystvo. 2016. № 2. S. 112-117.
4. Krylova N.N., Lyaskovskaya Yu.N. Fiziko-himicheskie metody issledovaniya produktov zhivotnogo proishozhdeniya -M.: Pischepromizdat. 1961. 236 s.
5. Luk'yanova O.N., Kovekovdova L.T. Struppul' N.E. [i dr.] Selen v morskih organizmah. - Vladivostok: TINRO-centr, 2006. 152 s.
6. Nasedkina E.A., Kas'yanenko Yu.I., Sluckaya T.N. Osobennosti himicheskogo sostava myasa iglokozhih // Rybnoe hozyaystvo. 1973. № 7. S. 81- 82.
7. Omarov Sh.M. Apiterapiya: produkty pchelovodstva v mire mediciny - Rostov-na-Donu: Feniks. 2009. 351 s.
8. Popov A.M. Sravnitel'noe izuchenie citotoksicheskogo i gemoliticheskogo deystviya triterpenoidov zhen'shenya i goloturiy // Izv. RAN. Ser.biol. 2002. № 2. S. 155-164.
9. Rukovodstvo po metodam kontrolya kachestva i bezopasnosti biologicheski aktivnyh dobavok k pische: R 4.1.1677-03.: Utverzhdeno i vvedeno v deystvie Glavnym gosudarstvennym sanitarnym vrachom Rossiyskoy Federacii, Pervym zamestitelem Ministra zdravoohraneniya Rossiyskoy Federacii G.G. Onischenko 30 iyunya 2003 g. -M.: Federal'nyy centr gossanepidnadzora Minzdrava Rossii, 2004. 240 s.
10. Ryba, morskie mlekopitayuschie, morskie bespozvonochnye i produkty ih pererabotki. Metody analiza: GOST 7636-85: mezhgosudarstvennyy standart: utverzhden i vveden v deystvie Postanovleniem Gosudarstvennogo komiteta SSSR po standartam ot 27 marta 1985 g. N 898.: data vvedeniya 1986-01-01. M.: Standartinform, 2005. 86 s.
11. Syr'e i produkty pischevye. Podgotovka prob. Mineralizaciya dlya opredeleniya soderzhaniya toksichnyh elementov: GOST 26929 - 94: mezhgosudarstvennyy standart.: utverzhden i vveden v deystvie Postanovleniem Komiteta Rossiyskoy Federacii po standartizacii, metrologii i sertifikacii ot 21 fevralya 1995 g. N 78.: vzamen GOST 26929-86.: data vvedeniya 1996-01-01. M.: Standartinform. 2010. 9 s.
12. Fisher D.A. (2007). The quest diagnostic manual endocrinology test selection and interpretation / D.A. Fisher // 4th ed. San Yuan Capistrano, CA: Quest Diagnostics Institute. 369 p.
13. Joint FAO/WHO/UNU Expert Consultation on Protein and Amino Acid Requirements in Human Nutrishion. Protein and Amino Acid Requirements in Human Nutrishion: Report of a joint FAO/WHO/UNU Expert Consultation; Wold Health Organization: Geneva, Switzelend. 2017.
14. Pal A. (2015).Role of Copper and Selenium in Reproductive // Biology: A Brief Update. Biochem. Pharmacol (Los Angel) // Vol.4. Iss.4. P.5
15. Park, Soo-Yeong Pepsin-solubilised collagen (PSC) from Red Sea cucumber (Stichopus japonicus) regulates cell cycle and the fibronectin synthesis in HaCaT cell migration / Soo-Yeong Park, Hee Kyoung Lim, Seogjae Lee [et al.] // Food Chemistry. 2012. Vol. 132, Iss. 1. Pp. 487-492. DOIhttps://doi.org/10.1016/j.foodchem.2011.11.032
16. Pérez-Vega J.A. L.Olivera-Castillo, J.A.Gómez-Ruiz [et al.] (2013). Release of multifunctional peptides by gastrointestinal digestion of sea cucumber (Isostichopus badionotus) Release of multifunctional peptides by gastrointestinal digestion of sea cucumber (Isostichopus badionotus) // J. Functional Foods. Vol. 5, Iss. 2. P. 869-877. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jff.2013.01.036.
17. Rayman M.P. (2012). Selenium and Human health Review // Lancet. Vol. 379. P. 1256-1268.
18. Slutskaya T.N., Kim A.G., Chernova E.V. (2013). Changes of the quantitative content biologically active substances and collagen under the thermal processing oh Holothurian (Holothuridae) // Ecology of marginal seas and their Basins.Materials of the International Scientific Conference. September, 28-30. Vladivostok, Russia. P. 285-291.
19. Tian F., Zhang, Y. Tong [et al.] (2005). PE, a new sulfated saponin from sea cucumber, exhibits anti-angiogenic and anti-tumor activities in vitro and in vivo // Cancer Biol Ther. Vol. 4(8). P.874-882. DOI: 10.4161/ cbt.4.8.1917
20. Tripoteau L., Bedoux G., Gagnon J. [et al.]. (2015). In vitro antiviral activities of enzymatic hydrolysates extracted from byproducts of the Atlantic holothurian Cucumaria frondosa // Process Biochemistry. Vol. 50, Iss. 5. P. 867-875. DOI:https://doi.org/10.1016/j.procbio. 2015.02.012.
