Альгология и химия морских водорослей на примере ламинарии (морской капусты)

XX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Альгология и химия морских водорослей на примере ламинарии (морской капусты)

Мороз М.В. 1
1МОУ СОШ №12
Сикорская Ю.И. 1
1МОУ СОШ №12
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Проблема правильного сбалансированного питания в настоящее время весьма актуальна. В меню каждого человека должны входить продукты, содержащие не только белки, жиры и углеводы, но и незаменимые аминокислоты, витамины, некоторые жирные кислоты, минералы и микроэлементы. Особенно это важно для растущего организма.

В Китае и Японии, за способность быстро придавать силы ослабленному человеку ламинарию называют морским женьшенем. Главное достоинство ламинарии – высокое, а точнее, высочайшее содержание йода. Причём этот йод усваивается организмом практически полностью, что важно для нашего региона, где население испытывает хронический йодный дефицит из-за его незначительного количества в почве и воздухе. Этот «лёгкий» йод способствует нормализации функции щитовидной железы, способен помочь при нарушениях в работе центральной нервной системы, ослаблении умственных и физических возможностей.[2]

Что же такое ламинария?Ламинария (лат. Laminaria), или «морская капуста», — род морских водорослей из класса бурых водорослей.  Водоросли – это микроскопические организмы, плавающие или «парящие» в толще вод, это скопление зеленоватых нитей, называемых тиной или буроватый ил на дне водоёма, это слизистый налёт на погружённых в воду предметах. В водорослях содержание белков, жиров, углеводов больше, чем во многих злаках и овощах. В свежих водорослях имеются почти все витамины, а по количеству некоторых важных витаминов водоросли даже «обогнали» многие овощи и фрукты. Кроме того, водоросли содержат большое количество необходимых для организма человека минеральных элементов.

Альгология (от лат. alga - морская трава, водоросль и греч. lógos - учение), наука о водорослях, один из разделов ботаники.

Альгология принадлежит к числу биологических наук, выделенных по объекту исследований - водоросли. Актуальность и необходимость изучения водорослей определяется в первую очередь исключительным значением этой группы - споровых организмов, как первичного звена трофических цепей в водоемах различного типа, в почве и на наземных субстратах, их повсеместным распространением и обильным или массовым развитием в различных экосистемах. Водоросли представляют интерес как для исследований фундаментальной науки, отличаясь чрезвычайной спецификой и разнообразием морфологии и анатомии, онтогенеза и жизненных циклов, географии и экологии, так и с практической точки зрения - они находят широкое применение в различных отраслях хозяйства (пищевая, микробиологическая, фармацевтическая промышленность, геологоразведка и т.д.). [2]

Цель проекта: провести биохимическое исследование морских водорослей на примере ламинарии, доказать наличие в ней полезных для организма человека веществ.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

  • Изучить научно-популярную литературу по теме проекта

  • Рассмотреть биохимический состав морских водорослей

  • Провести качественный анализ морской водоросли – ламинарии нескольких образцов

  • Сделать обобщения и выводы

Предмет исследования: биохимический состав ламинарии.

Объект исследования: слоевище ламинарии «морской капусты».

В работе применялись следующие методы исследования: описательный, аналитический, экспериментальный, наблюдение, сравнение, анализ, анкетирование.

Гипотеза: если ламинарию называют «корнем жизни», значит, она содержит полезные вещества для здоровья человека.

Тема исследования является актуальной, так как Ставропольский край относится к йододефицитным регионам и эндемичным зонам. Так называют территории, отдаленные от моря и поэтому обедненные йодом. Большая половина населения нашего края в разной степени испытывает дефицит йода, что приводит к массовым нарушениям метаболизма у человека. Морская капуста просто не заменима для людей, так как, прежде всего, ценится за высокое содержание йода.

Практическая значимость исследования состоит:

  • Исследования позволяют обогатить занятия по химии, биологии и экологии теоретическим и эмпирическим материалом при их подготовке;

  • Предоставленная информация будет интересна и полезна моим одноклассникам, которые смогут применить полученные знания по укреплению своего здоровья.

Глава I. История развития альгологии

1.1 Из истории развития альгологии

История альгологии как науки неоднозначна. Выделяют несколько этапов развития, разных по продолжительности и насыщенности открытиями. [1]

Первый, самый длинный, этап развития ведет свой отчет с трудов древних греков (Теофраст, Диоскорид); этот этап закончился в конце XVIII века. Хотя первые письменные сведения о водорослях обнаружены в древнекитайской классике, так как водоросли с древних времен использовались в пищу в приморских странах, но именно древние греки заложили основы этой науки. Латинское слово fucus происходит от греческого phykoc (водоросль). Поэтому за рубежом альгология называется фикологией. Однако правильнее началом данного этапа надо считать вышедшую в 1753 г. работу К. Линнея «Система природы», в которой он ввел порядок Algae и объединил в своей искусственной системе водоросли с грибами и лишайниками, считая, что у них отсутствует половое размножение.

Второй этап (1800-1875) начался с работ Дж. Стакхауса (1801), который заложил настоящую основу альгологии. Он изучил прорастание зиготы у водорослей и описал процесс оплодотворения. Совершенствование микроскопии и данное открытие обеспечили бурное развитие альгологии. Много родов описали шведы отец и сын Агарды, немецкий исследователь Ф. Кютцинг, известный своим 20-томным атласом, содержащим до двух тысяч таблиц с изображениями морских и пресноводных водорослей. Лингби, Воше, Харви и другие исследователи описали подавляющее большинство известных в настоящее время родов водорослей; их имена стоят после соответствующих родовых названий. Этот этап носил описательный характер. Именно в этот период были заложены основы морфологической таксономии и систематики. [1]

Однако в середине XIX в. наряду с чисто описательной, классификаторской, ботаникой, когда большинство водорослей было описано, наступил третий этап в развитии науки. Началось бурное развитие нового направления, заключающегося в изучении клеточного строения растений и особенно их онтогенеза. Этому направлению дали наименование «научная ботаника»; 40-50-е гг. XIX века ознаменовались крупнейшими открытиями в области онтогенеза водорослей, важная составная часть которого – бесполое и половое размножение.

В России онтогенетическое направление в изучении водорослей успешно развивали И. Горожанкин и его ученики. Работа Де Тони, который 35 лет писал «Сводку водорослей», обобщила таксономию и номенклатуру. Критические исследования Штитца по красным водорослям, Куккука и Чельмана по бурым, Вилле по зелёным, открытие жизненных циклов водорослей многими авторами привели к совершенствованию классификации и возникновению новых гипотез о происхождении отдельных групп и родственных связей между ними. Большой материал, накопленный в ходе изучения цитологии и онтогенеза водорослей, подготовил почву для перехода альгологии к новому периоду её истории который начинался с самых первых лет XX века. В области систематики он ознаменовался, во-первых, разработкой учения о происхождении различных групп водорослей из разных групп окрашенных жгутиковых и, во-вторых, объяснением явления параллелизма в развитии отдельных классов и типов водорослей. Разработка этих вопросов неразрывно связана с именем чешского альголога А. Пашера. Он, по существу, и создал морфологическую систематику водорослей. [1]

С 1945 г. начинается современный, четвертый этап в истории альгологии. Для него характерны, во-первых, использование электронной микроскопии для изучения ультраструктуры водорослей, во-вторых, бурное развитие методов искусственного выращивания пресноводных и морских водорослей в условиях культуры.

Новая информация по ультраструктуре водорослей, в свою очередь, тесно коррелирует с усовершенствованием методов электронной микроскопии. Первый «взрыв» информации такого рода наблюдался в конце 40-х и начале 50-х годов, когда для изучения жгутиков различных водорослей был применен метод напыления. Следующий «взрыв» информации в конце 50-х годов связан с усовершенствованием микроскопической техники и внедрением ультрамикротомов для получения ультратонких срезов, позволяющих изучать детали внутреннего строения клетки.

С середины 60-х годов введение техники замораживания скалывания сделало также возможным изучение поверхностей клеток, стенок мембран и органелл. В последние годы большое развитие получили сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) и трансмиссионная электронная микроскопия (ТЭМ), ставшая важным орудием исследования панцирей диатомовых водорослей, поверхностей клеток десмидиальных, динофлагеллят и многих других водорослей.

Один и тот же объект нередко изучался комплексно, с привлечением всех вышеназванных методов. Если в ходе первых двух десятилетий исследования тонкой структуры водорослей носили описательный характер, то в последующее время данные электронной микроскопии широко использовались для расшифровки функций клетки и органелл.

Новейший, пятый этап развития альгологии связан с появлением молекулярно-генетических методов. В начале ХХI века в альгологию прочно вошли молекулярно-генетические методы идентификации водорослей. Для экспрессного выявления доминирующих видов и идентификации видовой принадлежности остальных видов в сообществах используется денатурирующий градиентный гель-электрофорез фрагментов гена 16S РНК. Надёжность метода достаточно высокая. Особенно полезен этот метод для выявления видовой принадлежности водорослей, относящихся к фитопикопланктону, которые из-за маленьких размеров трудно идентифицировать с помощью световой микроскопии.

В течение последних десятилетий в развитии альгологии произошел качественный скачок, выдвинувший её в ряд передовых наук современности. Особое значение для развития альгологии имело усовершенствование электронно-микроскопической техники и методов биохимического анализа, а также разработка способов выделения аксенических культур и создание в разных странах коллекций штаммов водорослей. [1]

Всё это стимулировало развитие экспериментальных работ. Расширение объёма исследований привело к существенному увеличению информации. В результате произошла дальнейшая дифференциация альгологии и на стыке альгологии с другими науками возникли новые научные направления (палеоальгологическое, радиобиологическое и др.). В недалеком будущем следует ожидать вычленения из альгологии дисциплин, аналогичных тем, которые уже выделились из раздела ботаники, посвященного высшим растениям.

1.2 Классификация водорослей

Водоросли (Аlgае) – это чрезвычайно разнообразна и многочисленна (более 35 тыс. видов) экологическая группа фотоавтотрофных организмов, тело которых слоевище, или таллом (греч. Thallуs - побег, зеленая ветка), не расчлененное на органы, а жизнь связана в основном с водной средой. Всесторонним изучением водорослей занимается наука альгология, или фикология.

Зеленые водоросли – наиболее разнообразная группа всех водорослей как по строению, так и по жизненному циклу. Она объединяет около 7000 видов; большинство их обитает в воде, но некоторые и в других местообитаниях, в том числе на поверхности снега, стволов деревьев, в почве, в симбиотических ассоциациях с лишайниками, простейшими и гидрами. Большинство зеленых водорослей обитает в пресной воде, но несколько групп – сугубо морские. Размер многих представителей отдела микроскопический, но некоторые морские виды, например мексиканский Codium magnum, достигают в ширину 25 см при длине более 8 м.

Зеленые водоросли напоминают растения некоторыми важными признаками. Они содержат хлорофиллы a и b, накапливают запасной крахмал внутри пластид (это характерно только для них и растений), имеют жесткие клеточные стенки, образованные у некоторых родов целлюлозой, пропитанной матриксом из гемицеллюлоз и пектиновых веществ. Более того, детали связи жгутика с базальным тельцем у спермиев растений и клеток ряда зеленых водорослей совпадают, что подтверждает гипотезу о прямом родстве этих двух групп. На основании перечисленных и других аргументов полагают, что зеленые водоросли дали начало растениям.

Красные водоросли (багрянки) – древняя группа водорослей, появившаяся на Земле около 1 млрд. лет назад. Среди них есть и одноклеточные формы, и ажурные скопления тонких нитей, и красивые пластинчатые формы. Большинство из них окрашено в разные оттенки розового и малинового цветов. Почти все багрянки – обитатели морей, где встречаются порой на довольно больших для растительной жизни глубинах – до 200 м. Красную окраску им придаёт пигмент фикоэритрин. Именно он позволяет им поглощать зелёные лучи солнечного цвета, проходящие сквозь водную толщу.

В некоторых странах багрянки широко используют в пищу как приправы и закуски. В Японии деликатесом считается блюдо под названием «нори» - рис или рыба, завёрнутые в высушенные красные водоросли. Багрянки порфира занимают первое место по ежегодному сбору на морских плантациях Японии, опережая ламинарию. Но ещё большее значение для человека имеет получаемое из багрянок бесцветное студенистое вещество – агар-агар. Этот ценнейший природный продукт нужен везде, где требуется какому-нибудь раствору придать свойства студня. Биологи в лабораториях добавляют в агар питательные вещества и выращивают в нём бактерии и грибы. Он применяется в косметическом производстве, где его добавляют в мази, зубные пасты, кремы для рук. Но основное применение он находит в пищевой промышленности – для приготовления желе, суфле, пастилы, мармелада, мороженого и других продуктов. В мире каждый год производится 10000 тонн агара. Половина всего получаемого в СНГ агара производится из черноморской багрянки филлофоры. Собранные водоросли вываривают и очищают и получают агар.

В бурых водорослях преобладают жёлтые и бурые пигменты (в том числе фукоксантин). К числу этих водорослей принадлежат самые крупные водоросли в мире, например тихоокеанский макроцистис, который достигает 60 м в длину, а каждые сутки вырастает на полметра. В зарослях макроцистиса находят защиту, пищу, место для размножения сотни видов животных. Чарльз Дарвин сравнивал его заросли с наземными тропическими лесами: «Если бы в какой-нибудь стране уничтожить леса, то не думаю, чтобы при этом погибло, хотя бы приблизительно такое количество видов животных, как с уничтожением зарослей этой водоросли».

Чаще всего бурые водоросли растут на глубине 6-15 м, но встречаются и на глубинах до 100 м. Наиболее знаменито скопление бурых водорослей саргассумов посреди Атлантического океана. Это место так и называется – Саргассово море. Большинство крупных водорослей прикреплено ко дну водоёмов. В отличие от них саргассумы плавают, образуя у поверхности воды сплошные заросли. Эти заросли тянутся порой на многие километры. На плаву саргассумы удерживаются благодаря особым воздушным пузырькам.

Многие бурые водоросли имеют большое значение для человека. Более 300 лет люди добывают и используют морскую капусту (ламинарию). Вот каковы размеры ламинарии: у ламинарии японской длина до 15 м, у сахаристой ламинарии – до 3 м, ширина же их около 30 см.

Наибольший промышленный интерес представляют бурые водоросли семейства ламинариевых. Самая известная водоросль в России – это ламинария или морская капуста.

1.3 Химический состав морских водорослей

Химический состав водорослей неоднороден. Водоросли содержат до 50% белков, тогда как в говядине их 21%, в свинине – 18%. В водорослях содержание белков, жиров, углеводов больше, чем во многих злаках и овощах. Так содержание белка в бурых и красных водорослях составляет в среднем 20%, в зелёных – 45%, в сравнении с 9% - в гречихе и 14% - в пшенице. В свежих водорослях имеются почти все витамины, а по количеству некоторых важных витаминов водоросли даже «обогнали» многие овощи и фрукты. Так, витамина В2 в морской капусте в 200 раз больше, чем в картофеле, и в 40 раз больше, чем в моркови. По содержанию витамина С многие водоросли даже богаче яблок. Кроме того, водоросли содержат большое количество необходимых для организма человека минеральных элементов, таких как йод, азот, бор, марганец, медь, цинк, железо, калий. Морская капуста (ламинария) содержит в сухом виде 0,1 – 0,6% йода. Имеется в них, хотя и в незначительных количествах, мышьяк, применяемый в медицине для ускорения обмена веществ. Морские растения богаты жирами, количество которых меняется от 1/5 до 1/4 от общей массы. [2]

Зеленые водоросли отличаются наибольшим содержанием белков – 40-45%, куда входят бикарбоновые кислоты, аланин, алгинин, лейпин. Углеводов в зеленых водорослях – 30-35%, липидов – 10%, в золе много цинка, меди, железа, кобальта и других элементов.

Водоросли содержат до 50% белков, тогда как в говядине их 21%, в свинине – 18%. В водорослях содержание белков, жиров, углеводов больше, чем во многих злаках и овощах. Так содержание белка в бурых и красных водорослях составляет в среднем 20%, в зелёных – 45%, в сравнении с 9% - в гречихе и 14% - в пшенице. В свежих водорослях имеются почти все витамины, а по количеству некоторых важных витаминов водоросли даже «обогнали» многие овощи и фрукты. Так, витамина В2 в морской капусте в 200 раз больше, чем в картофеле, и в 40 раз больше, чем в моркови. По содержанию витамина С многие водоросли даже богаче яблок. Кроме того, водоросли содержат большое количество необходимых для организма человека минеральных элементов, таких как йод, азот, бор, марганец, медь, цинк, железо, калий. Морская капуста (ламинария) содержит в сухом виде 0,1 – 0,6% йода. Имеется в них, хотя и в незначительных количествах, мышьяк, применяемый в медицине для ускорения обмена веществ. Морские растения богаты жирами, количество которых меняется от 1/5 до 1/4 от общей массы.

В бурых водорослях содержится 5-15% белка, 70% углеводов, 1-3% липидов. В состав углеводов входят сахарный маннит, ламинит, полиурониды – альгиновая и фуриновая кислоты, фуксидин, ламинарин (водорослевый крахмал), целлюлоза («альгулеза»), соотношение белкового и небелкового азота равно 1:1, в белках отмечается много йодаминокислот.

Красные водоросли содержат до 70% углеводов: из простых сахаров – флоридзин, из дисахаров – трегалоза, сахарные спирты, из полисахаридов наиболее ценные слизистые сахара – агар. Все полисахариды входят в состав клеточной оболочки водорослей в виде натриевой, калиевой и кальциевой солей соответствующих кислот. Белков около 20%. В золе содержится больше всего сульфидов, в меньших количествах – натрий, калий, кальций, магний, хлор.

Высока питательная ценность водорослей, особенно зеленых. В состав водорослей входит много витаминов (особенно ряд группы В), микро и макроэлементов. Водоросли обладают способностью накапливать элементы, находящиеся в окружающей их морской воде в ничтожных количествах. Так концентрация магния в морской капусте (ламинарии) превышает таковую в морской воде в 9-10 раз, серы – в 17 раз, брома – в 13 раз. В одном килограмме ламинарии содержится столько йода, сколько его растворено в 100000 литрах морской воды. Лабораторные исследования показали, что в ламинарии содержится такое количество провитамина А, которое соответствует его содержанию в яблоках, сливах, вишнях, апельсинах. По содержанию витамина В1 ламинария не уступает сухим дрожжам. Витамина С в сухой ламинарии от 15 до 240 мг. По содержанию витамина С бурые водоросли не ступают апельсинам, ананасам, землянике, крыжовнику, зеленому луку. [2]

Морские водоросли содержат большой комплект биологически активных веществ: полиненасыщенные жирные кислоты, производные хлорофилла, полисахариды, фукоиданы, глюканы, галактины, пектины, альгиновую кислоту, растительные стерины, каротиноиды. В водорослях найден антигеморрагический витамин А.

У многих водорослей обнаружена противоопухолевая активность (ламинария, фукус), антимикробное, антибактериальное и противовирусное действие. Водоросли обладают антимутагенным и радиопротекторным действием, а также противовоспалительной и иммуномодулирующей активностью.

 Ламинария замечательна очень богатым набором:

  • минералов, микроэлементов (цинк, бор, железо, йод, калий, кальций, кобальт, марганец, медь, мышьяк, фосфор, фтор и другие);

  • витаминов А, В1, В2, В12, С и D;

  • полисахаридов;

  • солей альгиновой кислоты;

  • йодом в органической форме.

Экстракт ламинарии – настоящая кладовая ценных элементов и соединений в биодоступной форме, обладает:

  • регенерирующим;

  • антиоксидантным;

  • увлажняющим;

  • лёгким отбеливающим;

  • противовоспалительным и ранозаживляющим свойствами. Благодаря повышенному содержанию цинка экстракт Ламинарии регулирует активность сальных желёз и является эффективным компонентом антиугревых средств. [2]

Таблица 1 – Химический состав Laminaria Digitata (Белое и Баренцево море) [2]

Вещество

Содержание, %

Аминокислота

Содержание, %

Вода

6,51

Лизин

0,37

Белок

8,65

Гистидин

0,3

Углеводы

11,29

Аргинин

0,64

Жир

0,48

Аспарагиновая
кислота

0,99

Кальций

0,686

Треонин

0,41

Фосфор

0,38

Серин

0,35

Натрий

4,1

Глутаминовая
кислота

1,88

Одним из наиболее ценных компонентов ламинарии является
шестиатомный спирт маннит (до 21 %), состав которого выражается
формулой CH2OН-(CHOH)4-CH2OH. Маннит и альгиновая кислота, входящие в состав экстракта Ламинарии, выступают как сорбенты и участвуют в очистке кожи от шлаков. Дренирующая и липолитическая активность ламинарии способствуют выводу излишка жидкости, уменьшению жировых отложений, оказывая выраженное антицеллюлитное воздействие.

1.4 Применение водорослей в медицине и кулинарии

Морские водоросли в Японии употребляются в пищу, начиная с четвертого столетия, а в Китае – с шестого. Сегодня эти две страны вместе с Республикой Корея являются наибольшими потребителями морских водорослей как продуктов питания. Однако вместе с жителями этих стран спрос на морские водоросли мигрировал в другие части света, например, в некоторые части США и Южной Америки. Растущий спрос на эту продукцию на протяжении последних пятидесяти лет превысил природные запасы.

Исследование жизненных циклов морских водорослей привело к развитию водорослевой промышленности, которая теперь покрывает 90 процентов спроса. Своя культура потребления этих продуктов существует в Ирландии, Исландии и Канаде, водоросли традиционно употребляются в пищу и во многих развивающихся странах в качестве овощей и в салатах. [3]

Самым крупным производителем съедобных водорослей является Китай, собирающий порядка 5 миллионов тонн невысушенных водорослей. Большая их часть идет для изготовления оригинального блюда китайской кухни combo. Для этого используются сотни гектаров коричневых водорослей Laminaria japonica, которые растут на натянутых в океане канатах.

Республика Корея выращивает 800 000 «мокрых» тонн для трех различных блюд: более 50 процентов приходится на wakame, изготавливаемый из различных коричневых водорослей. Японское производство составляет порядка 600 000 «мокрых» тонн, 75 процентов которого идет на изготовление японского блюда nori – тонкие темные водоросли, обернутые вокруг рисовых шариков в суши.

Морские водоросли в качестве сырья для вышеназванных гидроколлоидов известны с 1658 года, когда в Японии впервые были открыты желирующие свойства агара, полученного методом экстракции из красных водорослей. Экстракт ирландского мха - другой вид красных водорослей – содержит каррагинан, он стал популярен в качестве загустителя в девятнадцатом веке. А в тридцатых годах прошлого столетия началось промышленное производство экстракта коричневых водорослей, содержащего альгинат.

На сегодняшний день собирается порядка 1 миллиона тонн невысушенных морских водорослей для производства названных гидроколлоидов. Суммарное производство гидроколлоидов насчитывает порядка 55 000 тонн, рыночная стоимость которых оценивается в 585 миллионов американских долларов. [6]

Водоросли - богатейший источник йода, который очень нужен для нормальной работы нашей щитовидной железы. Без йода не происходит синтез 2-х гормонов в этом органе. Если железа функционирует неправильно, то в организме нарушаются обменные процессы. В этой морской зелени есть микроэлемент ванадий. Он поступает в организм с пищей, только благодаря этим дарам моря. Как показали исследования, ванадий влияет на процесс усвоения организмом глюкозы, тем самым уменьшая содержания глюкозы в крови. [5]

В них содержится полезный микроэлемент магний. Благодаря нему происходит усвоение кальция из ЖКТ, который потом идет на строительство костных тканей, так как, по сути, это растения, то это весьма низкокалорийная пища, в которой содержатся полезные для здоровья сосудов полиненасыщенные омега 3 жирные кислоты и не перевариваемая клетчатка, которая положительно влияет на работу желудочно-кишечного тракта и выводит из организма шлаки и токсины.

Водоросли ценятся не только за свою способность укреплять здоровье человека, но и удивительные вкусовые качества. Разные виды этих растений отличаются структурой, запахом и вкусом. Одни из них упругие и пахнут свежестью, другие рыхлые и источают остро-соленый «морской» аромат.

Например, водоросли нори по запаху схожи с обычной капустой, а по вкусу напоминают шпинат. Вакаме обладают тонким океаническим ароматом и слегка сладковаты на вкус.

Благодаря большому количеству видов водорослей к любым яствам можно подобрать растения с подходящими вкусовыми оттенками.

Из всего многообразия водорослей в приготовлении пищи человек использует только около 30 видов. Эти виды растений готовят разными способами: их варят, жарят, сушат, маринуют. Из них делают закуски, приправы, салаты, подливы, супы, десерты. Их добавляют в сдобные булочки и хлеб. Водоросли придают блюдам уникальный аромат, делают их привлекательными и аппетитными на вид.

Наибольшее распространение в кулинарии получили бурые водоросли вакаме и красные водоросли нори. Растения произрастают у берегов Японии, Кореи, Китая и широко используются в кухне этих стран. Они органично дополняют овощные салаты, разные виды лапши, а также нежирные мясные и рыбные блюда. Их вкус прекрасно сочетается с петрушкой, шпинатом, брокколи, грибами, луком, рисом, соевым соусом.
Вакаме не любят продолжительной тепловой обработки, в связи с чем их добавляют в блюда перед подачей. Если используются сухие водоросли, то их предварительно замачивают на 20 минут, затем обдают кипятком, охлаждают и применяют по назначению. [5]

В Японии самым популярным блюдом с вакаме считается питательный и не сложный в приготовлении салат Чука. В нем специфический вкус водорослей отлично дополняется вкусом древесных грибов и обжаренных семян кунжута. Салат по желанию можно заправлять перцем Чили, что придаст ему большей пикантности и некой «дерзости. Очень вкусные и полезные салаты с вакаме получаются с добавлением креветок, авокадо или свежих огурцов.

Красные водоросли нори часто подают с вареным рисом. Ими украшают суши и блюда из различных видов лапши. Листья этих водорослей нуждаются в предварительной обработке: их необходимо промыть, высушить, разрезать на небольшие кусочки, а перед готовкой ошпарить кипятком.

С нори получаются очень изысканные по вкусу супы, сваренные на курином, овощном бульоне и заправленные соевым соусом. С нори можно приготовить полезные салаты в сочетании с разными овощами с добавлением сметаны или любого соуса.

Использование в кулинарии водорослей, пусть в малых количествах, но регулярно, позволяет разнообразить рацион, обогатить пищу полезными элементами и новыми вкусовыми оттенками. [5]

Глава II (Экспериментальная часть)

Был проведен социологический опрос среди учащихся 9-11 классов МОУ СОШ №12. В опросе приняли участие 85 школьников.

На первый вопрос «Любите ли вы морскую капусту?», положительный ответ дали 12 школьников, отрицательный 67, а не пробовали 6 человек.

 

На второй вопрос «Часто ли ваша семья употребляет морскую капусту?», выяснилось, что только 11 семей учащихся из 85 опрошенных употребляют морскую капусту и то, в основном родители, 58 человек не употребляют вообще и лишь 16 опрошенных едят ламинарию крайне редко.

На третий вопрос «Знаете ли вы, чем полезна морская капуста?» 63 человека из опрошенных знают, что морская капуста полезна йодом, 12 учащихся, считают, что белком и углеводами и только 10 респондентов предположили, что полезна капуста жирами.

2.1. Определение маннита в ламинарии [4]

В данной работе объектом исследования были слоевища ламинарии как в маринованном, так и в сушенном видах, которые используются человеком очень широко – в кулинарии, в лечебных целях, для получения пищевых добавок (альгинатов), являющихся загустителями и т.д. Химический состав ламинарии приведён в таблице 1. Кроме приведённых компонентов, ламинария содержит некоторые микроэлементы, например, железо (740 мг/кг), цинк (128 мг/кг), иод (2,5 мг/кг), витамины, каротин и др.

Оборудование: сухая морская водоросль (ламинария), маринованная ламинария из магазина, борная кислота, метилоранж (кристаллы), вода, нож.

Методика проведения эксперимента:

Сухое слоевище ламинарии предварительно на сутки замочили в теплой воде, далее промыли и разрезали. На свежий срез насыпали мелкие кристаллики борной кислоты и добавили кристаллик метилоранжа. Срез окрасился в ярко красный цвет – это указывает на наличие в соке морской водоросли ламинарии шестиатомного спирта маннита - CH2OН-(CHOH)4-CH2OH.

Аналогичный опыт был проведен и с маринованной ламинарией. Срез также окрасился в ярко красный цвет, что говорит о наличии маннита.

2.2. Выделение каротина в ламинарии [4]

Нам удалось выделить из ламинарии каротин. Предварительно была приготовлена спиртовая вытяжка ламинарии: сухую морскую капусту измельчили, залили предварительно теплой водой, а после разбухания слоевища этиловым спиртом в соотношении 1:20, выдержали в течение суток, периодически взбалтывая. Полученную вытяжку отфильтровали. Маринованную ламинарию предварительно промыли и также приготовили спиртовую вытяжку.

Оборудование: морская капуста (ламинария), этиловый спирт, сосуд с пробкой, полоска фильтровальной бумаги.

Методика проведения эксперимента:

Спиртовая вытяжка из слоевища водоросли готовится в течение суток. Далее мы опустили полоску фильтровальной бумаги в вытяжку. На фильтровальной бумаге появилась жёлтая полоса – это означает наличие каротина в ламинарии. Однако, в вытяжке, приготовленной из маринованной ламинарии, желтая полоска была гораздо бледнее, чем в вытяжке из сухой ламинарии.

2.3. Обнаружение витамина С в ламинарии [4]

Оборудование: морская водоросль (ламинария), кварцевый песок, 2% раствор соляной кислоты, раствор перманганата калия, ступка с пестиком, 2 химических стакана, воронка, бумажный фильтр, мерный цилиндр.

Методика проведения эксперимента:

Для определения содержания витамина С слоевище ламинарии измельчили, взяли навеску массой 2 г, растерли в фарфоровой посуде, добавляя 8 мл раствора соляной кислоты с С(HCl) = 0,1 моль/л. Образовавшуюся массу отфильтровали, и к фильтрату добавили при перемешивании 5 мл раствора перманганата калия с С(KMnO4) = 0,004
моль/л. Обесцвечивание раствора перманганата калия свидетельствует
о присутствии витамина С (аскорбиновой кислоты) в исследуемом образце.

В обоих исследуемых образцах ламинарии произошло обесцвечивание раствора перманганата калия, что подтверждает наличие витамина С.

2.4. Обнаружение ионов Fe3+ в ламинарии [4]

Обнаружение ионов железа (III) в ламинарии проводилось с помощью известной аналитической реакции образования синего осадка берлинской лазури с гексацианоферратом (II) калия.

Оборудование: морская водоросль (ламинария), раствор гидроксида калия (KOH), раствор соляной кислоты (HCl), растворы солей (FeCl3) и (K4{Fe(CN)6}), пробирки, пипетки, колба.

Методика проведения эксперимента:

К соку морской капусты (1 мл) добавляют по 2 капли растворов гидроксида калия (KOH) и комплексной соли (жёлтая кровяная соль) (K4{Fe(CN)6}). Энергично встряхивают колбу. Затем по каплям (8-10 капель) приливают 10% раствор соляной кислоты (HCl) и 1-2 капли раствора хлорида железа (III) (FeCl3) до выпадения синего или зеленовато-синего осадка берлинской лазури (Fe4{Fe (CN)6}3).

Реакция образования берлинской лазури широко используется в аналитической химии для открытия ионов железа: 4FeCl3 + 3K4{Fe (CN)6} = Fe4{Fe (CN)6}3 + 12KCl

В обоих исследуемых образцах ламинарии наблюдалось посинение цвета раствора, что говорит о наличии ионов Fe 3+.

2.5. Получение йода из золы ламинарии. [4]

Учитывая достаточно большое содержание иода в ламинарии, мы решили получить йод из исследуемых водорослей. Эксперимент проводили под тягой!

Химизм процесса выражается реакцией: 2NaI + 2H2SO4 + MnO2 →Na2SO4 + MnSO4 + 2H2O + I2.

Оборудование: морская капуста (ламинария), колба, электрическая плитка, ступка с пестиком, стакан, воронка, фильтр, чашка для выпаривания, 10% раствор серной кислоты, кристаллы MnO2.

Методика проведения эксперимента:

В чашку для выпаривания внесли 20 г сухих измельчённых слоевищ ламинарии и нагрели на электроплитке до появления белого дыма и обугливания образца. В химический стакан налили 30 мл дистиллированной воды, добавили обугленную массу, перемешали, отфильтровали через бумажный фильтр и выпарили фильтрат досуха.

На дне чашки – остаток коричневого цвета. Осторожно добавили немного раствора, приготовленного из нескольких кристалликов MnO2, помещённых в 10% серную кислоту.

Перелили содержимое чашки в стакан, нагрели, поместили сверху круглодонную колбу с холодной водой. Через некоторое время стакан заполнили пары йода фиолетового цвета. На выпуклой части колбы мы обнаружили кристаллы серого цвета. При нанесении раствора крахмала появилось характерное синее окрашивание, что подтверждает наличие йода. При окислении солей, содержащих йод, получили молекулярный йод.

MnO2 + 4HCl→ Cl2 + MnCl2+ 2H2O 2KI+CI2→ I2+2KCI

2.6. Получение йода из отвара морской капусты - ламинарии. [4]

Морская капуста накапливает йод в виде иодида калия. Для сравнения подготовили контрольные образцы: с целью получения молекулярного йода провели реакцию окисления раствора йодида калия перекисью водорода.

Для подтверждения наличия йода осуществили качественную реакцию на йод - с крахмалом. Используя данную методику, можно обнаружить иодид калия в морской капусте.

Оборудование: морская капуста (ламинария), колба, электрическая плитка, ступка с пестиком, стакан, воронка, фильтр, чашка для выпаривания, дистиллированная вода, 10% раствор серной кислоты, перекись водорода, химический стакан, бензин.

Методика проведения эксперимента:

Для эксперимента в пробирку налили 2 мл фильтрата, подкислили раствором серной кислоты (2 капли) и добавили 1мл перекиси водорода. Встряхнули. Наблюдали изменение интенсивности желтой окраски исследуемого раствора, выделение пузырьков газа. При внесении тлеющей лучинки она ярко вспыхивает.

2KI+H2O2+H2SO4 → I2+K2SO4+2H2O

2 столовые ложки измельченной сухой ламинарии поместили в чашку для выпаривания, залили дистиллированной водой объемом 200 мл. Смесь кипятили в течение 30 минут. Отвар остудили, отжали и профильтровали в колбу.

Содержимое колбы разделили на 2 стаканчика. В один добавили 2-3 капли раствора крахмала, в другой (под вытяжкой) – 1мл бензина. В результате в первой пробирке – посинение раствора крахмала. Во второй пробирке – слой бензина окрасился в темный цвет. Посинение раствора крахмала и изменение цвета бензина подтверждают наличие молекулярного йода, образовавшегося при окислении солей, содержащих йод. Выделение пузырьков газа в ходе реакции с перекисью водорода можно объяснить присутствием примесей в фильтрате, способствующих разложению перекиси с образованием кислорода.

Выводы.

В результате проведенной нами экспериментальной работы подтвердили наличие соединений йода в морской капусте (ламинарии), описали методику выделения из нее молекулярного йода. Данная методика проста и наглядна, с использованием доступных реактивов. Достоинством эксперимента является его повторяемость, т.е. возможность проверки полученного результата.

При проведении химического исследования, в морской капусте обоих образцов было обнаружено достаточное шестиатомного спирта маннита, витамина С, группы каротиноидов, железо и йод.

По данным социологического опроса, учащиеся МОУ СОШ №12 не любят морскую капусту, крайне редко ее употребляют, в основном данный продукт предпочитают родители, что, естественно, не может не беспокоить.

Большинство школьников самыми полезными свойствами морской капусты считают микроэлементы, главным из которых является йод. А так как Ставропольский край относится к йододефицитным регионам и эндемичным зонам, то употребление морской капусты жителям края важно и необходимо, поскольку благодаря ей нормализуется функция щитовидной железы, повышается иммунитет и обмен веществ, улучшается функции сердечно-сосудистой, нервной и дыхательной системы.

Исследуемые образцы содержат крайне важные для роста и развития вещества, а поэтому может быть рекомендована к употреблению как в маринованном виде, так и в виде салатов с добавлением моркови, яиц, свежего огурца и лука.

Заключение.

Значение ламинарии в жизни человека достаточно велико. Во – первых, эта водоросль активно употребляется в пищу. Морская капуста - один из основных продуктов японской, китайской и корейской кухни. У нас же морская капуста продается преимущественно в виде консервированного салата либо сушеная порошкообразная. И в том и в другом виде морская капуста хорошо сохраняет свои пищевые и целебные свойства и может использоваться для приготовления салатов, горячих блюд, гарнира и т.д.

Необходимо напомнить, что по данным Всемирной организации здравоохранения большинство жителей нашей страны страдают дефицитом йода. А как видно из результатов исследования, ламинария содержат сбалансированный и легкодоступный для организма необходимый макро- и микроэлементный состав, компенсирующий любую минеральную недостаточность.

Профилактическая и лечебная доза морской капусты невелика: достаточно съедать по две чайных ложки сухой водоросли. Сухую морскую капусту можно добавлять в суп, в овощное пюре, в салаты.

Во – вторых, бурые водоросли, содержащие большое количество йода и других микроэлементов, идут на приготовление кормовой муки, используемой как добавка в корм сельскохозяйственным животным. Благодаря этому сокращается падеж скота, повышается его продуктивность, в ряде сельскохозяйственных продуктов (яйца, молоко) увеличивается содержание йода, что имеет важное значение для районов, где население страдает от его недостатка.

В – третьих, ламинария используется в медицине. Для использования в медицинской практике используются лекарственные формы, произведенные из слоевищ водорослей – ламинария сушеная, палочки ламинарии, таблетки, экстракт. Их можно купить в любой аптеке. Лечебные свойства морской капусты обусловлены в основном содержанием в ней большого количества соединений йода - микроэлемента, входящего в состав гормона щитовидной железы. Именно поэтому порошок сушеной морской капусты часто применяют как вспомогательный препарат при гипертиреозе и легких формах базедовой болезни, а также для профилактики эндемического зоба. Кроме того, ламинария эффективна при заболеваниях желудочно-кишечного тракта - атоническом запоре, хронических и острых энтероколитах, проктитах.

Употребляя регулярно в пищу морскую капусту, вы обеспечите свой организм необходимыми ему полезными витаминами и минералами. Морская капуста – еще одна ступенька к здоровому образу жизни.

Значимость этой работы как для меня, так и для тех, кто захочет познакомиться с ней, заключается в том, что она содержит интересную информацию, дает возможность в очередной раз перенести теоретические знания на практику, закрепить их в ходе проведения химического эксперимента. Эту работу можно продолжить с целью экспериментального установления качественного состава морских водорослей.

Настоящая работа послужила подтверждением тезиса о богатстве и
разнообразии качественного химического состава ламинарии. В
дальнейшем исследования будут продолжены в направлении изучения
её количественного состава, сравнении содержания полезных веществ в
сушёной и замороженной морской капусте, а также определении
химического состава такой водоросли, как нори.

Список литературы

  1. Ботаника [Электронный ресурс]: конспект лекций / Н. В. Степанов, И. Е. Ямских, Е. А. Иванова и др. – Электрон. дан. (4 Мб). – Красноярск: ИПК СФУ, 2009. – (Ботаника: УМКД № 1341-2008 / рук. творч. коллектива Н. В. Степанов) Келлер, Е. А. Ламинария — идеальный природный лекарь / Е. А. Келлер, А. Ю. Луганская. — Текст: непосредственный // Юный ученый. — 2017. — № 5 (14). — С. 77-83. —

  2. Коровкина Н.В., Богданович Н.И. Переработка фукоидов Белого моря с целью извлечения йода // Сб. науч. трудов. – Архангельск, 2014. – Вып. IX.– С. 124–127.

  3. Кукушкин Ю. Н. Химические элементы в организме человека. Санкт -Петербургский государственный технологический институт. Соросовский Образовательный журнал №5,1998г с 55.

  4. Логинов Н.Я. Аналитическая химия. – М.: Изд-во Юрайт, 2013. – 229 с.

  5. Методы сбора и изучения водорослей. – http://edu.greensail.ru /monitoring/ methods/vodorosli.html.

  6. Осовская И. И., Приходько А. А. Морские водоросли. Применение в
    биотехнологии: учебное пособие: ВШТЭ СПбГУПТД. – СПб., 2020. – 78 с

  7. Починок Х.Н. Методы биохимического анализа растений. – Киев: Наукова думка, 2010. – 334 с.

  8. Сиренко Л.А. Методы физиолого-биохимического исследования водорослей в гидробиологической практике. – Киев: Наукова думка, 2009. – 219 с.

  9. http://lifebio.wiki/ламинария

  10. http://poleznye-svojstva.ru/laminarija-poleznye-svojstva-i-protivopokazanija/

  11. http://www.floraprice.ru/articles/apteka/laminariya-dar-morya-kotoryy-lechit-i-ukreplyaet-zdorove.html

  12. https://ru.wikipedia.org/wiki/Ламинария

Приложение 1

Получение маннита из образцов ламинарии

Просмотров работы: 648