Агары для микробиологии и пищевой промышленности

Агар в составах питательных сред для насекомых

Агар используется при разведении личинок и других мелких видов насекомых. Крошечные черви могут питаться только появившимися из раскрывшейся почки нежными листьями тутового дерева. Агар применяется круглый год для откорма шелковичных червей с целью увеличения продолжительности их жизнедеятельности, которая ранее была ограничена сезонными рамками. С этой целью агар растворяется в корме, представляющим собой раствор углеводов и белков. После охлаждения смесь экструдируют в форме тонких спагетти, размеры которых адекватны строению червя в различные периоды его развития — с момента вылупле-ния до образования шелковичных куколок. Для приготовления такого корма подходит только агар, так как все остальные гелеобразователи обладают вкусом, отталкивающим червей.
Другое традиционное использование агара — это его аналогичное применение для откорма личинок мухи Drosophila melanogaster, которая используется для генетических исследований. Очевидно, что в период развития биологических методов борьбы с насекомыми — возбудителями чумы стали применяться аналогичные методы откорма личинок с использованием агара в качестве питательной основы. Это было связано с необходимостью введения новых методов контроля насекомых, которые наносили большой ущерб урожаям. Так, средиземноморская муха, уничтожающая сады, или гусеницы Pecdnophora glosipei, которые наносят ущерб хлопковым полям, специально выращиваются и стерилизуются гамма-облучени-см. Затем у стерилизованных насекомых поддерживают состояние «спячки» и выпускают их только в период спаривания. Поскольку эти насекомые способны спариваться только один раз в жизни, а их способность к оплодотворению нарушена, это препятствует размножению нестерилизованных особей, с которыми они спариваются. Таким образом, не прибегая к хлорорганическим инсектицидам, можно контролировать количество насекомых, при этом не убивая их, так как некоторые особи сохраняют возможность к размножению, оплодотворяясь не-стсрилизованными насекомыми.

Составы питательных сред для культуры растительных тканей

Гелеобразующие свойства агара улучшают состав твердой питательной среды для получения культуры тканей, что изначально было использовано для получения клонов орхидей. Состав питательной среды подбирается таким образом, чтобы воспроизвести растительные образцы для последующего выращивания них идентичного растения, но свободного от вирусов. Обычно меристему растений, подлежащих культивированию, выращивают на питательной среде соответствующего состава, обогащенную фитогормонами, такими как ауксины или цнтокинппы, выбор которых зависит от заданного процесса корнеобразо-вания и/или регулирования его скорости. После того как будет достигнута необходимая стадия развития растения, оно переносится в растительную почву для продолжения роста.

Питательная среда для микроорганизмов

Культивирование микробов было впервые разработано Р. Кохом в 1882 г., и с тех Юр этот метод остается настолько популярным в микробиологии, что все попытки Заменить его потерпели неудачу. Благодаря особым свойствам физических гелей, полученных из агара, температурам гелеобразования и плавления, а также их огромному гистерезису и обратимости, применение агаровых гелей в микробиологии уникально, и до сих пор достойной замены им не найдено. Более того, их огромная устойчивость к ферментативному расщеплению, не характерная для других геле-образователен, а также способность образовывать гели в отсутствие катионов, позволяют использовать агары для создания питательной среды с регулируемым осмотическим давлением в зависимости от потребности клетки. Это позволяет вы-ращивать эритроциты, бактерии, дрожжи или плесневые грибы.

Составы для применения агара в промышленности

Агар очень широко применяется в тех областях промышленности, где требуется высокоточная формовка, и мы предлагаем один из примеров такого возможно-го применения. В США этот состав используется для приготовления слепков в стоматологии (Стоматологические слепки; Миэр В. (Meer W), 1980), в других же странах - для гипсовых слепков археологических фрагментов или скульптур. криминалистике агар применяется для сохранения отпечатков следов или других улик. Стимулом широкого использования является необыкновенная способность гелей агара к обратимости, благодаря которой путем простого охлаждения агap превращается из раствора в гель.
Гели можно сохранять очень долгое время в тюбиках, подобных тюбикам для зубиых паст. Перед употреблением содержимое тюбика расплавляют в емкости с кипящей водой, а затем расплав переносят в форму, предназначенную для изготовления зубного оттиска. Как только достигается необходимая температура 39°С), делают оттиск зуба (или другого предмета, подлежащего копированию), одерживая при температуре 36°С до образования агарового геля. Для этой цели, как правило, применяется агар, выделенный из агарофита рода Gelidium.
Не рекомендуется использовать другие виды агаров, образующие гели при бо-лее высокой температуре, поскольку они могут вызывать неприятные ощущения у пациентов. Однако эти ограничения не распространяются на неодушевленные предметы, при работе с которыми можно использовать другие агары.

Общепринятый состав (в %):

Агар Gelidium	13... 17
Бораты	0,2. ..0,5
Сульфаты	1. 0..2.0
Твердый воск	0,5... 1,0
Тиксотропные материалы (продукты типа бентонит)	0,3...0,5
Вода	до 100

Этот состав может быть модифицирован для получения гелей, которые на практике не будут высыхать при обычных атмосферных условиях. Для этого необходимо добавить сорбит, глицерин или любой другой увлажняющий агент, который будет поглощать влагу из окружающей среды, компенсируя потери при испарении. При обычных атмосферных условиях требуется добавлять 8... 10% глицерина, но это количество надо регулировать в зависимости от максимальной и минимальной температур, которые может выдерживать продукт, а также относительной влажности воздуха.

НОВЕЙШИЕ РАЗРАБОТКИ

На протяжении долгого времени ученые стремились создать агар, который одновременно обладал бы хорошими гелеобразующими свойствами и был бы легкорастворимым. Предпринимались попытки получения агаров, растворимых при температурах ниже 100 °С. Это позволило бы изготавливать продукты, которые не выдерживают температур выше 85 °С. Параллельно с этим ученые стремились повысить прочность геля промышленных агаров при уменьшенном их содержании в составе продукта, чтобы снизить стоимость, поскольку агар является одним из самых дорогостоящих ингредиентов. В целом, ученые стремились повысить прочность геля, увеличив среднюю молекулярную массу и уменьшив содержание сульфатов в составе промышленных агаров. Чтобы растворить агары такого типа, требуется дольше поддерживать температуру кипения. Фактически, в случае продуктов с высоким содержанием сахара (сахарозы), процесс растворения из-за присутствия сахарозы всегда происходит при температуре, превышающей 100 °С.
Есть новые виды агаров, которые растворяются при более низких температурах и за более короткое время. Такие агары были разработаны недавно, в попытке достичь, казалось бы, две противоположные цели: более низкая температура растворения и при этом минимальные потери прочности геля. Один из методов, используемый для некоторых агаров такого типа, основан на добавлении путем механического давления веществ, которые прочно связываются с агаром в сухом состоянии, а при растворении ускоряют связывание молекул агара с молекулами воды. Недостатком агаров, полученных таким способом, является пониженная прочность геля в обмен па более низкую температуру растворения (т. к. возросла концентрация агента, не обладающего гелеобразующей способностью). Следовательно, как ингредиент, агар теряет некоторые свои свойства и имеет ограниченные возможности использования в биотехнологии, в частности, при получении микробиологических питательных сред, поскольку присутствие в нем добавленного инородного вещества может оказать отрицательное влияние или полностью ингибировать развитие организмов.
В других случаях процессы производства усовершенствуют таким образом, чтобы обеспечить возможность связывания молекул агара с молекулами воды при низкой температуре, но без использования добавок, что позволяет сохранять обычную для агара прочность геля. Вследствие этого не происходит изменения его гелсобразуюгдей способности и не нарушаются функции, на которых основано его использование в биотехнологии. Применение таких агаров зависит от соотношения цены и выгоды, которую он может принести компаниям — производителям пищевых продуктов. 'Гак как эта новинка поступила на рынок лишь в конце 1990-х годов, она еще не получила широкого распространения во всех традиционных для агара областях применения. В табл. 2.5 приведен сравнительный анализ двух типов таких легкорастворимых агаров, образцы которых были в нашем распоряжении в достаточном количестве и были протестированы в наших лабораториях. Во всех случаях указана прочность геля, растворенного при температуре 80 °С.

Таблица 2.5. Некоторые легкорастворимые агары: сравнительный анализ

Показатель	Grand Agar (производство "Hispanagar", Испания)	Speed Agar-80 (производство "Taito", Япония)
Влажность, %	7,16	7,08
Зола, %	1,53	1,47
Прозрачность 1,5%-ного раствора, ед. нефелометра	26	510
рН 1,5%-ного раствора	6,80	6,18
рН 1,5%-ного геля	6,48	6,56
Вязкость (1,5%-ный раствор, 60°C), сП	6,5	4
Температура желирования 1%-ного раствора, °C	31,9	34,9
Температура плавления 1%-ного геля, °C	87,5	75,6
Прочность 1,5%-ного геля, г/см²: по методу Никана растворенного в течение 5 миин при 85°C растворенного в течение 5 миин при 90°C	1270 680 820	590 430 440

Компании «Ina Food Industry» и «Setexam» также производят легкорастворимые агары. Однако в момент подготовки этого материала мы не располагали образцами агаров этих компаний для сравнительного анализа.

Список литературы

1. ARAKI Ch. (1937) "Acetylation of agar like substance of Gelidium amansii" J. Chem. Soc. Japan, 58; pp. 1338-50.
2. ARAK1 Ch. (1956) "Structure of agarose constituent of Agar-Agar" Bull. Chem. Six: Japan. 29; pp. 43-4.
3. ARM1SEN R. (1991) "Agar and Agarose biotechnological applications" Hydrobiology, 221; pp. 159-66.
4. ARMlSEN R. (1993) "Agar-Agar". Lecture in Training Course T004 "Gels Thickeners and Stabilizing Agents" held in Leatherhcad. Surrey, UK on 25-8 May 1993 organised by Lealherhead Food Research Association (a copy of the paper was delivered to the thirty delegates present).