Агары для микробиологии и пищевой промышленности

Агар представляет собой порошок или пластинки из смеси агаропектина и полисахаридов агарозы. Это экстракт из водорослей, который используется в микробиологии и медицине. Благодаря своему составу и гелеобразующим свойствам агар применяется для создания питательных сред для насекомых, растений и микроорганизмов, широко используется в промышленности.

Агар для питания насекомых

Состав агара отлично подходит для разведения личинок и мелких насекомых. Экстракт водорослей содержит минеральные вещества, состоит на 5% из белков и на 95% из углеводов. Агар успешно используется для разведения шелкопряда. В естественных условиях шелковичные личинки питаются нежными листьями тутового дерева, которые только появились из почки. То есть питание гусеницы имеет временные ограничения.

Круглогодичный откорм червя позволяет увеличить продолжительность жизни личинок. Для этого агар растворяют корме — растворе из белков и углеводов. Затем смесь охлаждают, измельчают и придают форму тонкой лапши. По размерам корм должен повторять строение личинки в разные периоды развития — от вылупления до превращения в куколку. Стоит отметить, что другие желеобразователи отталкивают червей своим вкусом, поэтому для откорма подходит исключительно агар.

Помимо откорма шелковичных червей, экстракт водорослей используется для разведения мух дрозофил. Drosophila melanogaster применяется в лабораторных целях, в частности в генетических исследованиях. В период становления биологических методов борьбы с возбудителями чумы, ученые стали применять аналогичные способы откорма личинок. Уже в те времена агар использовался в качестве питательной среды.

Использование специально выращенных насекомых связано также с необходимостью выведения эффективных методов борьбы с вредителями урожая. В частности, речь идет о средиземноморских мухах, которые уничтожают сады.

В качестве примера можно также привести гусениц Pecdnophora glosipei, наносящих ущерб хлопковым полям. Их специально выращивают с помощью питательных составов из агара. Затем личинки подвергаются гамма-облучению для стерилизации. Личинки поддерживаются в состоянии спячки, чтобы после пробуждения выпустить их во время сезона спаривания.

Эти насекомые спариваются только раз в жизни. Так как они стерильны, то процесс оплодотворения невозможен. Это препятствует размножению нестерильных особей, с которыми спариваются лабораторные насекомые. Таким образом происходит контроль численности популяции вредителей без использования инсектицидов.

Использование агара для выращивания растительных тканей

Гелеобразное состояние агара улучшает состав питательной среды для получения культуры тканей. Этот способ культивирования использовался впервые для клонирования орхидей. Состав питательной среды подбирается так, чтобы воспроизвести растительные образцы для дальнейшего выращивания, но без вирусов.

Для этого необходимо обогатить питательную среду фитогормонами (ауксины или цитокины). Гормоны выбираются исходя из задач процесса — корнеобразование или регулирование его скорости. После достижения необходимой стадии развития растения, его переносят в почву для дальнейшего роста.

Агар как питательная среда для микроорганизмов

Культивирование микроорганизмов разработал знаменитый ученый Р. Кох в 1882 год. По сей день этот метод невозможно заменить, поэтому он остается популярным в современной микробиологии. Культивирование микроорганизмов возможно благодаря гелеобразной структуре агара, а также температурам гелеобразования, плавления, гистерезису и обратимости.

Кроме того, экстракт водорослей обладает хорошей устойчивостью к расщеплению на ферменты, которое не характерно для других веществ, может превращаться в гель без присутствия катионов. Благодаря этим свойствам можно создать питательную среду с регулируемым осмотическим давлением в зависимости от потребности клетки. Такая способность позволяет выращивать эритроциты, бактерии, дрожжи или плесневые грибы.

Применение агара в промышленности

Агар активно используется в тех отраслях производства, где нужна четкая и точная формовка. Например, в стоматологии популярен метод изготовления слепков челюсти. Гелеобразное вещество хранится в тюбиках, как для зубной пасты. Перед процедурой содержимое расплавляют в емкости с кипящей водой. Раствор переносят в форму для создания слепка.

Когда температура геля достигает 39° С, делают слепок. При достижении температуры 36° С раствор превращается в гель. Для этой задачи используют агар, выделенный из агарофита рода Gelidium. Другие виды агаров не применяются из-за высокой температуры гелеобразования.

Агар нашел применение в археологии для снятия слепков археологических находок. В криминалистике гелеобразное вещество используется для сохранения отпечатков пальцев и разных улик. Все это возможно благодаря способности агара превращаться в гель при охлаждении.

Общепринятый состав промышленного агара выглядит следующим образом:

• агар Gelidium 13-17%;
• бораты 0,2-0,5%;
• сульфаты 1-2%;
• твердый воск 0,5-1%;
• тиксотропные материалы (продукты типа бентонита) 0,3-0,5%;
• вода до 100%.

Состав может меняться, чтобы получить, например, гель, высыхающий при обычных атмосферных условиях. В этом случае добавляют сорбит или глицерин. Увлажняющие компоненты поглощают влагу из окружающей среды, компенсируют потери при испарении. Для создания геля, высыхающего при атмосферном давлении, добавляется 8-10% глицерина. Количество глицерина регулируется в соответствии с максимальной и минимальной температурами, которые может выдержать конкретный продукт.

Современные разработки

Долгое время ученые во всем мире стремились создать такой агар, который бы совмещал гелеобразование и легкую растворимость. Наука знает попытки получения агара, который растворяется при температуре ниже 100° С. Такая возможность позволяла бы получать продукты, которые не выдерживают температуру выше 85° С.

Одновременно с поисками вышеупомянутых свойств, ученые стремились повысить прочность геля промышленных агаров. При этом хотели снизить количество целевого вещества, чтобы удешевить производство. Дело в том, что экстракт водорослей — дорогой ингредиент, требующий много ресурсов для добычи. Поэтому задача ученых была повысить прочность геля за счет увеличения молекулярной массы и уменьшения содержания сульфатов. Такой агар растворяется при более длительном воздействии температуры кипения.

В настоящее время ученым удалось достичь некоторых успехов в этом вопросе. Существуют новые виды агаров, которые растворяются при более низких температурах, причем за более короткое время. Такие виды вещества разработаны не так давно, но совмещают два противоположных свойства — низкая температура растворения и минимальная потеря прочности. Это стало возможным за счет добавления специальных веществ. В сухом состоянии, эти компоненты прочно связываются с агаром.

При добавлении жидкости они ускоряют соединение молекул агара с молекулами воды. Минус таких модификаций в том, что прочность геля уменьшается. То есть происходит обмен прочности на низкую температуру растворения. В этом случае возрастает концентрация агента, который не имеет гелеобразующих свойств.

Получается, что агар в таких ситуациях имеет ограниченные возможности. Например, становится непригодными для создания питательных сред, поскольку добавки негативно влияют на развитие организмов.

Есть технологии, позволяющие обеспечить связывание молекул агара и воды при низкой температуре без использования специальных компонентов. Это дает возможность сохранить прочность геля, а также присущие ему качества, необходимые для биотехнологий. Но такие агары стоят дорого, поэтому их применение зависит от соотношения цены и выгоды, которую они принесут.

Ниже приведен анализ легкорастворимых агаров, которые используются в лабораториях. Прочность геля указана при температуре плавления 80° С.

Есть и другие компании, которые производят легкорастворимые агары. Например, Ina Food Industry и Setexam.