Кіріспе
Микробиологияда және тамақ өнімдерінде қолданылатын қоюлатушы зат – агар. Агар (агар) – кейбір қызыл балдырлардың жасуша қабырғаларынан алынған полисахаридтерден тұратын, желе сияқты зат, негізінен "огонори" (Gracilaria) және "тэнгуса" (Gelidiaceae) түрлерінен. Табиғатта агар екі компоненттен тұрады: сызықтық полисахарид агароза және агоропектин деп аталатын түрлі-түрлі кіші молекулалардың араласуы. Ол белгілі бір балдыр түрлерінің жасуша қабырғаларында тірек құрылымын құрайды және қайнату кезінде бөлінеді. Бұл балдырлар агорофиттер деп аталады және қызыл балдырлар (Rhodophyta) тобына жатады. Тамаққа арналған агарды өңдеу кезінде агоропектин алынып тасталады, ал коммерциялық өнім негізінен таза агарозадан тұрады. Агар Азияның барлық аймақтарында десерттердің құрамында, сондай-ақ микробиологиялық зерттеулер үшін ортаны дайындауға қолданылатын қатты орта ретінде пайдаланылады. Агарды іш жүректі жеңілдету үшін, аштықты басу үшін, гелатиннің орнына (вегетариандық нұсқасы), сорпаны қоюлату үшін, жеміс консервілеріне, мұзжұмсаққа және басқа десерттерге, сыра жасауда, қағаз бен матаға түс беру үшін қолдануға болады.
Agar ('/eɪ//ɡ//ɑːr/ or '/ɑː//g//ər/), or agar agar, is a jelly like substance consisting of polysaccharides obtained from the cell walls of some species of red algae, primarily from "ogonori" (Gracilaria) and "tengusa" (Gelidiaceae). As found in nature, agar is a mixture of two components, the linear polysaccharide agarose and a heterogeneous mixture of smaller molecules called agaropectin. It forms the supporting structure in the cell walls of certain species of algae and is released on boiling. These algae are known as agarophytes, belonging to the Rhodophyta (red algae) phylum. The processing of food grade agar removes the agaropectin, and the commercial product is essentially pure agarose. Agar has been used as an ingredient in desserts throughout Asia and also as a solid substrate to contain culture media for microbiological work. Agar can be used as a laxative; an appetite suppressant; a vegan substitute for gelatin; a thickener for soups; in fruit preserves, ice cream, and other desserts; as a clarifying agent in brewing; and for sizing paper and fabrics.
Этимология
Агар сөзі агар-агардан шыққан, ол қызыл балдырлардың (Gigartina, Eucheuma, Gracilaria) малай тіліндегі атауы, одан осы желе сияқты зат алынады. Ол сондай-ақ Кантен (寒天) (кан зараши токоротен (寒曬心太) немесе "суыққа ұшыраған агар" деген сөзден), жапондық желатин, қытай шөбі, Цейлон мүсі немесе Джаффна мүсі деп те аталады. Gracilaria edulis немесе оның синонимі G. lichenoides нақты агал-агал немесе Цейлон агары деп аталады.
Тарих
Макрожәнділер жағалау мәдениеттерінде, әсіресе Оңтүстік-Шығыс Азияда тағам ретінде кеңінен қолданылған. Индонезияның Малуку аралдарындағы Амбон аралында агар грациляриядан алынып, түршік немесе соус ретінде желеді. Агарды тамаққа қоспа ретінде қолдану 1658 жылы Киото қаласының қазіргі Фушими ауданындағы қонақүй иесі Мино Тарозаэмонмен ашылған деп есептеледі. Ол, аңыз бойынша, қалған суық кеспе (Токоротен) тастағанда, қыстың суығынан кейін оның қатып қалғанын байқаған. Агарды алғаш рет 1859 жылы француз химигі Ансельм Пайен химиялық талдауға алды, ол агарды теңіз жәндісі Gelidium corneum-нан алған. 19 ғасырдың соңынан бастап агар түрлі микробтарды өсіру үшін қатты орта ретінде қолданыла бастады. Агарды микробиологияда қолдануды алғаш рет 1882 жылы неміс микробиологы Вальтер Гессе, Роберт Кохтың зертханасындағы көмекшісі, әйелі Фанни Гессенің ұсынысымен сипаттады. Агардың балқу температурасы жоғары болғандықтан, микробиологиялық ортаның негізі ретінде желатинді жылдам ығыстырды, бұл микробтарды орта сұйылып кетпестен жоғары температурада өсіруге мүмкіндік берді. Микробиологияда жаңа қолданысқа ие болған агар өндірісі тез өсті. Өндіріс Жапонияда шоғырланды, ол Екінші дүниежүзілік соғысқа дейін әлемдегі агардың көп бөлігін өндірді. Бірақ Екінші дүниежүзілік соғыс басталғанда көптеген елдер микробиологиялық зерттеулерді жалғастыру үшін өз агар өндірісін құруға мәжбүр болды.
Химиялық құрамы
Агар екі полисахаридтен – агароза мен агаропектиннен тұрады, мұнда агароза қоспаның шамамен 70% құрайды, ал агаропектин шамамен 30% құрайды.
Физикалық қасиеттері
Агарда гистерезис деп аталатын құбылыс байқалады, ол сумен араластырылған кезде қатып, гельдік нүкте деп аталатын температурада гельге айналады және балқу нүктесі деп аталатын температурада еріп жатады. Гистерезис – бұл гельдік нүкте мен балқу нүктесі температураларының арасындағы айырмашылықтың болу қасиеті. Бұл қасиет салыстырмалы түрде жоғары температурада оңай еру және гельдің жақсы тұрақтылығы арасындағы тиімді тепе-теңдікті қамтамасыз етеді. Көптеген ғылыми қолданулар үшін инкубация адам денесі температурасына (37 °C) жақын температурада қажет болатындықтан, агар осы температурада еріп кететін басқа қатырғыш заттарға, мысалы желатинге қарағанда қолайлырақ.
Ас үй
Агар-агар – табиғи өсімдік текті желатиннің орнына қолданылатын зат. Ол жуылған және кептірілген жолақтар түрінде немесе ұнтақ күйінде ақ түсті және жартылай мөлдір болып сатылады. Оны желе, пудинг және кремдер жасауға болады. Желе дайындағанда, қатты заттар ерігенше суға қайнатылады. Содан кейін тәттілендіргіш, хош иістендіргіш, бояу, жемістер немесе көкөністер қосылып, сұйықтық десерт ретінде немесе көкөніс желесі ретінде беру үшін қалыптарға құйылады, сондай-ақ торт сияқты басқа десерттерге, мысалы, желе қабаты ретінде қосылады. Оның көлемдік қасиеттері Азиядағы сәнге айналған диеталардың себебі болды, мысалы, кантен (агар-агардың жапонша атауы).
Агар табағы
Агар табағы немесе Петри табағы агар мен басқа да қоректік заттардың қоспасын пайдалана отырып, микроорганизмдерді, соның ішінде бактериялар мен саңырауқұлақтарды өсіріп, микроскоппен бақылауға мүмкіндік беретін өсім ортасын қамтамасыз ету үшін қолданылады. Агар көптеген организмдер үшін қорытылмайды, сондықтан микробтық өсім қолданылған гельге әсер етпейді және ол тұрақты болып қалады. Агар әдетте сумен араластырылатын және өсіру ортасы ретінде пайдаланбастан бұрын желатинге ұқсас дайындалатын ұнтақ түрінде сатылады. Қоректік заттар микроорганизмнің тамақтану қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін қосылады, олардың формулалары нақты құрамы белгісіз болған кезде "белгіленбеген" немесе нақты химиялық құрамы белгілі болған кезде "белгіленген" болуы мүмкін. Агар көбінесе стерильді диспенсер арқылы таратылады. Әртүрлі балдырлар әртүрлі агар түрлерін шығарады. Әр агардың әртүрлі мақсатқа сай келетін ерекше қасиеттері бар. Агароза компоненті болғандықтан, агар қатаяды. Агароза қызған кезде еріп, содан кейін қайтадан қатып қалуы мүмкін. Осы қасиеттері үшін оларды "физикалық гельдер" деп атайды. Ал полиакриламидтің полимерленуі кері қайтарылмайтын процесс болып табылады, ал алынған өнімдер химиялық гельдер деп аталады. Әртүрлі микроорганизмдердің өсуін қолдайтын әртүрлі агар түрлері бар. Агар табағы кез келген микроорганизмдерді өсіруге мүмкіндік беретін қоректік орта болуы мүмкін; бактериялар үшін жиі қолданылатын агар – Luria Bertani (LB) агары, онда лизогендік бульон, бактериялардың өсуіне арналған қоректік заттарға бай орта бар. Сонымен қатар, 2216 теңіз бульоны (MB) агары, тұздың жоғары мөлшерімен, Vibrio тұқымдасына жататын гетеротрофты теңіз бактерияларын өсіруге оңтайландырылған, ал Terrific Broth (TB) агары E. coli бактериясының жоғары өнімділігін іріктеп алу үшін қолданылады. Жалпы алғанда, байытылған орта – бұл әртүрлі организмдердің өсуі үшін қажетті қажетті қоректік заттармен толықтырылған агар. Агар орталарының үлкен әртүрлілігіне қарамастан, ашытқы экстракты барлық сорттарда ортақ ингредиент болып табылады, өйткені ол барлық бактериялық жасуша түрлеріне азот көзі болып табылады. Басқа да талапкер организмдерге жылқы немесе қой қаны, сарысу, жұмыртқа сарысы және т.б. сияқты әртүрлі биологиялық сұйықтықтарды қосу қажет болуы мүмкін. Агар табақтары да іріктемелі болуы мүмкін және басқаларын тежеу кезінде қызығушылық тудыратын бактериялардың өсуін ынталандыру үшін пайдаланылуы мүмкін. Белгілі бір бактериялар үшін қолайлы ортаны немесе белгілі бір қасиеттері бар бактерияларды, бірақ басқалардың өсуіне қолайсыз жағдай жасау үшін әртүрлі химиялық заттар қосылуы мүмкін. Мысалы, антибиотиктер антибиотиктерге төзімді плазмидті бактерияларды іріктейтін клондау эксперименттерінде қосылуы мүмкін. Антибиотиктермен өңделген агардан басқа, басқа іріктемелі және индикаторлық агар табақтарына TCBS агары және MacConkey агары кіреді. Тиосульфат цитраты өт тұздары сахарозы (TCBS) агары Vibrio түрлерін сахароза метаболизміне байланысты ажырату үшін қолданылады, өйткені олардың тек кейбіреулері сахарозаны тақтада метаболизмге айналдырады және оның pH-ын өзгертеді. Гельге кіретін индикаторлық бояулар гельдің түсін жасылдан сарыға өзгертіп, pH-тың визуалды өзгеруін көрсетеді. MacConkey агары сұйық тұздар мен кристалл қызғылт түстің болуын қамтиды, олар грам-теріс бактерияларды іріктеп өсіреді және лактозаның метаболизмі қасиеттерін көрсететін pH индикаторлары бар бояғыштарды қолдана отырып, түрлерді ажыратады.
Қозғалыс сынақтары
Гель ретінде агар немесе агароза ортасы кеуекті, сондықтан микроорганизмдердің қозғалмалылығы мен жылдамдығын өлшеу үшін қолданылуы мүмкін. Гельдің кеуектілігі ортадағы агарозаның концентрациясына тікелей байланысты, сондықтан эксперименттік мақсаттарға қарай тиімді тұтқырлықтың әртүрлі деңгейлерін (жасушаның "көзімен қарағанда") таңдауға болады. Көбінесе қолданылатын анықтау әдісі – организмнің үлгісін қоректік агар блогының тереңіне егу. Жасушалар гель құрылымында өсуге тырысады. Қозғалмалы түрлер гель арқылы, болса да баяу, қозғалып, инфильтрация жылдамдығын байқауға болады, ал қозғалмайтын түрлер тек бастапқы үлгі енгізілген бос жол бойымен ғана өседі. Хемотаксис және химиокинезді өлшеу үшін тағы бір жиі қолданылатын тәсіл – агар астындағы жасушалардың қозғалуын зерттеу, онда жасуша популяциясы мен хемоаттрактанттың арасына агар гель қабаты орналастырылады. Гельге хемоаттрактанттың диффузиясынан концентрация градиенті пайда болғанда, қозғалу үшін әртүрлі деңгейде стимуляция қажет болатын әртүрлі жасуша популяцияларын микрофотография арқылы уақыт өте келе градиент бойымен гравитацияға қарсы жоғары қарай бұрқанатын қозғалыстарын бақылауға болады.
Өсімдіктер білімі
Ғылыми сападағы агар өсімдік биологиясында кеңінен қолданылады, себебі ол қажет болған жағдайда, Петри ыдысында стерильді жағдайларда тұқымдардың өніп шығуына мүмкіндік беретін қоректік және/немесе витаминдік қоспамен толықтырылады (егер тұқымдар да стерильденген болса). Арабидопсис талиана үшін қоректік және/немесе витаминдік қоспалар көптеген эксперименттік жағдайларда стандартты болып табылады. Мұрашиге және Скоуг (MS) қоректік қоспасы және, жалпы алғанда, Гамборгтың B5 витаминдік қоспасы қолданылады. 1,0% агар/0,44% MS+витамин dH2O ерітіндісі қалыпты өсу температуралары арасында өсіру ортасы үшін қолайлы. Кез келген өсу ортасында агар қолданғанда, агардың қатаюы pH-қа тәуелді екенін білу маңызды. Қатаюдың оңтайлы диапазоны 5,4-тен 5,7-ге дейін. Әдетте, pH-ты осы диапазонға жеткізу үшін калий гидроксидін қолдану қажет. Жалпы ереже бойынша, 250 мл өсу ортасына (GM) 600 мкл 0,1М KOH қолданылады. Бұл қоспаны автоклавтың сұйық циклы арқылы стерильдеуге болады. Бұл орта фитогормондардың белгілі бір концентрацияларын қолдануға ыңғайлы, арнайы өсу үлгілерін тудыруға мүмкіндік береді, яғни қажетті мөлшерде гормонды қамтитын ерітіндіні оңай дайындап, белгілі бір көлемдегі өсу ортасына қосып, стерильдеу және гормондарды еріту үшін қолданылған еріткішті булату үшін автоклавтауға болады. Бұл гормондық/GM ерітіндісін өскіндірілген және/немесе этиоланған көшеттермен себілген Петри ыдыстарының бетіне таратуға болады. Алайда, Physcomitrella patens мохымен жүргізілген тәжірибелер, агар немесе Gelrite таңдауының өсімдік жасушаларының фитогормонға сезімталдығына әсер ететінін көрсетті.