Биологически активные вещества потенциально промысловых бурых водорослей Дальневосточного региона

РезюмеОпределено содержание биологически активных веществ различных классов в потенциально промысловых бурых водорослях Дальневосточного региона костария ребристая (Costaria costata) и ундария перистонадрезная (Undaria pinnatifida). Установлено, что бурые водоросли C. costata и U. pinnatifida имеют более низкое содержание альгиновой кислоты, чем Laminaria japonica (24,5-27,2 против 38,1%), но достаточно высокое для того, чтобы считать их потенциальными источниками для промышленного производства альгиновой кислоты и альгинатов. Содержание фукозосодержащих полисахаридов в U. pinnatifida (4,89±0,22%) в 8 раз превышает содержание таковых в C. costata, что говорит о более высокой перспективности получения фукоидана именно из U. pinnatifida. Бурые водоросли характеризуются высоким содержанием маннита, причем содержание в C. costata (12,10±0,48%) сопоставимо с содержанием в L. japonica. При изучении минерального состава исследуемых водорослей установлено, что преобладающим макроэлементом является калий (1,72-2,44% от сухого вещества). В составе C. costata и U. pinnatifida установлено содержание 16 микроэлементов, из которых 10 являются эссенциальными, 2 - микроэлементами с неопределенной функцией, 4 - токсичными. Полученные результаты демонстрируют, что для водорослей доминирующими микроэлементами являются железо и марганец, содержание которых в C. costata (0,525±0,024 и 0,084±0,004% от сухого вещества) превышает таковое в U. pinnatifida соответственно на 21 и 42%, а также хром, содержание которого, наоборот, на 28% выше в U. pinnatifida (0,041±0,002% от сухого вещества). Содержание никеля (5-7 мг% от сухого вещества), кобальта (1-2 мг% от сухого вещества), цинка (8-9 мг% от сухого вещества), титана (2 мг% от сухого вещества) и селена (3-5 мг% от сухого вещества) в исследуемых водорослях различается несущественно. Содержание меди в C. costata (12±0,5 мг% от сухого вещества) в 2 раза выше по сравнению с U. pinnatifida, а содержание алюминия в U. pinnatifida (7±0,3 мг% от сухого вещества) превышает таковое в C. costata в 5,5 раза. Йод является наиболее важным минеральным элементом для организма человека, содержащимся в бурых водорослях. В исследованных бурых водорослях определено достаточно высокое содержание йода, причем содержание в U. pinnatifida (0,351±0,016 % от сухого вещества) превышает таковое в C. costata (0,280±0,013% от сухого вещества) на 25%. Содержание токсичных элементов (кадмия, ртути, свинца и мышьяка) в водорослях C. costata и U. pinnatifida не превышает значения нормативных требований к санитарно-химическим показателям для водорослей. Содержание витамина С в C. costata на 26% выше, чем U. pinnatifida (18,30±0,87 против 14,58±0,65 мг/% от сухого вещества). Пигментный комплекс в основном представлен хлорофиллом и каротиноидами, в которых значительную долю занимает ксантофилл. Содержание хлорофилла в C. costata (277±13 мг/% от сухого вещества) превышает таковое в U. pinnatifida (204±9 мг/% от сухого вещества) на 35,8%. Содержание каротиноидов различается в исследованных водорослях на 25%, с превышением в C. costata (0,30±0,01 мг/% от сухого вещества). Таким образом, C. costata и U. pinnatifida являются перспективными видами бурых водорослей для пищевой и фармацевтической промышленности.

Ключевые слова:потенциально промысловые бурые водоросли, биологически активные вещества, фукоидан, маннит, альгиновая кислота, макро- и микроэлементы, пигменты, каротиноиды

Вопр. питания. 2016. № 3. С. 126-133.

Мировой океан богат биологическими ресурсами (моллюски, иглокожие, сцифоидные, водоросли), которые издавна и активно используются человеком в различных целях - традиционно в пищу, а также как источники биологически активных веществ в химико-фармацевтической и пищевой промышленности.

Растительные ресурсы морского генеза (водоросли и травы) являются важными источниками биологически активных веществ различных классов. На Дальнем Востоке в морской среде эти растения распространены повсеместно. Они имеют огромное значение в хозяйственной деятельности региона, однако возможности практического использования водорослей еще далеко не исчерпаны [1-3].

Известно, что водоросли богаты биологически активными веществами, имеющими широкий спектр медико-биологического действия. Вопросам изучения водорослей уделяется большое внимание в связи с уже доказанной медико-биологической активностью, проявляемой их экстрактами. Установлено, что они обладают противомикробным [4], противоопухолевым [5] и противовирусным [6] действием. Экстракты из водорослей являются основой биологически активных добавок, используемых как иммуностимуляторы [7], корректоры деятельности щитовидной железы [8], онкопротекторы [9]. Однако подробно изучается только малая часть водорослей, являющихся промысловыми и традиционно использующихся человеком в пищевых технологиях.

Основными водорослями, использующимися в промышленных масштабах в России, являются бурые водоросли семейства Laminaria и Fucales. Моря Дальнего Востока отличаются богатейшими запасами бурых водорослей, которые оцениваются в 14-16 млн т [3]. Ламинарии представляют собой крупные растения, достигающие в длину 6 м, которые растут в сублиторальной зоне на каменистом, скалистом, ракушечном или илистом грунтах [10].

В бухтах Японского моря отмечается большой запас биомассы потенциально промысловых съедобных бурых водорослей костария ребристая (Costaria costata) и ундария перистонадрезная (Undaria pinnatifida) с уникальным полисахаридным составом, отличающим их от других макрофитов этого отдела. Естественный ареал находится в пределах холодных вод близ России, Китая, Кореи и Японии. В странах Азии данные виды водорослей издавна активно используются в пищу. Undaria pinnatifida (по-японски "вакаме") искусственно выращивается в основном в Японии, где она является одним из важнейших пищевых продуктов. Costaria costata также активно используется в пищу в Китае и Японии. В России в последнее время начаты исследования по разработке технологий пищевого применения данных водорослей, но они в основном касаются традиционной пищевой продукции, в частности салатов.

Недостаточная изученность химического состава непромысловых и условно-промысловых видов водорослей ограничивает их практическое использование в качестве пищевого и фармацевтического сырья, хотя определенные исследования в этом направлении проводятся активно [11-13]. Комплексное изучение содержания биологически активных веществ в потенциально промысловых съедобных бурых водорослях Дальневосточного региона C. costata и U. pinnatifida не проводилось.

Целью работы было исследование содержания биологически активных веществ в потенциально промысловых съедобных бурых водорослях Дальневосточного региона C. costata и U. pinnatifida с целью оценки перспективности их использования в пищевой и химикофармацевтической промышленности.

Материал и методы

Объектами исследования служили свежие талломы потенциально промысловых бурых водорослей порядка Laminariales C. costata и U. pinnatifida, изъятые в мае 2012-2013 гг. в бухтах Находка и Рифовая Японского моря Приморского края. Объем проб - не менее 5 кг, средние пробы составлены квартованием.

Содержание воды и общей золы определяли стандартными методами согласно [14]. Определение общей суммы липидов проводили после полного извлечения липидных фракций экстрагентами различной полярности с последующим определением суммарной фракции гравиметрическим методом. Общее содержание азотсодержащих веществ определяли по методу Кьельдаля на приборе “Kjeltec auto” 10 SO Analyzer (“Tecator”, Япония) [15].

Содержание альгиновой кислоты определяли титриметрическим методом согласно [14]. Содержание маннита определяли спектрофотометрически на спектрофотометре сканирующем “UV-1800” (“Shimadzu”, Япония) [14]. Количество фукозы в водорослях определяли спектрофотометрически по цветной реакции фукозы с L-цистеином и серной кислотой. Для определения фукоидана в биомассе водоросли содержание фукозы умножали на 2, исходя из условного среднего содержания фукозы в фукоидане, равного 50% [16].

Содержание йода определяли колориметрическим методом после сжигания [14].

Исследование качественного и количественного элементного состава проводили методом атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС), используя спектрофотометр “АА-7000” (“Shimadzu”, Япония) с графитовой кюветой и корректором фона дейтериевой лампы, в средней пробе из 5 экземпляров, предварительно высушенных при 80 оС, после минерализации азотной кислотой [17]. Применяли стандартные растворы элементов, прошедших государственную поверку и включенных в реестр.

Оценку санитарно-химических показателей безопасности (содержание тяжелых металлов: ртути, кадмия, свинца и мышьяка) проводили методом ААС. Для определения содержания ртути беспламенным атомноадсорбционным методом использовали анализатор ртути “Hg-1” (“Hiranuma”, Япония) [18]. Для подготовки проб проводили минерализацию смесью азотной и серной кислот и перманганатом калия. Содержание кадмия, мышьяка и свинца определяли на атомно-абсорбционном спектрофотометре “АА-7000” (“Shimadzu”, Япония) [17, 19]. Пределы обнаружения: ртуть - 0,01 мг/кг, свинец - 0,01 мг/кг, кадмий - 0,01 мг/кг, мышьяк - 0,01 мг/кг.

Пигментный комплекс выделяли 100% ацетоном. Количественное содержание хлорофиллов и каротиноидов определяли спектрофотометрически на сканирующем спектрофотометре “UV-1800” (“Shimadzu”, Япония) в ацетоновой вытяжке при длинах волн 662, 644 нм (хлорофиллы) и 450 нм (каротиноиды) [20].

Содержание витамина С определяли титриметрическим методом [21]. Все исследования проводили в 3-кратной повторности. Экспериментальные данные представлены в виде М±m. Статистическую обработку проводили с использованием пакетов прикладных статистических программ Excel, Statistica 7.0. Достоверность различий оценивали по критерию Стьюдента при 95% уровне значимости.

Результаты и обсуждение

Результаты исследования химического состава потенциально промысловых бурых водорослей C. costata и U. pinnatifida отражены в табл. 1.

Приведенные в табл. 1 данные демонстрируют, что основным компонентом клеток водорослей является вода. Сухие вещества исследуемых водорослей C. costata и U. pinnatifida представлены органическими (71,3-75,5% от сухого вещества) и минеральными (22,3-27,8% от сухого вещества) составляющими. Органические компоненты (на сухое вещество) состоят из углеводов (81,36-86,41%), азотсодержащих веществ (9,71-13,56%), липидов (0,49-1,36%). Основными органическими веществами всех водорослей являются углеводы, и исследуемые C. сostata и U. рinnatifida не являются исключением, причем содержание данных веществ в U. рinnatifida незначительно больше, чем в C. сostata (на 7,9%). Содержание азотистых веществ в бурых водорослях колеблется в широких пределах [3]. Содержание азота в U. pinnatifida превышает таковое в C. costata на 60%.

И хотя пищевая ценность белков бурых водорослей невысока, они могут проявлять физиологическую активность за счет содержания в них моно- и дийодоаминокислот (моно- и дийодтирозина). Содержание липидов в исследуемых водорослях невелико, но необходимо отметить превышение их содержания в C. сostata в 3 раза по сравнению с U. рinnatifida.

Исследуемые водоросли характеризуются достаточно высоким содержанием минеральных веществ, причем содержание в C. costata выше, чем в U. pinnatifida. Результаты исследования содержания некоторых органических биологически активных веществ представлены в табл. 2.

Водоросли C. costata и U. pinnatifida имеют более низкое содержание альгиновой кислоты (см. табл. 2) по сравнению с Laminaria japonica (38,1%), но достаточно высокое для того, чтобы считать их перспективными потенциальными источниками для промышленного производства альгиновой кислоты и альгинатов.

C. costata характеризуется более высоким относительно U. pinnatifida содержанием альгиновой кислоты, которое существенно зависит от таксономического положения водорослей [22].

Фукоидан, являясь наиболее ценным полисахаридом водорослей, определяет перспективность применения тех или иных видов водорослей в медицине и фармакологии, и поиску его новых источников уделяется значительное внимание. Считается, что наибольшее количество этого полисахарида содержат представители фукусовых водорослей (до 20,4%) [13, 23]. Ламинариевые водоросли тоже содержат фукоидан, но в меньших количествах, чем фукусовые. Анализ содержания фукозосодержащих полисахаридов в водорослях C. costata и U. pinnatifida позволил сделать вывод, что между ними имеются существенные отличия. Содержание фукозосодержащих полисахаридов в U. pinnatifida в 8 раз превышает содержание таковых в C. costata, что говорит о более высокой перспективности промышленного получения фукоидана именно из U. pinnatifida.

Еще одним органическим веществом водорослей, находящим разнообразное применение в фармацевтической и пищевой промышленности, является шестиатомный спирт D-маннит. Содержание его варьирует в зависимости от вида водоросли, района произрастания и сезона сбора. Наиболее высокое содержание маннита характерно для представителей рода Laminaria [3].

Полученные нами данные подтверждают, что C. costata и U. pinnatifida характеризуются высоким содержанием маннита, причем содержание в C. costata сопоставимо с содержанием в L. japonica (12,10 против 17,2%). Это позволяет говорить о перспективности использования водоросли C. costata для промышленного получения маннита.

Известно, что минеральный состав водорослей чрезвычайно разнообразен, так как эти макрофиты содержат почти все элементы, присутствующие в морской воде. Водоросли обладают избирательной кумулятивной способностью, в результате чего в их талломах накапливается комплекс макро- и микроэлементов, причем концентрация некоторых из них в талломах в десятки (кальций), сотни (бром, хром) и тысячи (йод, цинк, барий) раз превышает их содержание в морской воде [2].

Результаты исследования макро- и микроминерального состава талломов бурых водорослей C. costata и U. pinnatifida представлены в табл. 3, 4.

Преобладающим макроэлементом является калий, причем содержание его в U. pinnatifida превышает таковое в C. costata на 38% (табл. 3). Также U. pinnatifida характеризуется по сравнению с C. costata бол_ ьшим содержанием кальция (в 2,3 раза) и магния (в 1,2 раза).

Максимальное содержание натрия определено для водоросли C. costata. Результаты определения содержания микроэлементов в талломах бурых водорослей C. costata и U. pinnatifida отражены в табл. 4.

В составе C. costata и U. pinnatifida установлено содержание 16 микроэлементов, из которых 10 являются эссенциальными, 2 - микроэлементами с неопределенной функцией, 4 - токсичными. Полученные результаты демонстрируют, что для исследуемых водорослей доминирующими металлами-микроэлементами являются железо, марганец и хром. Содержание железа и марганца максимально в C. costata и превышает таковое в U. pinnatifida соответственно на 21 и 42%, а содержание хрома, наоборот, на 28% выше в U. pinnatifida. Содержание никеля, кобальта, цинка, титана и селена в исследуемых водорослях различается несущественно. Содержание меди в C. costata в 2 раза более высокое, а содержание алюминия в U. pinnatifida превышает таковое в C. costata в 5,5 раз. Йод является наиболее важным минеральным элементом для организма человека, содержащимся в бурых водорослях. В исследованных бурых водорослях определено достаточно высокое содержание йода, причем содержание в U. pinnatifida превышает таковое в C. costata на 25%.

Содержание токсичных металлов в талломах исследуемых водорослей составило (мг/кг сырой массы) для свинца - следы, мышьяка - 0,02-0,03, кадмия - 0,01-0,02, ртути - следы. По требованиям [24] водоросли должны содержать не более (мг/кг): свинца - 0,5; мышьяка - 0,5; кадмия - 0,1; ртути - 0,15. Полученные данные демонстрируют, что водоросли C. costata и U. pinnatifida содержат тяжелые металлы в количестве, не превышающем нормативные требования к санитарно-химическим показателям для водорослей.

Пигменты и витамины водорослей, обладающие доказанной биологической активностью, являются немаловажными компонентами. Результаты исследования содержания витамина С и пигментов в водорослях представлены в табл. 5.

Содержание витамина С в C. costata на 26% выше, чем U. pinnatifida. Пигментный комплекс в основном представлен хлорофиллом и каротиноидами, в которых значительную долю занимает ксантофилл. Содержание хлорофилла в C. costata превышает таковое в U. pinnatifida на 35,8%. Хлорофилл обладает различной биологической активностью: участвует в синтезе клеток крови, способствует восстановлению тканей, противодействует радиационному поражению, активирует действие ферментов, участвующих в синтезе витаминов Е, А и К и др. [25]. Доказано, что биологически активные вещества водорослей влияют на кишечную микрофлору и показатели врожденного иммунитета при экспериментальном лекарственном дисбактериозе кишечника [26]. Содержание каротиноидов различается в исследованных водорослях на 25%, с превышением в C. costata. Содержание ксантофилла минимальное в U. pinnatifida, разница с C. costata составляет 20%.

Таким образом, в результате проведенного исследования химического и минерального состава, а также содержания биологически активных веществ в потенциально промысловых съедобных бурых водорослях Дальневосточного региона C. costata и U. pinnatifida показано, что они являются перспективными видами для применения в пищевой и фармацевтической промышленности.

Работа поддержана Российским научным фондом (№ проекта 14-50-00034).

Литература

1. Аминина Н.М., Вишневская Т.И., Гурулёва О.Н., Ковековдова Л.Т. Состав и возможности использования бурых водорослей дальневосточных морей // Вестн. ДВО РАН. 2007. № 6. С. 123-130.

2. Матишов Г.Г. Промысловые и перспективные для использования водоросли и беспозвоночные Баренцева и Белого морей. Апатиты : КНЦ РАН, 1998. 628 с.

3. Суховеева М.В., Подкорытова А.В. Промысловые водоросли и травы морей Дальнего Востока: биология, распространение, запасы, технология переработки. Владивосток : ТИНРО-центр, 2006. 243 с.

4. Engel S., Puglisi M.P., Jensen P.R., Fenical W. Antimicrobial activities of extracts from tropical Atlantic marine plants against marine pathogens and saprophytes // Mar. Biol. 2006. Vol. 149, N 5. P. 991-1002.

5. Deslandes E., Pondaven P., Auperin T., Roussakis C. et al. Preliminary study of the in vitroantiproliferative effect of a hydroethanolic extract from the subtropical seaweed Turbinaria ornate on a human non-small-cell bronchopulmonary carcinoma line (NSCLC-N6) // J. Appl. Phycol. 2000. Vol. 12, N. 3-5. P. 257-262.

6. Hudson J.B., Kim J.H., Lee M.K., DeWreede R.E. et al. Antiviral compounds in extracts of Korean seaweeds: evidence for multiple activities // J. Appl. Phycol. 1999. Vol. 10, N 5. P. 427-434.

7. Алексеенко Т.В., Жанаева С.Я., Венедиктова А.А. и др. Противоопухолевая и антиметастатическая активность сульфатированного полисахарида фукоидана, выделенного из бурой водоросли Охотского моря Fucus evanescens // Бюл. экспер. биол. 2007. Т. 143, № 6. С. 675-677.

8. Stirk W.A., Reinecke D.L., Staden J. van. Seasonal variation in antifungal, antibacterial and acetylcholinesterase activity in seven South African seaweeds // J. Appl. Phycol. 2007. Vol. 19, N 3. P. 271-276.

9. Kamenarska Z., Stefanov K., Dimitrova-Konaklieva S., Najdenski H. et al. Chemical composition and biological activity of the brackishwater green alga Cladophora rivularis (L.) Hoek // Botanica Mar. 2004. Vol. 47, N 3. P. 215-221.

10. Возжинская В.Б. Донные макрофиты Белого моря. М. : Наука. 1986. 191 с.

11. Имбс Т.И., Красовская Н.П., Ермакова С.П., Макарьева Т.Н., Шевченко Н.М., Звягинцева Т.Н. Сравнительное исследование химического состава и противоопухолевой активности водно-этанольных экстрактов бурых водорослей Laminaria cichorioides, Costaria costata и Fucus evanescens // Биология моря. 2009. Т. 35, № 2. С. 140-146.

12. Клиндух М.П., Облучинская Е.Д. Сравнительное исследование химического состава бурых водорослей Fucus vesiculosus и Ascophyllum nodosum // Вестн. МГТУ. 2013. Т. 16, № 3. С. 466-471.

13. Tabakaeva O.V., Semiletova E.V. Phytochemical compositions of potentially commercial far-east brown algae // Chem. Nat. Compounds. 2015. Vol. 51, N 4. P. 611-614.

14. ГОСТ 26185-04. Водоросли морские, травы морские и продукты их переработки. Методы анализа. М. : Стандартинформ. 2010. 36 с.

15. Сиренко Л.А., Сакевич А.И., Осипов Л.Ф. Методы физиологобиохимического исследования водорослей в гидробиологической практике. Киев : Наукова думка, 1975. 247 с.

16. Усов А.И., Смирнова Г.П., Клочкова Н.Г. Полисахаридный состав некоторых бурых водорослей Камчатки // Биоорган. химия, 2001. Т. 27, № 6. С. 444-448.

17. ГОСТ 30178-96. Сырье и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов. М. : Стандартинформ. 2010. 10 с.

18. ГОСТ 26927 - 86. Сырье и продукты пищевые. Методы определения ртути. М. : Стандартинформ. 2010. 14 с.

19. ГОСТ 26929-94 Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсичных элементов. М. : Стандартинформ. 2010. 12 с.

20. Сапожников Д.И. Пигменты пластид зеленых растений и методика их исследования, М.; Л. : Наука, 1964. 120 с.

21. Рогожин В.В., Т.В. Рогожина Практикум по физиологии и биохимии растений. М. : ГИОРД, 2013. 352 с.

22. Облучинская Е.Д., Воскобойников Г.М., Галынкин В.А. Содержание альгиновой кислоты и фукоидана в фукусовых водорослях Баренцева моря // Приклад. биохим. 2002. Т. 38, № 2. С. 213-216.

23. Репина О.И. Фукоиды Белого моря: химический состав и перспективы использования. Морские прибрежные экосистемы: водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки // Материалы II научно-практической конференции. М. : ВНИРО, 2005. С. 216-219.

24. СанПиН 2.3.2.2401-08 Дополнения и изменения № 10 к санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам СанПиН 2.3.2.1078-01 "Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов". URL: http://03.rospotrebnadzor.ru/documents/ob-utverzhdenii-sanpin-2-3-2-240108-id-1868/

25. Cooke M.S., Evans M.D., Mistry N., Lunce J. Role of dietary antioxidants in the prevention of in vivo oxidative DNA damage // Nutr. Res. Rev. 2002. Vol. 15, N 1. Р. 19-41.

26. Кузнецова Т.А., Макаренкова И.Д., Аминина Н.М., Якуш Е..В. Влияние пробиотического продукта, содержащего бифидобактерии и биогель из бурых водорослей, на кишечную микрофлору и показатели врожденного иммунитете у мышей с экспериментальным лекарственным дисбактериозом кишечника // Вопр. питания. 2015. Т. 84, № 1. С. 73-79.

Материалы данного сайта распространяются на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License («Атрибуция - Всемирная»)

SCImago Journal & Country Rank
Scopus CiteScore
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
Тутельян Виктор Александрович
Академик РАН, доктор медицинских наук, профессор, научный руководитель ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии»

Журналы «ГЭОТАР-Медиа»