Введение к работе
Актуальность проблемы. В современном обществе растет внимание к проблемам здоровья и долголетия. Это определяет все возрастающий спрос на продукты морского происхождения, в число которых входят морские водоросли, а также лечебно-профилактические препараты на основе водорослей. Бурые водоросли являются богатым и возобновляемым сырьем для получения ценных биологически активных полисахаридов - фукоиданов, ламинаранов и альгиновых кислот. Содержание йода, макро- и микроэлементов, маннита и свободных аминокислот в бурых водорослях выше, чем в наземных растениях. Практически неисчерпаемым источником бурых водорослей являются прибрежные воды морей Дальнего Востока России. К сожалению, в России в настоящее время этот биологический ресурс используется очень ограниченно, а его химический состав изучен недостаточно.
Широкое применение полисахаридов бурых водорослей, как терапевтических агентов, сдерживается проблемами получения продуктов со стандартными характеристиками, поскольку содержание и структура полисахаридов меняются в зависимости от вида, стадии развития водоросли, места произрастания, а методы их выделения и фракционирования недостаточно эффективны. Изучение сезонных изменений состава и строения отдельных полисахаридов и низкомолекулярных веществ бурых водорослей имеет практическое значение для определения оптимальных сроков сбора водорослей с целью стандартизации препаратов как полисахаридов, так и низкомолекулярных веществ и создания способа их комплексной переработки.
Традиционно основное внимание уделялось исследованию химического состава бурой водоросли Laminaria japonica, в то время как данные о составе, структуре и сезонной динамике полисахаридов, а также биологически активных низкомолекулярных веществ, ряда других массовых видов дальневосточных бурых водорослей, прежде всего Costaria costata, Undaria pinnatifida, Fucus evanescens весьма ограниченны.
Цель работы. Целью данной диссертационной работы было установление закономерностей в изменении состава и структуры полисахаридов и низкомолекулярных метаболитов в зависимости от сезона сбора некоторых видов бурых водорослей, условий их выделения для получения продуктов со стандартными характеристиками, а также разработка способа комплексной переработки бурых водорослей для получения препаратов для медицины, косметологии, сельского хозяйства.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: 1) исследовать влияние сезонасбора на состав и структурные характеристики полисахаридов из С. costata и U. pinnatifida; 2) оценить биологическую активность фукоидана из С. costata; 3) исследовать влияние температурного режима экстракции на выход и фракционирование фукоиданов из С. costata и F. evanescens, имеющих различное строение полисахаридной цепи; 4) исследовать состав низкомолекулярных метаболитов С. costata, Laminaria cichorioides и F. evanescens и оценить биологическую активность водно-этанольных экстрактов из этих водорослей; 5) определить оптимальные условия
экстракции фукоидана из F. evanescens; 6) разработать схему комплексной переработки массовых видов бурых водорослей.
Научная новизна. Впервые установлены закономерности изменения состава и структуры полисахаридов бурых водорослей С. costata и U. pinnatiflda в зависимости от сезона и стадии жизненного цикла водоросли. Показано, что в июле в С. costata содержится больше ламинарана, фукоидана и альгинатов, чем в апреле-мае. Обнаружено, что максимальное количество фукоидана в С. costata и U. pinnatiflda содержится в период спороношения. Показано, что фертильные С. costata и U. pinnatiflda содержат более сульфатированный и менее гетерогенный по моносахаридному составу фукоидан, чем стерильные растения. Впервые определены структурные характеристики полисахаридов из С. costata. Показано, что ламинаран представляет собой 1,3;1,6-рЧ)-глюкан (1,3:1,6 как 5:1), а фукоидан является сульфатированный по С2 и С4 и частично ацетилированным галактофуканом. Определено, что фукоиданы в С. costata и F. evanescens представляют собой смесь различных структурных типов этих полисахаридов. Впервые показано, что фукоидан из С. costata, препятствует старению кожи под действием УФ облучения. Исследовано изменение состава низкомолекулярных веществ Laminaria cichorioides, С. costata в зависимости от сезона сбора. Впервые показана зависимость противоопухолевого действия водно-этанольных экстрактов из этих водорослей от сезона сбора. Впервые определены оптимальные условия экстракции фукоидана из F. evanescens. На основе этих исследований предложен универсальный способ комплексной переработки бурых водорослей и создана технология получения БАД на основе фукоиданов.
Практическая ценность работы. Установлены периоды сбора водорослей С. costata и U. pinnatiflda для выделения полисахаридов со стандартными характеристиками. Показана перспективность использования фукоидана из С. costata в качестве протектора кожи от действия УФ облучения и как противовирусного препарата при заражении ВКЭ. Показана перспективность использования экстракта F. evanescens для разработки противоопухолевых препаратов, а экстракта L. japonica в качестве стимулятора роста сои. Определены оптимальные условия выделения и очистки фукоидана из бурой водоросли F. evanescens. Разработан способ комплексной переработки бурых водорослей, который защищен патентом РФ № 2240816 и международным патентом № WO2005/014657. Этот способ положен в основу технологии получения первых российских БАД к пище на основе фукоидана - «Фуколам-С» (свидетельство о гос. per. № 77.99.23.3.У. 1549.3.07) и «Фуколам» (свидетельство о гос. per. № 77.99.23.3.У.739.1.06) и водно-спировых экстрактов бурых водорослей для использования в косметике - «Фуколам-Э. Экстракт бурой водоросли жидкий» (сан.-эпид. заключение № 25.ПЦ.01.744.Т.000842.07.07).
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 2-ой Международной конференции «Морские и прибрежные экосистемы: водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки», Архангельск, 2005; на региональной научной конференции «Исследования в области физико-химической технологии и биотехнологии», Владивосток, 2006; на 3-ей Международной конференции «Морские и
прибрежные экосистемы: водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки», Владивосток, 2008; на объединенном иммунологическом форуме, Санкт-Петербург, 2008; на Симпозиуме «Результаты фундаментальных и прикладных исследований для создания новых лекарственных средств», Москва, 2008; на Международной конференции «Актуальные проблемы химии природных соединений», Ташкент, 2009.
Публикация результатов исследования. Основные результаты исследования опубликованы в 6 статьях, 3 патентах РФ, 1 международном патенте, 5 тезисах докладов.
Структура диссертации. Диссертация изложена на 119 стр., содержит 24 таблицы и 18 рисунков, состоит из введения, литературного обзора, раздела, посвященного обсуждению результатов, экспериментальной части, выводов, списка цитируемой литературы, который включает 305 работ, в том числе 228 иностранных источника, и приложения, где приведены свидетельства о гос. регистрации БАД. В ведении приводится обоснование актуальности исследования, сформулированы его цели и задачи. Литературный обзор посвящен изучению химического состава бурых водорослей, а также существующим способам выделения и очистки полисахаридов бурых водорослей и их комплексной переработке. Более подробно рассмотрены сульфатированные полисахариды - фукоиданы, их структурное разнообразие и проявляемая ими биологическая активность.
Автор выражает искреннюю благодарность своему руководителю д.х.н. Звягинцевой Т.Н. Автор благодарит к.х.н. Шевченко Н.М., к.х.н. Назаренко Е.Л. за консультации и помощь в работе, сотрудников контрольно-аналитической лаборатории, к.х.н. Исакова В.В. за получение ЯМР спектров, к.ф.-м.н. Глазунова В.П. за получение ИК спектров.
Сокращения и условные обозначения. ВКЭ - вирус клещевого энцефалита, САК -свободные аминокислоты, ЛВ - липофильные вещества, PL - полярные лшгады, W+HC -воска и углеводороды, ЖК - жирные кислоты, ПНЖК - полиненасыщенные ЖК, UVB -ультрафиолетовое излучение с Х=280-320нм, ММР-1 - матричная металлозависимая пептидаза 1, Fma^l. и Fxcn. — критерий Фишера, FLM - водорастворимые полисахариды, F -фукоидан, L - ламинаран, М - маннуронан, А - альгинат натрия.
