Сравнительное исследование химического состава бурых водорослей Fucus vesiculosus и Ascophyllum nodosum

Бурые водоросли являются природным источником различных биологически активных веществ (БАВ) и содержат углеводы (полисахариды, маннит), азотосодержащие вещества, липиды, пигменты, полифенолы и другие вещества. Качественный и количественный биохимический состав макрофитов зависит от многих факторов, в частности, и от условий их местообитания.

Фукус пузырчатый (Fucus vesiculosus L.) – широко распространенный вид фукусовых водорослей. Он произрастает в Баренцевом, Белом, Балтийском морях, обладает высокой способностью адаптироваться к самому широкому диапазону условий окружающей среды (Шошина, 1998). Обитает в приливно-отливной зоне, доступен для заготовки в любое время года (на побережье Баренцева моря). По фитохимическому составу, в том числе по содержанию полисахаридов, не уступает традиционным видам водорослевого сырья.

Наряду с фукусом пузырчатым широко распространен и аскофиллум узловатый ( Ascophyllum nodosum (L.) Le Jolis). В некоторых регионах этот вид водорослей считается наиболее экономически ценным за счет более высокого содержания альгинатов по сравнению с видами рода Fucus, например, в странах Северной Атлантики (Норвегия, Исландия, Ирландия и др.).

Сравнительные биохимические характеристики водорослей одного и того же вида, собранные в одно и то же время, но произрастающие в Баренцевом, Белом и Балтийском морях, в литературе не представлены. Большинство исследований в данной области посвящено сравнению разных видов водорослей из географически близких районов, отличающиеся одним или двумя факторами (соленость, интенсивность движения воды) ( Клочкова, Березовская , 1997; Усов и др. , 2001; Репина , 2005;

Облучинская , 2008). Изучение водорослей, произрастающих в трех различных морях России, позволит выявить различия в биохимическом составе, связанные с климато-географическими особенностями районов сбора, а также позволит определить наиболее перспективное сырье для получения конкретных групп БАВ. Состав и содержание БАВ являются важной характеристикой при использовании этих водорослей как в качестве пищевого сырья, так и при производстве лечебно-профилактических препаратов.

Цель данного сравнительного исследования – определить содержание полисахаридов, маннита, полифенолов, белка и некоторых свободных аминокислот в F. vesiculosus и A. nodosum , собранных в

Белом, Балтийском и Баренцевом морях, и выявить среди них наиболее ценные бурые водоросли по содержанию данных веществ.

• 2.    Материалы и методы

  Материал для исследования был собран в летний период 2010-2011 гг. в Баренцевом, Белом и Балтийском морях (рис.). Более подробные характеристики мест сбора проб представлены в табл. 1.

Объектом исследования послужили бурые водоросли видов Fucus vesiculosus и Ascophyllum nodosum .

Рис. Места сбора проб

Таблица 1. Некоторые абиотические характеристики мест сбора водорослей

Вид водоросли	Место сбора	Тип берега	Солёность, ‰	ИДВ*
F. vesiculosus A. nodosum	Район мыса Картеш г. Чупа (Белое море)	Открытый берег	21,0-22,0	Высокая
F. vesiculosus A. nodosum	мыс Пробный г. Дальнезеленецкая (Баренцево море)	Слабо защищённый	31,5-34,0	Средняя
F. vesiculosus	Район о. Родшер Финский залив (Балтийское море)	Открытый берег	7,0-12,0	Низкая

* ИДВ – интенсивность движения водных масс.

Содержание маннита в бурых водорослях определяли методом обратного титрования ( Cameron et al. , 1948). Белок в водорослях определяли по модифицированному методу Лоури для бурых водорослей ( Промысловые и перспективные… , 1998).

Для определения содержания свободных аминокислот использовали метод восходящего хроматографического разделения аминокислот на бумаге ( Методы физиолого-биохимического исследования… , 1975; Методика количественной… , 1962).

Содержание свободного пролина, в отличие от остальных несвязанных аминокислот, определяли по методу Байтса ( Bates et al. , 1973). Альгиновую кислоту и фукоидан – по методу Усова и др. (2002).

Общее содержание фенолов определяли по реакции Фолина-Чокальтеу в модификации Van Alsten (1995).

Определение абсолютно сухой массы образцов проводилось согласно общепринятой методике ( Водоросли… , 2004).

Все полученные данные были обработаны в программе Microsoft Excel с использованием математических и статистических формул ( Ивантер, Коросов , 2003).

• 3.    Результаты и обсуждение

  Из азотсодержащих веществ в водорослях содержатся главным образом белки и свободные аминокислоты. Содержание белков в бурых водорослях невысокое и зависит от условий обитания, стадии развития водоросли, возраста таллома, концентрации биогенов в воде, сезона года и других факторов ( Камнев , 1989). В среднем водоросли содержат от 5 до 15 % белка. Согласно нашим данным, у бурой водоросли F. vesiculosus , произрастающей в Баренцевом море, весной содержание белка выше, чем осенью ( Клиндух , 2010).

Состав и содержание свободных аминокислот во многом зависят от вида водоросли, условий произрастания, сезона сбора растений. В водорослях, обитающих на Камчатском побережье, содержится 15-20 индивидуальных аминокислот, среди которых аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота и аланин находятся в наибольшем количестве ( Клочкова, Березовская , 1997). У фукусовых водорослей Белого моря в составе обнаружено 18 аминокислот, из них 7 незаменимых, а сезонные изменения количества аминокислот повторяют динамику накопления белка ( Репина , 2005). В литературе имеются данные о зависимости состава аминокислот от солёности у некоторых видов бурых водорослей, обитающих в губах Западного и Восточного Мурмана ( Злобин , 1976). Согласно проведённым нами ранее работам в F. vesiculosus б. Белокаменная Баренцева моря, собранного весной, содержится больше свободных аминокислот, чем в этой же водоросли в остальные сезоны года. Также в апикальной части фукуса пузырчатого содержится больше свободных аминокислот, в том числе и незаменимых, чем в остальной части таллома ( Клиндух , 2012).

В состав бурых водорослей также входит шестиатомный спирт маннит, являющийся одним из первичных продуктов фотосинтеза, он выполняет функцию запасного вещества и участвует в процессах синтеза полисахаридов ( Барашков , 1972). Его содержание зависит от вида водоросли, сезона сбора, условий произрастания и даже части слоевища, из которого он извлекается. Колебания в содержании маннита могут составлять от 1 до 30 % в зависимости от сезона сбора ( Промысловые и перспективные… , 1998).

Ранее было показано ( Облучинская и др. , 2002), что фукус пузырчатый с побережья Баренцева моря характеризуется высоким содержанием фукоидана в течение всего года, наибольшим количеством альгиновой кислоты в летне-осенний период и является самым перспективным сырьем для получения полисахаридов среди фукоидов Баренцева моря. В ходе дальнейших исследований было установлено, что содержание полисахаридов у фукуса пузырчатого непостоянно при сборе проб в разных местах произрастания: наибольшие значения для фукоидана и альгината найдены в случае наименьшей солености и интенсивности движения воды ( Облучинская , 2011).

Бурые водоросли накапливают большое количество полифенольных соединений, главным образом, флороглюцина (1,3,5-тригидроксибензола) и его полимеров – флоротаннинов ( Van Alsten , 1995). Полифенолы водорослей обладают антиоксидантной активностью ( Kang et al. , 2003). Содержание полифенолов водорослей Баренцева, Белого и Балтийского морей остается малоизученным.

В результате исследования биохимического состава водорослей были получены данные, представленные в табл. 2 и 3.

Как видно из данных, представленных в табл. 2, содержание маннита в исследуемых бурых водорослях составляет 4-12 %. При этом наибольшее содержание маннита обнаружено в F. vesiculosus , собранном в Белом и Баренцевом морях, а наименьшее – в F. vesiculosus из Балтийского моря. Водоросли вида A. nodosum содержат в 1,4-1,5 раза меньше маннита, чем водоросли вида F. vesiculosus . Несмотря на разные условия произрастания F. vesiculosus из Белого и Баренцева морей содержит одинаковое количество маннита. Такая же особенность в содержании маннита наблюдается и для водорослей вида A. nodosum из Белого и Баренцева морей.

Таблица 2. Химический состав бурых водорослей, % от абсолютно сухой массы

ч 5 о m g о са	cd О О О	н к к к		§ к 5 $ о § ° S § ° S	3 g g	е
3	Белое море	12,1 ± 0,6	2,6 ± 0,37	10,4 ± 1,5	18,5 ± 1,7	15,2 ± 1,4	18,4 ± 2,0
	Балтийское море	4,0 ± 0,3	0,1 ± 0,02	1,8 ± 0,3	17,2 ± 1,3	20,6± 2,5	15,9 ± 1,2
	Баренцево море	12,1 ± 0,1	1,5 ± 0,2	5,2 ± 0,7	14,5 ± 1,9	14,7 ± 1,8	15,4 ± 0,9
£ ■§ к	Белое море	8,4 ± 1,1	1,2 ± 0,2	7,1 ± 1,1	17,7 ± 1,0	11,7 ± 0,8	14,6 ± 1,7
	Баренцево море	8,0 ± 0,6	0,8 ± 0,1	6,8 ± 1,0	11,2 ± 1,7	10,3 ± 0,9	14,8 ± 1,0

* Сумма свободных аминокислот указана в мг/г абсолютно сухой массы водорослей.

Содержание белка в зависимости от места сбора составило от 0,11 до 2,63 % в водорослях вида F. vesiculosus и от 0,83 до 1,17 % в водорослях вида A. nodosum . Наибольшее содержание белка определено в F. vesiculosus из Белого моря, а наименьшее – в F. vesiculosus из Балтийского моря. Водоросли вида F. vesiculosus , собранные в тех же местах произрастания, содержат в 1,8-2,3 раза больше белка, чем водоросли вида A. nodosum . При этом бурые водоросли, обитающие в Белом море, содержат в 1,4-1,8 раза больше белка, чем соответствующие виды, собранные в Баренцевом море.

Высокое содержание альгиновой кислоты обнаружено в водорослях вида F. vesiculosus из Белого и Балтийского морей и водорослях вида A. nodosum из Белого моря. По содержанию фукоидана наибольшее значение выявлено в балтийской водоросли вида F. vesiculosus (20,6 %), что превышает содержание этого полисахарида в других водорослях в 1,4-2 раза, а также данные литературы ( Усов и др. , 2001; Облучинская , 2008; 2011). Сильное распреснение и низкая интенсивность движения воды в местах обитания балтийского фукуса пузырчатого обусловили значительное накопление водорастворимого фукоидана, что подтверждает выявленные в Баренцевом море закономерности ( Облучинская , 2011).

Общее содержание полифенолов для исследуемых водорослей находится в диапазоне от 14,6 до 15,9 %, при этом максимальное значение концентрации полифенолов найдено в водоросли вида F. vesiculosus из Белого моря (18,4 %).

Суммарное содержание свободных аминокислот у водоросли вида F. vesiculosus варьирует в больших пределах в зависимости от места сбора: от 1,83 мг/г у балтийского фукуса до 10,36 мг/г у беломорского фукуса. F. vesiculosus , собранный в Баренцевом море, содержит в 2 раза меньше свободных аминокислот, чем F. vesiculosus из Белого моря. У вида A. nodosum суммарное содержание свободных аминокислот незначительно отличается в зависимости от места сбора водоросли (табл. 2). Беломорский фукус содержит в 1,5 раза больше свободных аминокислот, чем беломорский аскофиллум, а фукус из Баренцева моря, по сравнению с аскофиллумом из этого же моря, содержит в 1,3 раза меньше несвязанных аминокислот.

Что касается содержания отдельных свободных аминокислот, то у водорослей вида F. vesiculosus , независимо от места сбора, в составе преобладают аспарагиновая и глутаминовая кислоты. Подобная тенденция характерна для большинства бурых водорослей ( Имбс и др. , 2009). При этом F. vesiculosus из Белого моря также содержит большое количество гистидина по сравнению с остальными входящими в его состав свободными аминокислотами, а у F. vesiculosus из Балтийского и Баренцева морей в составе свободных аминокислот преобладают ещё аланин и пролин. У водорослей вида A. nodosum в составе свободных аминокислот содержится значительное количество гистидина и аспарагиновой кислоты. В беломорском аскофиллуме также содержится много глутаминовой кислоты, а в баренцевоморском – аланина (табл. 3).

Из незаменимых аминокислот в исследуемых водорослях были определены аминокислоты: валин, лейцин, изолейцин, лизин и фенилаланин, а из частично заменимых – гистидин. Наибольшее содержание валина, лизина, фенилаланина и гистидина определено в F. vesiculosus из Белого моря, а наибольшее содержание лейцина и изолейцина – в A. nodosum из Баренцева моря. В баренцевоморском аскофиллуме содержание всех перечисленных незаменимых аминокислот в 1,3-1,8 раза выше, чем в баренцевоморском фукусе и беломорском аскофиллуме. A. nodosum, произрастающий в Баренцевом море, превосходит все остальные исследуемые водоросли по процентному соотношению незаменимых аминокислот к сумме свободных аминокислот (5,6 %).

Таблица 3. Содержание некоторых свободных аминокислот в бурых водорослях, % от суммы свободных аминокислот

Аминокислоты	F. vesiculosus			A. nodosum
	Белое море	Балтийское море	Баренцево море	Белое море	Баренцево море
Аланин	5,1	16,7	8,0	5,7	6,2
Аспарагиновая кислота	10,5	13,7	11,1	11,1	6,1
Валин	0,4	следы	следы	0,5	0,6
Гистидин	18,5	5,3	6,6	10,7	12,4
Глицин	2,4	1,1	4,5	4,2	3,0
Глутаминовая кислота	10,6	10,7	9,0	6,6	3,8
Изолейцин + лейцин	0,5	следы	1,3	1,0	1,7
Лизин	2,0	следы	0,8	2,2	1,9
Пролин	3,2	8,5	9,0	2,4	3,8
Тирозин	0,5	следы	1,9	0,5	1,1
Фенилаланин	1,3	следы	1,9	0,3	1,4

На содержание биохимических веществ в водорослях влияет целый комплекс различных факторов окружающей среды. Движение водных масс способствует увеличению поглощения биогенов водорослями и повышает ассимиляцию, но слишком высокая скорость течения препятствует поглощению водорослями биогенных элементов ( Рыжик , 2005). Солёность и её колебания также влияют на содержание маннита, полисахаридов, белка и пролина в бурых водорослях ( Барашков , 1972; Клиндух , 2009; Клиндух и др. , 2011; Облучинская , 2011). Существенное влияние на содержание биохимических веществ в водорослях оказывает количество биогенных элементов в воде, которые необходимы для протекания процессов ассимиляции в растениях. Существует много факторов окружающей среды, которые в комплексе оказывают положительное или отрицательное воздействие на накопление тех или иных веществ в водорослях. При этом одни и те же факторы могут как стимулировать накопление одних соединений, так и негативно влиять на содержание других биохимических компонентов в растениях.

По результатам данного исследования в водорослях, собранных в Белом море, содержится больше белка и свободных аминокислот, чем в остальных исследуемых растениях. Поэтому можно сказать, что комплекс природных факторов, который существует в районе произрастания водорослей из Белого моря, в большей степени способствует накоплению азотистых соединений в F. vesiculosus и A. nodosum , чем природные условия в районах произрастания фукусовых водорослей из Баренцева и Балтийского морей. Содержание маннита в F. vesiculosus и A. nodosum из Белого и Баренцева морей одинаково, что свидетельствует о схожести условий окружающей среды, способствующих аккумуляции маннита в этих видах водорослей. Наибольшее количество полисахаридов (альгинатов и фукоидана) содержится в фукусе пузырчатом из Балтийского моря, где сочетаются низкая соленость (граничащая с нижним пределом обитания вида F. vesiculosus ) и крайне низкая ИДВ. Общие фенолы в исследуемых водорослях содержатся в примерно одинаковых количествах, кроме водоросли вида F. vesiculosus из Белого моря, которая характеризуется их максимальным содержанием.

• 4.    Заключение

Среди всех исследованных образцов водорослей наиболее ценными по содержанию маннита, белка и свободных аминокислот оказались водоросли вида F. vesiculosus , произрастающие в районе мыса Картеш Белого моря. Наименьшее содержание этих веществ было обнаружено в F. vesiculosus , произрастающем в районе острова Родшер Финского залива Балтийского моря. Однако по содержанию полисахаридов эта водоросль превосходит все другие исследуемые. Максимальное содержание полифенолов обнаружено в F. vesiculosus из Белого моря.

У водорослей вида F. vesiculosus в составе свободных аминокислот преобладают аспарагиновая и глутаминовая кислоты, а у A. nodosum – гистидин и аспарагиновая кислота. По суммарному содержанию незаменимых аминокислот выделяется вид A. nodosum , произрастающий в г. Дальнезеленецкая Баренцева моря.

Водоросли вида F. vesiculosus содержат больше фукоидана, маннита и белка, чем водоросли вида A. nodosum.