CC BY
84
2008
Известия ТИНРО
Том 155
УДК 582.26-119.2(265.53)
Е.И. Кальченко1, Н.М. Аминина2, О.Н. Гурулева2, Т.И. Вишневская2, М.И. Юрьева2*
1 Камчатский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии, 683000, г. Петропавловск-Камчатский, ул. Набережная, 18; 2 Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр, 690091, г. Владивосток, пер. Шевченко, 4
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ LAMINARIA BONGARDIANA ИЗ АВАЧИНСКОГО ЗАЛИВА
Получены данные по химическому составу ламинарии Бонгарда из Авачинс-кого залива. Показаны различия в составе водорослей из разных мест обитания, разного возраста и времени сбора. Установлено, что ламинария Бонгарда является ценным источником альгиновой кислоты, маннита и биологически активных полиненасыщенных ю-3 жирных кислот. Анализ данных по сезонным изменениям химического состава образцов, собранных в весенний, летний и осенний периоды, выявил тенденции в накоплении минеральных веществ, йода, альгиновой кислоты и маннита водорослями.
Ключевые слова: водоросль, химический состав, Авачинский залив.
Kalchenko E.I., Aminina N.M., Guruleva O.N., Vishnevskaya T.I., Yu-rieva M.I. Chemical composition of Laminaria bongardiana from the Avachinsky Bay // Izv. TINRO. — 2008. — Vol. 155. — P. 347-354.
Data on chemical composition of Laminaria bongardiana from the Avachinsky Bay are presented. The composition depends on its age, site of growing, and season of gathering. The kelp Laminaria bongardiana is a valuable source of alginic acid, mannitol, and biologically active polynonsaturated ю-3 fatty acids. Seasonal tendencies in accumulation of mineral substances, iodine, alginic acid, and mannitol are determined by analyzing the samples collected in spring, summer, and autumn.
Key words: kelp, chemical composition, Avachinsky Bay.
Введение
Ламинария Бонгарда Laminaria bongardiana P.et.R. является наиболее распространенным видом среди ламинариевых, произрастающих у побережья Камчатки (Клочкова, 1997; Коростелев, 2002). Это один из самых перспективных
* Кальченко Елена Ивановна, научный сотрудник, e-mail: kalchenko.e.i.@ kamniro.ru; Аминина Наталья Михайловна, кандидат биологических наук, заведующая лабораторией, e-mail: [email protected]; Гурулева Ольга Николаевна, кандидат технических наук, научный сотрудник, e-mail: [email protected]; Вишневская Татьяна Ивановна, кандидат технических наук, научный сотрудник, e-mail: [email protected]; Юрьева Марина Иннокентьевна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, e-mail: [email protected].
видов для промышленного использования и выпуска водорослевой продукции (Аминина, Клочкова, 2002). Создание технологий переработки нового вида водорослей требует проведения биохимических исследований.
Помимо этого, детально не изучена сезонная динамика химического состава водорослей камчатского побережья, знание которой дает возможность рекомендовать их добычу и переработку в период наибольшего содержания ценных веществ. Известно также, что химический состав водорослей подвержен изменениям в зависимости от условий произрастания, однако в литературе практически отсутствуют данные сравнительных исследований перспективных для промысла видов Камчатки.
Цель данной работы — сравнительные исследования химического состава ламинарии Бонгарда, широко распространенной в Авачинском заливе на восточном побережье Камчатки.
Материалы и методы
Объектом исследований служили образцы водорослей, собранные в Авачинском заливе (бухта Шлюпочная, мыс Маячный, мыс Вилкова, бухты Безымянная, Вилючинская, Спасения) в 2005-2006 гг. (рис. 1). Водоросли собирали один
раз в месяц в период их добычи с мая по сентябрь, очищали от песка, высушивали сначала при комнатной температуре, затем в сушильном шкафу при температуре 60 °С и измельчали.
Рис. 1. Станции сбора водорослей в бухтах Авачинс-кой губы и Авачинского залива в 2005-2006 гг.
Fig. 1. Map showing the places of algae collections
Содержание воды, минеральных веществ, йода, альгиновой кислоты и ман-нита в сухих образцах определяли стандартными методами (ГОСТ 26185-84), содержание липидов — по методу Блайя-Даера (Bligh, Dayer, 1959). Липиды подвергали омылению, жирные кислоты (ЖК) переводили в форму метиловых эфиров и проводили их очистку с помощью препаративной тонкослойной хроматографии в бензоле (Carreau, Dubacq, 1978). Метиловые эфиры ЖК анализировали методом газожидкостной хроматографии на хроматографе "Shimadzu GC-16A" (Япония) с пламенно-ионизационным детектором, снабженном капиллярной колонкой (30 м x 0,35 мм) с фазой Supelcowax-10 при температуре 190 °С. ЖК идентифицировали по относительным временам удерживания и значениям углеродных чисел (Ackman, 1969; Jamieson, 1975). Концентрацию ЖК рассчитывали с помощью базы обработки данных C-R4A Chromatopac.
Помощь в определении возраста и физиологического состояния водорослей оказывала д-р биол. наук Н.Г. Клочкова.
Результаты и их обсуждение
Своеобразными чертами Камчатского региона являются сильное опреснение прибрежных вод весной и в начале лета, высокая насыщенность террагенно-го стока органическими соединениями и незначительная (гораздо меньшая, чем, например, в южном Приморье) разница средней зимней и средней летней температуры. Предполагается, что в данном регионе при своеобразии гидрологических и климатических условий сезонная динамика накопления минеральных и органических веществ имеет особенности, присущие только камчатскому промысловому району (Клочкова, 1997).
Анализ показал, что химический состав водорослей зависит от места и времени сбора образцов ламинарии Бонгарда, а также от ее возраста (табл. 1). По литературным данным (Аминина, Подкорытова, 1992; Репина и др., 2004), в летне-осенний период в бурых водорослях наблюдается максимальная концентрация альгиновой кислоты (до 40 %), минимальная — белка (до 3-4 %). Для ламинарии Бонгарда из Авачинского залива характерно низкое содержание альгиновой кислоты (в среднем 23,6 %) и высокая концентрация белка (в основном более 10 %) (табл. 1). Достоверных различий по содержанию альгиновой кислоты и белка в разных местах обитания не обнаружено. Наибольшие колебания отмечены для минеральных веществ и маннита, который выполняет функцию запасного вещества и используется при синтезе структурных элементов клеточных стенок водорослей. Содержание минеральных веществ у водорослей зависит от времени года: максимальное их накопление наблюдается весной (более 30 %), а минимальное — в августе-сентябре (менее 20 %) (Ами-нина, Подкорытова, 1992; Репина и др., 2004). Доля минеральных веществ у ламинарии Бонгарда из бухт Авачинского залива, собранной в летний период 2005-2006 гг., составляет 15,92-31,62 % на сухое вещество. Для ламинарии Бонгарда также характерно снижение количества минеральных веществ и увеличение содержания маннита в летний период (табл. 1). Достоверных различий по содержанию этих компонентов в водорослях из разных мест обитания также не обнаружено.
Содержание йода в водорослях — показатель, определяющий ценность сырья как естественного источника этого элемента, необходимого для нормального функционирования организма человека. В соответствии с технологическими требованиями на водорослевое сырье, используемое в качестве йодсодержащего компонента, содержание йода в нем рекомендуется не менее 0,1 % в расчете на сухое вещество (Государственная фармакопея СССР, 1987). Образцы ламинарии Бонгарда из бухт Авачинского залива не соответствовали этим требованиям, так как содержание йода в них находилось в пределах 0,01-0,06 % и лишь в сентябре достигало рекомендуемого уровня — 0,10 %.
Содержание липидов у ламинарии Бонгарда из бухт Авачинского залива в летний период составляло 1,27-2,01 %, что сопоставимо с литературными данными (Хотимченко, 2003). Несмотря на то что содержание липидов у ламинарии невелико, ее огромные запасы позволяют рассматривать данный вид в качестве потенциального источника полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) ю-3 семейства.
Роль ПНЖК как биологически активных веществ сегодня хорошо известна. Главный природный источник ю-3 ПНЖК — липиды морских организмов, включая водоросли, которые служат сырьем для производства пищевых добавок для нормализации липидного обмена, профилактики и лечения заболеваний сердечно-сосудистой системы, онкологических заболеваний. В ТИНРО-центре (г. Владивосток) разработана технология получения йодсодержащего липидного комплекса из Laminaria japónica, представляющего собой концентрат йодсодержа-щих соединений, жирных кислот, жирорастворимых витаминов, азотсодержа-
щих и минеральных веществ, являющихся такими же необходимыми составляющими для биосинтеза гормонов щитовидной железы, как и йод (Аминина, 2005).
Таблица 1
Химический состав ламинарии Бонгарда из бухт Авачинского залива в 2005-2006 гг., % на сухое вещество
Table 1
Chemical composition of L. bongardiana from bays of Avachinskiy Bay in 2005-2006, % of dry matter
Место сбора, дата Возраст Зола Альгиновая кислота Маннит Белок Липиды Йод
2005 г.
Мыс Вилкова
14 июля 1* 19,94 24,94 15,53 13,42 1,81 0,02
Бухта Шлюпочная
25 мая 1* 31,62 22,31 4,63 15,02 1,27 0,01
1 июня 1 28,92 26,22 7,69 13,06 1,45 0,01
Мыс Маячный
22 июня 1* 30,04 27,65 5,78 13,76 2,01 0,01
1 августа 1 19,20 22,65 14,41 11,70 - 0,05
6 сентября 1 15,92 27,57 8,52 14,60 - 0,10
2006 г.
Мыс Маячный
16 июня 1 27,48 20,61 10,18 9,52 - 0,01
28 июля 1 28,30 25,55 14,55 - - 0,06
Бухта Спасения
1 26,95 19,27 4,69 14,92 - 0,01
1 июня 2 28,14 20,08 4,75 15,92 - 0,02
3 31,08 21,56 5,94 14,77 - 0,04
Бухта Безымянная
14 августа 1* 18,06 20,77 10,14 11,30 - 0,02
2* 20,81 26,56 12,29 10,44 - 0,05
Бухта Вилючинская
27 июня 1 26,10 24,66 9,22 13,83 1,33 0,06
* Имеется спороносная ткань.
В табл. 2 приведены данные по составу жирных кислот ламинарии Бонгарда (% от суммы жирных кислот). Главными ЖК являются: пальмитиновая (16:0), олеиновая (18:1ю-9), миристиновая (14:0), эйкозапентаеновая (20:5ю-3), ара-хидоновая (20:4ю-6), линолевая (18:2ю-6), стеаридоновая (18:4ю-3). Насыщенные ЖК присутствовали в концентрации 35,8 ± 1,0 %, мононенасыщенные — 19,5 ± 1,7 %, полиненасыщенные — 44,6 ± 2,2 %. На долю ПНЖК ю-3 серии приходилось 24,1 ± 1,7 %, ю-6 серии — 20,5 ± 0,5 %. Концентрация эйкозапен-таеновой кислоты (20:5w-3), представляющей интерес в качестве средства для профилактики и лечения заболеваний сердечно-сосудистой системы, составляла 9,4 ± 0,9 % и была выше, чем у Laminaria saccharina (6,2 %), но уступала таковой у L. japónica (14,0 %) (табл. 3). Каких-либо закономерностей в количестве жирных кислот по месту и времени сбора образцов L. bongardiana не выявлено.
Ранее в работе С.В. Хотимченко (2003) было показано, что характерной особенностью состава жирных кислот этого вида водоросли является то, что уровень полиненасыщенных С20 жирных кислот превышает уровень С18 и доля ПНЖК ю-3 серии выше, чем ю-6 кислот. Мы не обнаружили отмеченные этим исследователем закономерности. В образцах, исследованных нами, эти группы ПНЖК присутствовали приблизительно в равных концентрациях.
Таблица 2
Состав жирных кислот общих липидов ламинарии Бонгарда из Авачинского залива, % от суммы жирных кислот
Table 2
Fatty acids composition of L. bongardiana total lipids from the Avachinskiy Bay, % of total fatty acids
Жирная кислота 1 июня 22 июня 27 июня 14 июля
12:0 0,1 0,1 0,2 Следы
13:0 - Следы Следы Следы
14:0 12,4 10,2 11,6 7,9
15:0-1 0,8 0,7 0,8 0,7
15:0 0,4 0,3 0,4 0,3
16:0 21,4 25,1 19,1 21,8
16:1ю-7 2,3 3,1 2,8 3,0
16:13 0,3 0,3 0,3 0,2
16:4ю-3 3,5 3,5 3,0 3,1
17:0-1 1,1 0,5 1,1 0,4
17:0-а1 0,1 0,1 0,1 0,1
фитановая - - 0,1 0,2
17:0 0,1 0,1 0,1 0,1
17:1 0,2 0,2 0,2 0,2
18:0 0,7 1,1 0,8 1,0
18:1п-9 14,9 20,6 14,7 19,2
18:2п-6 9,5 9,8 8,6 9,1
18:2п-4+18:3п-9 - - 0,1 -
18:3п-6 0,6 0,5 0,6 1,1
18:3п-3 4,5 3,5 4,3 4,0
18:4п-3 6,5 4,8 7,4 6,1
20:0 0,3 0,4 0,4 0,5
20:1п-11 Следы - 0,1 -
20:2п-6 0,2 0,2 0,4 0,2
20:3п-6 0,4 0,7 0,5 0,8
20:4п-6 9,9 7,5 10,9 9,9
20:4п-3 0,6 0,4 0,6 0,5
20:5п-3 9,2 6,0 10,6 9,6
22:4п-3 - - - -
22:5п-6 - - - -
22:5п-3 - - - -
22:6п-3 - - - -
Насыщенные 38,6 37,4 33,0 34,7
Мононенасыщенные 24,2 17,7 22,6 18,1
Полиненасыщенные 36,9 44,9 44,4 46,9
Полиненасыщенные п-3 18,7 20,6 21,1 21,0
Полиненасыщенные п-6 18,2 24,3 23,3 25,9
Полиненасыщенные С18 18,6 21,1 20,3 21,0
Полиненасыщенные С20 15,2 20,3 21,0 23,0
Разветвленные 1,3 2,0 1,4 2,1
Установлены некоторые возрастные изменения химического состава ламинарии Бонгарда. Содержание основных веществ ламинарии в июне мало различается по годам развития (см. табл. 1). С возрастом наблюдается небольшое накопление минеральных и органических компонентов, за исключением белка, максимальное содержание которого у двухлетней водоросли в июне, вероятно, связано с более интенсивными биосинтетическими процессами и развитием спороносной ткани, чем в другом возрасте. В августе содержание основных компонентов на второй год развития ламинарии увеличивается, а на третий — уменьшается, что связано с завершением процесса развития водоросли (рис. 2).
Таблица 3
Жирные кислоты некоторых водорослей рода Laminaria, % от суммы жирных кислот
Table 3
Fatty acids of Laminariales, % of total fatty acids
Жирные кислоты
вид 14:0 16:0 16:1 18:1 18:2 18:3 18:4 20:4 20:5
L. bóngardiana 9,5 20,0 2,6 16,2 8,7 4,1 6,7 10,3 9,6
L. japónica* 5,3 12,3 3,9 8,4 8,4 6,1 13,9 14,0 14,0
L. saccharina* 10,4 22,9 5,3 19,3 6,8 3,6 8,5 13,7 6,2
* Данные из монографии C.B. Хотимченко (2003).
1-й год
2-й год
3-й год
■ Минеральные вещества □ Азотистые вещества
НМаннит ВАпьгиновая кислота
Рис. 2. Возрастные изменения химического состава ламинарии Бонгарда
Fig. 2. Age-related changes of L. bongardiana chemical substances
Анализ данных по сезонным изменениям химического состава образцов ламинарии Бонгарда из бухт Авачинского залива, собранных в весенне-осен-ний период, позволил выявить некоторые тенденции в накоплении минеральных веществ, йода, альгиновой кислоты и маннита водорослями. Ранее было установлено, что в процессе роста и развития L. japónica происходят изменения ее химического состава: от весны к осени уменьшается содержание минеральных веществ, при э том возрастает содержание органических веществ (Ами-нина, Подкорытова, 1992). В целом по различным бухтам Авачинского залива для ламинарии Бонгарда характерны такие же закономерности. Так, максимальный уровень накопления в водорослях минеральных веществ наблюдался в мае — 31,62 %, а к сентябрю он снижался до 15,92 % (рис. 3). Доля йода в них с мая по август увеличивалась от 0,01 до 0,05 % (рис. 4). Наибольшим количественным изменениям был подвержен маннит: его уровень в ламинарии достигал максимума в июле — 15,53 %, затем наблюдалось снижение в сентябре до 8,52 %, что, вероятно, связано с использованием маннита водорослями для синтеза альгиновой кислоты, содержание которой увеличивается в осенний период (см. рис. 3).
Заключение
Таким образом, получены данные по химическому составу образцов ламинарии Бонгарда из бухт Авачинского залива, собранных в весенне-осенний период 2005-2006 гг. Содержание в них минеральных веществ составило 15,92— 31,62 %, йода — 0,01—0,10, альгиновых кислот — 20,61—27,65, маннита —
30
s? 25 tu
I 20
я *
a. 15
tu 15
О
О 10 5 0
-♦-Минеральные вещества Альгиновая кислота Маннит
Рис. 3. Сезонные изменения содержания минеральных и органических веществ у ламинарии Бонгарда из бухт Авачинского залива в 2005 г.
Fig. 3. Seasonal changes of L. bongardiana mineral and organic substances content from bays of the Avachinskiy Bay in 2005
0,1 -0,08 -
s?
£ 0,06 -x я X
ф 0,04 -d о о
0,02 -
0
25.05. 01.06. 22.06. 14.07. 01.08. 06.09.
Дата
Рис. 4. Сезонные изменения содержания йода у ламинарии Бонгарда из бухт Авачинского залива в 2005 г.
Fig. 4. Seasonal changes of L. bongardiana iodine content from bays of the Avachinskiy Bay in 2005
4,63-15,53, липидов — 1,27-2,01, полиненасыщенных жирных кислот ю-3 серии — 20,60-25,50 % (от общего содержания кислот) в расчете на сухое вещество водорослей. В процессе роста и развития водорослей происходят изменения их химического состава: от весны к осени уменьшается содержание минеральных веществ, при этом возрастает содержание органических веществ. Показана взаимосвязь между количеством минеральных веществ и маннита. Наименьшим количественным изменениям подвержено содержание альгиновой кислоты и липидов.
Установлено, что ламинария Бонгарда является ценным источником полиненасыщенных жирных кислот ю-3 серии. Доля йода в водорослях в основном не соответствует технологическим требованиям на водорослевое сырье, используемое в качестве йодсодержащего компонента. На основании полученных закономерностей изменения химического состава ламинарии в процессе ее роста мож-
353
25.05.
01.06.
22.06.
Дата
14.07.
01.08.
06.09.
но рекомендовать добывать и использовать для производства пищевых продуктов и биологически активных добавок двухлетние водоросли в летний период.
Список литературы
Аминина Н.М. Основные направления исследований морских водорослей и трав Дальневосточного региона // Изв. ТИНРО. — 2005. — Т. 141. — С. 348-354.
Аминина Н.М., Клочкова Н.Г. Перспективы и направления развития водорослевого производства на побережье Камчатки и Северных Курил // Мат-лы междунар. науч.-практ. конф. "Прибрежное рыболовство — XXI век". — Южно-Сахалинск : Сах-НИРО, 2002. — Т. 3, ч. 1. — С. 231-236.
Аминина Н.М., Подкорытова А.В. Сезонная динамика химического состава Laminaria japónica, культивируемой у берегов Приморья // Растительные ресурсы. — 1992. — Т. 28, вып. 3. — С. 137-140.
ГОСТ 26185-84. Водоросли морские, травы морские и продукты их переработки. Методы анализа. — М. : Гос. комитет по стандартам, 1984.
Государственная Фармакопея СССР. Вып. 1: Общие методы анализа. — М. : Медицина, 1987. — 336 с.
Клочкова Н.Г. Водоросли камчатского шельфа. Распространение, биология, химический состав : монография / Н.Г. Клочкова, В.А. Березовская. — Владивосток; Петропавловск-Камчатский : Дальнаука, 1997. — 155 с.
Коростелев С.Г. Биоресурсы территориального моря и внутренних морских вод Камчатки // Мат-лы междунар. науч.-практ. конф. "Прибрежное рыболовство — XXI век". — Южно-Сахалинск : СахНИРО, 2002. — Т. 3, ч. 1. — С. 29-34.
Репина О.И., Муравьева Е.А., Подкорытова А.В. Динамика химического состава промысловых бурых водорослей Белого моря // Прикладная биохимия и технология гидробионтов : Тр. ВНИРО. — М., 2004. — Т. 143. — С. 93-99.
Хотимченко С.В. Липиды морских водорослей-макрофитов и трав. Структура, распределение, анализ : монография. — Владивосток : Дальнаука, 2003.
Ackman R.G. Gas-liquid chromatography of fatty acids and esters // Methods in enzymology. — N.Y. : Acad. Press, 1969. — Vol. 14. — P. 329-381.
Bligh G., Dayer W. A rapid metod of total lipid extraction // Canad. J. Biochem. Phisiol. — 1959. — № 37. — P. 911-917.
Carreau J.P., Dubacq J.P. Adaptation of macro-scale method to the micro-scale for fatty-acid methyl transesterification of biological lipid extracts // J. Chromatograph. — 1978. — Vol. 151, № 3. — P. 384-390.
Jamieson G.R. GLC identification techniques for longchain unsaturated fatty acids // J. Chromatogr. Sci. — 1975. — Vol. 13. — Р. 491-497.
Поступила в редакцию 16.09.08 г.
