Файл: Курсовая работа получение фурцелларана из водоросли furcellaria lumbricalis 2021 г. Содержание введение 3.docx

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПОЛУЧЕНИЕ ФУРЦЕЛЛАРАНА ИЗ ВОДОРОСЛИ FURCELLARIA LUMBRICALIS

2021 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Полисахариды, извлеченные из макроводорослей, составляют 40% мирового рынка гидроколлоидов [1]. Они обычно используются в качестве природных коллоидов и желирующих агентов, которые сгущают водные растворы и образуют гели в пищевых продуктах, а также в непищевой промышленности (медицина, фармацевтика, косметика).

Исторически сложилось так, что смесь галактана из Furcellaria lumbricalis («фурцелларан») был одним из первых гидроколлоидов, которые были промышленно произведены из красных водорослей. Первые попытки изготовить фурцелларан были предприняты в Дании еще в 1917 г. На протяжении многих десятилетий продукт с особыми свойствами эффективно использовался европейскими производителями продуктов питания. Красные водоросли F. lumbricalis (ранее названный F. fastigiata) широко распространен как в восточной, так и в западной части Северной Атлантики, от Баренцева моря до Бискайского залива, и особенно в солоноватых водах Балтийского моря.

Использование водорослей имеет большую перспективу в будущем. Во-первых, биомассу водорослей можно использовать для производства биотоплива. Во-вторых, удобрения, включающие в себя экстракт макроводорослей, благоприятно влияют на рост и развитие растений. В-третьих, макроводоросли помогают снизить выброс СО

---

₂.

Исследование красной водоросли является актуальным, оно направлено на создание карбоновых полигонов. Карбоновые полигоны – это территории с уникальной экосистемой, созданные для реализации мер контроля климатических активных газов с участием университетов и научных организаций.

Растительные. прибрежные среды обитания считаются важными поглотителями углерода. В отличие от местообитаний, основанных из покрытосеменных растений, таких как луга с морскими травами, морские макроводоросли были практически исключены из обсуждения поглотителей углерода. Однако, они являются доминирующими первичными производителями в прибрежной зоне. Углерод захваченный макроводорослями, вполне эффективно изолируется в глубоких водах и отложениях, тем самым извлекаясь из атмосферы. Приблизительная оценка предполагает, что макроводоросли могут поглощать больше углерода, чем прибрежные местообитания на основе покрытосеменных растений, что- предоставляет доказательства важности макроводорослей в биологическом поглощении СО₂ [2].

Цель и задачи исследования. Цель данного исследования заключается в отработке методов экстракции полисахарида из водоросли Furcellaria lumbricalis и подборе направлений использования, полученных полисахаридов.

В соответствии с целью были поставлены задачи:

1. 
   Анализ ресурсного потенциала красных водорослей Furcellaria lumbricalis
   
2. 
   Установление перспективных методов экстракции полисахаридов на основе анализа литературных данных
   
3. 
   Проведение серии лабораторных исследований по установлению оптимальных условий экстракции полисахаридов
   
4. 
   Проведение исследований по оценке перспективности использования полученных полисахаридов для формирования биопленок с антимикробной активностью
   

Глава 1. Обзор литературы

1. 
   Описание Furcellaria lumbricalis
   

Furcellaria lumbricalis (первоначально Furcellaria fastigiata) – это красная водоросль, монотипный род, единственным видом которого является Furcellaria lumbricalis, который имеет коммерческое значение в качестве сырья для производства каррагинана. В основном его собирают в водах Дании и Канады. А также эту водоросль можно встретить в холодных водах Северной Атлантики от Баренцева моря до Бискайского залива. Фурцеллярия впервые была описана в 1813 году в работе знаменитого французского альголога и зоолога Жана Венсана Феликса Ламуру.

---

Рисунок 1 – фото водоросли Furcellaria lumbricalis
Фурцеллярия — единственная из красных водорослей, обитающих в Балтийском море, которую используют в промышленных масштабах. В водах эстонской части Балтийского моря, около островов Кассари и Хийумаа, содержатся большие запасы водоросли в прикрепленном и неприкрепленном виде. Если прикрепляемая к каменным днищам форма водоросли растет по всему бассейну моря, то не прикрепленная фурцеллярия — это уникальное и самое большое естественное сообщество таких дрейфующих водорослей. Благодаря круговым течениям, преобладающим среди череды многочисленных островков, окружающих Кассари, водоросль свободно плавает на площади 200 км², и ее биомасса достигает несколько сотен тысяч тонн. Обычно фурцеллярия растет на подводных камнях на глубине около 12 метров.

Прикрепленная форма обычно растет на устойчивых твердых субстратах, таких как каменистое дно и скалы. Это многолетние макроводоросли с продолжительностью жизни до 10 лет. Хотя сообщается, что этот вид вырастает на глубину до 30 м, чаще всего встречается на 8-12 м. F. lumbricalis образует монотипные густые луга в центральной и северной частях Балтийского моря, где большинство других многолетних красных водорослей не способны выдерживать низкую соленость.

2. 
   Химический состав Furcellaria lumbricalis
   

Furcellaria lumbricalis содержит в себе много ценных компонентов, благодаря которым эта водоросль довольно ценная. Помимо фурцелларана, она содержит в себе различные пигменты, белок, аминокислоты, фенолы, жирные кислоты, а также липиды, макроэлементы (калий, кальций, магний, фосфор) и микроэлементы (марганец, медь, цинк, молибден).

1.2.1. Белок

Морские водоросли в целом использовались в течение десятилетий из-за питательной ценности содержащегося в них белка. Сырая содержание белка в прилагаемом Furcellaria lumbricalis составляет 13– 21% масс. [3] Это среднее количество среди других красных макроводорослей, но превышает значения для бурых водорослей [4].
Таблица 1 - Содержание влаги, белков и углеводов

Водоросль	Влага, %	Белок общий, % масс.	Белок растворимый, % масс.	Углеводы, % масс.
Furcellaria lumbricalis	77,20 ± 2,02	15,98 ± 1,44	10,45 ± 1,66	56,92 ± 4,49

---

1.2.2. Пигменты

Содержание различных пигментов зависит от типа водоросли. В фурцеллярии меньше хлорофилла, ведь она относится к красным водорослям. Содержание хлорофилла составляет 1,5 мг/г, а фикоэритрина – 8 мг/г.

Значительные количества пигмента фикоэритрина могут быть извлечены из несвязанных Furcellaria lumbricalis в Балтийском море [5]. Фикоэритин – это биоактивное соединение, обладающее противоопухолевым, антиоксидантным, антидиабетическим, иммунодепрессивным и антигипертензивным действием [6].

Каротиноиды - еще одна группа пигментов, содержание которых в красных водорослях чрезвычайно велико. Основной каротиноид F. lumbricalis – это лютеин, его концентрация составляет 13,3–28,6 мкг/г, то есть в одной из самых высоких концентраций среди красных водорослей Северной Атлантики. [7], [8]. Лютеин - это антиоксидант, который потенциально играет роль в сохранении нормальных зрительных функций и защите от сердечных заболеваний [9].

3. 
   Фенольные соединения
   

Фенольные соединения представляют собой группу вторичных метаболитов, включающую широкий спектр соединений, продуцируемых как наземными, так и водными растениями, в том числе морскими водорослями [10]. Одной из их наиболее выдающихся особенностей являются их антиоксидантные свойства, поскольку они предотвращают образование многих свободных радикалов из-за их хелатирующей способности к ионам металлов [11]. Фенольные соединения включают: флавоноиды, которые связаны с различной биоактивностью, включая антиоксидантную активность и активность по улавливанию радикалов, лигнаны, дубильные вещества, токоферолы и фенольные кислоты [12]. Способность флавоноидов действовать как антиоксиданты зависит от их молекулярной структуры.

3. 
   Минеральные соединения
   

Минеральный состав варьируется в зависимости от рода, а также от различных других факторов, таких как сезонные, экологические, географические и физиологические изменения, а также от типа морских водорослей, таких как дикие и культивируемые. Морские водоросли содержат значительное количество основных минералов (Na, K, Ca и Mg) и микроэлементов (Fe, Zn, Mn и Cu), которые играют важную роль в построении тканей человека и регуляции жизненно важных реакций в качестве связанных элементов многих металлоферментов. благодаря полисахаридам клеточной поверхности (например, агар, каррагинан, альгиновая кислота, альгинат, соль альгинатных кислот и целлюлоза), позволяющие им поглощать неорганические вещества из окружающей среды [13]. Содержание минералов в виде золы морских водорослей достигает 55% в пересчете на сухой вес.

---

3. 
   Каррагинаны
   

Каррагинаны – это линейные сульфатные полисахариды, получаемые из красных морских водорослей. Студенистые экстракты, полученные из этих водорослей, использовались в качестве пищевых добавок в течение сотен лет.

Furcellaria lumbricalis является источником фурцелларана (датского агара), который классифицируется вместе с каррагинаном. Процесс производства каррагинановой камеди включает очистку полусухих морских водорослей промыванием или просеиванием, щелочную экстракцию при высокой температуре с последующей грубой и тонкой фильтрацией, осаждением растворителем или циклами замораживания-оттаивания и, наконец, сушкой, измельчением и смешиванием [14]. Фурцелларан – гибридный β/κ-каррагинан.

2. 
   Описание фурцелларана
   

Фурцелларан – это сульфатированный анионный полисахарид, обычно получаемый из экстракта красных водорослей (Furcellarialumbricalis), который обладает свойствами, напоминающими агар и каррагинан [15]. В неприкрепленной форме водоросли содержится 19% фурцелларана, а в прикрепленной – 32%.

Фурцелларан представляет собой нестехометрически недостаточно сульфированный κ-каррагинан, где каждый 3-й или 4-й 3-связанный β-галактозный мономер обладает сульфатной эфирной группой в 4-м углеродном положении. Для сравнения, идеальная молекула κ-каррагинана должна иметь сульфатную эфирную группу на 4-м углероде в каждом 3-связанном мономере β-галактозы. Физические свойства фурцелларана (прочность геля, температура гелеобразования и плавления) аналогичны κ-каррагинану.

Фурцелларан - это сульфатированный отрицательно заряженный полисахарид (галактан), который может быть извлечен из морских водорослей,Furcellaria lumbricalis. Он составлен из фрагмента из (1→ 3) β-D-галактопираноза с сульфатной группой у C-4 и (1 → 4) 3,6-ангидро-α-D-галактопираноза. Фурцелларан теоретически определяется как: одна сложноэфирная сульфатная группа на тетрамер в положении 4 галактозной единицы. Структурно фурцелларан связан с полисахаридом водорослей κ-каррагинаном, с основным структурным отличием, заключающимся в том, что фурцелларан менее сульфатирован. Фурцелларан можно описать как сополимер β- и κ-каррагинана [16].

Раньше фурцелларан называли «датским агаром» - термин, описывающий его твердые желирующие свойства и исходный источник материала. Однако это вводит в заблуждение, поскольку фурцелларан содержит 16-20% сульфатов и структурно подобен каппа-каррагинану. В Европе фурцелларану изначально присвоили отдельный E-номер, но обзор и переоценка каррагинана и фурцелларана позволили выявить структурное и функциональное сходство двух материалов и классифицировать их вместе как E407.

---