Антиоксидантные свойства сверхкритических экстрактов бурых водорослей

   Морские водоросли являются уникальным сырьем, которое способно в достаточно короткие сроки формировать значительную биомассу, осуществлять синтез разнообразных химических соединений, в том числе и специфических биологически активных веществ, проявляющих различную биологическую активность. Изучение антиоксидантных, антибактериальных, антивирусных, противовоспалительных и других свойств биологически активных веществ бурых водорослей является актуальной задачей.

   Целью представленного исследования являлась оценка антиоксидантных свойств сверхкритических экстрактов бурых водорослей Saccharina japonica и Ascophyllum nodosum.

   Содержание каротиноидов, фенольных соединений, маннита определяли спектрофотометрическим методом. Исследование содержания металлов осуществляли с применением метода атомно-абсорбционной спектрометрии. Антиоксидантную активность оценивали по антирадикальной активности с использованием радикала 2,2-дифенил-1-пикрилгидразила, гидроксил-ион связывающей и Fe⁺² хелатирующей активностям, а также по активности поглощения супероксидных радикалов. В исследованных сверхкритических экстрактах бурых водорослей определено достаточно высокое содержание жирных кислот и фенольных соединений, причем жирные кислоты максимально представлены в сверхкритическом экстракте Ascophyllum nodosum, а фенолы, маннит и пигменты – в экстракте Saccharina japonica. Преобладающим макроэлементом в сверхкритических экстрактах бурых водорослей является калий с максимумом содержания в экстракте Saccharina japonica. Сверхкритические экстракты бурых водорослей являются безопасными по содержанию нитрозаминов, полихлорированных бифенилов, токсичных элементов и радионуклидов. Наиболее выраженные антирадикальные свойства продемонстрировал сверхкритический экстракт Saccharina japonica. Самая высокая гидроксил-ион связывающая активность отмечена для сверхкритического экстракта Saccharina japonica. В отношении активности поглощения супероксидных радикалов закономерности были иными: максимальную активность продемонстрировал экстракт Ascophyllum nodosum. Fe⁺² хелатирующая активность для сверхкритических экстрактов бурых водорослей была примерно одинаковой, максимальная (38,7 %) зафиксирована для экстракта Ascophyllum nodosum.

1. Lopez-Santamarina A., Cardelle-Cobas A., Mondragon A.C., Sinisterra-Loaiza L., Miranda J.M., Cepeda A. Evaluation of the potential prebiotic effect of Himanthalia elongata, an Atlantic brown seaweed, in an in vitro model of the human distal colon // Food Research International. 2022. Vol. 156. P. 111156. DOI: 10.1016/j.foodres.2022.111156.

2. Meng W., Mu T., Sun H., Garcia-Vaquero M. Evaluation of the chemical composition and nutritional potential of brown macroalgae commercialised in China // Algal Research. 2022. Vol. 64. P. 102683. DOI: 10.1016/j.algal.2022.102683.

3. Ghosh S., Sarkar T., Pati S., Kari Z.A., Edinur H.A., Chakraborty R. Novel bioactive compounds from marine sources as a tool for functional food development // Frontiers in Marine Science. 2022. Vol. 9. P. 835927. DOI: 10.3389/fmars.2022.832957.

4. Jagtap A.S., Manohar C.S., Ayyapankutty A.M., Meena S.N. Antioxidant and antiglycemic properties of macroalgae, an underutilized blue economy bioresource in India // Russian Journal of Marine Biology. 2021. Vol. 47. P. 489–497. DOI: 10.1134/S1063074021060067.

5. Meresse S., Fodil M., Fleury F., Chénais B. Fucoxanthin, a marine-derived carotenoid from brown seaweeds and microalgae: a promising bioactive compound for cancer therapy // International Journal of Molecular Sciences. 2020. Vol. 21, no. 23. P. 9273. DOI: 10.3390/ijms21239273.

6. Synytsya A., Kim W.-J., Kim S.-M., Pohl R., Synytsya A., Kvasnička F., et al. Structure and antitumour activity of fucoidan isolated from sporophyll of Korean brown seaweed Undaria pinnatifida // Carbohydrate Polymers. 2010. Vol. 81, no. 1. P. 41–48. DOI: 10.1016/j.carbpol.2010.01.052.

7. Lee J.-B., Takeshita A., Hayashi K., Hayashi T. Structures and antiviral activities of polysaccharides from Sargassum trichophyllum // Carbohydrate Polymers. 2011. Vol. 86, no. 2. P. 995–999. DOI: 10.1016/j.carbpol.2011.05.059.

8. Gager L., Connan S., Molla M., Couteau C., Arbona J.-F., Coiffard L., et al. Active phlorotannins from seven brown seaweeds commercially harvested in Brittany (France) detected by 1H NMR and in vitro assays: temporal variation and potential valorization in cosmetic applications // Journal of Applied Phycology. 2020. Vol. 32. P. 2375–2386. DOI: 10.1007/s10811-019-02022-1.

9. Bogolitsyn K., Druzhinina A., Kaplitsin P., Ovchinnikov D., Parshina A. Kuznetsova M. Relationship between radical scavenging activity and polymolecular properties of brown algae polyphenols // Chemical Papers. 2019. Vol. 73. P. 2377–2385. DOI: 10.1007/s11696-019-00760-7.

10. Corsetto P.A., Montorfano G., Zava S., Colombo I., Ingadottir B., Jonsdottir R., et al. Characterization of antioxidant potential of seaweed extracts for enrichment of convenience food // Antioxidants. 2020. Vol. 9, no. 3. P. 249. DOI: 10.3390/antiox9030249.

11. D’Orazio N., Gemello E., Gammone M., de Girolamo M., Ficoneri C., Riccioni G. Fucoxantin: a treasure from the sea // Marine Drugs. 2012. Vol. 10, no. 12. P. 604–616. DOI: 10.3390/md10030604.

12. Fung A., Hamid N., Lu J. Fucoxanthin content and antioxidant properties of Undaria pinnatifida // Food Chemistry. 2013. Vol. 136, no. 2. P. 1055–1062. DOI: 10.1016/j.foodchem.2012.09.024.

13. Cong Q., Xiao F., Liao W., Dong Q., Ding K. Structure and biological activities of an alginate from Sargassum fusiforme, and its sulfated derivative // International Journal of Biological Macromolecules. 2014. Vol. 69. P. 252–259. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2014.05.056.

14. Ajisaka K., Yokoyama T., Matsuo K. Structural characteristics and antioxidant activities of fucoidans from five brown seaweeds // Journal of Applied Glycoscience. 2016. Vol. 63, no. 2. P. 31–37. DOI: 10.5458/jag.jag.JAG-2015_024.

15. Mak W., Hamid N., Liu T., Lu J., White W.L. Fucoidan from New Zealand Undaria pinnatifida: monthly variations and determination of antioxidant activities // Carbohydrate Polymers. 2013. Vol. 95, no. 1. P. 606–614. DOI: 10.1016/j.carbpol.2013.02.047.

16. Wang J., Zhang Q., Zhang Z., Song H., Li P. Potential antioxidant and anticoagulant capacity of low molecular weight fucoidan fractions extracted from Laminaria japonica // International Journal of Biological Macromolecules. 2010. Vol. 46, no. 1. P. 6–12. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2009.10.015.

17. Jin W., Zhang W., Wang J., Ren S., Song N., Duan D., Zhang Q. Characterization of laminaran and a highly sulfated polysaccharide from Sargassum fusiforme // Carbohydrate Research. 2014. Vol. 385. P. 58–64. DOI: 10.1016/j.carres.2013.12.009.

18. Kadam S., O’Donnell C., Rai D., Hossain M., Burgess C., Walsh D., et al. Laminarin from Irish brown seaweeds Ascophyllum nodosum and Laminaria hyperborea: ultrasound assisted extraction, characterization and bioactivity // Marine Drugs. 2015. Vol. 13, no. 7. P. 4270–4280. DOI: 10.3390/md13074270.

19. Боголицын К.Г., Дружинина А.С., Овчинников Д.В., Паршина А.Э., Шульгина Е.В., Турова П.Н. [и др.]. Полифенолы арктических бурых водорослей: выделение, полимолекулярный состав // Химия растительного сырья. 2019. N 4. С. 65–75. DOI: 10.14258/jcprm.2019045135. EDN: JVYVTN.

20. Боголицын К.Г., Дружинина А.С., Каплицин П.А., Овчинников Д.В., Паршина А.Э., Шульгина Е.В. Взаимосвязь антиоксидантной активности и полимолекулярных свойств полифенолов арктических бурых водорослей // Химия и химическая технология переработки растительного сырья : материалы докл. Междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 100-летию со дня рождения В.М. Резникова (г. Минск, 10–12 октября 2018 г.). Минск: Изд-во БГТУ, 2018. С. 257–262. EDN: VKCHWS.

21. Salehi B., Sharifi-Rad J., Seca A.M.L., Pinto D.C.G.A., Michalak I., Trincone A., et al. Current trends on seaweeds: looking at chemical composition, phytopharmacology, and cosmetic applications // Molecules. 2019. Vol. 24, no. 22. P. 4182. DOI: 10.3390/molecules24224182.

22. Пат. № 2676271, Российская Федерация, A61K 36/03, C08B 37/00, C08B 37/18. Способ комплексной переработки бурых водорослей / К.Г. Боголицын, П.А. Каплицин, А.С. Дружинина, Д.В. Овчинников, Е.В. Шульгина, А.Э. Паршина. Заявл. 14. 03. 2018; опубл. 27. 12. 2018. Бюл. № 36.

23. Пат. № 2741634, Российская Федерация, A23L 17/60. Способ получения биологически активного полифенольного комплекса из арктических бурых водорослей / К.Г. Боголицын, А.Э. Паршина, А.С. Дружинина, Д.В. Овчинников.Заявл. 24. 07. 2020; опубл. 28. 01. 2021. Бюл. № 36.

24. Herrero M., Mendiola J.A., Cifuentes A., Ibáñez E. Supercritical fluid extraction: recent advances and applications // Journal of Chromatography A. 2010. Vol. 1217, no. 16. P. 2495–2511. DOI: 10.1016/j.chroma.2009.12.019.

25. Herrero M., Cifuentes A., Ibañez E. Sub- and supercritical fluid extraction of functional ingredients from different natural sources: plants, food-by-products, algae and microalgae : a review // Food Chemistry. 2006. Vol. 98, no. 1. P. 136–148 DOI: 10.1016/j.foodchem.2005.05.058.

26. Bogolitsyn K.G., Kaplitsin P.A., Dobrodeeva L.K., Druzhinina A.S., Ovchinnikov D.V., Parshina A.E., et al. Fatty acid composition and biological activity of supercritical extracts from arctic brown algae Fucus vesiculosus // Russian Journal of Physical Chemistry B. 2017. Vol. 11. P. 1144–1152. DOI: 10.1134/S1990793117070065.

27. Дружинина А.С., Боголицын К.Г., Каплицин П.А., Овчинников Д.В., Паршина А.Э. Сверхкритическая флюидная экстракция арктических бурых водорослей вида Fucus vesiculosus // Сверхкритические флюиды (СКФ): фундаментальные основы, технологии, инновации : тезисы докл. IX науч.-практ. конф. с междунар. уч. (г. Сочи, 9–14 октября 2017 г.). М.: Изд-во ЗАО «Шаг», 2017. С. 218–220. EDN: XPEWHR.

28. Каплицын П.А., Боголицын К.Г., Дружинина А.С., Овчинников Д.В., Шульгина Е.В., Паршина А.Э. Комплексная схема выделения биологически активных веществ из арктических бурых водорослей с применением метода сверхкритической флюидной экстракции // Сверхкритические флюидные технологии в решении экологических проблем: создание перспективных материалов : тезисы докл. VII Всерос. школы-конф. мол. уч. (г. Архангельск, 13–15 сентября 2016 г.). Архангельск: Белый ветер, 2016. С. 115–120. EDN: XSMGNR.

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

30. Камнев А.Н. Структура и функции бурых водорослей : монография. М.: Изд-во МГУ, 1989. 200 с. EDN: YZHLRR.

31. Britton G., Liaaen-Jensen S., Pfander H. Carotenoids. Vol. 1A. Isolation and analysis. Basel: Birkhäuser Verlag, 1995. 328 p.

32. Ozel M.Z., Gogus F., Yagci S., Hamilton J.F., Lewis A.C. Determination of volatile nitrosamines in various meat products using comprehensive gas chromatographynitrogen chemiluminescence detection // Food and Chemical Toxicology. 2010. Vol. 48, no. 11. P. 3268–3273. DOI: 10.1016/j.fct.2010.08.036.

33. Zabelina O.N., Saloutin V.I., Chupakhin O.N. Analysis of polychlorinated biphenyl mixtures by gas chromatography // Journal of Analytical Chemistry. 2010. Vol. 65. P. 1098–1108. DOI: 10.1134/S106193481011002X.

34. Molyneux P. The use of the stable free radical diphenylpicrylhydrazyl (DPPH) for estimating antioxidant activity // Songklanakarin Journal of Science and Technology. 2004. Vol. 26, no. 2. P. 211–219.

35. Smirnoff N., Cumbes Q.J. Hydroxyl radical scavenging activity of compatible solutes // Phytochemistry. 1989. Vol. 28, no. 4. P. 1057–1060. DOI: 10.1016/0031-9422(89)80182-7.

36. Ruch R.J., Cheng S.-J., Klaunig J.E. Prevention of cytotoxicity and inhibition of intercellular communication by antioxidant catechins isolated from Chinese green tea // Carcinogenesis. 1989. Vol. 10, no. 6. P. 1003–1008. DOI: 10.1093/carcin/10.6.1003.

37. Patel D.S., Shah P.B., Managoli N.B. Evaluation of in vitro anti-oxidant and free radical scavenging activities of Withania somnifera and Aloe vera // Asian Journal of Pharmacy and Technology. 2012. Vol. 2, no. 4. P. 143–147.

38. Табакаева О.В., Табакаев А.В. Сверхкритический экстракт из бурой водоросли Японского моря Undaria pinnatifida как источник биологически активных веществ // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2023. Т. 13. N 3. С. 416–424. DOI: 10.21285/2227-2925-2023-13-3-416-424. EDN: JRWASG.

39. Papitha R., Selvaraj C.I., Palanichamy V., Arunachalam P., Roopan S.M. In vitro antioxidant and cytotoxic capacity of Kappaphycus alvarezii successive extracts // Current Science. 2020. Vol. 119, no. 5. P. 790–798. DOI: 10.18520/cs/v119/i5/790-798.

40. Sathya R., Kanaga N., Sankar P., Jeeva S. Antioxidant properties of phlorotannins from brown seaweed Cystoseira trinodis (Forsskål) C. Agardh // Arabian Journal of Chemistry. 2017. Vol. 10. P. S2608–S2614. DOI: 10.1016/j.arabjc.2013.09.039.

41. Wang L., Oh J.Y., Hwang J., Ko J.Y., Jeon Y.-J., Ryu B. In vitro and in vivo antioxidant activities of polysaccharides isolated from celluclast-assisted extract of an edible brown seaweed, Sargassum fulvellum // Antioxidants. 2019. Vol. 8, no. 10. P. 493. DOI: 10.3390/antiox8100493.

42. Gomez-Zavaglia A., Lage M.A.P., Jimenez-Lopez C., Mejuto J.C., Simal-Gandara J. The potential of seaweeds as a source of functional ingredients of prebiotic and antioxidant value // Antioxidants. 2019. Vol. 8, no. 9. P. 406. DOI: 10.3390/antiox8090406.

43. Valdés F.A., Lobos M.G., Díaz P., Sáez C.A. Metal assessment and cellular accumulation dynamics in the green macroalga Ulva lactuca // Journal of Applied Phycology. 2018. Vol. 30. P. 663–671. DOI: 10.1007/s10811-017-1244-x.

44. Saravana P.S., Getachew A.T., Cho Y.-J., Choi J.H., Park Y.B., Woo H.C., et al. Influence of co-solvents on fucoxanthin and phlorotannin recovery from brown seaweed using supercritical CO₂ // Journal of Supercritical Fluids. 2017. Vol. 120. P. 295–303. DOI: 10.1016/j.supflu.2016.05.037.

45. Tabakaeva O.V., Tabakaev A.V. Carotenoid profile and antiradical properties of brown seaweed Sargassum miyabei extracts // Chemistry of Natural Compounds. 2019. Vol. 55. P. 364–366. DOI: 10.1007/s10600-019-02692-w.

46. Jridi M., Mezhoudi M., Abdelhedi O., Boughriba S., Elfalleh W., Souissi N., et al. Bioactive potential and structural characterization of sulfated polysaccharides from Bullet tuna (Auxis Rochei) by-products // Carbohydrate Polymers. 2018. Vol. 194. P. 319–327. DOI: 10.1016/j.carbpol.2018.04.038.

47. Bogolitsyn K., Dobrodeeva L., Druzhinina A., Ovchinnikov D., Parshina A., Shulgina E. Biological activity of a polyphenolic complex of Arctic brown algae // Journal of Applied Phycology. 2019. Vol. 31. P. 3341–3348. DOI: 10.1007/s10811-019-01840-7.

48. Layana P., Martin Xavier K.A., Lekshmi S., Deshmukhe G., Nayak B.B., Balange A.K. Antioxidant and antimicrobial potential of hydroethanolic extracts of Padina tetrastromatica from North-west Coast of India // Fishery Technology. 2019. Vol. 56. P. 199–204.