Промысловые водоросли Белого и Чёрного морей прибрежных зон России: запасы, химический состав, строение, свойства полисахаридов, рациональное использование

Цель: провести анализ опубликованных данных о распределении, запасах бурых и красных водорослей Белого и Чёрного морей, а также о химической структуре и свойствах полисахаридов и их использовании. Оценить эффективность химико-технологических исследований и их результатов.

Используемые методы: при подготовке обзора использованы наукометрические методы анализа литературы из базы данных РИНЦ, Scopus, а также приведены опубликованные результаты собственных исследований, в которых применены методы ИК спектроскопии, ядерного магнитного резонанса углерода‑13 (13С-ЯМР)и стандартные методики.

Результат: представлен обзор научной литературы о распределении, запасах и использовании водорослей Белого и Чёрного морей прибрежных зон России. Приведены данные об исследованиях химического состава, технологических свойствах и химической структуре полисахаридов бурых водорослей Белого моря — Fucus vesiculosus и Ascophyllum nodosum, а также Gongolaria barbata, Ericaria crinita Чёрного моря и красных водорослей A. plicata Белого моря и Coccotylus brodiei и Phyllophora crispa Чёрного моря.Новизна: показано, что в альгинатах, полученных из цистозиры (G.barbata, E.crinita) содержится до 35% L-гуалуроновой кислоты. Подтверждена химическая структура полисахарида из Phyllophora crispa как каппа-омега-каррагинана. Показана перспективность использования водорослевых остатков A. plicata после экстракции агара в качестве вторичного сырья, для получения микрокристаллической целлюлозы, наноцеллюлозы или аминокислотного гидролизата.

Практическая значимость: представленные данные о распределении запасов водорослей в российских прибрежных зонах Белого и Чёрного морей, рекомендуемом вылове (РВ), их химическом составе, а также о структуре и свойствах полисахаридов могут быть использованы для составления рекомендаций по регулированию промысла и планированию производства продукции

1. Амелькина А.С., Анциферов М.Ю., Бакай Ю.И. и др. 2022. Состояние сырьевых биологических ресурсов Баренцева, Белого и Карского морей и Северной Атлантики в 2022 г. / ред. К.М. Соколов. Полярный филиал ФГБНУ «ВНИРО» («ПИНРО» им. Н.М. Книповича). Мурманск: ПИНРО. 161 с.

2. Аминина Н.М., Акулин В.Н., Якуш Е.В. 2020. Морские растения — перспективный источник кормов и удобрений для сельского хозяйства // Рыбное хозяйство. № 5. С. 67–70.

3. Афанасьев Д.Ф. 2004. Структура и продуктивность макрофитобентоса северо-кавказского шельфа Чёрного моря. Автореф. дис. … канд. биол. наук. Краснодар, КГАУ. 25 с.

4. Афанасьев Д.Ф. 2005. Макрофитобентос российского сектора Чёрного моря // Экология моря. Вып. 68. С. 19–25.

5. Афанасьев Д.Ф. 2008. Запасы некоторых видов макрофитов на российском шельфе Чёрного моря: современное состояние, многолетняя динамика и анализ причин изменения // Известия ТИНРО. Т. 155. С. 161–168.

6. Берлинский Н.А., Деньга Ю.М., Матвеев А.В., Подуст О.С., Попов Ю.И., Третьяк И.П. 2014. Влияние изменчивости условий морской среды на динамику филлофорного поля Зернова // Вестник ОНУ. Сер.: Географ. и геолог. науки. Т. 19, вып. 2. С. 40–57.

7. Беседнова Н.Н., Звягинцева Т.Н., Андрюков Б.Г., Запорожец Т.С., Кузнецова Т.А., Крыжановский С.П., Гусева Л. Г., Щелка- нов М.Ю. 2021. Сульфатированные полисахариды морских водорослей как потенциальные средства профилактики и терапии гриппа и COVID-19 // Антибиотики и химиотерапия. Т. 66. № 7–8. С. 50–66.

8. Беседнова Н.Н., Кузнецова Т.А., Запорожец Т.С., Звягинцева Т.Н. 2015. Морские бурые водоросли — источник новых фармацевтических субстанций антибактериальной направленности // Антибиотики и химиотерапия. С. 31–41.

9. Билан М.И., Грачев А.А., Шашков А.С., Усов А.И. 2005. Строение фукоидана из бурой водоросли Fucus serratus L. // Мат. 2-й межд. науч.-практ. конф. «Морские прибрежные экосистемы: водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки». М.: Изд-во: ВНИРО. С. 253–258.

10. Боголицын К. Г., Дружинина А. С., Овчинников Д.В., Каплицин П.А., Шульгина Е.В., Паршина А.Э. 2018. Полифенолы бурых водорослей // Химия растительного сырья. № 3. С. 5–2.

11. Блинова Е.И. 2007. Водоросли-макрофиты и травы морей европейской части России (флора, распространение, биология, запасы, марикультура). М.: Изд-во ВНИРО. 114 с.

12. Бурова Н.В., Подкорытова А.В. 2020. Физико-химическая характеристика агара из красных водорослей рода Ahnfeltia: рекомендации по его применению // Известия КГТУ. № 56. C. 73–87.

13. Вилкова О.Ю. 2005. Современное состояние запасов бурой водоросли Cystoseira spp. в российской части Чёрного моря // «Морские прибрежные экосистемы: водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки». Межд. науч.-практ. конф. (05–07 октября 2005, Архангельск). М.: ВНИРО. С. 20–23.

14. Возжинская В.Б. 1986. Донные макрофиты Белого моря М.: Наука. 192 с.

15. Глубоковский М. К., Тарасюк С. Н., Зверькова Л. М., Семеняк Л.В., Мурзов Н.Н., Петрова Н.В., Бражник С.Ю., Скакун В.А. 2012. Сырьевая база российского рыболовства в 2012 году: Районы российской юрисдикции. М.: Изд-во ВНИРО. 497 с.

16. Горинова Ю.В., Красовский С.А., Симонова О.И., Амелина Е.Л. 2016: Ингаляционный маннитол — новый муколитический препарат для лечения муковисцидоза // Пульмонология. Т. 26 (6). С. 760–765. DOI: 10.18093/0869-01892016-26-6-760-765

17. Калугина А.А. 1964. Донная растительность Чёрного моря у берегов Северного Кавказа // Запасы морских растений и их использование. М.: Наука. С. 26–57. Калугина-Гутник А.А. 1975. Макрофитобентос Чёрного моря. Киев: Наукова думка. 248 с.

18. Калугина-Гутник А.А. 1979. Макрофитобентос // Основы биологической продуктивности Чёрного моря. Киев: Наукова думка. С. 123–142.

19. Калугина-Гутник А.А., Евстигнеева И.К. 1993. Изменение видового состава и количественного распределения фитобентоса в Каркинитском заливе за период 1964–1986 гг. // Экология моря. Вып. 43. С. 98–105.

20. Каминер К.М. 1981 а. Филлофора и зостера заливов северозападной части Чёрного моря // Промысловые водоросли и их использование. М.: ВНИРО. С. 81–87.

21. Каминер К.М. 1981 б. Филлофора (Phyllophora nervosa (Dс) Grev. и Ph. brodiaei (Turn.) J. Ag.) северо-западной части Чёрного моря // Промысловые водоросли и их использование. М.: ВНИРО. С. 87–97.

22. Кизеветтер И.В., Суховеева М.В., Шмелькова Л.П. 1981. Морские водоросли и травы дальневосточных морей/ М.: Пищевая промышленность. - 113 с.

23. Киреева М.С. 1964. Скопления неприкрепленных красных водорослей в морях Советского Союза // Запасы морских растений и их использование. М.: Наука. С. 3–25.

24. Киселевский М.В., Анисимова Н.Ю., Билан М.И., Усов А.И., Устюжанина Е.У, Петкевич А.А., Шубина И.Ж., Морозевич Г.Е., Нифантьев Н.Э. 2022. Перспективы использования сульфатированных полисахаридов с высоким содержанием фукозы из морских организмов в лечении и профилактике COVID-19 и постковидного синдрома // Биоорганическая химия, 48, № 6, 633-547. DOI: 10.31857/S013234232206015X

25. Михайлова Т.А. 2019. Растительность пояса красных водорослей Белого моря (Европейская Арктика, Россия) // Новости систематики низших растений. № 53(1). С. 39–65.

26. Мильчакова И.А. 2001. Ресурсы макрофитов Чёрного моря: проблемы охраны и рационального использования // Экология моря. Вып. 57. С. 7–12.

27. Мильчакова Н.А., Миронова Н.В., Рябогина В. Г. 2011. Морские растительные ресурсы // Промысловые биоресурсы Чёрного и Азовского морей. Севастополь: ИнБЮМ. С. 117–139.

28. Миничева Г.Г., Косенко М.Н., Швец А.В. 2009. Фитобентос Большого и Малого филлофорных полей как отражение современного экологического состояния северо-западной части Чёрного моря // Морской экологический журнал. Т. 8(4). С. 24–40.

29. Облучинская Е.Д. 2005. Технологии лекарственных и лечебно-профилактических средств из бурых водорослей. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН. 164 с.

30. Облучинская Е.Д., Пожарицкая О.Н., Флисюк Е.В., Шиков А.Н. 2020. Оптимизация состава и технологии получения таблеток с фукоиданом и их биофармацевтическая оценка // Химико-фармацевтический журнал. Т. 54. № 5. С. 38–42.

31. Подкорытова А.В. 2005. Морские водоросли – макрофиты и травы. М.: Изд-во ВНИРО. 175 с.

32. Подкорытова А.В., Вафина Л.Х. 2010. Санитарно-гигиеническое состояние и химический состав водорослей Чёрного моря // Межд. науч.-практ. конф. «Экологические проблемы Чёрного моря», 28–29 октября 2010 г. г. Одесса, Украина. С. 155–162.

33. Подкорытова А.В., Вафина Л.Х. 2013. Химический состав бурых водорослей Чёрного моря: род Cystoseira, перспектива их использования // Труды ВНИРО. Т. 150. С. 100–107.

34. Подкорытова А.В., Игнатова Т.А., Родина Т.В. 2016. Комплексная ресурсосберегающая технология переработки красных водорослей Ahnfeltia plicata, Белое море: получение агара, пищевых волокон и кормовых продуктов// Труды ВНИРО. 2016. Том 159 . С. 130-142.

35. Подкорытова А.В., Игнатова Т.А., Бурова Н.В., Усов А.И. 2019. Перспективные направления рационального использования промысловых красных водорослей рода Ahnfeltia, добываемых в прибрежных зонах морей России // Труды ВНИРО. Т. 176 С. 14–26.

36. Подкорытова А.В., Игнатова Т.А. 2022. Морские красные водоросли — неиссякаемый источник биологически активных веществ для медицины и фармацевтики // Труды ВНИРО. Т. 188. С. 151–165.

37. Подкорытова А.В. 2023. Полисахариды морских бурых водорослей как природные абсорбенты радионуклидов и тяжёлых металлов // Мат. 1-й науч.-практ. конф. «Рыбохозяйственный комплекс России: проблемы и перспективы развития», 29–30 марта 2023 г., Москва. М.: ВНИРО. С. 333–339.

38. Подкорытова А.В., Рощина А.Н. 2021. Морские бурые водоросли — перспективный источник БАВ для медицинского, фармацевтического и пищевого применения // Труды ВНИРО. Т. 186. С. 156–172.

39. Промысловые биоресурсы Чёрного и Азовского морей. 2011. / В.Н. Еремеев, А.В. Гаевская, Г.Е. Шульман, Ю.А. Загородняя / Ред. ИнБЮМ НАН Украины. Севастополь: ЭКОСИГидрофизика. 367 с.

40. Репина О.И., Муравьева Е.А., Подкорытова А.В. 2004. Динамика химического состава промысловых бурых водорослей Белого моря // Труды ВНИРО. Т. 143. С. 93–100.

41. Репина О.И. 2005. Обоснование и разработка технологии биологически активных веществ из фукусовых водорослей Белого моря. Автореф. дис. … канд. техн. наук. М.: ВНИРО. 24 с.

42. Рощина А.Н., Баскакова Ю.А., Подкорытова А.В. 2022. Аминокислотный состав белков некоторых фукусов Белого моря // Инновационные направления интеграции науки, образования и производства // Мат. III Межд. науч.-практ. конф. (Керчь, 11–15 мая 2022 г.). Керчь: КГМТУ. С. 145–148.

43. Рыбалкина О.Ю., Лопатина К.А., Сафонова Е.А., Ефимова Л.А. 2014. Перспективы использования альгината натрия с различной молекулярной массой в комплексной терапии злокачественных новообразований // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. № 5(99). С. 63–67.

44. Саенко Е.М., Марушко Е.А. 2014. Современное состояние фитоценозов в прибрежной акватории северо-восточной части Чёрного моря // Ботаника и природное многообразие растительного мира. II Всерос. науч. интернет-конф. с межд. участием. ИП Синяев Д.Н., С. 99–103.

45. Саенко Е.М., Марушко Е.А. 2017. Состояние запасов промысловых водорослей в северо-восточной части Чёрного моря в 2014–2015 гг. // Труды АзНИИРХ (результаты рыбохозяйственных исследований в Азово-Черноморском бассейне). Сб. науч. трудов по результатам исследований за 2014–2015 гг. / В.Н. Белоусов ред. Ростов-на-Дону. С. 125–128.

46. Скрипник И.А., Саркисова С.А., Рясинцева С.И. 1982. Физиологическое состояние водорослей при ртутном загрязнении // Экспериментальная водная токсикология. № 8. С. 149–154.

47. Скурихин И.М., Волгарев М.Н. 1987. Химический состав пищевых продуктов. М.: Агропромиздат. 360 с.

48. Ткаченко Ф.П., Костылев Э.Ф., Третьяк И.П. 2012. Макрофитобентос малого филлофорного поля (Каркинитский залив, Черное море, Украина) // Альгология. Т. 22, № 3. С. 295–302.

49. Усов А.И. 1985. Полисахариды красных морских водорослей // Прогресс химии углеводов. М.: Наука. С. 77–96.

50. Усов А.И. 1999. Альгиновые кислоты и альгинаты: методы анализа, определения состава и установления строения // Успехи химии. Т. 68(11). С. 1051-1061.

51. Усов А.И., Смирнова Г.П., Билан М.И., Шашков А.С. 1998. Полисахариды водорослей. 53. Бурая водоросль Laminaria saccharina (L.) Lam. как источник фукоидана // Биоорганическая химия. Т. 24. С. 437–445.

52. Усов А.И., Смирнова Г.П., Подкорытова А.В. 2005. Новые данные о полисахаридном составе черноморской филлофоры // Мат. II межд. конф. «Морские прибрежные экосистемы: водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки». М: Изд-во: ВНИРО. С. 372–376.

53. Усов А.И, Билан М.И. 2009. Фукоиданы – сульфатированные полисахариды бурых водорослей // Успехи химии. Т. 78(8). С. 846-862.

54. Усов А.И., Элашвили М.Я. 1991. Количественное определение производных 3,6-ангидрогалактозы и специфическое расщепление галактанов красных водорослей в условиях восстановительного гидролиза // Биоорганическая химия. Т. 17. С. 839–848.

55. Фан Винь, Подкорытова А.В., Игнатова Т.А., Усов А.И. 2010. Культивирование и переработка красных водорослейкаррагинофитов во Вьетнаме // РЫБПРОМ. № 3. С. 26–31.

56. Хотимченко С.В. 2003. Липиды морских водорослей – макрофитов и трав. Структура, распределение, анализ. Владивосток: Дальнаука. 230 стр.

57. Христофорова Н.К., Чернова Е.Н. 2005. Сравнение содержания тяжёлых металлов в бурых водорослях и морских травах // ДАН. Т. 400. № 4. С. 571–573.

58. Штильман М.И., Подкорытова А.В., Немцев С.В. и др. 2015 // Технология полимеров медико-биологического назначения. Полимеры природного происхождения / М.И. Штильман / Ред. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 328 с.

59. Энциклопедия «Пищевые технологии». 2019. Технологии рыбной промышленности в 2-х частях. М.: Изд-во ВНИРО. 405 с.

60. Al Monla R., Dassouki Z., Sari-Chmayssem N., Mawlawi H., GaliMuhtasib H. 2022. Fucoidan and Alginate from the Brown Algae Colpomenia sinuosa and Their Combination with Vitamin C Trigger Apoptosis in Colon Cancer // Molecules. V. 27 (2). 358. DOI: 10.3390/molecules27020358

61. Ariedea M.B., Candidoa T.M., Morocho J.A L, Robles V.M.V, de Carvalhob J.K.M, Babya A.R. 2017. Cosmetic attributes of algae: A review // Algal Research. V. 25. Р. 483–487.

62. Bilan M.I., Grachev A.A., Ustuzhanina N.E.,.Shashkov A.S, Nifantiev N.E., Usov A.I. 2004. A highly regular fraction of a fucoidan from the brown seaweed Fucus distichus L. // Carbohydrate Research, 339(3), 511-517.

63. Bilan M.I.. Grachev A.A, Shashkov A.S., Nifantiev N.E., Usov A.I. 2006. Structure of a fucoidan from the brown seaweed Fucus serratus L. // Carbohydrate Research, 341(2), 238- 245.

64. Bilan M.I., Usov A.I., Grachev A.A., Nifantiev N.E., Shashkov A.S., Kelly M., Sanderson C. J. 2010. Further studies on the composition and structure of a fucoidan preparation from the brown alga Saccharina latissima // Carbohydrate Research. V. 345. № 14. P. 2038–2047

65. Bleakley S., Hayes M. 2017. Algal Proteins: extraction, application and challenges concerning production // Foods. № 6. P. 1–34.

66. Dominguez H. 2013. Functional ingredients from algae for foods and nutraceuticals. Cambridge: Woodhead publishing limited. 734 р.

67. Milchakova N. 2011. Marine Plants of the Black Sea. An Illustrated Field Guide. Sevastopol: DigitPrint. 144 p.

68. Misurcova L., Kracmar S., Klejdus B., Vacek J. 2010. Nitrogen content, dietary fiber, and digestibility in algal food products // Czech J. of food sciences. № 28. P. 27–35.

69. Painter T.J. 1983. Algal polysaccharides. // The polysaccharides. / Ed. G.O. Aspinall. N.Y.: Acad. Press. V. 2. P. 195–285.

70. Chevolot L., Mulloy B., Ratiscol J., Foucault A., Colliec-Jouault S. 2001. A disaccharide repeat unit is the major structure in fucoidans from two species of brown algae // Carbohydr. Res. V. 330. P. 529–535.

71. Church F. C., Meade J. B., Treanor R. E., Whinna H. C. 1989. Antithrombin activity of fucoidan // J. biol. Chem. 264: Р. 3618–3623.

72. Rincones R.E., Yu S., Pedersen M. 1993. Effect of dark treatment on the starch degradation and the agar quality of cultivated Gracilariopsis lemaneiformis from Venezuela // Hydrobiologia. V. 260 Iss. 1. P. 633–640.

73. Rochas C., Lahaye M., Yaphe W. 1986. Sulfate content of agar and carrageenan determined by infrared spectroscopy // Bot. Mar. — V. 29. P. 335–340.

74. Seaweed Resources of The World. 1998. / Critchly A.T., Ohno M. edit. Kanagawa International Fisheries Centre. Jap. Int. Coop. Agency. 430 p.

75. Usov A.I., Shashkov A.S. 1985. Polysaccharides of algae. 34. Detection of iota-carrageenan in Phyllophora brodiaei (Turn.) J. Ag. (Rhodophyta) using 13C-NMR spectroscopy. // Bot. Mar. V. 28. P. 367–383.

76. Usov A.I. 2011. Polysaccharides of the red algae // Advances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry. V. 65:115–217. DOI: 10.1016/B978–0–12–385520–6.00004–2. PMID: 21763512.

77. Usov A.I., Bilan M.I., Ustyuzhanina N.E., Nifantiev N.E. 2022. Fucoidans of brown algae: Comparison of sulfated polysaccharides from Fucus vesiculosus and Ascophyllum nodosum // Marine Drugs. V. 20. 638. DOI: 10.3390/md20100638

78. Van de Velde F., Knutsen S.H., Usov A.I., Rollema H.S., Cerezo A.S. 2002.1H and 13C high resolution NMR spectroscopy of carrageenans: application in research and industry. // Trends Food Sci. Technol. V. 13. P. 73–92.