Научно-практическое обоснование использования бурых водорослей и их биологически активных компонентов в качестве лечебно-профилактических продуктов и составлении композиционных составов биологически активных добавок д.т.н., проф. Подкорытова А.В.

Государственный комитет по рыболовству Российской Федерации

Федеральное государственное унитарное предприятие

Всероссийский НИИ рыбного хозяйства и океанографии

(ФГУП ВНИРО)

Научно-практическое обоснование использования бурых водорослей и их биологически активных компонентов в качестве лечебно-профилактических продуктов и составлении композиционных составов биологически активных добавок

д.т.н., проф. Подкорытова А.В.

Прибрежные воды России заселены микрофитами разнообразного видового состава, запасы которых определяются в 24-25 млн. тонн. Бурые водоросли (Phaeophyta) в странах Юго-Восточной Азии используют в пищу уже более 8 столетий. В Японии и в Китае придается особое значение ежедневному потреблению водорослей до настоящего времени. В некоторые периоды необходимость их потребления в этих странах возводилась в ранг закона, что приводило к значительному снижению заболеваний щитовидной железы, более легкому течению ряда инфекционных заболеваний, регулированию деятельности желудочно-кишечного тракта, снижению уровня гастроэнтерологических, сердечно-сосудистых заболеваний и др.

В России первые сведения о пользе применения в пищу бурой водоросли ламинарии появились в начале 20-го столетия, а в 1906 уже был начат ее промысел у побережья Японского моря в Приморском крае. В последующие десятилетия объемы добычи ламинарии то увеличивалась, то снижалась в отдельные годы. Наиболее значительных объемов добыча ламинарии достигла в период 1970-1989 г.г. и в некоторые годы доходила до 100-150 тыс. тонн сырой массы.

Некоторые виды бурых промысловых водорослей показаны на схеме 1.

Дальневосточные моря

Laminaria japonica, Laminaria yezoensis, Laminaria dentigera, Laminaria bongardiana, Cymathera triplicate, Alaria marginata, Alaria fistulosa, Artrothamnus bifidus, Laminaria gurjianovae, Laminaria appressirhiza, Lessonia laminarioides, Agarum cribrosum, Costaria costata, Laminaria cichorioides, Kjellmaniella gyrata, Cystoseira crassipies, Sargassum pallidum, Pelvetia wrightii, Fucus evanescens

Море Баренцова, Белое море

Laminaria saccharina, Laminaria digitata,

Alaria esculenta, Laminaria huperborea,

Fucus vesiculosus, Fucus distichus,

Fucus serratus, Ascophylum nodosum

Черное море

Cystoseira crinite, Cystoseira barbata

Изготавливали главным образом мороженую, сушеную в слоевищах и шинкованную водоросль, которые использовали для приготовления консервов, кулинарной продукции около 100 наименований, а также медицинской крупки для реализации населению через аптеки. Продукцию из ламинарии транспортировали во все регионы России и Республики бывшего Советского Союза и население охотно или с небольшим желанием, но все же потребляли в составе этих продуктов необходимые для организма биологически активные вещества, энтеросорбенты, минеральные элементы, а также йод (Подкорытова, 2001).

В последние годы во многих регионах России сложилась неблагоприятная ситуация в результате загрязнения радионуклидами и тяжелыми металлами, недостаточностью обеспечения населения йод и минерал содержащими продуктами. Несбалансированность пищевого рациона и воздействие других неблагоприятных факторов привело к увеличению количества заболеваний, связанных с дефицитом йода и ионизирующим облучением. Решить проблему структуры и качества питания, а, следовательно, улучшить качество жизни человека, традиционными путями невозможно, о чем свидетельствует опыт многих экономически развитых стран. Необходимость решения этой внешней проблемы привело к разработке технологий получения из естественных источников комплексов биологически активных веществ, практически, в чистом виде.

Бурые морские водоросли хорошо известный источник природных биологически активных веществ (БАВ), имеющих широкий спектр воздействия на организм человека: они способны снижать кровяное давление, повышать сопротивляемость организма к инфекционным заболеваниям, регулировать количество липидов в крови, а также холестерина в плазме, обладают антиопухолевой активностью, способствуют накоплению в организме биологически важных металлов, например, кальция, железа, а также калия, который необходим для лечения сердечно-сосудистых заболеваний. Альгинаты, содержащиеся в водорослях, выводят из организма тяжелые металлы и радионуклиды. Натуральные водоросли являются источником аминокислот, витаминов и др.

Основные химические компоненты бурых водорослей — это органические вещества – альгиновая кислота, маннит, свободные и связанные аминокислоты, липиды, ламинарин, фукоидан, минеральные элементы, йод. Количество некоторых БАВ невелико, но они оказывают значительное влияние на фармакологические свойства водорослей и препаратов, выделенных из них.

Содержание белка в отдельных видах бурых водорослей достигает 16.0%, что так же имеет очень большое значение, так ка в состав белка бурых водорослей входят 23 аминокислоты, из них 8 незаменимых. Качественная особенность белков бурых водорослей состоит в том, что они содержат моно- и дийодаминокислоты – это моно- и дийодтирозин, дийодтиронин и тироксин. Йод может входить в состав и других азотистых соединений (Барашков, 1972). Количество превосходящими аминокислотами являются глутаминовая, аспарагиновая и треонин (Зимина, Подкорытова, 1976). Маннит и свободные аминокислоты, особенно глутаминовая кислота, формируют вкусовые качества съедобных бурых водорослей (Подкорытова, Шмелькова, 1983).

Различные пищевые продукты из ламинариевых водорослей в виде закусок, салатов, первых, вторых и десертных блюд употреблять очень полезно, но в результате различных способов обработки водоросли теряют основную часть минеральных веществ, свободные аминокислоты, маннит и, практически, весь йод.

Наиболее рациональный способ использования бурых водорослей в качестве источника йода и комплекса минеральных веществ это биологически активные добавки (БАД), изготовленные из натуральных, экологически чистых сушеных водорослей. Не менее эффективны и БАДы, изготовленные с добавлением экстрактов из водорослей, содержащих растворимые биологически активные вещества. В последние годы разработано несколько технологий получения йодсодержащих БАД. В качестве сырья рекомендовано использовать наиболее богатые по химическому составу ламинариевые водоросли (Laminaria japonica, Laminaria angustata, Cymathera japonica), произрастающие у побережья Курильских островов. Капсула или таблетка, содержащая 0,5 г., тонко измельченного водорослевого порошка удовлетворяет суточную потребность организма в йоде. Наряду с основной функцией источника йода и комплекса природных минеральных веществ БАДы, содержащие натуральные бурые водоросли, работают в организме как энтеросорбенты, так как содержат альгинаты (30%). В состав этих БАД входят витамины группы В, С, РР, пигменты, каротиноиды, фосфолипиды, свободные аминокислоты, главным образом – глутаминовая кислота, необходимая для нормального функционирования центральной нервной системы и головного мозга. Клинические испытания показали, что БАДы, содержащие порошок из бурых водорослей, как источник йода, играют значительную роль в нормализации функции щитовидной железы. Их можно применять в качестве ежедневной добавки к пищевому рациону как природного поливитаминного и минерального комплекса для обогащения организма микронутриентами.

Один из основных компонентов бурых водорослей – альгиновая кислота – структурный полисахарид, состоящий из блока D-маннуроновой кислоты и L-гулуроновой кислоты или чередующихся мономеров. Соль альгиновой кислоты – альгинат натрия в качестве загустителя и стабилизатора пищевых систем применяется уже более 70-ти лет, при это существовало ограничение в его потреблении: не более 50 мг/кг массы тела или до 3 г. в день. В 1990 г. Всемирная Организация ФАО было снято ограничение в ежедневном потреблении альгината человеком и в настоящее время не лимитируется.

В связи с этим оказалось возможным увеличивать количество альгината, вводимого в рацион питания, как природного энтеросорбента, для эффективной абсорбции и выведения из организма радионуклидов. Альгинаты обладают ионообменными свойствами и поэтому их широко используют в качестве энтеросорбентов в медицинской практике. В отличии от сорбентов другой природы, альгинаты обладают высокой константой стойкости с кальцием, связывают в организме человека в первую очередь токсичные «тяжелые» металлы без нарушения кальциевого обмена.

Способность альгината осуществлять энтеросорбцию тяжелых металлов была изучена в опытах на животных, в рацион которых добавляли хлорид свинца, а в рацион экспериментальной группы – еще и альгинат натрия. Результаты показали достоверное снижение депонированного свинца и кадмия в печени и почках экспериментальной группы крыс. В то же время содержание физиологически важных элементов – железа и меди – существенно не изменилось.

Экспериментальные проверки in vivo, по абсорбции и выведению из организма крыс радиоактивного стронция -85 показали, что альгинат кальция, более эффективно связывает и выводит из организма животных радиоизотопы стронция, а также цезия. При это производные альгиновой кислоты по степени абсорбции и выведению радиостронция из организма крыс расположены в следующей последовательности: AlgCa> AlgNa-Ca> AlgH> AlgNa. Высокая сорбционная активность альгината кальция обусловлена присутствием большого количества кальция, влияющего на ускорение выведения радиоактивного стронция. На основе альгината кальция, как наиболее эффективного энтеросорбента производят БАДы, используемые в качестве источника кальция, пищевых волокон и энтеросорбента.

Растворимые соли альгиновой кислоты (альгинат натрия), безвредны для организма, их 1%-ные водные растворы нейтральны, обладают антимикробными и другими фармакологическими свойствами, удерживают основную облигатную микрофлору кишечника, подавляют деятельность факультативных бактерий (стафилококк, грибы рода кандида), оказывает обволакивающее действие и способствует значительному ослаблению патологических рефлексов, в том числе и болевых. Клинические испытания альгината натрия показали значительный терапевтический эффект при лечении гастроэзофагеальных рефлюксов и других желудочно-кишечных заболеваний. Механизм действия альгинатов описан следующим образом: при поступлении в желудок раствор альгината натрия обволакивает его стенки, в результате смешивания с соляной кислотой желудочного сока образуется гелевая структура – альгиновой кислоты, которая покрывает слизистую по типу желудочной повязки, способствует заживлению язв желудка и двенадцатиперстной кишки. Этот процесс также регулирует деятельность pH рецепторов, поддерживая кислотообразующую функцию желудка на уровень норма.

Комплексная переработка бурых водорослей включает последовательное экстрагирование водо-, спирто- и кислоторастворимых биологически активных соединений (йод, аминокислоты, маннит, минеральные компоненты, липиды, фукоидан, ламинарин, если таковые в данной виде водоросли обнаружены в количестве достаточном для промышленного производства). Затем экстрагирует щелочерастворимые кислые полисахариды – альгиновые кислоты с последующим получением различных полностью замещенных или смешанных солей альгиновых кислот (альгинатов). Плотный водорослевый остаток направляют на получение кормовой крупы или на производство гидролизата для пищевого использования.

После экстрагирования растворимых биологически активных компонентов водорослевую массу можно направлять на производство неочищенных от клетчатки биогелей, которые в настоящее время широко используются в качестве лечебно-профилактического продукта в комплексной терапии лечения гастроэнтерологических заболеваний, или на производство очищенных биогелей, предназначенных в качестве основы при создании эмульсионных и пастообразных продуктов пищевого, лечебно-профилактического назначения и в косметологии.

Использование населением лечебно-профилактических продуктов из водорослей дает высокий эффект в оздоровлении больных с гастроэнтерологическими заболеваниями и аллергией различной этиологии, подвергнутых радиоактивному облучению, заражению тяжелыми металлами, а также людей, испытывающих йоддефицит. Особое значение имеет употребление биогелей из водорослей онкологическими больными при их лечении химио- и радиотерапией. Полисахариды бурых водорослей в связи с установленной их высокой биологической активностью вызывают большой интерес, как у ученых, так и у населения. Для альгинатов описаны противовоспалительный, ранозаживляющий, антимикробный, антиаллергический и иммуностимулирующий эффект. При введении в композиционные пищевые системы или при изготовлении БАД, полисахариды не теряют своих функциональных свойств, что предопределяет их использование в составе продукции лечебно-профилактического назначения.

Известно, что фукоидан – сульфатированный полисахарид обладает сильными антикоагулянтными свойствами, а также противоопухолевой и противовирусной активностью, является биологически активным полимером и перспективным соединением для разработки новых медицинских препаратов. Целесообразно для получения фукоидана использовать фукусовые водоросли, в отдельных видах которых его содержание достигает 20-25%.

В связи с изложенным очевидна необходимость освоения комплексной переработки бурых водорослей с выпуском полного спектра биологически активных веществ, а также производство пищевых и лечебно-профилактических продуктов.

Полная утилизация отходов производства гарантирует экологическую безопасность и, в целом, комплексная технология является направлением перспективных с экономической и социальной точек зрения. Производство биологически активных веществ из бурых водорослей и выпуск на их основе БАД с широким спектром фармакологического действия позволит обеспечить население России лечебно-профилактическими натуральными продуктами, не уступающими по лечебному эффекту импортным аналогам и значительно более дешевыми, что в целом позволит сократить ввоз БАД.

Основание комплексной переработки водорослей позволит в последовательной технологической цепочке при производстве разнообразных препаратов из одной тонны двухлетних ламинариевых водорослей, собранных в период июль-август произвести:

100-150 кг. – Маннита для медицины и создания композиций БАД;

110-120 кг. – Йодсодержащий аминокислотный концентрат для создания композиций БАД, обогащения пищевых продуктов и минеральной воды макроэлементами и йодом;

25-30 кг. – Альгинат кальция для производства БАД, используемых в качестве источника кальция и энтеросорбента радионуклидов и тяжелых металлов;

45-50 кг. – Альгината натрия для использования при лечении и профилактике гастроэнтерологических заболеваний;

20-25 кг. – Железо-, магний-, калийсодержащий альгинат специального назначения и создания композиций БАД;

800-850 кг. – «Биогель водорослевый» неочищенный для использования в качестве лечебно-профилактического препарата в гастроэнтерологии, косметологии при производстве пищевых продуктов эмульсионного типа;

700-750 кг. – «Биогель альгиновый» очищенный от клетчатки широкого спектра использования – в качестве лечебно-профилактического препарата в гастроэнтерологии, основы косметических средств – кремов, лосьонов, масок, пищевых продуктов, соусов, напитков, мороженного и т.д.;

2000 кг. – «Биогель водорослевый» неочищенный, 6%-ный, для использования в качестве водорослевых косметических масок и обертывания тела, улучшающих структуру и омолаживающих кожу;

120 кг. – Сухой водорослевый порошок, добавка в корма животных, рыб, птиц;

200 кг. – Соли морские минеральные для ванн.

На основе препаратов – «Маннита», «Йодсодержащего аминокислотного концентрата», «Альгината кальция», «Альгината натрия», «Железо-, магний-, калийсодержащего альгината» только при производстве их из одной тонны сухих ламинариевых водорослей можно произвести более тысячи упаковок биологически активных добавок и лечебно-профилактических продуктов.