АРАЛЬСКИЙ ШТАММ МИКРОВОДОРОСЛИ Dunaliella salina AR-1 КАК ИСТОЧНИК БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

АННОТАЦИЯ

В связи с высыханием Аральского моря, а также учитывая высокую биотехнологическую ценность дуналиеллы, недавно обнаруженную в оставшихся водоемах Приаралья, как признанного продуцента биологически полезных веществ, был проведен детальный анализ и изучение состава витаминов и липидов в сухой биомассе микроводорослей D. salina AR-1. В статье представлены результаты анализа биоактивных веществ, входящих в состав сухой биомассы микроводорослей D. salina AR-1.

ABSTRACT

In connection with the drying of the Aral Sea, and also taking into account the high biotechnological value of Dunaliella, recently discovered in the remaining reservoirs of the Aral Sea region, as a recognized producer of biologically useful substances, a detailed analysis and study of the composition of vitamins and lipids in the dry biomass of D. salina AR-1 microalgae was carried out. The article presents the results of the analysis of bioactive substances that make up the dry biomass of microalgae D. salina AR-1.

Ключевые слова: микроводоросль, Dunaliella salina, каротиноиды, биомасса Аральского штамма, липиды, витамины

Keywords: microalgae, Dunaliella salina, carotenoids, Aral strain biomass, lipids, vitamins

Введение. Галофитная микроводоросль Dunaliella salina, благодаря высокому содержанию β-каротина, липидов, глицерина является признанным объектом промышленного культивирования во многих странах [1, с. 275]. Продукты из неё используются, как пищевые и кормовые добавки, пищевые красители, косметические и витаминные средства. В Узбекистане по данным ООН 53% взрослого и 38% детского населения испытывают дефицит витамина А [2, с. 12]. Промышленное культивирование D. salina в Узбекистане и производство витаминизированных пищевых добавок поможет решить проблему дефицита витамина А у населения.

Учитывая чрезвычайную важность проблемы засоления водоемов Узбекистана в связи с высыханием Аральского моря, а также высокую биотехнологическую ценность дуналиеллы, недавно обнаруженную в оставшихся водоемах Приаралья, как признанного продуцента биологически полезных веществ, был проведен детальный анализ и изучение состава витаминов и липидов в сухой биомассе микроводорослей D. salina AR-1.

В связи с вышеизложенным целью данной работы явилось определение, изучение и детальный анализ состава витаминов и липидов в сухой биомассе микроводорослей D. salina AR-1.

Выделив из гиперсолёных озёр Приаралья местный штамм D. salinа AR-1, и изучив особенности цикла его развития, было обнаружено, что в отличие от других известных штаммов D. salina, которые в основном размножаются простым поперечным делением, Аральский штамм, даже в благоприятных условиях наиболее распространённой для дуналиеллы среды, размножается делением и почкованием в слизистых мешках - пальмеллах, что характерно для D. salina, обитающей в неблагоприятной для неё среде [3, с. 176].

Важным направлением использования биомассы дуналиеллы является производство биологически активных добавок, фармпрепаратов и косметических средств, так как в дуналиелле имеются эссенциальные фосфолипиды и целый ряд производных бета-каротинов, среди которых есть очень эффективные антиоксиданты.

Материалы и методы. Микроводоросли культивировали в среде Артари: NaCl (116 г/л), MgSO_4*2H₂O (50  г/л), KNO₃ (2,5 г/л), К₂НРO₄  (0,2 г/л), NaHCO₃ (1.0 г/л) и следовые количества микроэлементов (H₃BO₃, MnCl₂, ZnSO₄, MoO₃, NH₄VO₃, FeSO₄, Ca(NO₃)₂); рН 8,0; при освещённости 5000 – 10000 лк (90 - 180 µMol (photons) s^-1m^-2) [4, с. 83]. При таких условиях культивирования D. salina AR-1 развивается в зелёной форме. При повышении освещённости выше 30000 лк (540 µMol s^-1m^-2), повышении концентрации солей до 250 г/л, вследствие испарения воды и недостатке биогенных элементов (N, K, P) происходит накопление большого количества каротиноидов, и D. salina переходит в жёлто-оранжевую форму. Продуктом промышленного культивирования является биомасса именно жёлто-оранжевой формы D. salina.

Полученную в описанных выше условиях биомассу собирали сепарированием на сепараторе и лиофильно высушивали.

Общие каротиноиды и хлорофиллы определяли в ацетоновых экстрактах спектрофотометрически по специфическому поглощению каротиноидов при 480 нм, хлорофиллов а (663 нм) и b (645 нм) [5, с. 115].  Результаты определения общих каротиноидов и хлорофиллов представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Содержание общих каротиноидов и хлорофиллов в зелёной и жёлтой форме D. salina AR-1

Результаты и их обсуждение. В целом, содержание каротиноидов и хлорофиллов в штамме D. salina AR-1 соответствует их содержанию в других описанных в литературе штаммах D. salina [4, с. 75]. Рекордные 10% каротиноидов можно получить, совершенствуя биотехнологию культивирования дуналиеллы: подбирая освещённость, засолённость, температуру некоторые добавки и т.д. [6, с. 17].

ВЭЖХ анализ состава водорастворимых витаминов проводили  на обращенно-фазной колонке Eсlipse XDB C18 с размером частиц 5мкм, размером 4.6 x 150мм, хроматографе Agilent Technologies 1200 (USA) в смеси 0.5% уксусной кислоты, рН 1.7 и ацетонитрила в различных соотношениях.

Состав жирорастворимых витаминов определяли на обращенно-фазной колонке Supelco Discovery HS C18 (4.6x75 мм, 3 мкм), предколонка Supelco Discovery HS C18 (4.0x10 мм, 3 мкм) на хроматографе Agilent 1100 (USA) в  градиенте метилового спирта в 0.1% трифторуксусной кислоте, рН 2.0 [7, с. 52]. Содержание витаминов в биомассе D. salina AR-1 представлено в таблице 2.

Таблица 2.

Содержание различных витаминов в зелёной и жёлтой форме D. salina AR-1

Липиды из биомассы D. salina экстрагировали смесью хлороформ:метанол (2:1). Метиловые эфиры жирных кислот (FAME) получали омылением в 0,5 N NaOH в метаноле и 20% растворе фторида бора (BF₃) в метаноле. FAME анализировали на газовом хроматографе Agilent Technologies HP 6890N (USA), с использованием капиллярной колонки HP-88 (длина 100 м, 0,25 мм). Идентификация жирных кислот проводилась по времени удерживания пиков стандартных FAME.

В хлороформ-метанольном экстракте жёлтой биомассы D. salina AR-1 выход общих липидов микроводоросли составил 7% сухой массы. В составе липидов обнаружено 17 жирных кислот. Из них одиннадцать насыщенных жирных кислот с суммарным содержанием 67,5% от общих липидов. И шесть ненасыщенных жирных кислот с суммарным содержанием 32,5%. Из всех жирных кислот 24% - это наиболее ценные для питания человека незаменимые (эссенциальные) ω6-линолевая 18:2 и ω3-линоленовая 18:3 кислоты. Данные представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Содержание жирных кислот в хлороформ-метанольном экстракте жёлтой биомассы D. salina AR-1

Данные кислоты являются наиболее востребованными для организма человека, поскольку они служат источником энергии для клеток, регулируют работу сердца и сосудов, участвуют в образовании гормонов и усиливают их действие. Также эти жирные кислоты участвуют в регуляции процессов воспаления и предотвращении онкологических заболеваний.

Выводы. Таким образом, состав основных биологически активных веществ Аральского штамма D. salina AR-1 близок к составу других описанных штаммов D. salina [8, с 681]. Совершенствуя биотехнологию культивирования D. salina AR-1 можно добиться более высокой продуктивности этого штамма по наиболее ценным β-каротинам и эссенциальным жирным кислотам.

Список литературы:

1. Ben-Amotz A. Industrial production of microalgal cell-mass and secondary products - major industrial species - Dunaliella // Handbook of microalgal culture.- Oxford: Blackwell, 2004. — P. 273—280.
2. The State of Food Security and Nutrition in Europe and Central Asia. Report 2017. // Food and Agriculture Organization of the United Nations. Budapest. 2017. P.12. (www.fao.org/publications).
3. Масюк Н.П. Морфология, систематика, экология, географическое распространение рода Dunaliella Teod. – Киев: Наукова думка, 1973. – 244 c.
4. Магай Е.Б., Мавжудова А.М., Тонких А.К., Кадирова Г.Х., Разаков Р.М., Мамарасулов Б.Д, Нурмухаммедова Х., Мирзарахметова Д.Т. Выделение монокультур дуналиеллы из озёр Приаралья//Доклады АН РУз. 2019. №4. С.82-85.
5. Сиренко Л.А., Сакевич А.И., Осипов Л.Ф., Лукина Л.Ф. и др. Методы физиолого-биохимического исследования водорослей в гидробиологической практике. Киев. Наукова Думка. 1975. 247 с.
6. Tafreshi A.H., Shariati M. Dunaliella biotechnology: methods and applications. // Journal of Applied Microbiology. 2009. V.107. P.14-35.
7. Козлов Э.И., Солунина И.А., Любарева М.Л., Надточий М.А. Определение витаминов A, D, E в поливитаминных препаратах с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии//Хим.-фарм. журн. 2003. Т. 37. №10. С. 50-53.
8. Саkmаk Y.S., Kaya M., Asan-Ozusaglam M. Biochemical composition and bioactivity screening of various extracts from Dunaluella salina, a green microalga // EXCLI Journal - 2014. -№13.-P.679-690.