AGRIS - 

2023

Паршина, Анастасия Эдуардовна | Маматмуродов, Хуршед Бегмахмадович | Боголицын, Константин Григорьевич | Поломарчук, Дарья Алексеевна | Попов, Николай Владимирович

Arctic brown algae are a valuable source of a wide range of biologically active compounds, including the lipid-pigment complex, which is composed of pigments (chlorophylls, carotenoids) and fatty acids. The currently used brown algae processing technologies use only a part of the biomass, since they are usually aimed at the selective isolation of individual components or narrow fractions. It complicates the achievement of the requirements for a highly efficient processing of plant materials. The physicochemical nature of the solvent (isopropyl alcohol, ethyl alcohol, acetone, dimethyl sulfoxide) has a significant effect on the yield of components of the brown algae. Most macroalgae components are polar substances; therefore, it requires usage of solvents with a high polarity index for their extraction. Lipophilic components (pigments) tended to be solubilized by moderately polar solvents. Thus, the aim of this study is to develop a method for obtaining a complex extract of Arctic brown algae using binary systems of organic solvents with water. The advantages of using isopropyl alcohol to obtain extracts of biologically active substances is substantiated. It is shown that the binary system isopropyl alcohol-water (40 : 60) has the best extracting ability with respect to most components of the composition of the Arctic brown algae. | Арктические бурые водоросли – ценный источник широкого спектра биологически активных соединений, в том числе липидно-пигментного комплекса, основу которого составляют пигменты (хлорофиллы, каротиноиды) и жирные кислоты. Используемые в настоящее время схемы переработки бурых водорослей подразумевают использование лишь части биомассы, так как обычно нацелены на селективное выделение индивидуальных компонентов или узких фракций, что осложняет выполнение требований к комплексной высокоэффективной переработке растительного сырья. Физико-химическая природа сольвента (изопропанол, этанол, ацетон, диметилсульфоксид) оказывает большое влияние на выход компонентов состава бурых водорослей. Большинство компонентов макрофитов являются полярными веществами, что определяет необходимость использования для их извлечения сред с высоким показателем индекса полярности. Липофильные компоненты (пигменты) проявляют склонность к выходу в умеренно полярные сольвенты. Таким образом, целью данного исследования является разработка способа получения комплексного экстракта арктических бурых водорослей с использованием систем органических растворителей и воды. Обоснована приоритетность использования изопропанола для получения вытяжек биологически активных веществ. Показано, что бинарная система изопропанол-вода (40 : 60) обладает наилучшей экстрагирующей способностью по отношению к большинству компонентов состава арктических бурых водорослей.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2023

Паршина, Анастасия Эдуардовна | Маматмуродов, Хуршед Бегмахмадович | Боголицын, Константин Григорьевич | Поломарчук, Дарья Алексеевна | Попов, Николай Владимирович

Арктические бурые водоросли – ценный источник широкого спектра биологически активных соединений, в том числе липидно-пигментного комплекса, основу которого составляют пигменты (хлорофиллы, каротиноиды) и жирные кислоты. Используемые в настоящее время схемы переработки бурых водорослей подразумевают использование лишь части биомассы, так как обычно нацелены на селективное выделение индивидуальных компонентов или узких фракций, что осложняет выполнение требований к комплексной высокоэффективной переработке растительного сырья. Физико-химическая природа сольвента (изопропанол, этанол, ацетон, диметилсульфоксид) оказывает большое влияние на выход компонентов состава бурых водорослей. Большинство компонентов макрофитов являются полярными веществами, что определяет необходимость использования для их извлечения сред с высоким показателем индекса полярности. Липофильные компоненты (пигменты) проявляют склонность к выходу в умеренно полярные сольвенты. Таким образом, целью данного исследования является разработка способа получения комплексного экстракта арктических бурых водорослей с использованием систем органических растворителей и воды. Обоснована приоритетность использования изопропанола для получения вытяжек биологически активных веществ. Показано, что бинарная система изопропанол-вода (40 : 60) обладает наилучшей экстрагирующей способностью по отношению к большинству компонентов состава арктических бурых водорослей. | Arctic brown algae are a valuable source of a wide range of biologically active compounds, including the lipid-pigment complex, which is composed of pigments (chlorophylls, carotenoids) and fatty acids. The currently used brown algae processing technologies use only a part of the biomass, since they are usually aimed at the selective isolation of individual components or narrow fractions. It complicates the achievement of the requirements for a highly efficient processing of plant materials. The physicochemical nature of the solvent (isopropyl alcohol, ethyl alcohol, acetone, dimethyl sulfoxide) has a significant effect on the yield of components of the brown algae. Most macroalgae components are polar substances; therefore, it requires usage of solvents with a high polarity index for their extraction. Lipophilic components (pigments) tended to be solubilized by moderately polar solvents. Thus, the aim of this study is to develop a method for obtaining a complex extract of Arctic brown algae using binary systems of organic solvents with water. The advantages of using isopropyl alcohol to obtain extracts of biologically active substances is substantiated. It is shown that the binary system isopropyl alcohol-water (40 : 60) has the best extracting ability with respect to most components of the composition of the Arctic brown algae.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2022

Паршина, Анастасия Эдуардовна | Боголицын, Константин Григорьевич | Иванченко, Николай Леонидович | Поломарчук, Дарья Алексеевна

The purpose of this work is to establish the mechanism of sorption of heavy metal ions (Cd, Pb, and Cr (VI)) by cellulose complexes (CC) of the arctic brown algae Laminaria digitata and Saccharina latissima. These complexes are fibrous mesoporous materials with active sorption centers -COOH, -OH, and -NH2 and a developed surface, which makes them potentially effective preparations for the enterosorption removal of heavy metal ions. The kinetics and thermodynamics of sorption have been studied as well as the influence of the acidity on the sorption capacity. It has been established that the sorption rate is highest during the first minutes of contact between the two phases; the sorption equilibrium is reached by 60 min. According to the sorption enthalpy values, temperature has a positive effect on sorption (endothermic process), with a maximum sorption capacity at 37 °C. Optimal pH of the medium: 5-6 for cadmium and lead, and 2 for chromium (VI), which indicates the possibility of using this material in a wide range of medium acidity, corresponding to the conditions of the human gastrointestinal tract. The results obtained indicate a high prospect of using CC as an effective enterosorbent for health preservation. | Цель данной работы заключается в установлении механизма сорбции ионов тяжелых металлов [Cd(II), Pb(II), Cr(VI)] целлюлозными комплексами (ЦК) арктических бурых водорослей Laminaria digitata и Saccharina latissima. Указанные комплексы представляют собой волокнистые мезопористые материалы, обладающие активными сорбционными центрами -COOH, -OH, -NH2, а также развитой поверхностью, что позволяет говорить о них как о потенциально эффективных препаратах для энтеросорбционного выведения ионов тяжелых металлов. Исследованы кинетика, термодинамика сорбции, а также влияние кислотности среды на сорбционную емкость. Установлено, что скорость сорбции максимальна в течение первых 20 мин контакта двух фаз, сорбционное равновесие достигается к 60 минутам. Согласно значениям энтальпии сорбции, температура оказывает положительное воздействие на сорбцию (эндотермический процесс), с максимумом сорбционной емкости 17.18 и 31.06 [Cd(II)], 37.03 и 75.88 [Pb(II)], 137.62 и 145.96 [Cr(VI)] мг/г. Оптимальный рН среды: 5–6 для кадмия и свинца, и 2 для хрома (VI), что указывает на возможность использования препарата в широком диапазоне кислотности, соответствующее условиям желудочно-кишечного тракта человека. Полученные результаты указывают на высокую перспективность применения ЦК в качестве энтеросорбента, эффективного для применения в целях здоровьесбережения.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2022

Паршина, Анастасия Эдуардовна | Боголицын, Константин Григорьевич | Иванченко, Николай Леонидович | Поломарчук, Дарья Алексеевна

Цель данной работы заключается в установлении механизма сорбции ионов тяжелых металлов [Cd(II), Pb(II), Cr(VI)] целлюлозными комплексами (ЦК) арктических бурых водорослей Laminaria digitata и Saccharina latissima. Указанные комплексы представляют собой волокнистые мезопористые материалы, обладающие активными сорбционными центрами -COOH, -OH, -NH2, а также развитой поверхностью, что позволяет говорить о них как о потенциально эффективных препаратах для энтеросорбционного выведения ионов тяжелых металлов. Исследованы кинетика, термодинамика сорбции, а также влияние кислотности среды на сорбционную емкость. Установлено, что скорость сорбции максимальна в течение первых 20 мин контакта двух фаз, сорбционное равновесие достигается к 60 минутам. Согласно значениям энтальпии сорбции, температура оказывает положительное воздействие на сорбцию (эндотермический процесс), с максимумом сорбционной емкости 17.18 и 31.06 [Cd(II)], 37.03 и 75.88 [Pb(II)], 137.62 и 145.96 [Cr(VI)] мг/г. Оптимальный рН среды: 5–6 для кадмия и свинца, и 2 для хрома (VI), что указывает на возможность использования препарата в широком диапазоне кислотности, соответствующее условиям желудочно-кишечного тракта человека. Полученные результаты указывают на высокую перспективность применения ЦК в качестве энтеросорбента, эффективного для применения в целях здоровьесбережения. | The purpose of this work is to establish the mechanism of sorption of heavy metal ions (Cd, Pb, and Cr (VI)) by cellulose complexes (CC) of the arctic brown algae Laminaria digitata and Saccharina latissima. These complexes are fibrous mesoporous materials with active sorption centers -COOH, -OH, and -NH2 and a developed surface, which makes them potentially effective preparations for the enterosorption removal of heavy metal ions. The kinetics and thermodynamics of sorption have been studied as well as the influence of the acidity on the sorption capacity. It has been established that the sorption rate is highest during the first minutes of contact between the two phases; the sorption equilibrium is reached by 60 min. According to the sorption enthalpy values, temperature has a positive effect on sorption (endothermic process), with a maximum sorption capacity at 37 °C. Optimal pH of the medium: 5-6 for cadmium and lead, and 2 for chromium (VI), which indicates the possibility of using this material in a wide range of medium acidity, corresponding to the conditions of the human gastrointestinal tract. The results obtained indicate a high prospect of using CC as an effective enterosorbent for health preservation.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2020

Облучинская, Екатерина Дмитриевна | Захарова, Любовь Викторовна

The polyphenol content in the brown algae of the Barents, White Seas, as well as the water areas of the Northwest Atlantic (the Norwegian Sea, the Faxflow bay of the Atlantic Ocean) located in Russia, Norway, Greenland, and Iceland are compared. Algae of the following species were used for this study: Fucus vesiculosus, Fucus spiralis, Fucus serratus, Ascophyllum nodosum, Fucus evanescens. It was found that the most productive raw materials for the extraction of polyphenolic compounds are brown algae F. vesiculosus, growing in Zavalishin Bay of the Barents Sea (Russia): the highest polyphenol content (14.4%) in the summer of 2019 was noted here. Polyphenols detected in F. vesiculosus in the summer from the White Sea on about. Great burnt (13.3%) (Russia), as well as in the Norwegian Sea, Cape Sydspissen (11.6%) (Norway). The minimum content of polyphenols was found in F. spiralis (0.7% dry mass) on the coast of Iceland (Faxflow bay), a low content of polyphenols was characteristic of all types of algae from this location (0.7–2.4%). Three-way analysis of variance (MANOVA) on the example of three types of algae (F. vesiculosus, F. spiralis, A. nodosum) showed that all the studied factors (place of collection, type of algae, fertile phase) are significant. The most significant factor affecting the accumulation of polyphenols by brown algae is the location of algae growth.The high content of polyphenols in the types of algae we studied from Russian water areas allows us to recommend their use as food and medicinal raw materials, as well as raw materials for biologically active additives. | Проведено сравнение содержания полифенолов в бурых водорослях Баренцева, Белого морей, а также акваторий Северной Атлантики (Норвежского моря, залива Факсафлоуи Атлантического океана), расположенных на территории России, Норвегии, Гренландии и Исландии. Было выявлено, что наиболее продуктивным сырьем для извлечения полифенольных соединений являются бурые водоросли Fucus vesiculosus, произрастающие в бухте Завалишина Баренцева моря (Россия): здесь было отмечено наиболее высокое содержание полифенолов (14.4%) в летний период 2019 г. Также высокое содержание полифенолов выявлено в F. vesiculosus в летний период из Белого моря на о. Большой горелый (13.3%) (Россия), а также в Норвежском море, мыс Сюдсписсен (11.6%) (Норвегия). Минимальное содержание полифенолов было обнаружено в Fucus spiralis (0.7% а.с.м.) на побережье Исландии (з. Факсафлоуи, море Ирмингера), низкое содержание полифенолов было характерно для всех видов водорослей (F. vesiculosus, F. spiralis, Ascophyllum nodosum) из этой локации (0.7–2.4%). Трехфакторный дисперсионный анализ (MANOVA) на примере трех видов водорослей (F. vesiculosus, F. spiralis, A. nodosum) показал, что все исследуемые факторы (место сбора, вид водорослей, фаза размножения) являются значимыми. Наиболее значимым фактором, влияющим на накопление полифенолов бурыми водорослями, является место их произрастания. Высокое содержание полифенолов в изученных нами видах водорослей из российских акваторий позволяет рекомендовать их использование в качестве пищевого и лекарственного сырья, а также сырья для биологически активных добавок.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2020

Боголицын, Константин Григорьевич | Паршина, Анастасия Эдуардовна | Дружинина, Анна Сергеевна | Шульгина, Елена Валерьевна

Бурые водоросли являются ценным источником разнообразных биологически активных соединений. На их накопление оказывает влияние множество факторов окружающей среды, в которой произрастают макрофиты. Целью настоящего исследования является проведение сравнительных исследований общего химического состава бурых водорослей Белого и Желтого морей для обоснования возможности их использования как сырья для получения новых фармсубстанций. Используя предлагаемую схему, которая подразумевает проведение последовательных сверхкритической флюидной, кислотной, щелочной и водной экстракции, удалось выделить различные компоненты бурых водорослей, в том числе белково-полисахаридный комплекс, который в случае видов Laminaria digitata и Laminaria saccharina более чем на 80% состоит из целлюлозы и белка. Полученные методом ИК-спектроскопии c Фурье преобразованием данные подтверждают качественный состав комплексов, а также указывают на его чистоту. Выявлены отличия в химическом элементном и компонентном составе, на которые оказывают влияние условия произрастания макрофитов. Полученные химические соединения из биомассы бурых водорослей, в особенности комплекс белок-полисахариды, имеют высокий потенциал для получения на их основе новых фармакологических препаратов для целей здоровьесбережения. Основываясь на ранее полученных данных, можно предположить наличие у данного комплекса двойной активности – энтеросорбционной и иммуномодулирующей. | Brown algae are a valuable source of a variety of biologically active compounds. Their accumulation is influenced by many environmental factors in which macrophytes grow. The purpose of this study is to carry out comparative studies of the general chemical composition of brown algae in the White and Yellow Seas to substantiate the possibility of their use as raw materials for obtaining new pharmaceutical substances. Using the proposed scheme, which involves sequential supercritical fluid, acid, alkaline and water extraction, it was possible to isolate various components of brown algae, including a protein-polysaccharide complex, which in the case of the species Laminaria digitata and Laminaria saccharina is more than 80% cellulose and squirrel. The data obtained by FTIR spectroscopy confirm the qualitative composition of the complexes and also indicate its purity. Significant differences were revealed in the chemical elemental and component composition, which are affected by the growing conditions of macrophytes. The resulting chemical compounds from brown algae biomass, in particular the protein-polysaccharide complex, have a high potential for obtaining new pharmacological preparations based on them for health protection purposes. Based on the previously obtained data, it can be assumed that this complex has a double activity – enterosorption and immunomodulatory.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2019

Боголицын, Константин Григорьевич | Дружинина, Анна Сергеевна | Овчинников, Денис Владимирович | Паршина, Анастасия Эдуардовна | Шульгина, Елена Валериевна | Турова, Полина Николаевна | Ставрианиди, Андрей Николаевич

Арктические бурые водоросли вида Fucus vesiculosus характеризуются высоким содержанием полифенольных соединений – флоротаннинов, проявляющих высокую биологическую активность. Целью настоящего исследования является разработка методологии выделения и анализ биологически активных полифенольных соединений из арктических бурых водорослей. Предлагаемая схема выделения полифенолов из бурых водорослей вида Fucus vesiculosus основана на принципах «зеленой химии» и проводится путем последовательной разборки биомассы растительного объекта с выделением сопутствующих компонентов (липидно-пигментный комплекс, полисахариды, маннит) и максимальным выходом фракции полифенолов. В результате экспериментальной работы определены оптимальные параметры проведения каждой стадии предлагаемой схемы и проведена постадийная оценка ее эффективности. Извлекаемая фракция полифенолов содержит до 67% полифенолов относительно их содержания в исходной биомассе, причем доля полифенолов во фракции составляет до 83%. Исследование фракции флоротаннинов показало, что ее антиоксидантная активность значима и составила 553±24 (мг аскорбиновой кислоты/г экстракта). Полимолекулярный состав целевой фракции исследовали методом эксклюзионной гель-фильтрационной хроматографии, с помощью которой было показано наличие нескольких групп компонентов – низкомолекулярных и высокомолекулярных флоротаннинов с массами в диапазоне от тысячи до сотни тысяч дальтон. Полученные данные методами хромато-масс-спектрометрии и МАЛДИ масс-спектрометрии позволяют судить о наличии в полифенольной фракции низкомолекулярных флоротаннинов с массами от 250 до 1638 Да, являющимися близкими аналогами по структуре. | Arctic brown algae of the species Fucus vesiculosus are characterized by a high content of polyphenolic compounds - phlorotannins, exhibiting high biological activity. The aim of this study is to develop a methodology for the isolation and analysis of biologically active polyphenolic compounds from arctic brown algae. The proposed scheme for the isolation of polyphenols from Fucus vesiculosus brown algae is based on the principles of "green chemistry" and is carried out by sequential disassembly of the biomass of the plant object with the release of associated components (lipid-pigment complex, polysaccharides, mannitol) and maximum yield of polyphenol fraction. As a result of the experimental work, the optimal parameters for carrying out each stage of the proposed scheme were determined and a stepwise assessment of its effectiveness was carried out. The extractable fraction of polyphenols contains up to 67% of polyphenols relative to their content in the initial biomass, and the proportion of polyphenols in the fraction is up to 83%. A study of the phlorotannins fraction showed that its antioxidant activity is meaningful and it was 553±24 (mg of ascorbic acid/g extract). The polymolecular composition of the target fraction was investigated by the method of exclusion gel filtration chromatography, which showed the polymodal distribution, indicating the presence of several groups of components - low molecular weight and high molecular weight phlorotannins with masses ranging from thousands to hundreds of thousands of Daltons. The data obtained using chromatography-mass spectrometry and MALDI mass spectrometry make it possible to identify the presence of low molecular weight phlorotannins in the polyphenol fraction with masses from 250 to 1638 Da, which are close analogues in structure.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2018

Боголицын

The modern state of research of marine brown algae polyphenolic compounds – phlorotannins, is analyzed. The data on the content of phlorotannins in biomass are presented depending on the species of algae and the place of growth. The biosynthesis, morphology, accumulation in the thallus, the physicochemical properties and biological role of these compounds are considered. The classical methods of isolating phlorotannins from algae are described, as well as modern methods, such as ultrasonic, microwave, enzymatic extraction, liquid extraction under pressure and supercritical fluid extraction. The ways of selective extraction of these compounds from extracts by methods of liquid-phase and solid-phase extraction are considered. Methods for studying the polymer composition of phlorotannins like gel permeation chromatography and ultrafiltration are presented. In the review of methods for quantitative determination and structural analysis of phlorotannins, special attention is paid to methods of nuclear magnetic resonance spectroscopy and chromatography-mass spectrometry using various ionization methods. The significant biological activity of phlorotannins is shown, which is represented by antioxidant, antitumor, anti-inflammatory, antibacterial, antiviral and other activities, which determines the prospects for the practical application of these polyphenolic compounds as therapeutic and prophylactic agents in the food, cosmetic and pharmacological industries. | Проанализировано современное состояние исследований полифенольных соединений морских бурых водорослей – флоротаннинов. Представлены данные по содержанию полифенолов в биомассе в зависимости от класса, вида водорослей и места их произрастания, рассмотрены биосинтез, морфология, накопление в талломе, физико-химические свойства и биологическая роль данных соединений. Проведено описание классических методов выделения флоротаннинов из бурых водорослей и современных методов, таких как ультразвуковая, микроволновая, ферментативная экстракции, жидкостная экстракция под давлением и сверхкритическая флюидная экстракция. Рассмотрены способы селективного извлечения данных полифенольных соединений из экстрактов методами жидкофазной и твердофазной экстракции. Представлены такие методы исследования полимерного состава флоротаннинов, как гель-хроматография и ультрафильтрация. В обзоре методов количественного определения и структурного анализа флоротаннинов особое внимание уделено методам спектроскопии ядерно-магнитного резонанса и хромато-масс-спектрометрии с использованием различных методов ионизации. Показана значимая биологическая активность флоротаннинов, представленная антиоксидантной, противоопухолевой, противовоспалительной, антибактериальной, противовирусной и другими видами активностей, что обусловливает перспективность практического применения данных полифенольных соединений в качестве лечебных и профилактических средств в пищевой, косметической и фармакологической отраслях.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2016

Тхан

The optical properties and radiation stability of the alcoholic (ethanol) and acetone extracts from brown algae Laminaria Japonica Jemo (D) and Jenit (M) were studied using the method of UV- VIS spectrophotometry. The spectra of optical absorption of the original extracts and their changes at different dilution solvents was registered. It is shown that the nature of algae, the method of cultivation, nature of the solvent effect on the efficiency of extraction of valuable biologically active compounds, including the most important ones are carotenoids and chlorophylls. In this work the special attention was devoted to the study of radiation-chemical transformations of alcohol (ethanol), acetone, water-ethanol (50%) and water-acetone (50%) solutions of extracts of algae under various conditions of simulation of redox reactions due to saturation of the irradiated solutions of different gases: oxygen, argon, or nitrous oxide. The radiation-chemical stability of chlorophyll fractions in different species of algae depending on the conditions of radiolysis was determined. It is known that the chlorophylls are often used in pharmacology as a food colorant, and in the present time as components of photosensitive layers in the nanophotonics. The obtained results on radiation sensitivity of biological compounds from algae can be used to assess their stability under radiation sterilization of raw materials and medicines. | В работе выделены этанольные и ацетоновые экстракты из бурых водорослей Laminaria Japonica Jemo (D) и Jenit (M). Методом UV-VIS спектрофотометрии зарегистрированы спектры оптического поглощения исходных экстрактов и их изменения при различном разбавлении растворителями. Показано, что природа водорослей, способ их культивирования, природа растворителей влияют на эффективность экстракции ценных биологически активных соединений (БАС), включая наиболее важные из них – каротиноиды и хлорофиллы. Особое внимание в этой работе было уделено изучению радиационно-химических превращений спиртовых (этанол), ацетоновых, водно-этанольных (50%) и водно-ацетоновых (50%) растворов экстрактов водорослей при различных условиях моделирования окислительно-восстановительных реакций за счет насыщения облучаемых растворов разными газами: кислородом  воздуха, аргоном или закисью азота. Определена радиационно-химическая стабильность хлорофилловых фракций в разных видах водорослей в зависимости от условий радиолиза. Известно, что хлорофиллы часто используются в фармакологии, в качестве пищевого красителя, а в настоящее время в качестве компонентов светочувствительных слоев в нанофотонике. Данные по радиационной чувствительности биологических соединений из морских водорослей можно использовать для оценки их стабильности  при радиационной стерилизации сырья и медицинских препаратов.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation