Ученые БФУ имени Иммануила Канта исследовали подходы, используемые для извлечения биологически активных соединений из микроводорослей. Это позволило определить преимущества и недостатки существующих методик: экстракции растворителями, холодного прессования и других. Полученные знания помогут оптимизировать процессы выделения ценных соединений для пищевой, фармацевтической и косметической промышленности. Результаты исследования опубликованы в журнале Algal Research.
Микроводоросли — важный источник кислорода в водных экосистемах, а также основа рациона мелких морских и пресноводных обитателей. Эти организмы также синтезируют ценные для человека соединения с противовоспалительными, противовирусными и противоопухолевыми свойствами — полиненасыщенные жирные кислоты, каротиноиды, витамины, антиоксиданты и другие. Извлечь эти компоненты из клеток водорослей непросто — важно не нарушить структуру молекул и не потерять их биологическую активность. Поэтому ученые разработали множество методов выделения (экстракции), однако комплексно достоинства и недостатки каждого из них до сих пор не оценивались.
Ученые из БФУ им. И. Канта с коллегами из Института морских исследований Борнео (Малайзия) и Нанкинского педагогического университета (Китай) сравнили несколько классических методов экстракции полезных соединений из микроводорослей.
Самый распространенный подход — экстракция растворителями — заключается в том, что клетки микроводорослей помещают в органические растворители, такие как гексан или этанол. Те, в свою очередь, проникают внутрь клетки, связываются с целевыми соединениями, например липидами, и выводят их наружу. Авторы подчеркивают, что этот метод отличается высокой эффективностью, но при этом требует использования токсичных растворителей, которые могут нанести вред окружающей среде.
Другой подход — холодное прессование, при котором клетки механически (с помощью пресса) разрушают. Под давлением из клеточных оболочек выходит внутриклеточное содержимое с нужными исследователям соединениями. Исследования показывают, что такой метод позволяет в целости сохранить чувствительные к температурам вещества, например витамины и антиоксиданты. Он экологичен, но имеет низкую эффективность — с помощью холодного прессования удается выделить лишь небольшую часть нужных соединений от всего их количества, содержащегося в клетках.
Паровая дистилляция — метод, при котором водоросли обрабатывают паром при высоких давлении и температуре, — приводит к разрушению клеточных стенок и высвобождению летучих соединений, масел и каротиноидов. Такой подход, как и экстракция растворителями, высокоэффективен, но требует значительных энергозатрат и дорогого и сложного оборудования.
Для экстракции твердых веществ, например полисахаридов, используется метод мацерации. Клетки водорослей измельчают и длительное время настаивают в растворителе. Мацерация подходит для получения термочувствительных соединений, но главный минус этого подхода — длительность процесса, ведь экстракция таким методом может занимать несколько дней.
Проанализировав различные методы, авторы заключили, что универсального подхода для экстракции ценных веществ из клеток микроводорослей не существует. Выбор оптимальной технологии зависит от типа извлекаемого соединения и целей его дальнейшего применения. Например, для получения масел лучше всего подойдет холодное прессование, а для извлечения липидов, используемых в биотопливе, будет предпочтительнее экстракция растворителями.
«Наша работа обобщает знания о различных методах экстракции полезных веществ из клеток микроводорослей. Полученные данные будут полезны при разработке методик создания новых функциональных продуктов питания, эффективных лекарственных препаратов и экологически чистого биотоплива», — рассказывает Станислав Сухих, доктор технических наук, профессор Высшей школы живых систем, заведующий лабораторией микроклонального размножения БФУ им. И. Канта.