книги из ГПНТБ / Кизеветтер И.В. Биохимия сырья водного происхождения учеб. пособие

галлимении, птилоты— 18—21%, а у порфиры, филло­ форы, анфельции, турнереллы — 28—36%, в тканях иридеи содержится 10—13% белков.

Содержание белков у каждого вида багрянок несколь­ ко возрастает с увеличением глубины произрастания.

В белках красных водорослей содержится меньше 16% азота, поэтому переводный коэффициент от массы азота к массе белка для разных видов изменяется в пределах от 2,5 до 6,0.

Таким образом, белки морских растений отличаются от белков мяса рыб меньшим содержанием азота. Для перевода количества азота в количество белка для разных видов бурых водорослей следует применять коэффициент от 2,5 до 3,8 (среднее 3), а для разных видов красных от 5,2 до 6,0 (среднее 5,6).

В бурых и красных водорослях 80—85 общего азота ѵ' является белковым. Небелковый азот в основном пред­ ставлен свободными аминокислотами (6—12%), пеп- ‘ тидами (7—8%) и азотистыми основаниями (1—3,5%).

В зависимости от вида и стадии биологического раз­ вития водоросли, а также от условий выщелачивания, содержание небелкового экстрактивного азота может достигать 40—70% общего. Например, у порфиры и турнереллы содержание водорастворимого азота дости­ гает 50—70%, у иридеи 20—35%, а у анфельции 5— 15% от общего содержания азота.

Аминокислотный состав белков водорослей по срав­ нению с аминокислотным составом белков мяса рыб беден содержанием незаменимых аминокислот. Напри­ мер, в белках зеленой водоросли ульва в 4 раза мень­ ше незаменимых аминокислот, чем в белках мяса сель­ девых. Среди незаменимых аминокислот отсутствуют метионин, лизин, изолейцин; очень мало фенилалани­ на и гистидина. Аминокислоты белков бурых водорос­ лей содержат много глутаминовой и аспарагиновой кис­ лот. По содержанию незаменимых аминокислот белки бурых водорослей являются неполноценными в пище­ вом отношении.

Несколько больше незаменимых аминокислот содер­ жится в белках красных водорослей, однако белковые вещества и этой группы морских растений не являются полноценными для питания. Белки водорослей очень устойчивы к действию пищеварительных ферментов.

Например, белки анфельции усваиваются организмом животных только на 10—15%, белки ламинариевых — на 30—50%, а белки ульвы, порфиры, турнереллы—-на 55—75%.

Таким образом, макрофиты по низкой биологической ценности белков должны быть отнесены к числу непол­ ноценного пищевого и кормового сырья.

Для ламинариевых специфично присутствие йодаминокислотных комплексов: моно- и дийодтирозина, дийодтиранина и тироксина. Именно поэтому бурые водо­ росли являются более активным антизобным фактором

идо 0,05% галактозы, ксилозы и рибозы.

Вбагрянках не содержатся моносахара, но в неко­ торых вида (Chondrus и др.) обнаружен дисахарид—тре-

галоза (10—15%).

Полисахариды водорослей представлены разнооб­ разными полимерами весьма специфического состава и свойств. В отличие от полисахаридов наземных расте­ ний большинство полисахаридов водорослей устойчиво к действию пищеварительных ферментов, поэтому в пищевом отношении неполноценно.

У зеленых макрофитов полисахариды представляют до 55% сухого вещества водоросли. В составе полиса­ харидов присутствует крахмал (18—23%), близкий по своим свойствам крахмалу высших растений. Крахмал накапливается в тканях летом и расходуется зимой. Из других полисахаридов — гемицеллюлезы, содержащие в основном галактозу, глюкозу и в малых количествах маннозу, ксилозу, рибозу, рамнозу. Обнаружено при­ сутствие уроновых кислот.

Наблюдается отчетливая специфика в составе поли-

Сахаридов у разных видов зеленых водорослей и мор­ ских трав.

Для морских трав биохимической спецификой явля­ ется отсутствие крахмала и присутствие полимеров уроновых кислот, в молекулах которых от 58 до 62% составляют остатки уроновых кислот и до 1% метоксильных групп. Кроме уроновых кислот в построении молекул полимеров (молекулярная масса 80000—85000) участвуют галактоза, ксилоза, арабиноза, рамноза и апиоза. Присутствие последней специфично для соста­ ва полисахаридов зостеры.

натрия, аммония. Из щелочного экстракта, при его под­ кислении минеральной кислотой зостерин выделяется в в виде геля. Выход сухого зостерина в зависимости от стадии развития травы составляет 15—25% массы сухой зостеры и 5—9% массы сухого филлоспадикса. Зосте­ рин, имея свободные карбоксилы, образует соли — зостераты. Зостераты аммония, калия, натрия, раствори­ мы в воде, а зостераты двух- и более валентных метал­ лов нерастворимы в воде. Растворимые в воде зостераты являются типичными гидрофильными коллоидами, силь­ но набухают (2500 % массы); водные растворы обла­ дают высокой вязкостью, а при подкислении 1,5— 2%-ные растворы зостерата натрия превращаются в студни. По свойствам и химическому составу зостерин допустимо считать альгопектином.

В составе депозитных углеводов у многих бурых водо­

с молекулярными массами от 3500 до 5000.

Высокоассоциированные полимеры ламинарина нерас­ творимы в горячей воде, а низкоассоциированные рас­ творяются и обладают оптической активностью (—14°). Ламинарии содержится только в бурых водорослях, а

в морских травах, зеленых и красных водорослях он отсутствует. В сухом веществе разных видов ламинарий содержится от 8,5 до 19,6% ламинарина, в фукусах от 6 до 10%, причем максимум содержания обнаруживается в июле — августе.

Типичным для состава углеводов фукусов является ф у к о и д ин — полимер /-фукозы, содержание которой в фукусах достигает 20%, в ламинариях содержание фукозы не превышает 4%, обнаружена фукоза и в филло­ форе (до 17%).

соон

\

о -он

он

Фукоидин биохимически специфичен для углеводного

ков маннуроновой кислоты и ее ангидрида следующего строения; молекулярная масса от 90 000 до 200000.

Кроме маннуроновой кислоты в составе альгиновых кислот присутствует галуроновая кислота. От соотно­ шения этих кислот в молекуле существенно изменяются коллоидные свойства альгиновых кислот. Повышение со­ держания галуроновой кислоты улучшает техническую ценность альгиновых кислот и получаемых из них альги­ натов. Альгиновые кислоты являются типичными для бурых водорослей полимерами; в зеленых и красных водорослях, морских травах и высших растениях их нет.

Альгиновые кислоты обнаружены почти во всех видах бурых водорослей: содержание альгины в сухом веще­

стве изменяется от 8 до 37% или от 12 до 52% массы органических веществ (табл, 136).

Среди ламинариевых наиболее высокое содержание альгиновых кислот обнаружено у сахаристой (до 33%), узколистной (до 28%) и япономорской (до 25%) лами­ нарий, причем содержание альгиновых кислот изме­ няется в зависимости от района и стадии развития водо­ росли: у большинства видов ламинарий в августе — сен­ тябре содержится больше альгиновых кислот, чем вес­ ной. Наибольшее содержание альгиновых кислот у лами­ нарий обнаружено в тканях слоевища на втором году жизни водоросли.

В тканях растущих водорослей альгиновые кислоты присутствуют в форме калиевых, натриевых или каль­ циевых солей (альгинатов), которые входят в состав клеточных стенок и сосредоточены в межклеточных про­ странствах и слизевых каналах. Поэтому у ламинарий наиболее богата альгиновыми кислотами утолщенная часть слоевища, а ткань тонких краев содержит мало альгиновых кислот.

Биохимическая роль альгиновых кислот и процесс их синтеза в водорослях пока неясны, но очевидно, что им принадлежит немаловажная роль в углеводном обмене у бурых макрофитов.

Альгиновые кислоты содержат карбоксильные группы и способны образовывать с металлами альгинаты. Альги­ наты одновалентных металлов растворяются в воде и образуют вязкие, клейкие коллоидные растворы; боль­ шинство альгинатов многовалентных катионов нераство­ римо в воде.

Поэтому из водорослей альгиновые кислоты извле­ кают в форме водорастворимых альгинатов, получаемых

при действии на водоросль щелочных (NaOH, Na2C 03) растворов. Из водорастворимых альгинатов при подкис­ лении минеральной кислотой (HCl, H2S04) выделяется хлопьевидная масса, состоящая из смеси альгиновых кислот и их ангидридов.

Соотношение между свободными и связанными кар­ боксилами зависит от условий извлечения альгиновой кислоты из водорослей.

Весьма своеобразен состав природных углеводных полимеров красных водорослей. Основу этих полимеров составляют сернокислые эфиры полиуглеводов (галактан и галактоза), являющиеся типично гидрофильными ѴІ соединениями (фикоколлоиды). Они хорошо растворя­ ются в горячей воде, а при охлаждении водные растворы превращаются в студни, физические свойства которых зависят от свойств фикоколлоида и его концентрации в растворе. Содержание фикоколлоидоз в зависимости от вида багрянок изменяется от 12,6 до 45,6% массы сухо­

го вещества водорослей.

Известны следующие, специфические для отдельных видов багрянок полимеры:3 каррагенин, £агароид,Ѵфурцеларан^агар.

К а р р а г е н и н , или к а р р а г е н — углеводный по­ лимер, обнаруженный в составе углеводов водорослей хондрус, или ирландский мох и гигартина. Полимеры (молекулярная масса 100000—700000) образованы из остатков d-галактозы (17—31%), соединенных между собой глюкозидными связями типа 1,3; в молекуле есть эфиросвязанный остаток серной кислоты, привязанный к четвертому углеродному атому.

В водорослях хондрус содержание каррагена дости­ гает 50% сухого вещества и он является основным в углеводном обмене этого вида водоросли.

У водоросли Iridea laminarioides обнаружен (40— 60% сухого веса) углеводный полимер и р и д о фи - цин, также составленный из остатков d-галактозы, соединенных глюкозидной связью 1,4. В полимере при­ сутствует эфиросвязанная серная кислота, с которой свя­ зан обычно натрий. По своим коллоидным свойствам иридофицин близок к каррагенину.

лактозу (4,6%), глюкозу (5,1%) и ксилозу; в молекуле присутствует эфиросвязанная серная кислота — одна сульфидная группа на 3—4 галактозных остатка. Моле­

держит эфиросвязанную сульфогруппу, связанную с катионами (обычно кальцием).

У некоторых видов багрянок обнаружен депозитный

става углеводов морской красной водоросли филлофоры. Содержание его достигает 20—30% массы сухого веще­ ства водоросли.

Полимеры, входящие в состав агароида, образованы из остатков d-галактозы и содержат группы —S 03H и —CONH2.

Им приписывают следующую структурную формулу.

В молекуле водород сульфоксильной группы замещен на металлл (К, N a).

А г а р о з а — смесь линейных полимеров, биохими­ чески специфичных для красной водоросли анфельции; содержание агарозы составляет 12—28%. Молекула ага­ розы состоит в основном из остатков d-галактозы (40— 45%) и небольшого количества (3,5—7%) уроновых кислот; молекула содержит сульфоксильные группы (—SO3H) и имеет структурную формулу:

В молекуле агарозы по месту функциональных групп (—СООН и —SO3H) присоединяются одно- и двухва­ лентные металлы (К, Na, Mg, Са). Одновалентные ме­ таллы придают агару способность образовывать пла­ стичные, но менее прочные студни, чем двухвалентные.

Агароза составляет основу углеводов агара, получае­ мого из водоросли анфельции. Агар состоит из смеси агароз разной степени полимерности и содержащих разные металлы. От соотношения различных полимеров и состава металла, входящего в молекулу, существенно изменяются свойства агаров.

В молекуле агара содержится всего 2—5% сульфокислых и 20—25% карбоксильных групп, а в молекуле агароида соответственно 22—40 и 3—5%.

Агар и агароид являются веществами гетерогенными по содержанию фракций низко- и высокоассоциирован­ ных полимеров, соотношение которых предопределяет химический состав и физические свойства фикоколлоидов. Например, увеличение содержания низкоассоцииро­ ванных фракций ослабляет, а увеличение содержания

(июль — август), вообще летом водоросль содержит больше агара, чем зимой.

Из органических веществ бурых водорослей биохи­ мически специфично присутствие маннита, содержание ' которого у различных видов ламинарий изменяется от 1,5 до 28,9% массы сухого вещества.

Увсех видов содержание маннита достигает макси­ мума в июне — июле, т. е. в период апогея ассимиляции. Депонированный летом маннит расходуется в осенне- ѵ зимний период. Биологическая роль маннита пока не­ ясна, но, очевидно, он играет роль в углеводном обмене.

После извлечения водоросли из воды маннит выде­ ляется на поверхность в составе слизи и при высушива­ нии водоросли выкристаллизовывается, образуя белый налет. Во время высушивания и хранения высушенной водоросли маннит может разрушаться ферментами, этот процесс усиливается при повышении относительной влажности и температуры воздуха.

Убагрянок вместо маннита обнаружен дульцит и сорбит.

Таким образом, углеводы различных классов макро­ фитов имеют специфические отличия. Для зеленых водо­ рослей характерно наличие маннозы и полисахаридов являющихся полимерами глюкозы, а у бурых и красных полимеры образованы в основном Дгалактозой. Для бурых водорослей типично содержание полимеров маннуроновых кислот, ламинарина, маннита. Для полисаха­ ридов багрянок характерны полимеры Дгалактозы и наличие эфиросвязанной серы, трегалозы, дульцита.

Все эти особенности свидетельствуют о специфично­

сти углеводного обмена у различных классов морской растительности.

Багрянки и бурые водоросли со- Липиды держат много липидов. Среди бу­ рых водорослей наименьшее их

содержание отмечено у алярии (0,7—1,1%), а наи­ большее— у эклонии (6—7%), у багрянок мало липидов

которые в основном представлены пальмитиновой (7— 19%) и миристиновой (4—12%), содержание стеарино­ вой не превышает 1—2%.

Ненасыщенные жирные кислоты в основном пред­ ставлены кислотами с Cis (20—63%) и Сго (13—36%); кислот Сіб мало (5—11%): а Сі4 — не более 2%. Кислот сильно ненасыщенных мало: тетраеновых 8—12 и пентаеновых 2—4%, гексаеновых не обнаружено.

В составе растворимых в эфире веществ присутствуют хлорофилл (хлорофуцин), каротиноиды, и в частности а- и ß-каротины, лутеин (у багрянок), ксантофил, фикобилины, незначительное (до 0,1%) количество стеролов (фукостерол).

В водорослях содержатся витамины Витамины В) (2—6 м. е. на 1 г сухого веще­ ства), Ві2 (до 100 мкг на 1 кг сухого вещества), фолиевая кислота (от 35 до 860 мкг

на 1 г сухого вещества), имеются данные о нахождении в водорослях витаминов D, Е, F, G и провитамина А — в ульве и ламинарии дигитата. Содержание витамина С варьирует от 3 до 93 мг на 100 г сухого вещества, при­ чем наиболее богато этим витамином сухое вещество

нических веществ наиболее высокое у бурых водорослей

тов относительное содержание неорганических веществ достигает минимума. Неорганические вещества на 70— 85% состоят из растворимых и на 15—80% из нерас­ творимых в воде солей, причем растворимые в воде соли представлены в основном хлористым калием.

Биохимической особенностью морских растений яв­ ляется их способность аккумулировать в тканях йод и бром. Если в зеленых водорослях и морских травах бром отсутствует, а содержание йода в сухом веществе не превышает 50—60 мг%, то в сухом веществе красных