آلژینیک اسید در جلبک های قهوه ای
مروری بر منابع، روشهای استخراج، ویژگیها و کاربردهای پلی ساکارید آلژینات استخراج شده از ماکروجلبک های قهوه ای
جلبکهای دریایی ۵۸ درصد از کل تولید جهانی گیاهان آبزی را تشکیل میدهند از این رو به منزله یکی از بزرگترین تولید کنندگان دریا محسوب میشوند . از نظر تغذیه ای، جلبکها منابع غذایی کم کالری، همراه با مقادیر بالای مواد معدنی، فیبرهای غذایی، ویتامینها، پروتئینها، رنگدانه ها و پلی فنولها بوده و به همین دلیل در قرن ۱۱ آنها را غذای دارویی و شفا بخش نام نهادند . بر این اساس جلبکها مدت زمان زیادی است که در رژیم غذایی مردمان نواحی مختلف کره زمین به ویژه در کشورهای آسیایی مانند چین، ژاپن و کره استفاده میشوند . در ساختار جلبکها ترکیبات مختلفی همچون پلی ساکاریدها، پروتئین ها، ترکیبات فنولی، رنگدانه ها وجود دارد. از این بین، پلی ساکاریدها به علت کاربرد گسترده در صنایع مختلف از اهمیت بالایی برخودار می باشند. پلی ساکاریدها به میزان زیادی در دیواره سلولی جلبکها یافت میشوند. ساختار شیمیایی پلی ساکاریدها با توجه به نوع گونه تفاوتهایی با هم داشته و هر یک از گونه ها پلی ساکاریدهای مخصوص به خود را دارند. تفاوت در ساختار پلی ساکاریدها در نهایت میتواند باعت تفاوت در میزان فعالیت زیست فعالی و عملکردی آنها شود. آگار، آلژینات و کاراژینان از جمله نخستین پلیساکاریدهایی بودند که از جلبکها استخراج شدند.
جلبک قهوه ای اکلونیا ماکسیما محصول AGchem آفریقای جنوبی
آلژینات
آلژیناتها مشتقاتی از اسیدهای آلژینیک هستند که در دیواره سلولی جلبک های دریایی قهوهای قرار دارند. اسیدهای آلژینیک به صورت صنعتی از جلبک های دریایی قهوه ای به شکل نمک آنها، یعنی آلژینات های سدیم، پتاسیم و کلسیم استخراج می شوند. آلژینیک اسید و آلژینات کلسیم در آب نامحلول هستند در حالی که آلژینات سدیم، آلژینات پتاسیم و آلژینات آمونیوم محلول در آب هستند. رایجترین شکل استفاده شده آلژین، آلژینات سدیم بوده و این ترکیب قابلیت جذب آب بالایی داشته که هم در آب سرد و هم در آب گرم محلول می باشد . از نظر ساختاری، آلژیناتها کوپلیمرهای خطی β - D مانورونیک اسید ) - M ( و α - L -گولورونیک اسید ) G 1 به هم → ( بوده که با پیوندهای متصل شدهاند. آرایش این اسیدها در آلژیناتهای مختلف به صورت هموپلیمری ) MM و GG ( یا هتروپلیمری ( MG ( بوده و نسبت آنها نیز ممکن است بسته به عواملی مانند نوع گونه جلبک، فصل برداشت، موقعیت جغرافیایی، عوامل اقلیمی و روش/شرایط استخراج متفاوت باشد.
آرایش این مونوساکاریدها در زنجیره پلیمری بر میزان ویژگیها و عملکرد محصول نهایی تاثیر فراوانی دارد . ساختار آلژینیک اسید و سدیم آلژینات در شکل ۱ نشان داده شده است.
جلبک قهوه ای آسکوفیلوم نوتوزوم محصول MoreCrop امریکا
منابع آلژینات
منابع عمده استخراج آلژینات جلبکهای قهوهای می باشند. تاکنون پلی ساکارید آلژینات از جلبکهای قهوهای گونه های Laminaria hyperborean ، Laminaria japonica ، Ascophyllum nodosum ، Macrocystis pyrifera ( Venkatesan et al., ۲۰۱۵ ،) Sargassum muticum ( Mazumder et al., ۲۰۱۶ ،) Sargassum latiffolium ( Fawzy et al., ۲۰۱۷ ،) Sargassum vulgare ( Torres et al., ۲۰۰۷ ،) Cystoseira trinode ، Cystoseira myrica ، Sargassum dentifolium و asperifolium Sargassum ( Larsen et al., ۲۰۰۳ ( استخراج شده است. همچنین برخی باکتریهای گرم منفی مثل Azotobacter vinelandi و چند گونه از جنس Pseudomonas ، آلژینات را به عنوان پلی ساکارید خارج سلولی تولید میکنند ) Lee and Mooney, 2010 (. در مناطق معتدله، آلژیناتها عمدتاً از جلبکهایی همچون Ascophyllum nodosum ، Macrocyctis pyrifera و Laminaria sp. استخراج میشوند. حال آنکه در مناطق استوایی عمدتاً گونههای مربوط به جنسهای Padina ، Turbinaria و Sargassum به عنوان منبع اصلی استخراج آلژینات مورد استفاده قرار میگیرند.
کانن حاوی اکلونیا ماکسیما و آسکوفیلوم نوتوزوم محصول Novichem ترکیه
روشهای استخراج آلژینات
رایجترین روش استخراج آلژینات، روش قلیایی میباشد. در این روش از محلول ۹ ۱ درصد سدیم کربنات در آب داغ استفاده میگردد . این روش، روشی ساده و آسان بوده اما دارای اشکالاتی همچون زمان طولانی استخراج، صرف انرژی زیاد و بازده کم دارد . با توجه به این معایب روش و همچنین با توجه به کاربرد گسترده، قیمت بالا و حساس بودن ترکیبات زیست فعال طبیعی نظیر آلژینات نسبت به شرایط استخراج، در سالهای اخیر میل به پیدا کردن روشهای کارآمدتر منجر به پیدایش و گسترش روشهای نوین استخراج گردیده است. از روشهای نوین استخراج میتوان به روشهای سیال فوق بحرانی، فرآیندهای فشار بالا، استخراج به کمک مایکروویو، فراصوت، آنزیمی و استخراج بر پایه تخمیر اشاره کرد.
حفظ خصوصیات کیفی ترکیبات زیست فعال، کاهش میزان مصرف انرژی، کاهش زمان فرایند استخراج، گرادیان حرارتی کمتر، کاهش اندازه تجهیزات، کاهش مصرف تجهیزات، کاهش مصرف حلالهای شیمیایی و سمی و زیست سازگار بودن از مزایای مهم این روشها در مقایسه با روشهای متداول محسوب میشوند. از بین روشهای نوین استخراج، روش های آنزیمی، فراصوت ، مایکروویو، ترکیب آنزیمی فراصوت، تخمیر و اکستروژن برای استخراج آلژینات مورد استفاده قرار گرفته اند. جدول ۱ بازده استخراج آلژینات از برخی گونههای جلبکهای قهوهای را نشان میدهد.
ویژگیهای آلژینات
مطالعات پیشین بیانگر این است که آلژیناتهای استخراج شده از گونههای مختلف جلبکی دارای فعالیتهای زیست فعالی متعددی از قبیل خواص ضداکسایشی، ضدتوموری، ضدالتهابی و تنظیم سیستم ایمنی باشند. همچنین آلژینات نسبت به تخریب توسط آنزیمهای آندروژنی انسانی نیز مقاوم بوده و بر این اساس میتواند بعنوان ماده .) پریبیوتیکی استفاده گردد )کیانی و همکاران، ۱۹۳۸علاوه بر اینها، آلژیناتها دارای ویژگیهای رئولوژیکی و امولسیفایری مناسبی نیز هستند .