© Borgis - Postępy Fitoterapii 3/2009, s. 168-174
Romuald Czerpak1, 2, *Agata Jabłońska-Trypuć2, Anna Pietryczuk1, 2
Znaczenie terapeutyczne, kosmetyczne i dietetyczne niektórych glonów
THERAPEUTIC, COSMETIC AND DIETARY SIGNIFICANCE OF SOME ALGAE
1Zakład Biochemii Roślin i Toksykologii, Instytut Biologii, Uniwersytet w Białymstoku
Kierownik Zakładu: prof. dr hab. Romuald Czerpak
2Zakład Nauk Biologicznych Wyższej Szkoły Kosmetologii i Ochrony Zdrowia w Białymstoku
Kierownik Zakładu: prof. dr hab. Romuald Czerpak
Summary
Nowadays, there are numerous commercial applications of algae. For example algae can be used to enhance the nutritional value of food and animal feed owing to their chemical composition. They play a crucial role in aquaculture and they can be incorporated into cosmetics. Algae are a source of highly valuable molecules, for example polyunsaturated fatty acids and pigments. Among all the fatty acids in algae, the most important are omega-3 and omega-6 families. Algae also represent a valuable source of proteins and nearly all essential vitamins. They are rich in pigments, like chlorophyll, carotenoids and phycobiliproteins. All these molecules have a wide range of commercial applications for example: as tablets, capsules and liquids. They can also be incorporated into pastas, snack foods, candy bars or gums and into the feed for a wide variety of animals ranging from fish (aquaculture) to pets and farm animals. Some algal species are established in the skin care market. Algae extracts can be found in face and skin care products (creams, emollients, sun-protection and hair care products). Future research should focus on the improvement of production systems and the genetic modifications of algae. The use of transgenic algae form commercial applications has not yet been reported but holds significant promise.
Wstęp
Glony (Algae) są najbardziej rozpowszechnionymi roślinami zarodnikowymi o bardzo zróżnicowanej strukturze morfologicznej. Pod względem budowy niektóre z nich są jednokomórkowymi organizmami, część tworzy kolonie, a sporo gatunków ma strukturę wielokomórkowych plech osiągających nieraz wymiary kilku metrów i tworzących tzw. „podwodne łąki”. Środowisko wodne jest głównym miejscem ich występowania, chociaż niektóre gatunki glonów żyją na podłożu stałym, ale o dużej wilgotności. Ogromna większość glonów to rośliny fotoautotroficzne, o dużej aktywności fotosyntetycznej. Na globie ziemskim około 70% materii organicznej i tlenu wytwarzają glony w procesie fotosyntezy. Pod względem taksonomicznym do glonów zaliczono następujące grupy roślin: sinice, wiciowce, okrzemki, zielenice, brunatnice, krasnorosty i ramienice (1, 2).
W krajach Afryki, Ameryki, a szczególnie Azji praktyczne zastosowanie glonów, zwłaszcza do celów leczniczych, kosmetycznych i odżywczych, znane jest od kilku tysiącleci. Przede wszystkim glony morskie należące do brunatnic, krasnorostów i zielenic mają największe znaczenie w pozyskiwaniu nowych produktów dietetycznych, kosmetycznych i terapeutycznych. W niektórych krajach glony w postaci surowej, ugotowanej albo wysuszonej stosowane są jako pożywienie, względnie przyprawa kulinarna dla ludzi, a także jako wartościowa karma dla zwierząt hodowlanych. Największym zainteresowaniem cieszą się glony zawierające składniki chemiczne o właściwościach leczniczych i kosmetycznych, głównie odmładzających i regenerujących siły witalne ciała ludzkiego, zwłaszcza skóry i jej wytworów. Szczególnie algi morskie zasobne w różnorodne substancje aktywne biologicznie i farmakologicznie stanowią dla współczesnego człowieka duże bogactwo surowców, dotychczas wykorzystywanych w niewielkim stopniu. Ważną cechą glonów jest dobra przyswajalność oraz kompleksowe i łagodne działanie zawartych w nich składników aktywnych biologicznie (2, 3, 4).
Składniki chemiczne glonów o znaczeniu biologicznym
Glony mają ogromne znaczenie biologiczne w przyrodzie, gdyż w środowisku wodnym, jako główni producenci materii organicznej, stanowią podstawowe pożywienie i dostawcę tlenu dla zwierząt. Przede wszystkim są bogatym źródłem różnorodnych metabolitów o znaczeniu troficznym i dietetycznym dla człowieka i zwierząt, a także substancji aktywnych farmakologicznie i kosmetycznie. Dlatego też coraz powszechniej są wykorzystywane przez człowieka do celów spożywczych, ale także przemysłowych, do produkcji pasz, żywności, leków, kosmetyków i przypraw kulinarnych. Glony to bogate źródło dobrze przyswajalnych białek, węglowodanów, lipidów, witamin i soli mineralnych. Zawierają znaczne ilości egzogennych aminokwasów, nienasyconych kwasów tłuszczowych (NNKT) na czele z kwasami: mgm-linolenowym (GLA), eikozapentenowym (EPA) i dokozaheksanowym (DHA), które są niezbędne dla człowieka i zwierząt (2, 3, 4).
Glony zawierają wiele różnorodnych węglowodanów (do 60% suchej masy), wśród których najwięcej jest kwaśnych polisacharydów o dużym znaczeniu kosmetycznym i terapeutycznym. Do najbardziej pospolitych polisacharydów należą: kwas alginowy i jego sole potasowe, sodowe i magnezowe zwane alginami, agar, laminaryna, karagen, fukoidyna i mannit. Również w glonach powszechnie występują alkohole cukrowe, takie jak mannitol, erytrol, rybitol i sorbitol, a także cyklitole, głównie mezo-inozytol, laminitol i scylitol. W glonach występuje dużo witamin, zwłaszcza z grupy B, karotenoidów na czele z mbm-karotenem (prowitaminą A) i różnorodnymi ksantofilami, witamina C (kwas askorbinowy) i witamina E (tokoferol). Spośród glonów zielenice i wiciowce, a szczególnie złotowiciowce, są bardzo zasobne w karotenoidy, których zawartość jest kilkakrotnie wyższa niż u roślin naczyniowych. Ponadto glony są bogatym źródłem wielu innych metabolitów, np. porfiryn, takich jak chlorofile, cytochromy, fikocyjaniny i fikoerytryny; poliamin, głównie putrescyny i spermidyny oraz chinonów, zwłaszcza pochodnych benzo- i naftochinonów. W glonach jest także dużo różnorodnych związków steroidowych, zwłaszcza fitosteroli, jak cykloartenol, brassinosterol, fukosterol, ergosterol, lanosterol, lofenol, sitosterol i stigmasterol, mających duże znaczenie kosmetyczne i terapeutyczne. Również glony, głównie brunatnice, krasnorosty i zielenice, są zasobne w różnorodne terpenoidy, szczególnie z grupy mono- i seskwiterpenów. Niektóre brunatnice i zielenice z grupy sprzężnic zawierają znaczne ilości wielopierścieniowych polifenoli: fukoli, floretoli i fukofloretoli wykazujących właściwości antybiotyczne, przeciwzapalne, przeciwnowotworowe i chelatujące jony metali. Niektóre glony wytwarzają wiele różnorodnych, chemicznie nienasyconych węglowodorów alifatycznych i cyklicznych, spełniających funkcje fitoncydów, feromonów, a nieraz czynników uczestniczących w chemotaksji płciowej. Prócz tego glony są bardzo zasobne w składniki mineralne, których zawartość jest prawie dziesięciokrotnie wyższa niż u roślin naczyniowych. Spośród makroelementów wyróżnia się dość wysoką zawartość fosforu, sodu, potasu, wapnia, chloru i magnezu, a z mikroelementów: jodu, żelaza, cynku, manganu i miedzi. Należy także zaakcentować, że niektóre gatunki glonów, zwłaszcza z grupy sinic, wytwarzają silnie trujące toksyny, zwłaszcza dla człowieka i zwierząt oraz konkurencyjnych dla nich gatunków glonów (1-14).
Znaczenie dietetyczne, terapeutyczne i kosmetyczne składników chemicznych zawartych w glonach
U wielu gatunków glonów, zwłaszcza morskich, głównie z grupy brunatnic, krasnorostów i zielenic, stwierdzono obecność różnorodnych chemicznie związków organicznych o bardzo szerokim zakresie aktywności biologicznej i farmakologicznej. Takim przykładem są metabolity glonów o właściwościach cytostatycznych, np. laksafycyna, scytofycyna, tantazolina, niektóre glikoproteiny sulfonowane i inne związki o działaniu przeciwnowotworowym (2, 3, 4). U niektórych glonów występują glikoproteiny o działaniu przeciwzapalnym, antybiotycznym, aktywującym procesy immunologiczne, obniżającym ciśnienie krwi i poziom cholesterolu oraz temperaturę zamarzania wody, a także łagodzącym negatywne skutki działania nadmiaru promieniowania ultrafioletowego. Tego rodzaju białka występują nie tylko u glonów morskich, ale także u słodkowodnych z rodzajów: Chlorella, Scenedesmus i Spirulina.
Z glonów, zwłaszcza makroalg morskich, otrzymuje się wiele preparatów stosowanych w terapii bądź kosmetyce o szerokim spektrum działania, między innymi likwidujących obrzęki, wypryski i stany zapalne, nawilżających suchą skórę, poprawiających jej elastyczność i jędrność, wzmacniających naczynia włosowate oraz regulujących pH skóry. Ekstrakty z niektórych glonów zawierają składniki chemiczne o działaniu przeciwalergicznym, przeciwzapalnym, przeciwstresowym, antybiotycznym, detoksykacyjnym, przeciwzakrzepowym i regenerującym skórę i jej wytwory (2-4, 9-11, 14-17).
Spośród dużej zawartości różnorodnych węglowodanów na szczególną uwagę zasługują kwaśne polisacharydy: agar, alginiany, fukany i karageniany. Charakteryzują się one właściwościami antyseptycznymi i intensywnie wiążącymi wodę. Dlatego znalazły zastosowanie, między innymi do produkcji kosmetyków ochronnych przed nadmiarem promieniowania UV, nawilżających, ujędrniających i regenerujących skórę i włosy. Niektóre z nich, zwłaszcza alginiany i fukany, aktywują biosyntezę kolagenu i proliferację fibroblastów skóry, a także ukrwienie skóry i jej metabolizm. Używane są w preparatach do masażu, usuwania cellulitu i przyśpieszania gojenia się ran, regeneracji naskórka i uszkodzonych włosów oraz zmniejszania przetłuszczania się skóry i włosów (2-4, 9, 11, 14, 15, 18-20).
Glony są bogatym źródłem różnorodnych fitosteroli, które są powszechnie stosowane w preparatach kosmetycznych i terapeutycznych. Charakteryzują się one dużą aktywnością biologiczną, oddziaływując przeważnie stymulująco na wiele procesów biochemiczno-fizjologicznych związanych z funkcjonowaniem całego organizmu, a także skóry. Działają aktywująco na procesy immunologiczne, przeciwzapalne, przeciwalergicznie, przeciwutleniająco, neutralizująco na wolne rodniki, przeciwzakrzepowo, obniżają poziom cholesterolu, a także wzmagają regenerację tkanki mięśniowej, łącznej i nabłonkowej. Fitosterole, łatwo kumulując się w łoju i cemencie międzykomórkowym skóry, wzmacniają barierę lipidową naskórka i"hamują utratę wody przez skórę. Również aktywują biosyntezę kolagenu i elastyny w skórze, co korzystnie wpływa na jej jędrność i elastyczność (2, 4, 9, 11, 13, 14, 16, 20-22).
Glony są także zasobne w poliaminy, które współdziałając z fitohormonami, wchodzą w interakcje z DNA i RNA, fosfolipidami i niektórymi białkami kwaśnymi, oddziaływując aktywująco na takie procesy, jak podziały komórkowe, replikacja, transkrypcja, translacja, transport aktywny przez błony i wiele innych (2, 4, 7, 9, 11, 13, 18, 23, 24). Wśród bardzo aktywnych biologicznie składników chemicznych występujących u licznych gatunków glonów są wielonienasycone kwasy tłuszczowe, szczególnie arachidonowy, mgm-linolenowy (GLA), dokozaheksanowy (DHA) i eikozapentenowy (EPA). Kwasy te w organizmie człowieka i zwierząt są przetwarzane w eikozanoidy, tj. prostaglandyny, leukotrieny i tromboksany, działające lokalnie w komórkach o wielostronnych funkcjach fizjologiczno-metabolicznych, związanych głównie z procesami krzepnięcia krwi, zapalnymi, obronnymi, odpornościowymi, skurczowymi mięśni i innymi (2-4, 8, 9, 14, 18, 22).
Niektóre glony są bogatym źródłem tokoferoli, a także karotenoidów, głównie b-karotenu i ksantofili o silnych właściwościach przeciwutleniających, np. Dunaliella salina i Haematococcus pluvialis. Związki te oddziaływują korzystnie nie tylko na cały organizm człowieka, ale również na skórę, ponieważ hamują oksydacyjną degenerację głównego białka kolagenu oraz kwasów: hialuronowego i chondroitynosiarkowych (1-4, 8, 22, 25). Barwniki chlorofilowe, fikocyjaninowe i cytochromy, zwłaszcza P-450, występujące w dużych ilościach u glonów, mają zastosowanie kosmetyczne i terapeutyczne w procesach niedotlenienia, detoksykacji, regeneracji, antyseptyki i usuwania nieprzyjemnych zapachów. Również związki chinonowe z grupy benzo- i naftochinonów, znajdujące się w niektórych glonach, wykazują właściwości przeciwbakteryjne, przeciwgrzybicze, przeciwutleniające, ochraniające przed nadmiarem promieniowania UV oraz rozjaśniające skórę i włosy, czyli hamujące biosyntezę barwników melaninowych (2-4, 9, 10, 15, 18, 22).
Do glonów o znaczeniu dietetycznym, używanych jako żywność lub przyprawy kulinarne, należą niektóre gatunki z rodzajów: Chlorella, Spirulina, Porphyra, Monostroma, Ulva, Laminaria, Undaria, Hizikia, Chondrus, Caulerpa, Alaria, Palmaria, Callophylis, Gracilaria i Cladosiphon. Do najczęściej stosowanych glonów do pozyskiwania produktów kosmetycznych zalicza się następujące gatunki: Chondrus crispus, Mastocarpus stellatus, Ulva lactuca, Ascophyllum nodosum, Alaria esculenta, Spirulina platensis, Chlorella vulgaris, Dunaliella salina, Nannochloropsis oculata, Laminaria sp. i Porphyra sp. (1-4, 10, 16, 18-20).
Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.
Mam kod dostępu
- Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
- Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
- Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.
Opcja #1
29 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
69 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
129 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 78 zł
Piśmiennictwo
1. Czerpak R, Czeczuga B. Występowanie, biosynteza i rola biologiczna karotenoidów u glonów. Wiad Bot 1978; 22(1):47-59. 2. Czerpak R, Jabłońska-Trypuć A. Roślinne surowce kosmetyczne. Wyd. Med Pharm Wrocław, 2008. 3. Hallmann A. Algal transgenics and biotechnology. Transgen Plant J 2007; 1(1):81-98. 4. Pulz O, Gross W. Valuable products from biotechnology of microalgae. Appl Microbiol Biotechnol 2004; 65(10):635-48. 5. Czerpak R, Jabłońska-Trypuć A. Aktywność biologiczna pierwiastków w aspekcie fizjologii skóry i aplikacji w kosmetyce. Cz. I. Makroelementy. Pol J Cosmetol 2007; 10(4):222-33. 6. Czerpak R, Jabłońska-Trypuć A. Aktywność biologiczna pierwiastków w aspekcie fizjologii skóry i aplikacji w kosmetyce. Cz. II. Mikroelementy. Pol J Cosmetol 2008; 11(1):9-24. 7. McHugh DJ. A guide to the seaweed industry. FAO Fisheries Technical Papers 2003; 441:1-105. 8. Walkers TL, Purton S, Becker DK i wsp. Microalgae as bioreactors. Plant Cell Rep 2005; 24:629-41. 9. Borowitzka MA. Microalgae as source of pharmaceuticals and other biologically active compounds. J Appl Phycol 1995; 7:3-15. 10. Borowitzka MA, Borowitzka LJ. Microalgal biotechnology. Cambridge University Press, Cambridge 1988. 11. Cohen Z. Chemicals from microalgae. Taylor, Francis, London, 1999. 12. Hirata T, Tanaka M, Oaike M i wsp. Antyoxidant activities of phycocyanobilin prepared from S. platensis. J Appl Phycol 2000; 12:435-9. 13. Namikoshi M. Bioactive compounds produced by cyanobacteria. J Internat Microbiol Biotechnol 1996; 17:373-84. 14. Skulberg OM. Microalgae as a source of bioactive molecules experience from cyanophyte research. J Appl Phycol 2000; 12:341-8. 15. Spolaore P, Joannis-Cassan C, Duran E i wsp. Commercial application of microalgae. J Biosci Bioengin 2006; 101(1):87-96. 16. Belay A. Current knowledge on potential health benefits of Spirulina platensis. J Appl Phycol 1993; 5:235-40. 17. Sirenko LA, Kirpenko YA, Kirpenko NI. Influence of metabolites of certain algae on human and animal cell culture. Internat J Algae 1999; 1:122-6. 18. Becker W. Microalgae in human and animal nutrition. In: Richmond A. (Red.) Handbook of Microalgal Culture, Blackwell, Oxford; 2004. p.312-51. 19. Nisizawa K, Noda H, Kikuchi R i wsp. The main seaweed foods in Japan. Hydrobiologia 1987; 151, 5-29. 20. Radmer RJ. Algal diversity and commercial algal products. Bioscience 1996; 46:263-70. 21. Jabłońska-Trypuć A., Czerpak R. Fitosterole i ich aktywność terapeutyczno-kosmetyczna. Med Estet i Przeciwstarz 2006; 5(4):152-9. 22. Borowitzka MA. Microalgae for aquaculture: opportunities and constraints. J Appl Phycol 1997; 9:393-401. 23. Jabłońska-Trypuć A, Czerpak R. Aktywność biologiczna i terapeutyczna poliamin. Post Fitoter 2007; 8(1):28-34. 24. Czerpak R, Jabłońska-Trypuć A. Zastosowanie cytokinin i izoflawonoidów w kosmetyce i terapii. Cz. I. Med Estet i Przeciwstarz 2005; 4(2):73-9. 25. Walkers TL, Collet C, Purton SL. Algal transgenics in the genomic era. J Phycol 2005; 41:1077-93. 26. Richmond A. Handbook of microalgal culture. Blackwell, Oxford 2004. 27. Sivonen K, Jones G. Cyanobacterial toxins. In: Chorus I., Bertram J (Red.). Toxic cyanobacteria in water: a guide to public health significance, monitoring and management. Spon, London 1999; pp.41-111.
