Кафяви водорасли Ламинария - Келп

Ежедневно сме заобиколени от флората и фауната на сухоземната част от Земята. Растенията са източник на голяма част от свободния кислород, а горите са познати като белите дробове на планетата ни. Всички животни зависят от органичните съединения, получени след процеса фотосинтеза.

Водораслите във водата също натрупват вещества както от морската вода, така чрез процесите на фотосинтеза с помощта на неповторими по своя състав каротеноиди като фукоидани. Те променят pH на морската вода и пречат на ерозията на крайбрежията. Удивителни са условията, при които се развиват. Много дървета на сушата биват прекършени от по-силни пориви на вятъра, а водораслите успяват да устоят на разбиването на вълните в брега без дори да имат толкова силна коренова система. Те са се развили в процеса на еволюция от различни нефотосинтезиращи предшественици и затова не се включват в царството на растенията. Многоклетъчните водорасли наподобяват на външен вид висшите растения и се делят на зелени, червени и кафяви.

Кафявите водорасли са между 1500 и 2000 вида и виреят в студените води на Северното полукълбо. Родът Ламинария се използва от столетия като храна от японците и азиатците. Известни още като Келп този род кафяви водорасли образува подводни гори, които подпомагат биоразнообразието в северните морета.

Ламинария Японика (laminaria japonica) [1] e вид многоклетъчно кафяво водорасло, което има продължителност на живота 3-4 години в северните морета. Състои се от талус, който е добре прикрепен с коренови израстъци към каменистото морско дъно. Листата на ламинарията падат ежегодно, а на тяхно място изникват нови. Размножава се със спори, които узряват в периода от юли до октомври. Вирее във водите на север от 36 ° северна ширина. Както можем да се досетим от името, този вид водорасло е високо тачено в Япония, където и днес е известно като комбу. В Русия пък е популярно като морско зеле. То е част от традиционната корейска кухня.

Високата температура на морската вода през лятото (над 27°C) в по-южните географски ширини е причина за масовото измиране на този вид водорасли. Максималното сухо тегло на водораслите се отчита след като един месец температурата на водата е била 15,2° С. Съотношението на мокро към сухо тегло е 6,5:1 и показва идеалното време за събиране на водораслите. За да се предотврати загубата на биомаса, части от листата на водораслите Ламинария Японика се събират, когато температурата на морската вода се повиши над 17° С.

Важен е процесът на изсушаване на водораслите. След като е почистена от примеси, често ламинарията се суши на слънце. Изсъхналите водорасли, които съдържат под 22% влага се натрошават грубо и опаковат. Така могат да се съхраняват до 3 години. В дъждовни и облачни дни се увеличава времето за изсъхване, а това води до влошаване на качеството на продукцията. В подобни случаи водораслото временно се осолява и когато времето е благоприятно се изсушава.

Ламинария Японика съдържа полизахариди с високо молекулно тегло -ламинарин, манитол, фруктоза, алгинова киселина, фукоидан, а също и йод под формата на лесни за усвояване от човешкия организъм йодиди, както и множество витамини. Съдържа и минерални соли на калий, натрий, магнезий, бром, кобалт и пр. В така известното за японците комбу има много диетични фибри.

В последните години се говори все по-често за глобалното затопляне. Ледниците се топят – алармират ни учени учените. Глобалното затопляне  е съвкупност от процеси, при които крайният резултат се проявява с повишение на средните температури на атмосферата и водата в световния океан се наблюдава от 1950 г. За период от 1906 до 2005 г. е установено повишаване на средната глобална температура в близост до земната повърхност с около 1°C.  Температурните промени в различните части на света не са еднакви. Например след 1979 г. температурите на сушата се увеличават с 0,25 °C на десетилетие срещу 0,13 °C при водата. Поради засиленото топене на ледовете се очаква до края на XXI в. нивото на океаните да се повиши средно с 18-59 см.

Всъщност имаме ли причина за подобна паника при подобно плавно увеличение на температурата с части от градус?

Развитието на микроорганизмите зависи от средата, в която те се развиват. Промените в околната среда могат да повлияят на скоростта на протичане на жизнените процеси. Бактериите нямат механизми за терморегулация и затова приемат температурата на околната среда. В зависимост от температурата и свързания с нея растеж микроорганизмите се делят на :

• Психрофилни или студенолюбиви. Срещат се в северните морета. Растат усилено при температури от -8 до +15°C. Размножават се при -6°C. Някои от тях са опасни патогени за здравето на рибите и водните растения. Можем да ги намерим и в хранителни продукти в хладилниците.
• Прихротофни са микроорганизмите, които се развиват при 7°C. Оптималната температура за растеж е 20°C.
• Психротрофните и психрофилните микроорганизми съдържат ензими, които катализират процесите в клетката при ниски температури. Значителното повишаване на температурата на околната среда води до клетъчна смърт.
• Мезофилни микроорганизми се развиват между 25 и 40°C. Срещат се в почвите, човешкото тяло, животните и пр. Много от тях имат оптимална температура за развитие 37°C, т.е. човешкото тяло. Повишаването на телесната температура е опит на организма да се избави от увеличаването на вредни за човешкото здраве микроорганизми. Бактерии от този вид имат значение за приготвянето на сирене и кисело мляко, вино, бира и пр.
• Термофилни са тези, които изискват минимум 30°C за съществуването си. Оптималните температури са 50-60°C, а максималните 70-80°C.
• Термотолерантни са тези, които се развиват оптимално при средни температури, но това не им пречи да се развиват добре и при високи.
• Хипертермофили се развиват при минимум 60°C, а оптималните за развитие градуси са 80. Има видове, които оцеляват и при 120°C

За практиката от значение са температурите над максимума, при които се достига до смърт в микроорганизмите.

Както стана ясно кафявите водорасли се развиват устойчиво при ниски температури на водата. Повишаването на температурите на водата води до незабележимо за нас изчезване на гори от келп.

Нека да потърсим отговора защо температурите на водата имат значение за развитието и натрупването на полезни за здравето на човека вещества в кафявите водорасли.

Лиазите представляват клас ензими, които помагат за разкъсването на химични връзки в едната посока на реакция (например при елиминиране на химична група) или създаването на връзки в обратната посока (присъединяване на химична група).

В изследване от 2012 г. Cultivable Alginate Lyase-Excreting Bacteria Associated with the Arctic Brown Alga Laminaria [2] са разгледани кафяви водорасли Ламинария, които виреят в ледено студени арктични води.

Северният ледовит океан, част от който е и Бяло море край Русия предлагат изключително екстремни условия на живот поради липсата на светлина при полярните нощи и целогодишните ниски температури. Но това не означава, че животът е спрял, напротив. Кафявите водорасли са едни от отлично приспособените форми на живот към подобни екстремни условия.

Алгининовата киселина е полимер от 2 части с различно съотношение. Именно тази съставка води до образуване на гелове и се използва за желиране и подобряване на консистенцията в хранително-вкусовата промишленост. Алгинатните лиази разграждат алгиновата киселина с механизъм на елиминиране. Това се случа с елиминиране на едната или другата част от полимера, или на двете части заедно. Разпадането на алгината може да се случи по различни причини – гъбички, вируси, бактерии и пр.

Оказва се, че 65 различни морски бактерии от 9 рода водят до алгинатни лиази. Оптималните температури за растеж и производство на алгинатни лиази на много щамове се случват при 10-20° C. Това показва, че те са Прихротофни бактерии. 11 други щама бактерии показват най-висока активност при 20-30° C и това подсказва, че те са приспособени към студа. Но има и щамове бактерии, които са психрофили с оптимална температура на растеж едва 10°C.

Нагряването до високи температури води до разрушаване на алгиновата киселина.

От друга страна ниските температури, при които се случва желирането спестяват производствени разходи поради нагряване. Ензимите, които са приспособени към студа имат ниска термична стабилност и лесно могат да бъдат разрушени при умерени температури. Задължително условие е продуктите с кафяви водорасли Ламинария Японика като Vertera gel и Артро Пласт да се съхраняват в хладилник дори преди да бъдат разпечатани. Това от друга страна е огромно предизвикателство при разбиването на клетъчните стени от несмилаеми целулоза и извличане на ценните хранителни вещества.

Освен неповторимата в сухоземния свят алгинова киселина, водораслите са източник  и на други уникални вещества с ползи за човешкото здраве. Фукоиданите са пример за това. Те са полизахариди, които могат да се намерят единствено в клетъчните стени на кафяви водорасли, сред които е и вида Ламинария. Със своите биоактивни свойства фукоиданите, извлечени от водораслите, привличат интереса на медико-фармацевтичната промишленост.

Отглежданите в естествена среда кафяви водорасли, а не във ферми се отличават с вариация в натрупването на вещества от морската вода взависимост от сезона, околната среда и ендогенните ритми. За да се определи кога е точния момент с най-високо съдържание на фукоидан е проведено научно изследване Crude fucoidan content in two North Atlantic kelp species, Saccharina latissima and Laminaria digitata—seasonal variation and impact of environmental factors [3] Резултатите показват, че промяната в сезоните води до промяна на съдържанието на фукоидан с коефициен 2 - 2.6. Съществуват разлики в различните видове кафяви водорасли Ламинария. Например фукоиданът като % от изсушени водорасли в Laminaria digitala e 11%, а в Saccharina latissima е 6%. Самите фукоидани се намират в клетъчните стени на кафявите водорасли и са с доказани антиоксидантни, противоракови, антикоагулантни, антитромботични и имуномодулиращи действия. Освен между отделните видове разлики в съдържанието се отчитат и в различните части на водораслите, както и в стадия им на развитие.

Забелязва се увеличение на фукоиданите в периода от март, април до юли/септември. В студените полярни води пикът на фукоидан се отчита през периода от юли до октомври.

Подобно изследване е публикувано още през 1999 г. Monthly changes in the content of fucans, their constituent sugars and sulphate in cultured Laminaria japonica [4]

От изследването става ясно, че фукоидана, извлечен от Ламинария Японика се увеличава от април до септември. През октомври, след като привърши образуването на спори, достига пика си.

Изследване от 2012 г. Structural characteristics and biological activity of Fucoidans from the brown algae Alaria sp. and Saccharina japonica of different reproductive status [5] Доказва, че количеството на фукоидан зависи от жизнения цикъл на самото растение. Има значение дали е във вегетативна фаза или е близо до период, в който образува спори.

Друго изследване от 2016 г. на Russian Academy of Science- Seasonal Variations in the Fucoidan Content of Brown Algae from Peter the Great Bay, Sea of Japan [6] отчита сезонната динамика в 3 вида кафяви водорасли.

Оказва се, че нивото на фукоидан в Ламинария Японика варира от 1 до 4,20% на сухо тегло (с пик през август-октомври) , в Sargassum pallidum  варира от 1 до 6,3% (пик през месец юли), а в Stephanocystis crassipes от 2.5 до 5.2% (пик през юни-юли). Оказва се, че слънчевата светлина не оказва толкова голямо влияние на количеството фукоидан, а пиковете се дължат предимно на стадия на развитие на водораслите и дали са в период на размножаване със спори.

Бяло море е вътрешно море, част от Северния ледовит океан с площ около 90 000 кв. км. Разположено е край северните брегове на Европейска Русия. Северозападните брегове на морето са високи и скалисти, а югоизточните – полегати и ниски. В Бяло море се вливат стотици реки. Дъното му е със силно разчленен релеф. Средната му дълбочина е 67 м, а максималната – 330. Подобно на Балтийско море, с което Бяло море е тясно свързано исторически, в последната ледникова епоха котловината му е била запълнена с ледове. И до днес близо до бреговете му лежат ледникови наслаги. Първоначално сладководен басейн от топенето на ледовете, в днешно време котловината е залята от солените води на Северния ледовит океан.

Климатът е преходен от полярен морски към умереноконтинентален. Температурата на водата на повърхността през лятото е от 7 до 15 градуса, а през зимата е около -1 и -2 градуса. Солеността варира от 24 до 35‰. Водите с дълбочина под 100 метра имат постоянна температура -1.4°C и соленост 30‰. Обикновено Бяло море замръзва в края на октомври или началото на ноември и се размразява в края на май или началото на юни.

Бяло море и районите около него добиват особена популярност заради животните с ценни кожи и богатството на морската флора и фауна още през XI в. Още по това време са установени търговски връзки  по реките между народите, които населяват бреговете на Бяло и Каспийско море. В края на XV до началото на XVIII в. Бяло море е имало важно значение за свързването на Русия и Западна Европа. По-късно пътниците са пренасочвани през Санкт Петербург и излаза на Русия на Балтийско море. От 1920 г. значителна част от морските превози започват да се осъществяват от незамръзващото пристанище Мурманск в Баренцово море. През 1933 г. е пуснат в експлоатация Беломорско-Балтийския канал, който свързва двете морета.

Соловецките острови са група от 6 по-големи острова и стотина по-малки островчета и скали с обща площ около 350 кв. км, разположени в югозападната част на бяло море. Бреговата им линия е силно разчленена. Има голямо количество малки езера,част от които са изкуствено съединени с канали. Около 1425 г. на островите е основан един от най-големите руски манастири – Соловецкия манастир. Благодарение на селскостопанската дейност, извършвана по онова време този манастир става един от най-богатите културни центрове в тази част на Русия. Направени са няколко мелници, прокопани са и канали, които да подпомогнат за развитието на селското стопанство. През XVIII в. в Соловецкия манастир живеят почти 400 монаси, тяхно притежание са над 700 крепостни селяни и много земи. Благодарение на селското стопанство, търговията със сол, лова и занаятчийството тази територия процъфтява. Многократно атакуван от шведите, през 1854 г. обстрелван от 60 английски фрегати. Благодарение на дебелите си стени устоява на многочасовите обстрелвания и остава непревзет. Oще от времето на Иван Грозни до 1883 г. през затвора на манастира се преминали около 550 души, сред тях и граф Пьотр Андре́евич Толсто́й . През 20-те години на XX в. е затворен. Тогава е преустроен в първият в Русия лагер за принудителен труд, в който са работели над 300 души. През 1923 г. е основан лагер със специално назначение, който след 10 години се превръща в специален затвор за политически затворници с килии от 1.5 метра дължина, 1 метър ширина и 1 метър височина. Затворниците можели да спят само седнали, а през миниатюрно прозорче им се подавала храната.

През 1939 г. затворът е превърнат във военно училище. От 1974 г. Соловецките острови са държавен историко-архитектурен и природен музей-резерват. През 90-те години манастирът отново е открит с официална церемония и отваря врати за монаси и вярващи.

Още от столетия за жителите на Архангелск е ясно, че Бяло море дава изобилни дарове. Освен рибарските селища, разпръснати по крайбрежието, чиито жители са вадели големи количества треска, херинга, навара и други студеноводни риби, добивът на водорасли също е бил важен. Поради липсата на промишленост и големи селища и днес регионът е съхранен в екологично отношение.

Още по времето на социалистическия СССР изваждането на водорасли от морето е било сред приоритетните задачи, но използваните „варварски“ методи са довели до значително намаление и изчезване на цели подводни гори от често срещаните водорасли келп. По-късното разпадане на страната и пълната липса на държавна подкрепа са унищожили много от предприятията, които са използвали водораслите като суровина. Днес рибарите, които вадят водорасли от водите на Бяло море са единици.

Междувременно много научни изследвания от цял свят започнали да доказват полезните свойства на водораслите. Единствени и неповторими химични съединения, които не се срещат на земната повърхност, спогамат за безопасното изхвърляне на тежки метали от организма. Нещо повече, радионуклеиди като Стронций-90 с полуразпад от 28 години, които остават в костите и оттам подлагат организма на вътрешна радиация, с помощта на кафяви водорасли като Ламинария могат да бъдат безопасно детоксикирани. Водораслите съдържат алгинова киселина със силно желиращо действие. При приема си тя образува защитен филм в червата и пречи на навлизането на опасните тежки метали и радионуклеиди в кръвообръщението.

Съществува един основен проблем, доказан от учените. Водораслите присъстват като храна в менюто на японците и крайбрежните народи на Азия от векове. Но в Русия излазът на море е довел до разцвет на риболова, добива и търговията със сол, но водораслите не са използвани редовно като съставна част от менюто. Ето защо при японците са се развили съвсем различни гени, подпомогнати от специални ензими и пробиотични бактерии, които позволяват смилането и извличането на всички ценни вещества от водораслите. Те са източник на нискокалорични фибри, но зад дебелата клетъчна стена от целулоза се крие истински витаминен коктейл. Консумирайки водорасли ние, европейците, не усвояваме всички ценни хранителни вещества.

С развитието на модерните технологии става възможно клетъчната стена да се разбие и всички аминокиселини, витамини, фукоидани и алгинати. Именно в това се състоят модерните свръхсекретни технологии на руската компания Vertera. При изсушаване, ако се използват високи температури ценната алгинова киселина се разгражда, а продуктите на Vertera са произведени при ниски температури без топлинна обработка.

От друга страна липсата на промишленост и корабоплаване в региона на Бяло море е предпоставка за добив на кафяви водорасли, които са чувствителни към повишаването на температурите. Те се развиват най-добре именно в трайно студените води на северните морета и океани. В днешно време се обръща специална грижа за поддържането на подводните колонии от водорасли и затова опитни водолази оглеждат задълбочено всяко водорасло Ламинария, преди да го отрежат внимателно.

Много често изваждането на водорасли от водите на Бяло море става в периода на краткото северно лято, когато повърхността му не е замръзнала. Тежките условия на северната природа карат водораслите активно да акумулират полезни вещества от морската вода. Един от най-широкоразпространените видове водорасли е от вида Ламинария или известна като морско зеле и келп. Тя може да се използва изсушена като добавка в супи, салати, основни ястия, дори и сладкиши и кисело мляко. Това кафяво водорасло е известно със силно желиращите си свойства. Листата от ламинария съдържат много микро и макро елементи като калий, натрий, фосфор, цинк, както и витамини B комплекс, А, D, С, К, PP.

С високото си съдържание на органичен йод водораслите Ламинария са незаменими при поддържането на функциите на щитовидната жлеза. България се намира в район, където почвите са бедни на йод и поради това превенцията на йоддефицитните заболявания се извършва с йодиране на фината бяла и морската сол. Но в днешно време много българи предпочитат да употребяват хималайска, розова, черна и други различни видове сол. Ламинарията може да бъде от полза както на възрастни, така и на деца, бременни и кърмещи майки.

Руската компания Вертера е наела под концесия за 50 години води около Соловецките острови. Именно там растат водораслите Ламинария Японика, които са в основата на всички продукти на утвърдената вече и в международен мащаб Vertera. Водата на Бяло море се изследва многократно, за да има гаранция, че това е 100% органичен и чист продукт – суперхрана. Вертера гел е продукт на 2015 г. в Русия. Помага за изчистване на тежките метали и радионуклеидите, източник е на органичен йод и предотвратява развитието заболяванията на щитовидната жлеза, както и подпомага плавната загуба на излишни килограми.

Използвани източници:

1. Ламинария японская

2. Cultivable Alginate Lyase-Excreting Bacteria Associated with the Arctic Brown Alga Laminaria

3. Crude fucoidan content in two North Atlantic kelp species, Saccharina latissima and Laminaria digitata—seasonal variation and impact of environmental factors

4. Monthly changes in the content of fucans, their constituent sugars and sulphate in cultured Laminaria japonica 

5. Structural characteristics and biological activity of Fucoidans from the brown algae Alaria sp. and Saccharina japonica of different reproductive status

6. Russian Academy of Science- Seasonal Variations in the Fucoidan Content of Brown Algae from Peter the Great Bay, Sea of Japan