Furtsellaraan on punavetikast Furcellaria lumbricalis ehk agarikust eraldatud hübriid β/κ-karraginaan polüsahhariid.

Furtsellaraani kasutatakse näiteks kosmeetika-, farmaatsia- ja toiduainetööstuses. Eestis toodab seda AS Est-Agar, kes on ainuke suur furtsellaraanitootja maailmas.[1]

2005. aastal tehti kindlaks, et selle punavetika kogubiomass Kassari lahes on 150 tuhat tonni. Ehkki see näitaja varieerub aastast aastasse, on tegu suurima selle merevetika liigi asurkonnaga Euroopas.[2] Agarikku leidub ka Saksamaa, Poola, Läti, Leedu, Rootsi, Soome ja Taani rannikutel.[3]

Furtsellaraani struktuur

muuda

Furtsellaraan on anioonne sulfeeritud polüsahhariid, mille molekulaarstruktuur koosneb korduvatest 3-seotud β-D-galaktoosi ja 4-seotud α-D-galaktoosi jääkidest.[4] See sarnaneb keemiliselt koostiselt κ-karraginaaniga, ent furtsellaraanis on ligikaudu 60% D-galaktoosiühikutest 4-sulfeeritud.[5]

Märkimisväärseid erinevusi struktuurikoostises on täheldatud Eesti furtsellaraani ning selle kommertsvormi vahel; viimases on suurem 3,6-anhüdrogalaktoosi sisaldus ja väiksem galaktoosi kogus. Furtsellaraani aluseline muundamine vähendab selle sulfaadisisaldust ja muudab monosahhariidide proportsioone selle struktuuris.[6]

Furtsellaraani polüsahhariididel on võime geeliks muutuda spetsiifiliste ioonide esinemisel, mis on seotud molekulaarse konformatsioonilise muutusega spiraalist heeliksiks. Naatriumi, liitiumi ja tetrametüülammooniumi kloriidsoolad indutseerivad furtsellaraani heeliksi moodustumist mittespetsiifiliste elektrostaatiliste interaktsioonide kaudu. Kaaliumi- ja tseesiumioonid soodustavad aga furtsellaraani heeliksi moodustumist ja agregatsiooni (geelumist) spetsiifilisel moel.[7] See omadus võimaldab nendel polüsahhariididel interakteeruda globulaarsete valkudega, näiteks lehmapiimast pärineva seerumi albumiini[8] ja beetalaktoglobuliiniga,[9] aga ka kiudvalkudega, näiteks želatiiniga.[10]

 
Furtsellaraani struktuur

Tööstuslik kasutus

muuda

Toidutööstus

muuda

Furtsellaraani on kasutatud tekstuurimodifitseerijana või -parandajana kohupiimakreemis,[11] stabiliseerijana jäätises[12] ning geelainena koos sojavalgu isolaadiga veganiželatiinkommides.[13]

Biomeditsiin

muuda

Furtsellaraani on kasutatud polüetüleentereftalaadi polüsahhariidkile kihina, et muuta polümeer hüdrofiilsemaks ning suurendada rakkudevahelist interaktsiooni in vivo.[14]

Samuti on furtsellaraaniga kaetud mikrokapsleid kasutatud kandjatena karpkala naha želatiinhüdrolüsaadile (ing. k. carp skin gelatin hydrolysate – CSGH), mis on teadaolevalt biopeptiidide kaitseks seedimise ajal seedetraktis.[15]

Biokile

muuda

Furtsellaraani kasutatakse negatiivselt laetud biokile moodustava maatriksina aktiivsetes biopolümeerkiledes ja kandjamaterjalina kapseldamisprotsessis.[16][17][18]

Nanokomposiitkiledes, kuhu on lisatud furtsellaraani ja nanotäiteaineid, näiteks grafeenoksiidi ja maghemiit-nanorakke, suureneb biokile tõmbetugevus, kuid väheneb veesisaldus, lahustuvus ja venivus.[19]

Tkaczewska 2021. aasta uuringus analüüsiti ühekihiliste biopolümeerkilede tootmist furtsellaraani ja GSGH-ga ning kahekihiliste biokilede tootmist, millele lisati sünteetiline peptiid alanüültürosiin, mereandide säilituspakendina.[20] Kruki uuringus analüüsiti kolmekihilisi biokilesid, mis olid valmistatud furtsellaraanist, CSGH-st ja kitosaanist.[21] 2023. aastal avaldatud uuringus oli Nowak analüüsinud neljakihiliste aktiivsete biopolümeerkilesid, mis põhinevad furtsellaraanil, kitosaanil, želatiinil ja aktiivsetel ühenditel (kurkumiin, kapsaitsiin, hõbedast nanoosakesed (AgNP), montmorilloniit ja želatiinhüdrolüsaat).[22]

Tkaczewska uuringus lisati furtselleraani ja želatiinhüdrolüsaadi kiledele rosmariiniekstrakti, mis suurendab kile tugevusega seotud mehaanilisi parameetreid märgatavalt. Samuti tõkestab rosmariiniga lisatud kilematerjalid biogeensete amiinide tekkimist.[23] Jancikova uuringus lisati furtsellaraani ja želatiinhüdrolüsaadi kiledele kuivade rosmariinilehtede ekstrakti, mis suurendas biokile paksust, veesisaldust ja tõmbetugevust. Suurenesid ka biokile antioksüdatiivsete toimeainete sisaldus ning UV-kiirguse tõkkeomadused.[24]

Lisaks on valmistatud furtsellaraani-kitosaani polüelektrolüütilise kompleksiga biokile.[25]

Viited

muuda
  1. "Saarlased rajavad haruldase äriga teed triljoni dollari turul" Äripäev, 5. aprill 2024
  2. Tuvikene, R., Truus, K., Vaher, M Kailas, T., Martin, G., Kersen, P. 2006. Extraction and quantification of hybrid carrageenans from the biomass of the red algae Furcellaria lumbricalis and Coccotylus truncatus. Proc. Estonian Acad. Sci. Chem.. 55. 10.3176/chem.2006.1.04
  3. HELCOM, "Furcellaria lumbricalis," 2013
  4. Knutsen S. H., Myslabodsky D. E., Grasdalen H. 1990. Characterization of carrageenan fractions from NorwegianFurcellaria lumbricalis (Huds.) Lamour. by 1H-N.M.R. spectroscopy. Carbohydr. Res. 206: 367–372
  5. Štěpánková, K., Ozaltin, K., Pelková, J., Pištěková, H., Karakurt, I., Káčerová, S., Lehocky, M., et al. (2022). Furcellaran Surface Deposition and Its Potential in Biomedical Applications. International Journal of Molecular Sciences, 23(13), 7439. MDPI AG. Retrieved from http://dx.doi.org/10.3390/ijms23137439
  6. Laos, K., Ring, S.G. Note: Characterisation of furcellaran samples from Estonian Furcellaria lumbricalis (Rhodophyta). J Appl Phycol 17, 461–464 (2005). https://doi.org/10.1007/s10811-005-1635-2
  7. Zhang, W., Piculell, L. and Nilsson, S. (1991), Salt dependence and ion specificity of the coil–helix transition of furcellaran. Biopolymers, 31: 1727-1736. https://doi.org/10.1002/bip.360311407
  8. Jamróz, E.; Para, G.; Jachimska, B.; Szczepanowicz, K.; Warszy ´nski, P.; Para, A. Albumin–Furcellaran Complexes as Cores for Nanoencapsulation. Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp. 2014, 441, 880–884
  9. Laos, K.; Brownsey, G.; Ring, S. Interactions between Furcellaran and the Globular Proteins Bovine Serum Albumin and β-Lactoglobulin. Carbohydr. Polym. 2007, 67, 116–123
  10. Jamroz, E.; Konieczna-Molenda, A.; Para, A. Ternary Potato Starch-Furcellaran-Gelatin Film—A New Generation of Biodegradable Foils. Polimery 2017, 62, 673–679
  11. Vincová, A.; Šantová, K.; Kurová, V.; Kratochvílová, A.; Halámková, V.; Suchánková, M.; Lorencová, E.; Sumczynski, D.; Salek, R.N. The Impact of Divergent Algal Hydrocolloids Addition on the Physicochemical, Viscoelastic, Textural, and Organoleptic Properties of Cream Cheese Products. Foods 2023, 12, 1602. https://doi.org/10.3390/foods12081602
  12. Klesmenta, T., Stekolštšikovaa, J., & Laos, K. (2014). Influence of guar gum/furcellaran and guar gum/carrageenan stabilizer systems on the rheological and sensorial properties of ice cream during storage.
  13. Stepien, A.; Tkaczewska, J.; Nowak, N.; Grzebieniarz, W.; Goik, U.; ˙Zmudzi ´nski, D.; Jamróz, E. Sugar-Free, Vegan, Furcellaran Gummy Jellies with Plant-Based Triple-Layer Films. Materials 2023, 16, 6443. https://doi.org/10.3390/ma16196443
  14. Štepánková, K., Ozaltin, K., Pelková, J., Pišteková, H., Karakurt, I., Kácerová, S., Lehocky, M., Humpolicek, P., Vesel, A., Mozetic, M. Furcellaran Surface Deposition and Its Potential in Biomedical Applications. Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 7439. https://doi.org/10.3390/ijms23137439
  15. Tkaczewska, J., Jamróz, E., Piątkowska, E., Borczak, B., Kapusta-Duch, J., & Morawska, M. (2019). Furcellaran-Coated Microcapsules as Carriers of Cyprinus carpio Skin-Derived Antioxidant Hydrolysate: An In Vitro and In Vivo Study. Nutrients, 11(10), 2502. https://doi.org/10.3390/nu11102502
  16. amróz, E., Para, G., Jachimska, B., Szczepanowicz, K., Warszynski, P., Para, A. Albumin—furcellaran complexes as cores for nanoencapsulation. Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp. 2014, 441, 880–884
  17. Jamróz, E., Kulawik, P., Krzysciak, P., Talaga-Cwiertnia, K., Juszczak, L. Intelligent and active furcellaran-gelatin films containing green or pu-erh tea extracts: Characterization, antioxidant and antimicrobial potential. Int. J. Biol. Macromol. 2019, 122, 745–757
  18. Laos, K., Lõugas, T., Mändmets, A., Vokk, R. Encapsulation of β-carotene from sea buckthorn (Hippophaë rhamnoides L.) juice in furcellaran beads. Innov. Food Sci. Emerg. Technol. 2007, 8, 395–398
  19. Jamróz, E., Kopel, P., Tkaczewska, J., Dordevic, D., Jancikova, S., Kulawik, P., Milosavljevic, V., et al. (2019). Nanocomposite Furcellaran Films—the Influence of Nanofillers on Functional Properties of Furcellaran Films and Effect on Linseed Oil Preservation. Polymers, 11(12), 2046. MDPI AG. Retrieved from http://dx.doi.org/10.3390/polym11122046
  20. Tkaczewska, J., Kulawik, P., Jamróz, E., Guzik, P., Zając, M., Szymkowiak, A., Turek, K. 2021. One- and double-layered furcellaran/carp skin gelatin hydrolysate film system with antioxidant peptide as an innovative packaging for perishable foods products. Food Chemistry. 351. 129347. 10.1016/j.foodchem.2021.129347
  21. Kruk, J., Tkaczewska, J., Szuwarzyński, M., Mazur, T., Jamróz, E. (2023). Influence of storage conditions on functional properties of multilayer biopolymer films based on chitosan and furcellaran enriched with carp protein hydrolysate. Food Hydrocolloids. 135. 108214. 10.1016/j.foodhyd.2022.108214
  22. Nowak, N., Tkaczewska, J., Grzebieniarz, W. et al. Active and Intelligent Four-Layer Films Based on Chitosan, Gelatin, Furcellaran and Active Ingredients—Preparation, Characterisation and Application on Salmon. Food Bioprocess Technol (2023). https://doi.org/10.1007/s11947-023-03238-3
  23. Tkaczewska, J., Jamróz, E., Kasprzak, M. et al. Edible Coatings Based on a Furcellaran and Gelatin Extract with Herb Addition as an Active Packaging for Carp Fillets. Food Bioprocess Technol 16, 1009–1021 (2023). https://doi.org/10.1007/s11947-022-02952-8
  24. Jancikova, S., Jamróz, E., Kulawik, P., Tkaczewska, J., & Dordevic, D. (2019). Furcellaran/gelatin hydrolysate/rosemary extract composite films as active and intelligent packaging materials. International journal of biological macromolecules, 131, 19–28. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.03.050
  25. Jamróz E., Janik M., Juszczak L., et al. Composite biopolymer films based on a polyelectrolyte complex of furcellaran and chitosan. Carbohydrate Polymers. 2021 Nov;274:118627. DOI: 10.1016/j.carbpol.2021.118627. PMID: 34702453