Bioactive Polysaccharides in Byproducts from Seaweed Production and Addition of the Bioactive Polysaccharide Fucoidan to Skin Care

Abstract

The sulfated polysaccharide fucoidan, found in many brown seaweeds, has great potential in pharmaceuticals, nutraceuticals, functional foods and cosmeceuticals. Fucoidans have been studied widely and have been isolated from different species due to their varied biological activities, including antivirus, antitumor, anti-inflammatory and antioxidant function. Even though this polysaccharide has been studied widely there still isn’t much knowledge about its chemical composition and how it differs between species. The aim of this study was two-fold. (1) To isolate fucoidans from byproducts of two species of brown seaweeds, Ascophyllum nodosum and Fucus vesiculosus and optimize an extraction method using two types of 0.1 M acids (HCl and H2SO4) and four temperatures (30°C, 37°C, 50°C, and 60°C). To get a better picture of the characteristics of the byproducts of these two species and the efficacy of each extraction method, carbohydrate measurements and polyphenol measurements were also performed. And (2) to isolate fucoidans from two species of brown seaweeds, Saccharina latissima and Alaria esculenta and test these fucoidans extracts in skin care from Una Skincare. Their stability was tested with accelerated stability test over two-month time period. Large amount of underutilized, valuable brown seaweeds is found all around the coasts of Iceland and the purpose of this study was to further utilize these raw materials, both from unprocessed seaweeds as well as byproducts of seaweed processing.The results indicated that byproducts from seaweed processing of A. nodosum and F. vesiculosus had different characteristics and different extraction conditions gave different yields.Byproducts from both species contained high molecular weight polysaccharides, as well as smaller carbohydrates. The fucose content in byproducts of F. vesiculosus was found higher than in A. nodosum, and it was therefore estimated that byproducts of F. vesiculosus contained higher amount of fucoidans. The most effective extraction conditions for byproducts of F. vesiculosus were 0.1 M HCl extraction at 30°C, to receive the highest amount of fucoidans. Byproducts of A. nodosum, however contained more polyphenols than F. vesiculosus and the highest polyphenol content was found after 0.1 M HCl extraction at 37°C. Therefore, these byproducts possess various valuables that can beutilized further in valuable products instead of throwing them out.The results from the second part of the study indicated that A. esculenta and S. latissima were great source of fucoidans and they can successfully be added to skin care. The accelerated stabilitytest confirmed that the extracts had stabilizing effects on the creams due to thickening effects of the polysaccharide. The color of the creams changed over time but the extracts did not have any effects on the odor of the creams. For more relevant results, a real time stability test must be implemented.

Súlfat fjölsykran fucoidan, finnst í mörgum tegundum af brúnþörungum og notkun hennar býður uppá mikla möguleika í lyfjafræði, næringarfræði, hagnýtum matvælum og snyrtivörum. Margar rannsóknir hafa verið gerðar á fucoidans og hafa þær verið einangraðar úr mörgum mismunandi tegundumþörunga vegna lífvirkni þeirra, svo sem andoxunarvirkni, virkni þeirra gegn veirum og krabbameini og bólgueyðandi virkni. Þó svo að þessi fjölsykra hafi verið rannsökuð ítrekað er enn margt ólært um efnasamsetningu hennar og mismunandi eiginleika hennar á milli tegunda. Markmið þessarar rannsóknar var tvíþætt. (1) Að einangra fucoidans úr aukaafurðum þangvinnslu tveggja brúnþörunga, Ascophyllum nodosum og Fucus vesiculosus og hanna hagnýta einangrunaraðferð þar sem tvær 0,1M sýrur (HCl og H2SO4) og fjögur hitastig (30°C, 37°C, 50°C of 60°C) voru prófuð. Til að fá betri mynd af eiginleikum aukaafurða þessara tveggja tegunda og skilvirkni hverrar einangrunaraðferðar vorusykrumælingar og fjölfenólmælingar einnig framkvæmdar. Og (2) að einangra fucoidans úr tveimur tegundum af brúnþörungum, Saccharina latissima og Alaria esculenta og prófa þessa fucoidan útdrætti í húðvörum frá Una Skincare. Stöðugleiki þeirra var prófaður með hröðuðu stöðugleikaprófi yfir tveggja mánaða tímabil. Mikið magn af ónýttum, verðmætum brúnþörungum liggja við strendur Íslands, allt í kringum landið, og tilgangurinn með þessari rannsókn var að nýta betur vannýtt hráefni, bæði úr óunnu þangi sem og aukaafurðum þangvinnslu.Niðurstöður rannsóknarinnar sýndu fram á að aukaafurðir úr þangvinnslu á A. esculenta og F. Vesiculosus höfðu mismunandi eiginleika og gáfu mismunandi heimtur út frá mismunandi einangrunarskilyrðum. Aukaafurðir frá báðum tegundum innihéldu fjölsykrur með háan mólþunga ásamt minni sykrum. Magn fúkósa var fundið hærra í aukaafurðum F. vesiculosus en A. nodosum, og mátti því áætla hærra fucoidan magn í aukaafurðum F. vesiculosus. Skilvirkasta einangrunaraðferðin á aukaafurðum F. vesiculosus var með 0,1 M HCl við 30°C, til að ná fram hæsta fucoidan magninu.Aukaafurðir A. nodosum innihéldu hins vegar meira magn fjölfenóla en F. vesiculosus og hæsta fjölfenólamagnið var fengið með 0,1 M HCl útdrætti við 37°C. Út frá þessum niðurstöðum má segja að aukaafurðir úr þangvinnslu á þessum tveim tegundum innihaldi ýmis verðmæti sem má nýta enn frekar í verðmætar vörur í stað þess að þeim sé hent.Niðurstöður seinni hluta rannsóknarinnar gáfu til kynna að A. esculenta og S. latissima innihéldu fucoidans og viðbót þeirra í húðvörur var áhrifarík. Hraðað stöðugleikapróf staðfesti að útdrættirnir höfðu stöðgandi áhrif á kremin vegna þykkjandi eiginleika fjölsykrunnar. Litur kremanna tók breytingum yfir tíma en útdrættirnir höfðu engin áhrif á lykt kremanna. Fyrir áreiðanlegri niðurstöður væri nauðsynlegt að framkvæma rauntímastöðugleikapróf.