Коллектив
лаборатории функциональных свойств биополимеров Института биохимической физики
им. Н.М. Эмануэля РАН в сотрудничестве с коллегами из других лабораторий ИБХФ
РАН представили результаты своей работы в серии из двух статей в журнале
International Dairy Journal (Q1 — Food Science (SJR) IF = 3.1). Эта
серия статей раскрывает этапы
разработки, а также анализ взаимосвязей между
физико-химическими свойствами наноразмерных комплексных частиц
профилактического назначения, содержащих липосомальную форму комбинации
биологически активных веществ (БАВ), и биодоступностью
последних в модельных условиях пищеварительного тракта in vitro.
Руководитель
проекта РНФ (грант № 21-76-00045) в рамках которого были подготовлены эти
статьи, научный сотрудник ИБХФ РАН кандидат химических наук Дарья
Викторовна Зеликина объясняет: «Состав частиц, предложенный нами,
является уникальным и включает такие полезные для здоровья человека природные
вещества, как растительный антиоксидант полифенольного происхождения куркумин,
длинноцепочечные омега-3 полиненасыщенные жирные кислоты и фосфолипиды сои. Эти
вещества являются нутрицевтиками, то есть биологически активными веществами,
обладающими как питательной, так и фармацевтической ценностью, эффективность
профилактического действия которых была многократно доказана. Так, например,
куркумин был выбран за его антиоксидантное, противовоспалительное и
антибактериальное действие. Эйкозапентаеновая и докозагексаеновая омега-3
полиненасыщенные жирные кислоты способствуют укреплению иммунитета, оказывают
противовоспалительное действие, участвуют в регулировании микробиома кишечника,
могут проявлять антиоксидантные, антикоагулирующие и противоопухолевые
свойства.
В качестве
наноразмерной „матрицы“, или „нанокапсулы“, предназначенной для сохранения и
доставки этих нутрицевтиков мы предложили использовать новую гибридную форму
смеси пищевых биополимеров, включающую изолят сывороточных белков молока и
полисахарид хитозан, объединённые ковалентной связью (иначе „ковалентный
конъюгат“). Как исследователям нам важно учесть особенности молекулярной
структуры комплексных частиц в целом и каждого их компонента в отдельности и на
основании этого уметь предвидеть различные физико-химические факторы, которые
могли бы повлиять на их поведение как в пищевой системе, так и в организме
человека. Кроме того, достижение и доказательство физической и химической
стабильности биологически активных веществ является необходимым на всех этапах
производства и при хранении. Также мы значительное внимание уделяем изучению
поведения полученных комплексных частиц в процессе модельного переваривания в
желудочно-кишечном тракте in vitro, чтобы определить, как будут
„высвобождаться“ инкапсулированные нутрицевтики из наноразмерной биополимерной
капсулы. Благодаря использованию высокоточных приборов и широкого ряда
физико-химических методов (в частности, уникального отечественного прибора —
многоуглового лазерного светорассеяния), мы имеем возможность увидеть
трансформации частиц, происходящие на молекулярном уровне на разных этапах
переваривания — „во рту“, „в желудке“, „в тонком кишечнике“. Это экологичный и
полностью безопасный подход, который даёт принципиально новые сведения о таких
параметрах, как размеры, плотность, архитектура частиц — то есть даёт
возможность выявить взаимосвязи между молекулярной структурой и теми
свойствами, благодаря которым мы наблюдаем необходимую функциональность».
Исследования
показали, что ковалентный конъюгат изолята сывороточных белков молока и
хитозана обеспечивает эффективную инкапсулирующую способность (94±2 %) в
отношении липосомальной формы жирорастворимых нутрицевтиков (куркумина и
омега-3 ПНЖК), а также полную растворимость биополимерной нанокапсулы в области
изоэлектрической точки белков (рН = 4.5), т. е. в области наименьшей
растворимости самих белков молока. Такой высокий уровень инкапсулирования и
растворимости учёные объясняют особенностями молекулярной структуры нового
сконструированного гибридного биополимера, которую можно сравнить с моделью
«ядро — оболочка», где «ядром» выступают объединённые в центре молекулы белка,
в то время как поверхность представлена, главным образом, линейным
полисахаридом хитозаном. Среди других важных преимуществ биополимерной
нанокапсулы установлена пролонгированная защита куркумина от деградации (до
45±5 % по массе) и полиненасыщенных жирных кислот от окисления (до 80±4 % по
массе) на 8–11 сутки хранения при комнатной температуре, на свету.
Исследования
биодоступности показали, что инкапсулированные нутрицевтики практически
равномерно высвобождались из биополимерной нанокапсулы благодаря её гидролизу
пищеварительными ферментами. В модельных средах пищеварительного тракта in
vitro это высвобождение достигало 54±9 % в «желудке» и 46±9 % в «тонком
кишечнике». Особенно интересным оказалось то, что выпуск нутрицевтиков на
стадии «желудок» был обусловлен гидролизом ферментом пепсином не только
«белковых», как предполагалось, но и «хитозановых» участков конъюгата. Впервые
было показано взаимодействие «высвобожденных» липосом с желчными солями, что
приводило к формированию смешанных мицелл, что должно способствовать высокому
биоусвоению нутрицевтиков.
Полученные
результаты открывают возможность использования разработанной водорастворимой
биополимерной нанокапсулы, загруженной липосомальной формой нутрицевтиков, в
качестве универсального физиологически функционального ингредиента для создания
широкой линейки обогащённых функциональных и специальных продуктов питания.
Работа выполнена
при финансовой поддержке РНФ, грант № 21-76-00045, а также Министерства науки и
высшего образования РФ (номер государственной регистрации темы исследования:
122041300204-1).
Источник:
пресс-служба ИБХФ РАН.