Флавоноиды и экдистероиды являются действующими веществами в составе целого ряда биологически активных добавок к пище, а также зарегистрированных лекарственных препаратов [31]. Известно, что ряд лекарственных веществ (ЛВ) обладают низкой растворимостью, низкой проницаемостью стенок желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) (иногда сочетанием этих факторов) и, как следствие, низкой биодоступностью. С целью повышения растворимости таких ЛВ разработаны следующие физико-химические подходы: модификация кристаллической структуры (полиморфные превращения), уменьшение размеров частиц, получение твердых дисперсий (ТД) ЛВ со вспомогательными веществами [32].
Синтез ТД ЛВ с вспомогательными веществами может осуществляться несколькими способами, среди которых совместное измельчение, удаление растворителя, сплавление, замешивание и др. Способ совместного измельчения (механохимический) является самым простым и доступным, заключается в применении интенсивных механических ударно-истирающих воздействий на смесь твердых веществ (ЛВ и вспомогательного/ых) в специальных мельницах [33]. ТД, полученные данным способом, по типу физико-химических взаимодействий можно разделить на 4 вида:
1) ТД, в которых ЛВ диспергировано в молекулярной форме / находится в аморфном состоянии;
2) ТД, включающие водорастворимые соли;
3) ТД, включающие мицеллы;
4) ТД, в которых образуются водорастворимые комплексы включения с ПС, так называемые супрамолекулярные системы - соединения типа "гость-хозяин" [34].
Разработка составов ТД с гидроколлоидами (ПС), повышающих биодоступность минорных БАС (полифенолов, экдистероидов и др.) является востребованным направлением. В работе [34] получены составы ТД с индивидуальными флавоноидами - рутином, дигидрокверцетином, пуэрарином и генистеином. В качестве комплексообразующего агента выступал арабиногалактан - высокоразветвленный ПС, выделяемый из древесины лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.). Арабиногалактан, благодаря своей структуре, может сорбировать небольшие молекулы БАС в пространство между боковыми цепями макромолекулы, т.е. формировать "комплекс включения". Методом ЯМР-релаксации установлено образование супрамолекулярных систем (межмолекулярных комплексов) при растворении ТД в воде, определены их константы стабильности и термодинамические параметры. Установлено, что растворимость исследуемых ТД флавоноидов с арабиногалактаном увеличивается в 1,2-2,8 раза.
Для определения мембранной проницаемости флавоноидов in vitro была предложена модель проникновения через искусственные мембраны (РАМРА - parallel artificial membrane permeability assay) на основе гексадекана, при этом содержание флавоноидов определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с ультрафиолетовым детектированием. Модель позволяет измерять скорость пассивной диффузии БАС через эпителиальные клетки стенок ЖКТ, кожных покровов, гематоэнцефалический барьер. К сожалению, РАМРА не учитывает множество важных факторов, таких как метаболические превращения, активный транспорт и другие пути трансмембранного переноса, действие ферментов ЖКТ, образование конъюгатов, трансформацию в печени [34].
Ферментативная модель оценки степени взаимодействия минорных биологически активных соединений и гидроколлоидов
В работе [35] проведено изучение процессов взаимодействия веществ углеводной природы (гидроколлоидов) с водорастворимыми витаминами на модельных смесях. С целью получения структуры однородного геля подбирали оптимальную концентрацию каждого гидроколлоида: микрокристаллической целлюлозы 1000, 3000, хитозана, инулина, ксантановой камеди, желатина, пектина. При увеличении концентрации витаминов степень сорбции также возрастала. При достижении максимальной концентрации витаминов (2 г/л) сорбционная способность начинала снижаться, поскольку происходило насыщение реакционных связей в молекулах гидроколлоидов.
С нашей точки зрения, исследования сорбирующих эффектов гидроколлоидов являются перспективными, и в связи с этим необходимо расширить круг исследуемых групп БАС. Так, представляется актуальным изучение взаимодействия полифенолов растительных экстрактов, экдистероидов (20E и др.) с гидроколлоидами растительного происхождения. Для их оценки предлагается ферментативная модель [36], которая основана на свойстве резистентности растительных гидроколлоидов, БАС (20E и флавоноидов) к действию ферментов ЖКТ. В основе модели лежит гидролитическое расщепление крахмальных и белковых веществ в пищевых продуктах комплексом ферментов в контролируемых условиях среды (температура, рН), а также определение степени высвобождения БАС в связи с разрушением комплекса БАС-ПС, определение резистентности БАС к среде ЖКТ. В качестве ферментов используют устойчивую к нагреванию α-амилазу, протеазу, амилоглюкозидазу. Для исследования сорбции готовят модельные водные растворы композиций с определенной концентрацией БАС и ПС. Определение содержания БАС проводят после ферментативного гидролиза, 20E - методом высокоэффективной жидкостной хроматографии [20], полифенолов - методом Фолина-Чокалтеу [37]. Процент сорбции рассчитывается из отношения содержания свободных БАС после гидролиза в модельном растворе к содержанию свободных БАС до гидролиза в модельном растворе. В результате настоящая модель позволяет максимально достоверно воспроизводить процессы, происходящие в ЖКТ, и учитывать основные факторы, влияющие на растворимость и биодоступность БАС.
Заключение
Следует отметить, что использование в пищевой промышленности ФПИ РП и гидроколлоидов для различных целей с каждым годом возрастает. В связи с этим изучение взаимодействий гидроколлоидов и БАС с учетом научно обоснованного подхода является необходимым условием при разработке ФПИ с высокой биодоступностью БАС, оптимальных рецептур ФПП. При этом могут быть использованы как исследования с использованием методов аналитической химии, так и модельные исследования in silico. Нами предложена ферментативная модель, которая позволяет проводить адекватную оценку уровня биодоступности БАС, входящих в состав сложных многокомпонентных систем - ФПИ РП и ФПП. К достоинствам модели можно отнести экспрессность, возможность подбора оптимального метода количественного определения в случае применения модели к разным группам БАС.
Литература
1. Аверьянова Е.В., Школьникова М.Н. Функциональные пищевые ингредиенты растительного происхождения // Биотехнология и общество в XXI веке : сборник статей по материалам научно-практической конференции Международного биотехнологического симпозиума "Bio-Asia-2015". Барнаул, 2015. С. 98-101. ISBN: 978-5-7904-1950-8.
2. Школьникова М.Н., Аверьянова Е.В. Разработка классификации функциональных пищевых ингредиентов растительного происхождения // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2017. № 9. С. 85-92.
3. Доронин А.Ф., Ипатова Л.В., Кочеткова А.А., Нечаев А.П., Хуршудян С.А., Шубина О.Г. Функциональные пищевые продукты. Введение в технологии / под ред. А.А. Кочетковой. Москва : ДеЛи принт, 2009. 288 с. ISBN: 978-5-94343-178-4.
4. Тутельян В.А., Нечаев А.П. Пищевые ингредиенты в создании современных продуктов питания. Москва : ДеЛи принт, 2014. 520 с. ISBN: 978-5-905170-52-1.
5. Глазкова И.В., Саркисян В.А., Сидорова Ю.С., Мазо В.К., Кочеткова А.А. Основные этапы оценки эффективности специализированных пищевых продуктов // Пищевая промышленность. 2017. № 12. С. 8-11.
6. Саркисян В.А., Сидорова Ю.С., Зорин С.Н., Кочеткова А.А., Мазо В.К. Алгоритм доклинического тестирования природных биологически активных соединений в качестве ингредиентов инновационных пищевых продуктов // Вопросы питания. Материалы XVI Всероссийского конгресса нутрициологов и диетологов с международным участием, посвященного 100-летию со дня рождения основателя отечественной нутрициологии А.А. Покровского, "Фундаментальные и прикладные аспекты нутрициологии и диетологии. Качество пищи". 2016. Т. 85, № S2. С. 214.
7. Пилипенко Т.В., Витман М.А., Коротышева Л.Б. Добавки растительного происхождения для функциональных пищевых продуктов // Потребительский рынок Евразии: современное состояние, теория и практика в условиях Евразийского экономического союза и ВТО : сборник статей III Международной научно-практической конференции. Екатеринбург : Уральский государственный экономический университет, 2015. С. 131-136.
8. Марсас С., Пеан Ж.М. Фармацевтическая композиция в форме пероральной суспензии, которая содержит фракцию флавоноида и ксантановую камедь. Патент на изобретение RU 2582954 C2, 27.04.2016. Заявка № 2013156775/15 от 20.12.2013.
9. Баранов И.А., Джонс Д.Ю., Будруев А.В., Мочалова А.Е., Смирнова Л.А., Корягин А.С. Биологически активная композиция пролонгированного действия на основе хитозана и дигидрокверцетина // Перспективные материалы. 2015. № 3. С. 40-47.
10. Williams P.A., Phillips G.O. Handbook of Hydrocolloids. Cambridge : Woodhead publishing. 2020. 1190 p. ISBN: 978-0-128-20104-6.
11. Yemenicioğlu A., Farris S., Turkyilmaz M., Gulec S. A review of current and future food applications of natural hydrocolloids // Int. J. Food Sci. Technol. 2020. Vol. 55, N 4. P. 1389-1406. DOI: https://doi.org/10.1111/ijfs.14363
12. Bokov D.O., Sokurenko M.S., Malinkin A.D., Khromchenkova E.P., Shevyakova L.V., Bessonov V.V. Physiochemical features, qualitative and quantitative analysis, present status and application prospects of polysaccharide gums // Int. J. Pharm. Qual. Assur. 2020. Vol. 11, N 1. P. 154-162. DOI: https://doi.org/10.25258/ijpqa.11.1.24
13. Gupta N., Jangid A. K., Pooja D., Kulhari H. Inulin: A novel and stretchy polysaccharide tool for biomedical and nutritional applicati ons // Int. J. Biol. Macromol. 2019. Vol. 132. P. 852-863. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.03.188
14. Мазо В.К., Сидорова Ю.С., Саркисян В.А., Киселева Т.Л., Кочеткова А.А. Перспективы использования растительных полифенолов в качестве функциональных пищевых ингредиентов // Вопросы питания. 2018. Т. 87, № 6. С. 57-66. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10067
15. Lourenço S.C., Moldão-Martins M., Alves V.D. Antioxidants of natural plant origins: From sources to food industry applications // Molecules. 2019. Vol. 24, N 22. Article ID 4132. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules24224132
16. Santos-Buelga C., González-Paramás A.M., Oludemi T., Ayuda-Durán B., González-Manzano S. Plant phenolics as functional food ingredients // Adv. Food Nutr. Res. 2019. Vol. 90. P. 183-257. DOI: https://doi.org/10.1016/bs.afnr.2019.02.012
17. Sidorova Y.S., Shipelin V.A., Petrov N.A., Zorin S.N., Mazo V K. Adaptogenic properties of a phytoecdysteroid-rich extract from the leaves of Spinacia oleracea L. // Plants. 2021. Vol. 10, N 12. Article ID 2555. DOI: https://doi.org/10.3390/plants10122555
18. Sidorova Y.S., Shipelin V.A., Petrov N.A., Zorin S.N., Mazo V.K. Anxiolytic and antioxidant effect of phytoecdysteroids and polyphenols from Chenopodium quinoa on an in vivo restraint stress model // Molecules. 2022. Vol. 27, N 24 Article ID 9003. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules27249003
19. Зорин С.Н., Мазо В.К., Сидорова Ю.С., Петров Н.А., Малинкин А.Д., Перова И.Б. и др. Способ получения экстракта из зерен киноа, обогащенного фитоэкдистероидами. Патент на изобретение 2764439 C1, 17.01.2022. Заявка № 2021109798 от 09.04.2021.
20. Zorin S.N., Sidorova Yu.S., Petrov N.A., Perova I.B., Malinkin A.D., Bokov D.O. et al. A new functional food ingredient enriched by phytoecdisteroids and polyphenols from quinoa grains (Chenopodium quinoa Willd.) // Res. J. Pharm. Technol. 2021. Vol. 14, N 8. P. 4321-4328. DOI: https://doi.org/10.52711/0974-360X.2021.00750
21. Manzoor M., Singh J., Bandral J. D., Gani A., Shams R. Food hydrocolloids: Functional, nutraceutical and novel applications for delivery of bioactive compounds // Int. J. Biol. Macromol. 2020. Vol. 165, pt A. P. 554-567. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.09.182
22. Galanakis C.M. Nutraceutical and functional food components: Effects of innovative processing techniques. London : Academic Press, 2021. 632 p. ISBN: 978-0-323-85052-0.
23. Фаткуллин Р.И., Потороко И.Ю., Калинина И.В. Теоретические аспекты взаимодействия растительных полифенолов с макромолекулами в функциональных пищевых системах // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. 2021. Т. 9, № 1. С. 82-90. DOI: https://doi.org/10.14529/food210109
24. Ленчевская К.Г., Ямансарова Э.Т., Зворыгина О.Б. Влияние рН среды на адсорбцию кверцетина нейтральными полисахаридами // В сборнике материалов VII Международной молодежной научно-практической школы-конференции "Актуальные вопросы современного материаловедения". Уфа : Башкирский государственный университет, 2020. С. 79-80. ISBN: 978-5-7477-5165-1.
25. Садовой В.В., Аралина А.А. Обоснование химического взаимодействия инулина с флавоноидами // Материалы Международной научной конференции "Наука в современном мире". Лодзь, Польша, 2013. С. 30-32.
26. Фролова Ю.В., Соболев Р.В., Саркисян В.А., Кочеткова А.А. Влияние соединений полисахаридной природы на устойчивость прямых эмульсий при хранении // Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52, № 1. С. 32-45. DOI: https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-1-32-45
27. Сидорова Л.Н., Байков В.Г., Бессонов В.В., Скобельская З.Г. Влияние пищевых волокон на сохранность липидного компонента мучных кондитерских изделий // Вопросы питания. 2007. Т. 76, № 3. С. 78-81.
28. Liu F., Sun L., You G., Liu H., Ren X., Wang M. Effects of Astragalus polysaccharide on the solubility and stability of 15 flavonoids // Int. J. Biol. Macromol. 2020. Vol. 143. P. 873-880. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.09.148
29. Cao X., Wang L., Liu M., Ren X., Han T., Deng Y. Study on solubilization and stabilization of eight flavonoids by 17 Chinese herbal polysaccharides // J. Chem. 2020. Vol. 2020. Article ID 6235284. DOI: https://doi.org/10.1155/2020/6235284
30. Lu Y., Li W., Yang X. Soybean soluble polysaccharide enhances absorption of soybean genistein in mice // Food Res. Int. 2018. Vol. 103. P. 273-279. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodres.2017.10.054
31. Справочник лекарственных препаратов Видаль. URL: https://www.vidal.ru/
32. Душкин А.В., Сунцова Л.П., Халиков С.С. Механохимическая технология для повышения растворимости лекарственных веществ // Фундаментальные исследования. 2013. № 1. С. 448-457.
33. Силаева С.Ю., Беленова А.С., Сливкин А.И., Чупандина Е.Е., Нарышкин С.Р., Краснюк И.И. мл. и др. Применение твердых дисперсных систем в фармации // Конденсированные среды и межфазные границы. 2020. Т. 22, № 2. С. 3-11. DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2020.22/2820
34. Сунцова Л. П., Шлотгауэр А.А., Евсеенко В.И., Метелева Е.С., Поляков Н.Э., Душкин А.В. Исследование растворимости и мембранной проницаемости механохимически полученных твердых дисперсий растительных флавоноидов // Химия в интересах устойчивого развития. 2019. Т. 27, № 2. С. 193-199. DOI: https://doi.org/10.15372/KhUR2019125
35. Горшунова К.Д., Семенова П.А., Нечаев А.П., Бессонов В.В. Взаимодействие гидроколлоидов и водорастворимых витаминов при конструировании обогащенных пищевых продуктов // Пищевая промышленность. 2012. № 11. С. 46-49.
36. Горшунова К.Д., Семенова П.А., Нечаев А.П., Бессонов В.В. Исследование взаимодействия гидроколлоидов и токоферолов в эмульсионных жировых системах // Масложировая промышленность. 2013. № 1. С. 20-24.
37. Nikolaeva T.N., Lapshin P.V., Zagoskina N.V. Method for determining the total content of phenolic compounds in plant extracts with Folin-Denis reagent and Folin-Ciocalteu reagent: modification and comparison // Russian Journal of Bioorganic Chemistry. 2022. Vol. 48, N 7. P. 1519-1525. DOI: https://doi.org/10.1134/S1068162022070214