Двойные эмульсии на основе рыбьего жира в композиции с фукоиданом: профиль полезности

Для пищевой промышленности важным аспектом устойчивости в сегменте «здоровых» продуктов питания является создание продукции нового формата, которая способна обеспечивать адресную доставку БАВ (биологически активных веществ), обладать добавленной полезностью при сохранении потребительских свойств. В текущий момент весьма перспективны технологические решения по использованию двойных эмульсий в каче- стве системы доставки БАВ через пищевые матрицы [4].

Двойная эмульсия представляет собой коллоидную систему, в которой эмульсия первого уровня «W1/О», образованная с использованием растительных поверхностноактивных веществ, диспергируется в водной фазе второго уровня системы с использованием гидрофильного поверхностно-активного вещества [1, 10, 14]. В технологиях их получения особое внимание уделяется выявлению оптимального сочетания компонентов БАВ водной фракции или жировой фракции при получении первого уровня эмульсии W1(H2O:БАВ)/О. Эффективность получения второго уровня системы может быть достигнута за счет минимизации барьеров, препятствующих обеспечению биодоступности БАВ в пищевой матрице.

Перспективность полисахаридов бурых водорослей (в частности, сульфатированного гетерополисахарида фукоидана) в качестве БАВ обусловлена широким спектром клинически доказанных положительных эффектов: антиоксидантного, антикоагулянтного и противовоспалительного и др. действий. Использование фукоидана в составе эмульсии первого уровня позволит сформировать биологическую активность пищевой системы, обеспечить высокий уровень профиля ее полезности.

Наибольший интерес для формирования полезности липидной фазы эмульсии представляет рыбий жир в силу уникального жирнокислотного состава. Так, жиры рыб прежде всего богаты полиненасыщенными жирными кислотами, такими как ЭПК и ДГК, которые считаются очень важными для здоровья человека. Они играют ключевую роль в поддержании здоровья сердца, мозга и глаз. Омега-3 жирные кислоты, такие как ЭПК и ДГК, обладают противовоспалительными свойствами, что особенно важно для борьбы с воспалительными процессами в организме [11].

В отличие от рыбьего жира, растительные масла, такие как подсолнечное или соевое масло, содержат в основном одно- и двухненасыщенные жирные кислоты, такие как олеиновая кислота (омега-9), которые также важны для здоровья, но содержат гораздо меньше ЭПК и ДГК [11].

Cмесь глицеридов жира рыб содержит главным образом ЭПК (эйкозапентаеновая кислота): 15–30 %, ДГК (докозагексаеновая кислота): 20–30 %, олеиновая кислота: 20– 35 %, пальмитиновая кислота: 10–20 %, арахидоновая кислота: 2–3 % и линолевая кислота на уровне: 1–3 % [9].

Присутствие рыбьего жира в составе двойной эмульсии может улучшить биодоступность за счет купирования риска окисления и увеличения диспергируемости жирных кислот омега-3 в воде.

В промышленности двухфазные эмульсии, состоящие из двух типов: масло в воде в масле (O1/W/O2) и вода в масле в воде

(W1/O/W2) обеспечат эффективность доставки гидрофильных и гидрофобных биоактивных соединений и, как следствие, профиль полезности обогащенной пищевой матрицы [13].

Формирование устойчивой эмульсии с сохранением биоактивности возможно на основе использования нетепловых эффектов ультразвукового воздействия как действующего инструмента компенсирования возможных проблем за счет тонкого диспергирования компонентов в системе эмульсии и изменения размерного ряда частиц БАВ. Ультразвуковая технология играет решающую роль в улучшении биодоступности биологически активных соединений в двойных эмульсиях. Создавая более мелкие и более стабильные капли эмульсии, ультразвук повышает растворимость, увеличивает площадь поверхности для взаимодействия и сводит к минимуму повторное слияние. Двойные эмульсии, полученные с помощью ультразвука, находят применение в доставке лекарств и функциональных продуктах питания, обеспечивая эффективную доставку биологически активных веществ [3, 7].

Цель данной работы заключается в обосновании использования кавитационных эффектов ультразвука для инкапсулирования сульфатированного гетерополисахарида фукоидана в биоактивную эмульсию первого уровня W1(H2O:БАВ)/О на основе рыбьего жира для размещения в систему двойных эмульсий.

Объекты и методы исследования

Для достижения цели в качестве объектов были определены эмульсии первого уровня W1(H2O:БАВ)/О:

контроль – эмульсии полученные на основе рыбьего жира без внесения БАВ;

образец 1 – эмульсии, полученные на основе рыбьего жира и обогащенные БАВ бурых водорослей (сульфатированный гетерополисахарид фукоидан) в количестве 5 мг/100 мл;

образец 2 – эмульсии, полученные на основе рыбьего жира и обогащенные БАВ (сульфатированный гетерополисахарид фукоидан) в количестве 10 мг/100 мл.

В качестве основного сырья для получения эмульсии использовали: фукоидан (Fucoid Power-U) компании Haewon Biotech Co., Ltd., Сеул, Корея, лецитин соевый жидкий компании Verolec FLS, рыбий жир производителя ООО «Тульская фармацевтическая фабрика».

Методология исследования

Фукоидан инкапсулировали в водно-масляную фазу на основе рыбьего жира и стабилизировали жидким соевым лецитином при помощи гомогенизатора ультразвукового, Sonicator Q700, Qsonica (тех. хор. прибора: мощность 700 Вт, частота 20 кГц, амплитуда от 1–100 %). Амплитуда составляла 80 %. Длительность ультразвуковой обработки составила 15 минут при температуре в пределах от 40 до 50 °С. Далее образцы эмульсии первого уровня исследовали.

Для определения эффекта инкапсуляции фукоидана в водно-масляную фазу на основе рыбьего жира, стабилизированного при помощи соевого лецитина, был сформирован перечень показателей качества эмульсии первого уровня: вязкость (при помощи анализатора вязкости AND SV-10, вискозиметр), стойкость эмульсии (по ГОСТ 31762-2012), перекисное число (по ГОСТ ISO 3960-2013), кислотное число (по ГОСТ 31933-2012), антиоксидантная активность (метод DPPH), оценка безопасности и токсичности (по ГОСТ 31674-2012), ИК-Фурье спектроскопия (FTIR). Все исследования проводилось в трех измерениях [16, 17].

Антиоксидантную активность оценивали спектрофотометрически при 515 нм путем определения поглощающей способности свободного радикала 1,1-дифенил-2-пикрилгид-разила.

Оценку безопасности и токсичности проводили с помощью автоматизированного аппаратно-программного комплекса «БиоЛат» на тест-организмах – инфузориях вида Paramecium caudatum путем подсчета количества выживших простейших в лунках с помощью программы Auto Ciliata сразу после подсаживания их в исследуемые растворы и через 2 ч после начала исследования. Оценка токсичности производится автоматически.

ИК-Фурье спектроскопию (FTIR) проводили с помощью ИК-Фурье спектрометра SHIMADZU IRTracer-100 при длине волны 400–3900 см^-1 для идентификации основных (функциональных) групп.

Индекс биоактивности (И БА , %) рассчитывается по формуле:

И БА =

АОАконц АОАисх

где АОА конц – АОА (DPPH, %) БАВ после процесса переваривания in vitro ; АОА исх – АОА (DPPH, %) БАВ в исследуемом растворе до процесса переваривания.

Результаты и их обсуждение

На первом этапе исследования комплексно были оценены образцы эмульсии первого уровня W1(H2O:БАВ)/О, где дисперсной средой является рыбий жир, а дисперсной фазой выступает водный раствор фукоидана вариации по содержанию от 0 до 10 мг (с шагом 5 мг) по сформированной номенклатуре показателей качества: вязкость, стойкость эмульсии, перекисное число, кислотное число, антиоксидантная активность. Результаты исследований представлены в табл. 1.

Полученные результаты исследования позволяют говорить о том, что при внесении фукоидана в эмульсию значение показателя вязкости практически не изменилось, эмульсии устойчивы во времени. Вместе с тем контрольный образец имел значение 74,0 %, а при внесении фукоидана в количестве 10 мг стойкость эмульсии составила 86,0 %. Данные изменения могли быть обусловлены высокой антиоксидантной активностью фукоидана и молекулярной массой БАВ. Стоит также отметить, что растворимость фукоидана в значительной степени зависит от уровня разветвленности и количества сульфатных групп [2, 18].

Наибольшая антиоксидантная активность была выявлена у образца 2 при встраивании фукоидана в количестве 10 мг и составила 82,50 %. Полученные результаты оценки устойчивости липидной фракции к окислительным процессам доказали, что все исследуемые образцы эмульсий не превышают допустимый уровень не более 10 моль активного кислорода/кг для рыбьего жира в соответствии с ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции».

Далее проводилась оценка такого показателя качества, как кислотное число – показа-

Таблица 1

Результаты исследования образцов эмульсии первого уровня на основе рыбьего жира в композиции с фукоиданом

Показатели качества	Наименование исследуемого образца эмульсии первого уровня W1(H2O:БАВ)/О
	контроль (без БАВ)	образец 1 (5 мг БАВ)	образец 2 (10 мг БАВ)
Вязкость, Pas	1,17 ± 0,2	1,07 ± 0,1	1,09 ± 0,2
Стойкость эмульсии, %	74,0 ± 0,01	82,0 ± 0,02	86,0 ± 0,02
Перекисное число, моль активного кислорода/кг	9,8 ± 0,3	9,3 ± 0,2	8,5 ± 0,3
Кислотное число, мг КОН/100 г	2,2 ± 0,4	1,9 ± 0,2	1,6 ± 0,1
АОА, % (DPPH)	72,98 ± 0,1	81,23 ± 0,1	82,50 ± 0,3

тель, который характеризует глубину гидролитического распада за счет групп карбоновых кислот в химическом соединении [5, 6, 8].

Результаты исследования степени токсичности образцов эмульсии на простейших Paramecium caudatum представлены в табл. 2. По данным проведенных исследований было установлено, что все образцы эмульсии первого уровня W1(H2O:БАВ)/О на основе рыбьего жира с инкапсулированным фукоиданом и без него не токсичны и могут использоваться в пищевых системах.

Таблица 2 Результаты исследования степени токсичности образцов эмульсии на основе рыбьего жира в композиции с фукоиданом на простейших Paramecium caudatum

Объект исследования	% выживших инфузорий	Заключение о токсичности, согласно ГОСТ 31674-2012
Контроль (без БАВ)	132 ± 0,1	Не токсичен
Образец 1 (5 мг БАВ)	109 ± 0,2	Не токсичен
Образец 2 (10 мг БАВ)	112 ± 0,1	Не токсичен

Для исследования профиля полезности полученных эмульсий на основе лецитина были идентифицированы и проанализированы с помощью метода ИК-Фурье спектроскопии основные функциональные группы.

Результаты ИК-Фурье спектроскопии исследуемых образцов эмульсий первого уровня представлены на рис. 1.

На графике визуализируются следующие данные: полоса при 1743 см–1 представляет собой колебание при растяжении альдегидных или сложноэфирных карбонильных групп (C=O) и может отражать степень ненасыщенности. Наблюдается также пик при 3010 см–1, который указывает на концентрацию ω3 ЖК-ПНЖК, в том числе докозагексаеновой кислоты (ДГК) и эйкозапентаеновой кислоты (ЭПК). Пики при волновых числах 3010, 2922, 2852 см–1 представляют собой растяжение по C-H цис-алкена, асимметричное растяжение метиловой группы и асимметричное или симметричное растяжение метиленовой группы, соответственно. Были зафиксированы характерные пики как для фукоидана нативного, так и для эмульсий с инкапсулированным фукоиданом, наблюдается широкая полоса поглощения в области 3445 см–1, которая была связана с группами –OH. Полосы поглощения при 827 см–1 характерны для сульфатных групп [12].

На заключительном этапе исследований образцов эмульсии первого уровня на основе рыбьего жира с инкапсулированным фукоиданом и без него оценивался показатель потенциальной биоактивности (индекс биоактивности). Результаты исследования индекса биоактивности образцов представлены на рис. 2.

Оценка потенциальной биоактивности на модели in vitro показала целесообразность использования процесса размещения БАВ в конструкцию эмульсии для возможности обеспечения сохранности их антиоксидантных свойств, что обеспечивает профиль полезности.

Wavenumbers cm-1

Рис. 1. Результаты ИК-Фурье спектроскопии исследуемых образцов эмульсии: Control – контроль (без БАВ), Fucoidan – фукоидан нативный, Sample 1 – образец 1 (количество БАВ фукоидан 5 мг), Sample 2 – образец 2 (количество БАВ фукоидан 10 мг)

Рис. 2. Результаты оценки показателей потенциальной биоактивности образцов эмульсии

Экспериментально установлено, что наибольшая потенциальная биоактивность наблюдается у образца 2, вследствие встраивания фукоидана в эмульсию первого уровня в количестве 10 мг, и составляет 50,66 % [15– 17].

Выводы по результатам работы

Таким образом, результаты исследования доказывают, что сочетание БАВ и жировой фракции эмульсии на основе рыбьего жира обеспечивает положительный эффект на показатели пищевой полноценности системы. Установлены наиболее благоприятные соотношения компонентов эмульсионной системы, в частности инкапсулирование фукоидана в количестве 10 мг в первый уровень двойной эмульсии W1(H2O:БАВ)/О на основе рыбьего жира с использованием эффектов ультразвука для эффективного размещения в системе двойных эмульсий. В целом добав- ление рыбьего жира в двойную эмульсию может быть полезным с точки зрения формирования профиля полезности, но требует внимательного баланса для достижения стабильности и желаемых характеристик продукта. При получении двойных эмульсий важно ориентироваться не только на показа- тели полезности, но и применимость липидной фракции в технологии пищевых матриц с учетом возможности купирования сопутствующей флейворности, характерной для рыбьего жира, а также экономической составляющей и возобновляемости данного сырья для всех территорий.