Подбор биополимерных носителей для иммобилизации на их поверхности эссенциальных элементов

Рациональное питание является одним из важнейших факторов, влияющих на состояние здоровья современного человека. Известно, что многие заболевания живых существ, зачастую связаны с недостатком, либо с избытком содержания в организме микроэлементов. В качестве примеров можно привести связь между дефицитом железа и возникновением анемии, между дефицитом йода и нарушением работы эндокринных желез (щитовидная железа) и др. В связи с этим особый интерес в современной медицине, биологии и пищевой промышленности представляет научно-практическое направление, связанное с протеканием в организме человека негативных процессов, обусловленных недостатком или избытком жизненно необходимых элементов. Причиной возникновения таких процессов, называемых микроэлементозами, может стать и негативное воздействие неблагоприятных факторов окружающей среды [1].

Обсуждение

К факторам, влияющим на микроэле-ментный состав продукта можно отнести как региональные особенности экосистемы, так и антропогенное воздействие на нее. Важно наблюдение за балансом биологически значимых компонентов у персонала промышленнопроизводственных предприятий, а также жителей регионов, страдающих от низкого содержания эссенциальных элементов в почве. Однако, необходимость в коррекции рациона возникает только после зафиксированного гипо- или гипер-элементоза. Результаты оценки региональных особенностей элементного статуса показали дисбаланс по уровню содержания: Ca, Fe, Se, Co, P. Поэтому актуальным является поиск методов обогащения продуктов питания, обладающих низкой пищевой ценностью [2–6].

Одним из способов обогащения пищевых продуктов эссенциальными элементами является иммобилизация их коллоидных структур на поверхности полимерных носителей. Иммобилизация – метод ограничения подвижности молекул, производимый при помощи закрепления их на поверхности носителя, без потери эффективности самой молекулы. В пищевом производстве наиболее простым и экономически целесообразным можно назвать метод адсорбционной иммобилизации. В свою очередь, данный метод может иметь несколько способов реализации, к которым можно отнести адсорбцию на нерастворимых носителях и включение в поры геля. В результате иммобилизации на поверхности нерастворимого носителя взаимодействие базируется на не ковалентных контактах между средой и дисперсной фазой. При использовании гелеобразующих носителей вносимая фаза включается в трехмерную сетку из тесно переплетенных цепей, образующих гель. Удерживание осуществляется физически (механическое обездвиживание), а также за счет дополнительных нековалентных (ионных и водородных связей) и ковалентных взаимодействий. В качестве носителей, подходящих для проведения иммобилизации микроэлементов в первую очередь, подходят нерастворимые или гелеобразующие природные сорбенты. К наиболее часто используемым можно отнести: агар, пектин, хитозан, коллаген, крахмал и целлюлозу [7].

Альгинаты, агары и каррагинаны составляют группу гидроколлоидов – полисахаридов, получаемых из морских водорослей. От качества этих веществ также зависит качество готового продукта, так как нестабильность параметров поступающего сырья приводит к незапланированному изменению параметров технологического процесса. Один из показателей качества вносимых ингредиентов – скорость их гелеобразования. Наиболее применим среди них – агар, в случаях иммобилизации клеток и ферментов. В случаях с агаром возможны методы как физической, так и химической иммобилизации. Включение в поры геля наиболее эффективно, благодаря высоким сорбционным свойствам материала.

При выборе метода иммобилизации стоит обратить внимание на такие важные критерии, как:

• 1.    Используемый метод иммобилизации не должен в значительной степени влиять на реакционную способность элемента/ либо должен происходить эффективный распад сорбента с высвобождением элемента, при физической иммобилизации.

• 2.    Необходимо осуществлять иммобилизацию таким образом, чтобы в результате максимальное количество элемента сохранялось на носителе, а также оставалось в стабильном состоянии.

• 3.    Трудоемкость стадии иммобилизации должна быть минимальной, как и число манипуляций.

• 4.    Необходима экономическая рентабельность метода иммобилизации.

В тоже время, выбор носителя играет не менее важную роль, чем выбор методики. Основные требования к выбираемой дисперсионной среде можно охарактеризовать как:

• •    Биополимер при растворении участвует в процессе гелеобразования путем повышения вязкости раствора.

• •    Биополимер не оказывает влияние на химические и органолептические показатели готовых продуктов.

В качестве гелеобразующего носителя так же возможно использование пектинов, группы полисахаридов, образованных остатками галак-туроновой кислоты. Агар обладает высокой степенью усвояемости в организме, что крайне необходимо для гарантированного поступления иммобилизованного компонента. Однако это же может способствовать ослаблению сохраняемости готового композита. В свою очередь пектины практически не усваиваются пищеварительной системой человека, являясь энтеросорбентами, однако так же эффективно образуют устойчивую систему геля [8–10].

Хитозан – продукт деацетилирования хитина, аминополисахарид сложного строения, состоящий из двух типов моносахаридов: 2-ацетамид-глюкозы и 2-амино-D-глюкозы соединенных 1,4-гликозидной связью. Физические и химические свойства этих веществ определяются особенностями их молекул, имеющих активные амино- и гидроксильные группы. Хитозан обладает гемостатической, гиполи-педимической и антимикробной активностью против грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов. Слабо растворимому в воде хитозану, в качестве носителя, подходят несколько методов иммобилизации, включая как адсорбционную, так и хемосорбционную. Антибактериальные свойства и высокая защита вносимой фазы сделали хитозан одним из самых популярных носителей, как в медицине, так и пищевой промышленности. Стоит учесть, что низкая растворимость и слабое расщепление в организме может привести к усложнению усвояемости необходимых компонентов [11].

Помимо биополимерных можно выделить углеродные сорбенты, в том числе – уголь активированный. Сорбент, получаемый из твердых лиственных пород деревьев, в частности березы,

Заключение

С целью увеличения сорбционных свойств носителя, а также в связи с низкой усвояемостью вносимой фазы имеет смысл использование сразу нескольких компонентов в качестве дисперсионной среды. Подобное применимо как по отношению к гидрофобным, так и гидрофильным соединениям. Возможно совместное использование биополимеров с углем, с целью повышения сорбционной способности и антимикробных свойств готовой поверхности. В случае же с пектином и агаром термообратимость носителя может быть использована с целью упрощения хранения готовой иммобилизованной структуры.

В настоящий момент кафедрой сервиса и ресторанного бизнеса Воронежского Государственного Университета Инженерных Технологий ведется разработка технологий иммобилизации эссенциальных элементов на поверхности биополимерных носителей с целью оптимизации рецептур кулинарных изделий и блюд для предприятий индустрии питания.