Тенденции в разработке пищевых добавок и биологически активных добавок к пище

Разработка биологически активных добавок (БАД) к пище и пищевых добавок (ПД) в разных странах имеет неподдельный интерес уже несколько десятилетий. Пристальное внимание к этим продуктам связано с необходимостью купирования увеличивающейся распространённости таких патологий как сердечно-сосудистые заболевания, диабет, онкология, нарушение пищеварения и другие. Многими исследованиями отмечено существенное влияние не только БАД к пище, но и ПД на изменение состояния здоровья человека [1–7]. В этой связи они могут быть использованы в дополнение к основной терапии, обладая направленным действием по отношению к тем или иным симптомам [8–13].

Так, например, пищевые волокна – балластные вещества, представленные клетчаткой, лигнином, гемицеллюлозами, пектиновыми веществами и другими, одновременно могут влиять на углеводный обмен, работу желудочнокишечного тракта, а также выводить из организма тяжёлые металлы и радионуклиды [14].

В особую группу веществ выделяют нутрицевтики – соединения, обладающие профилактической и терапевтической активностью в отношении хронических дегенеративных заболеваний. К физиологически активным веществам нутрицевтиков относятся такие группы веществ как производные изопреноидов, фенольные соединения, углеводные вещества, структурные липиды, производные аминокислот, микроорганизмы и связанные с ними соединения и минералы [15, 16].

Тем не менее, любое физиологически активное вещество может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на организм, что связано с индивидуальными особенностями организма, дозировкой потребляемого продукта, сочетанием с другими веществами, условиями и качеством производства.

По существующему законодательству ряда стран применяются различные принципы оценки позиционирования направленности, качества и безопасности БАД к пище. Так, в Румынии законодательство о БАД к пище предусматривает исключение введение потребителя в заблуждение об эффективности продукта, а эффективность должна быть обоснована для возможности свободного выбора подходящего продукта. В США предусмотрен сбор информации о нежелательных явлениях в схему взаимодействия между потребителями FDA MedWatch, производителями, фармацевтами и другими участниками рынка; в Чехии – созданы центры мониторинга

С развитием персонализированного питания общих представлений о влиянии физиологически активных веществ на организм человека недостаточно. Важно учитывать их влияние, например, в пределах одного генотипа или для населения, проживающего в пределах одной территории. Частота распространения генотипа, отвечающего за непереносимость лактозы для белорусов, украинцев, мордвы, удмуртов, коми, французов и русских Волго-Уральского региона находится на уровне 38%, у башкир, казахов, бурятов – 76%, у татар – 55% [17, 18]. Если говорить о географических особенностях, то жители Республики Беларусь имеют до – 90% дефицит витамина С, до 80% – витаминов группы В и до 60% – каротиноидов, включая бета-каротин, до 30% – дефицит витамина Е в сочетании с недостаточным поступлением микро- и макронутриентов в присутствии заражения экологически вредными веществами [19].

В этой связи актуальным является аналитическое исследование в области определения механизма влияния БАД к пище, ПД или отдельных компонентов растительного сырья на микробиом человека, взаимовлияние физиологически активных компонентов и особенности отклика на воздействие у разных групп населения с целью создания эффективных комплексов.

Цель работы – выявление тенденций в области разработки ПД и БАД к пище для персонализированного питания.

Материалы и методы

В качестве объектов исследований были использованы имеющиеся научные публикации по оценке эффективности и безопасности БАД к пище и ПД и подходам в их создании с применением омикс-технологий. При проведении исследования был использован теоретический метод – мета-анализ. Мета-анализ осуществлялся на основе метода PRISMA [20, 21]. Поиск литературы производили на платформе Google Scholar. В качестве поискового запроса применены следующие термины: «омикс-подходы», «пищевые добавки», «перспективные технологии», «эффективность применения», «персонализированное питание». Среди источников информации рассматривались научные статьи в периодических изданиях; рукописи, принятые к опубликованию; статьи, опубликованные в конференцсериях и книги. Ретроспектива научных публикаций выбрана в пределах 5 лет: 2020–2024 гг.

По исковому запросу в базе данных было отобрано 67 публикаций. Дополнительно, по списку литературы в найденных публикациях, обнаружено 19 статей. В результате изучения материала было исключено 28 публикаций, относящихся к глубоко медицинским исследованиям или исследованиям, проводившимся на сельскохозяйственных животных.

Результаты

Проведя аналитическое исследование современных научных достижений в области персонализированного питания с применением омикс-подходов и оценки эффективности, мы выбрали, на наш взгляд, наиболее интересные результаты, помогающие в выборе ключевых маркеров определения эффективности применения ПД и БАД к пище.

Влияние БАД к пище и ПД для устранения нарушения метаболизма липидов и глюкозы можно рассмотреть на примере введения в рацион арабиноксиланов (АК). АК – один из основных видов пищевых волокон в рационе человека, продуктом ферментативного гидролиза [22, 23] которых являются арабиноксиланоолигосаха-риды (АКОС) и ксиланоолигосахариды (КОС), проявляющие пребиотические свойства, повышая численность бифидобактерий и микрофлоры бутирата в кишечнике. Бифидогенный эффект олигосахаридов может наблюдаться уже при длительности приёмам от 3 недель при дозировке 4 г/сутки, что подтверждается исследованиями фекалий. Данный анализ является частью муль-тиомического подхода, включающего метаге-номное секвенирование ДНК образца фекалий, метоболомику ядерного магнитного резонанса в фекалиях, плазме и моче, липодомику в плазме и моче. Таксономический анализ, проведенный на основе данных метагеномного секвенирования образца, показывает, что потребление АКОС увеличивает численность актинобактерий (P = 0,0481), Bifidobacteriaceae (P = 0,0316) и группы таксономии Bifidobacterium (P = 0,0317), сравнивая исходные образцы с образцами после вмешательства. Потребление АКОС привело к расширению коллекции генов, ответственных за биосинтез витаминов и кофакторов, а также генов, специализирующихся на транспорте, биосинтезе и деградации гликанов.

Потребление АКОС может улучшать метаболизм глюкозы посредством модификации метагеномных функций, увеличивает количество генов, участвующих в углеводном обмене. Подход метаболомики был полезен для отслеживания использования АКОС кишечной микробиотой по присутствию в моче гиппуровой кислоты, микробного метаболита, в результате

При профилактике и лечении хронических дегенеративных заболеваний может применяться редукционистский метод, включающий идентификацию биологически активных экстрактов, в том числе из растений, с последующим выделением основного действующего вещества. После этого активный компонент производится непосредственно из исходного организма или синтезируется de novo, с возможной модификацией для повышения безопасности и эффективности. Однако редукционистский подход медицины является не самым удачным, так как не учитывает всего многообразия симптомов, в частности, метаболического синдрома.

Преимуществом будут обладать БАД к пище или ПД, включающие комбинацию активных соединений [25]. В этом случае необходимо оценивать комбинированный эффект, который может быть рассчитан по изоболограмме – графическому методу, используемом для бинарных смесей, и комбинированному индексу – математическому индексу.

Комбинированный эффект может быть: 1) равен сумме эффектов отдельных соединений (аддитивный), 2) меньше суммы эффектов отдельных соединений (антагонистический); 3) значительно выше суммы эффектов отдельных соединений (синергетический) [25].

Комбинации нутрицевтиков обладают рядом достоинств: позволяют снизить дозу каждого из соединений, снизить сразу несколько параметров по сравнению с любым отдельным компонентом, уменьшение побочных эффектов одного нутрицевтика за счёт другого [26, 27]. Сочетание нутрицевтиков из разных категорий, таких как фрукты и бобовые, повышает вероятность синергетического эффекта, в сравнение с сочетанием нутрицевтиков одной категории (фрукты с фруктами или бобовые с бобовыми).

Между тем, синергетический эффект заключается в воздействии на различные механизмы или активации новых механизмов. Куркумин и докозагексаеновая кислота продемонстрировали синергетический антипролиферативный эффект против клеток рака молочной железы SK-BR-3 [25].

Доза каждого нутрицевтика в комбинации может изменить эффект при сохранении пропорции, но разные пропорции каждого нутрицевтика в комбинации могут вызывать разные эффекты. Таким образом, важно составлять смеси, в которых концентрация каждого соединения может быть достигнута в организме человека применением всех компонентов. Введение каждого компонента в разное время и последовательности может привести к разным эффектам.

Для максимизации эффективности комбинированных нутрицевтиков необходимо учитывать несколько факторов: пищеварение, всасывание и метаболизм, биодоступность. Так, диализированные экстракты лука и томата не показали различий в антиоксидантной активности по сравнению с расщепленными экстрактами, но у салата она была значительно ниже. Хотя переваренный экстракт чеснока показал значительно более высокую активность по сравнению с сырым экстрактом, диализированный экстракт имел значительно более низкую активность, чем сырой экстракт [28, 29].

Под биодоступностью понимается сколько соединения может быть высвобождено из пищевой матрицы в желудочно-кишечном тракте и быть доступным для использования организмом. Соединения в напитках более биодоступны, чем твёрдые продукты, поскольку пищевая матрица в напитках распадается, облегчая организму доступ к питательным веществам и нутрицевтикам [30]. На биодоступность может влиять физическая и химическая обработка компонентов пищи, что влияет на взаимодействие и активность нутрицевтиков [31, 32].

Температура, рН, активность воды, содержание микроорганизмов, ферментативная активность, солнечный свет и материал упаковки, могут влиять на длительность активности нутрицевтиков в продукте. К методам продления срока годности причисляют: пастеризацию, бланширование, стерилизацию, термическую дегидратацию, подкисление и добавление сахаров, солей или консервантов, за счет ингибирования микроорганизмов и инактивации ферментов, но могут ухудшить качество нутрицевтиков и изменить органолептические характеристики продукта или быть негативно восприняты потребителями (например, искусственные консерванты). Перспективными технологиями, увеличивающими срок годности за счет уничтожения микроорганизмов и инактивации ферментов, сохраняя при этом органолептические характеристики продукта, являются ультразвук, ультрафиолетовое обработка, холодная плазма и облучение [33].

Для демонстрации влияния нутрицевтиков как нельзя лучше подходят исследования, проведённые с участием спортсменов, так как их организм подвергается повышенным нагрузкам. Добавки спортсменами используются для компенсации дефицита питательных веществ и достижения оптимальной потребности в энергии. Так в исследовании [34] с применением метаболомики при ретроспективном подходе установлено,

кофейная кислота (защита от гипертермического стресса – антиоксидант); у боксёров – ретинол и тиопролин (антиоксиданты), а также 2-пирро-лидинон (противоэпилептическое средство).

Эти эффекты, в том числе, можно объяснить и межиндивидуальной вариабельностью реакций на одно и то же диетическое воздействие, что обеспечивает биологическое обоснование концепции: при лучшем понимании основы этой изменчивости можно разработать рекомендации по питанию (продуктам питания), адаптированному для конкретного человека [35, 36]. Секвенирование генома человека и развитие постгеномных технологий привело к быстрому изменению ситуации: диетические рекомендации могут быть адаптированы к индивидуальному генотипу, что приведёт к улучшению здоровья. Стоит отметить, что получение индивидуальных оценок риска заболевания на основе генетики может не влиять на ключевые модели поведения того или иного человека в отношении здоровья своего здоровья – данные могут носить рекомендательный характер, а пищевое поведение выбирает непосредственно человек [37]. Например, при информировании испытуемых о наличии рискованного варианта гена ACE (повышенная чувствительность к неблагоприятным последствиям высокого потребления соли), ими может быть принято решение о снижении потребления натрия, что даёт ощутимый результат уже через 12 месяцев после изменения рациона. Однако испытуемые могут остаться с прежними пищевыми привычками даже при информировании о наличии у них вариантов риска в генах СYР1А2, GSТМ1 и GSТТ1 и ТАS1R2, оказывающих влияние при потреблении, соответственно, кофеина, витамина С или сахаров [37].

Использование омических подходов потребует крупномасштабный сбор личных физиологических и других данных, которые можно использовать для поддержки персонализированного питания. Так называемые «большие данные» были использованы в оздоровительном проекте Pioneer 100 [38, 39], предусматривающем объединение: лабораторных измерений с использованием омических подходов на биологических образцах (щечных клетках, крови, волосах, моче, стуле, выдыхаемом воздухе и т. д.), собранных физическими лицами в домашних условиях с использованием простых, безопасных и недорогих технологий; часто отбираемых экологических, физиологических, носимых или других устройств с доступом в Интернет, находящихся во владении или поблизости каждого человека; данных о потребляемой пище; данных медицинской карты (наличие заболеваний). В этой области исследований появляются как концептуальные проблемы исследований – какая общая модель позволяет интегрировать набор динамических данных, так и практические – как эти данные получить и структурировать без потери достоверности и информативности.

Для упрощения сложных и динамичных биологических задач до более понятных формул разработано много интересных стратегий, таких как теория сетей. Теория была применена к клеточным регуляторным сетям, раскрывающим ключевые гены-драйверы или модули патогенеза заболевания [40] – [42]. Метаболическое моделирование в масштабе генома может использоваться для объяснения метаболических фенотипов в живых системах, например, тканях и органах человека, микробиоме кишечника человека и бактерии [43, 44].

Сообществом системной биологии создана вычислительная «карта» для изучения сложности метаболизма с помощью генома, она показывает связь всех метаболитов через реакции, которые контролируются ферментами. С помощью генома можно изучить функциональную роль микробиома кишечника человека, вклад в метаболизм хозяина. Метаболические изменения, вызванные диетой, вызванные микробиомом [45, 46, 47] могут быть изучены с помощью современных алгоритмов моделирования микробного сообщества с использованием микробных геномов, известных как набор инструментов интерактивной оптимизации на уровне сообщества и систем [42].

Если далее переходить к части разработки технологии ПД и БАД к пище для коммерческого применения, то на основании выбранных маркеров и получения данных о влиянии указанных добавок на организм требуется применение определённого алгоритма (схемы). Разработка БАД к пище и ПД может быть представлена по следующей схеме: 1) выбор целевой патологии / хронического дегенеративного заболевания или другой эффект; 2) целевой эффект разрабатываемого продукта (профилактический, лечебный, профилактико-лечебный); 3) конкретизация выбранного эффекта (антиоксидантный, противовоспалительный, противораковый и т. д.); 4) выбор нутрицевтика-кандидата; 5) выбор наилучшей комбинации; 6) проведение исследований по биодоступности; 7) тестирование на животных; 8) тестирование на людях для установления дозировки; 9) определение срока годности [48].

Персонализированное питание – отрасль, требующая глубоких исследований в области влияния как монокомпонентных ПД и БАД к пище, так и комплексных составов (комбинированных составов). При этом учёными ряда стран не поставлена точка в понимании выбора тех или иных маркеров, на которые стоит опираться при оценке влияния указанных добавок на отклик организма и сам метод оценки. Кроме этого по данным [44] определённую сложность вызывает накопление массива данных о состоянии испытуемых, условиях получения этих данных и объективности оценки состояния.

В случае разработки технологии ПД и БАД к пище в Российской Федерации, алгоритм, предложенный Vlaicu P.A. et al. [48], можно адаптировать, отталкиваясь от имеющихся ресурсов и задач по их использованию. Например, реализуя Программу развития сельского хозяйства, где предусмотрено развитие селекции отечественных сортов сахарной свёклы и наращивание производства сахара. В результате достижения индикаторных показателей неизбежен рост объёмов производства и побочного продукта свеклосахарного производства – свекловичного жома. В данном случае первым этапом при разработке ПД или БАД пище будет конкретизация выбранного эффекта или выбор наилучшей комбинации (если нужно усилить достигаемый эффект), а этап выбора нутрицевтика-кандидата, как в исследовании [10, 30], может быть опущен. Так, зная что свекловичный жом богат спектром пищевых волокон: пектиновыми веществами, гемицеллюлозами, целлюлозой, лигнином, а также макро- и микронутриентами, обладающими свойствами нормализации углеводного и липидного обмена – целевая патология, выбранный эффект и конкретизация выбранного эффекта уже известны. В данном случае можно работать с метаболическим синдромом (патологией) [45, 13] для достижения нормализации липидного обмена (конкретизация выбранного эффекта) как профилактическая или лечебно-профилактическая мера (выбранный эффект). Исследовать синергетические и антагонистических эффекты с другими добавками, указанными в [4, 25, 10], а также исследовать биодоступность, согласно [28, 30].

В схеме [44] не предусмотрено исследование персонального влияния с применением омикс-подходов, оно вскользь упоминается как выбор целевой патологии. Вот на этом этапе появляется самый важный выбор – подбор маркеров, позволяющих всесторонне охватить исследование причинно-следственных связей. Этап доказывания эффективности и безопасности разрабатываемого продукта тестированием на

Donchenko L.V. et al. Proceedings of VSUET, 2025, vol. 87, no. лабораторных животных может быть опущен для определённого генотипа или для нейтрализации негативного влияния экологической обстановки, как в случае [17, 19], а клинические испытания на фокус-группе потребуются в обязательном порядке.

Заключение

Мировая научная мысль в области разработки ПД и БАД к пище для персонализированного питания на сегодняшний день ограничена существующими представлениями о разнонаправ-ленности их действия – как положительном, так и отрицательном; законодательной базой каждого отдельного государства, требующей прохождения определённых этапов для производства коммерческого продукта и его продвижения на рынке. Эти ограничения также связаны с необходимостью длительных и дорогостоящих клинических испытаний, как на лабораторных животных, так и на людях. Снятием одного из существующих ограничений является применение омикс-подходов, позволяющих подготовить предложение ПД и / или БАД к пище для определённой группы людей, с одинаковым генотипом.

Скорее всего, применение омикс-подходов приведёт к необходимости не только существенно изменить количество этапов разработки технологии ПД и БАД к пище, но и нормативную базу для их введения на рынок для коммерческого использования. Количество и последовательность этапов также может зависеть от начальной задачи, поставленной перед учёными – работа с определёнными сырьевыми источниками или работа с целевой патологией и желаемый эффект.

Таким образом, применение омикс-подхо-дов открывает новый этап в подходе к разработке технологий пищевых добавок и биологически активных добавок в пище и позволяет исключить этап тестирования на животных.

Работа выполнена с использованием оборудования НИИ Биотехнологии и сертификации пищевой продукции ФГБОУ ВО Кубанский ГАУ. Исследование выполнено при финансовой поддержке Кубанского научного фонда, ООО «БИОДИНАМИКА» в рамках проекта № НТИП-24.1/4 «Разработка технологии продуктов здорового питания из вторичных сырьевых ресурсов переработки яблок».