Результат интеллектуальной деятельности: Способ обогащения микроводоросли Spirulina platensis йодом и стабилизации его содержания в сухой массе

Изобретение относится к биотехнологии и пищевой промышленности, медицине и может быть использовано в производстве пищевых добавок и для получения лекарственных препаратов, предназначенных для профилактики йодной недостаточности и регулирования йодного обмена.

В XXI веке во всех странах мира отмечено резкое увеличение интереса к здоровому питанию. Это связано, прежде всего, с тем, что организм современного человека, потребляющего все больше рафинированных и подвергнутых глубокой переработке продуктов питания, испытывает серьезный дефицит витаминов, макро- и микроэлементов и других веществ. Недостаток витаминов, макро- и микроэлементов формирует факторы риска хронических заболеваний, снижает функциональную активность иммунной системы.

Принятая в конце XX столетия международным сообществом Всемирная декларация по питанию указала на широкое распространение дефицита микронутриентов, прежде всего йода, как на важнейшую проблему не только развивающихся, но и развитых стран и подчеркнула необходимость широкомасштабных мер на государственном уровне для эффективной коррекции этих дефицитов.

Основными природными источниками йода для человека являются продукты растительного и животного происхождения, поступление же йода через питьевую воду

и воздух крайне незначительно. Содержание йода в воздухе сильно зависит от близости региона к морю. Морской воздух способен восполнить суточную потребность человека в йоде (50-200 мкг). В высокогорных районах, наоборот, наблюдается низкое содержание йода в воздухе, что служит причиной его дефицита в человеческом организме и ведет к массовым заболевания щитовидной железы. К традиционным профилактическим мерам йододефицита относится использование йодированных продуктов. Наиболее богатым источником йода в питании являются морепродукты, содержание этого микроэлемента в которых достигает 800-1000 мкг/100 г. К ним относится, прежде всего, бурая морская водоросль - ламинария, или морская капуста, обитающая в бассейнах Тихого и Северного Ледовитого океанов, морская рыба (70 мкг/100 г), печень трески (до 800 мкг/100 г), рыбий жир (770 мкг/100 г), различные гидробионты - гребешки, крабы, креветки, кальмары, мидии, устрицы. Содержание йода в пищевых продуктах массового потребления невелико и составляет не более 4-15 мкг/100 г.

В результате, для того, чтобы обеспечить суточную норму йода, составляющую для взрослого человека 150-250 мкг, потребление зерновых продуктов, мяса и продукции растениеводства должно было бы в десятки раз превышать их реальное поступление с рационом (Новиков Г.В., Власова З.А., Гармаш А.Е. и др. // Биологическая роль микроэлементов и их применение в сельском хозяйстве и медицине. // М., 1974. - С. 356-363.). Кроме того, дополнительная кулинарная обработка пищевых продуктов может также приводить к значительным потерям йода - от 14 до 65%.

Известны способы профилактики йодной недостаточности путем потребления в пищу йодированной соли, чая, дрожжей, плавленых сыров (Сухинина С.Ю., Бондарев Г.И., Позняковкий В.М. Йод и его значение в питании человека. - Вопросы питания, 1995, 3. ТУ 9182-001-39096861-98; Штенберг А.И., Еремин Ю.М. Роль питания в профилактике эндемического зоба. - М.: Медицина, 1979, 176 с.). Йодат калия (КIO₃) в сочетании с органическими веществами может привести к необратимому окислению и химической модификации, с образованием веществ с неопределенными химическими свойствами. Сильные окислительные свойства йодата калия повреждают ферментативные системы и вызывают появление супероксидного радикала (Helzel В., Mano М. A revien of experimental studies of iodine deficiency during fetal development // G Nutr - 1989. - №2. - P. 145-152). Последний в высоких концентрациях может повернуть окислительно-восстановительные процессы в организме в сторону усиления окислительных реакций. Это приведет к переокислению и к необратимым изменениям процессов синтеза. Как результат - быстрое растрачивание необходимых веществ без дальнейшего восстановления.

Кроме того, к недостаткам известного способа относится то, что соль и чай являются пищевыми добавками, йод в них находится не в связанном состоянии с компонентами продукта. Включение йода в питательную среду для роста дрожжей может изменить их метаболизм. Чрезмерное потребление соли вредно для человека, а при некоторых заболеваниях соль вообще противопоказана. Кроме того, в соли йод находится в виде нестойкого химического соединения, что приводит к значительной его потере во время хранения.

Известен способ получения йодированного прессованного сахара, который предусматривает смешивание сахарного песка с сухим экстрактом ламинарии в виде порошка с дисперсностью менее 0,2 мм («Йодированный прессованный сахар». Положительное решение от 16.03.2006 по заявке №2006108167/13, автор: Елупов В.Ю.). Недостатком известной пищевой БАД является то, что морская капуста - природное сырье, содержание в ней микроэлемента (йода) может колебаться в зависимости от времени и места сбора, изменени условий обитания растения.

Для йодирования продуктов питания используется «Йодказеин» (Патент РФ №2151611, 2000 г. «Средство для регулирования йодного обмена или профилактики йоддефицитных состояний») и йодсодержащие дрожжи, которые являются предпочтительнее, по сравнению с традиционными йодитами и йодатами, но вносят изменения в технологию производства конечной продукции. Кроме того, плохоусваиваемый казеин в организме откладывается "накипью" в сосудах, суставах, вызывает гипертонию, артриты, аллергию и другие атеросклеротические изменения в кровеносных сосудах.

Известен способ получения биологически активной добавки к пище на основе Selen-йод-эластина («Биологически активная добавка к пище Selen-йод-эластин». Пат. RU 2472354, МПК A23L 1/30, A23L 1/304, A23L 1/305). Недостатком данного метода является ограниченный шестью месяцами срок хранения добавки.

Задачей изобретения является получение стабильных во времени йодсодержащих препаратов микроводорослей, на примере Spirulina platensis (Nordst.) Geitler.

Поставленная задача решается путем обогащения клеток микроводорослей йодом, при переводе их в темновую фазу роста. Для этого в культуру микроводорослей в виде пасты добавляют концентрированный раствор KI из расчета 50-500 мкг/г сухой биомассы и помещают в темновые условия на 8 часов. В темновых условиях происходит синтез белка, который не ингибируется повышенной концентрацией йода, в отличие от световых условий, что обеспечивает его включение в структурные компоненты клеток микроводорослей. После этого водоросли промывают водой и высушивают. Концентрация растворов микроэлементов определяется количеством йода, которое будет содержаться в биомассе микроводорослей. Это значение задается в соответствии с рекомендуемыми и предельно допустимыми нормами микроэлементов в препаратах, которые потребляются людьми.

Сущность изобретения состоит в разделении процессов фотосинтеза и дыхания микроводорослей, при этом в процессе дыхания подавляющее количество микроэлементов встраиваются в структуру белков. Технический результат от осуществления способа заключается в:

- быстроте, т.к. процессы синтеза белков микроводорослей в темновой фазе идут с очень высокими скоростями, значительно превышающими скорость фотосинтеза;

- стабильности, за счет включения микроэлементов в структуру белка микроводорослей;

- возможности длительного хранения биомассы. Экспериментально установлено, что содержание йода в сухой массе спирулины не изменяется в течение 1 года. На Фиг. 1 показано, что снижение содержания йода в сухой массе микроводорослей происходит в первый месяц хранения за счет того, что часть йода (13-25%), не связанная в биомассе, улетучивается. Далее, в течение года концентрация йода остается постоянной.

Изобретение поясняется иллюстрацией. На Фиг. 1 - Содержание йода в воздушно-сухой массе Spirulina platensis.

Пример реализации способа

Суспензию микроводорослей Spirulina platensis концентрировали до плотности 100 г сухого веса на 1 л. Добавляли 50 мкг/г KI и помещали в темновые условия на 8 ч. После чего биомассу высушивали при температуре 50°C в течение суток.

Анализировали биомассу Spirulina platensis на содержание йода.

Определяли:

- суммарное обогащение биомассы йодом;

- концентрацию сорбированных внеклеточных микроэлементов;

- внутриклеточное содержание йода во фракциях суммарного белка и липофидных соединений.

Результаты анализа по обогащению биомассы микроводорослей йодом и его включению в состав органических соединений показали, что клетки содержат йод главным образом в составе белков (от 50 до 90%) и в небольшом количестве в составе липофильных соединений (0,5-8%). Внутриклеточное содержание йода составляет 65-80% от задаваемой концентрации. В результате на выходе получаем сухую массу спирулины с содержанием йода 50-250 мкг/г. Внеклеточное содержание сорбированного микроэлемента не превышало 25%.