Способ получения йодосодержащей биологически активной добавки к пище

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к производству биологически активных добавок (БАД) к пище.

Известен способ получения БАД для профилактики йодной недостаточности, включающий йодирование органических соединений, включение йодсодержащего вещества в состав инертной полимерной матрицы, например, из каррагинана, пектина агарозы или уроновых кислот [Патент РФ №2192150 C1 от 10.11.2002]. Авторами заявлено, что стабилизация йода в составе «Йодказеина» обеспечивается за счет образования ковалентной связи йодид-ионов с фенольными фрагментами аминокислот, входящих в состав казеина.

Однако, как показывают результаты исследований с использованием лазерного наноструктурного анализа, «Йодказеин» образует в водных растворах микрогетерогенные агрегативно неустойчивые системы, склонные к седиментации. При этом диаметр частиц составляет 4,5 мкм [Максютов P.P. Оценка дисперсности йодбиоорганических соединений / P.P. Максютов, М.В. Динякова, С.П. Иванов и др. // Тезисы докладов IX Всероссийской конференции «Химия и медицина» с Молодежной научной школой по органической химии (Уфа-Абзаково 4-8 июня 2013 г.): Уфа. - ИОХ УНЦ РАН. - 2013. - С. 172].

Недостатком известной БАД является наличие противопоказаний для лиц с аллергией к молочным белкам, возможность развития побочных эффектов в виде алиментарной анемии, а также сложность технологических процессов йодирования белков с использованием чужеродных для живых организмов токсичных веществ - хлорамина Т, хлористого йода и йодидтрихлорида.

Известна биологическая активная добавка к пище для профилактики йодной недостаточности [патент РФ №2380984, кл. A23L 1/30, A23L 1/052, А61К 33/18, А61К 31/722, опубл. 10.02.2010], содержащая кристаллический йод, йодистый калий, органическое вещество и гелеобразователь, где в качестве органического вещества она содержит низкомолекулярный хитозан пищевой водорастворимый, а гелеобразователя - НМ-В геллановую камедь, при следующем соотношении компонентов, масс. %: йод кристаллический - 1,16-1,88, йодистый калий - 2,32-3,76, хитозан низкомолекулярный - 31,30-48,10, геллановая камедь - 48,10-62,75, вода - 0,31-0,32. Способ получения БАД предусматривает растворение кристаллического йода в водном растворе йодистого калия в соотношении 1:2, введение геллановой камеди, тщательное перемешивание. Далее добавляют хитозан низкомолекулярный, перемешивают до получения пластичной массы. Полученную массу высушивают при температуре (Т), удовлетворяющей условиям: 20≤Т≤30°С или 55≤Т≤80°С, затем готовый продукт измельчают до частиц размером не более 0,5 мм. Проводят дополнительное таблетирование или капсулирование. БАД содержит стабильные формы йода и может быть использована в производстве хлебобулочных, кондитерских, макаронных изделий, молочных продуктов.

Недостатком известной БАД является то, что при растворении добавки образуется осадок из конгломерата хитозан - геллановая камедь, который удаляется из раствора путем фильтрации через сито с размером ячеек не более 100 мкм, что в свою очередь усложняет технологический процесс подготовки йодированных тестовых заготовок и способствует элиминации части йода, встроенного в структуру полисахаридов, а также низкий спектр биологических эффектов НМ-В геллановой камеди.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ получения биологически активной добавки к пище йодированием органического соединения путем введения органического вещества в раствор соединения йода, добавление дистиллированной воды и перемешивание до образования однородной коллоидной массы, сушку и измельчение готового продукта, причем в качестве органического соединения используют инулин, который вводят в водный раствор йодистого калия, тщательно перемешивают при температуре 60-70°С в течение 1-2 часов, полученную массу высушивают при 25-35°С [Патент РФ 2496347 от 27.10.2013].

Недостатком прототипа является то, что в ходе реализации способа образуется комплекс, где действующее начало представлено анионами йода (I^-) с относительно низкой степенью биологической активности.

Задача изобретения - разработка способа получения БАД с широким спектром биологически активных неорганических форм йода (I^-, I⁺, I₂, ), стабилизированных в биосовместимой органической матрице за счет механизмов физического взаимодействия.

Технический результат при использовании изобретения - повышение содержания йода и его биологической доступности за счет получения комплекса, содержащего устойчивые биологически активные неорганические формы йода.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения биологически активной добавки к пище, включающем йодирование инулина, добавление дистиллированной воды, перемешивание до образования однородной коллоидной массы и сушку, согласно изобретению сначала в раствор йодида калия добавляют молекулярный йод, затем в полученный раствор вводят инулин, перемешивание ингредиентов проводят в дважды дистиллированной воде при температуре 40-45°С в герметично закрытом сосуде, а сушку проводят в тонком слое в эксикаторе над хлористым кальцием до образования клатрата инулина и йода, содержащего, масс. %:

при этом молярное соотношение инулина, молекулярного йода и йодида калия составляет 4:1:2, а общее содержание йода составляет 29,14 масс. %.

Изобретение иллюстрируется фигурой, на которой представлены предполагаемые варианты локализации связей между молекулой инулина и йодом в соединении In-I₂-KI.

В результате реализации способа образуется состав, содержащий широкий спектр биологически активных неорганических форм йода (I^-, I⁺, I₂, ), стабилизированных в органической матрице за счет механизмов клатратного взаимодействия. Новое соединение, являющееся клатратом инулина и йода, представляет собой гелеобразную массу красно-фиолетового цвета, которая эффективно растворяется в воде, образуя равномерно распределенную дисперсную фазу.

Трехкомпонентный комплекс содержит йод, йодид калия и инулин при следующем соотношении компонентов, масс. %:

при этом молярное соотношение инулина, молекулярного йода и йодида калия составляет 4:1:2, а общее содержание йода составляет 29,14 масс. %.

Образование в системе Ιn-Ι₂-ΚΙ нового соединения за счет слабых нековалентных взаимодействий подтверждают изменения положения полос поглощения в ИК-спектре синтезированного образца по сравнению с их положением в ИК-спектре инулина. Отнесение полос, сделанное с использованием литературных данных [G. Svehla, Cecil L. Wilson, Analytical Infrared Spectroscopyin (Comprehensive Analytical Chemistry, Ed. G. Svehla, Elsevier Science, 1976 г.; P. Г. Жбанков. Инфракрасные спектры и структура углеводов, Наука и техника, Минск, 1972 г.], приведено в табл. 1 для спектров инулина и соединения In-I₂-KI.

В области 3400-3200 см^-1 ИК-спектра инулина наблюдается широкая полоса поглощения с максимумом при 3357 см^-1, по положению которой ее можно отнести к валентным колебаниям гидрокси-групп, связанным меж- и внутримолекулярными водородными связями. В спектре синтезированного комплекса эта полоса несколько смещается до положения максимума 3345 см^-1, что может свидетельствовать об изменении характера водородных связей.

Полосы 1460 и 1380 см^-1 относятся к поглощению метиленовых и метальных групп вспомогательного вещества - вазелинового масла. Отмечено изменение положения плоскостных деформационных колебаний гидрокси-групп δΟΗ (область 1275-1200 см^-1), групп С5'-O-Сl'-O-С2 (1130-1100 см^-1), валентных колебаний связей ν_C-O эфирных групп и ν_C-O(H) вторичных (1060-1050 см^-1) и первичных (1040-1020 см^-1) гидрокси-групп, а также деформационных внеплоскостных колебаний δ_ΟΗ, связанных водородными связями (1000-800 см^-1).

Соединение Ιn-I₂-ΚΙ было охарактеризовано также методом ЯМР спектроскопии. Отнесение сигналов проводилось с использованием литературных данных [You-Li Fu. Isolation, purification and structural elucidation of a fructan from Arktium Lappa L. // J. Med. Plants Res. 2009. V. 3(3), pp. 171-173]. Данным методом с привлечением двумерных спектров гомо- (¹H-¹H COSY) и гетероядерной (¹H-¹³C HSQC, НМВС) корреляции предположительно были определены места преимущественной локализации связей при образовании в системе инулин-I₂-KI нового соединения (табл. 2).

Для соединения In-I₂-KI наблюдаются значительные изменения химических сдвигов в положении сигналов атомов как пятичленных, так и шестичленных колец в звене инулина, что свидетельствует об участии обоих фрагментов структуры во взаимодействии с соединениями йода (фигура).

Можно предположить, что во взаимодействии с шестичленным фрагментом участвует йодид-ион, так как ранее проведенные исследования системы инулин - йодид калия указывали на локализацию связей йодид-иона с гидрокси-группами именно этого звена инулина [Р.А. Ахмадеева, А.Л. Даниленко, P.P. Максютов, И.Г. Конкина. Иммобилизация йода в структуру низкомолекулярного инулина // Вестник БГАУ. - 2014. - Т. 29(1). - С. 95-97].

Цепочка атомов йода трийодид-иона, вероятно, располагается вдоль эфирных связей между фрагментами фруктозы (фигура).

Пример. Навески свежевозогнанного йода 0,254 г (0,001 моль), йодида калия 0,334 г (0,002 моль) и инулина 0,72 г (0,004 моль) перемешивали в 10,0 мл дважды дистиллированной воды до их полного растворения при температуре 40-45°С в герметично закрытом сосуде. Выделение твердой субстанции проводили путем высушивания полученного концентрата в тонком слое в эксикаторе над хлористым кальцием.