Результат интеллектуальной деятельности: Способ микронизации фукоидана

Изобретение относится к пищевой, косметической и фармацевтической промышленности, а именно к производству биологически активных веществ, обладающих выраженными антиоксидантными и иммуномодулирующими свойствами.

Фукоиданы являются матричными сульфатированными полисахаридами, обнаруженными в клеточных стенках бурых морских и океанических водорослей. Известно, что фукоидан обладает широким спектром биологической активности, противоопухолевыми, антиоксидантными, иммуномодулирующими свойствами и др. Фукоидан, являясь полисахаридом, имеет очень большой молекулярный вес. В зависимости от способа извлечения, как правило, известны атомные единицы массы (а.е.м.) в 100~1.000 кДа. Размеры частиц порошка при его растворении в среднем составляют 1,7±1,3 мкм, что определяет его низкую биодоступность для активных компонентов, выполняющих важную роль в биохимических процессах.

Биологические свойства фукоиданов связаны с типами фукоиданов, определяемыми структурой их основной цепи, молекулярной массой, содержанием и расположением сульфатных и ацетатных групп (Cumashi et al., 2007; Li et al., 2008). Так имеются публикации, доказывающие то, что фукоидан с низкой молекулярной массой обладает более высокой биодоступностью, антиоксидантной и антикоагулянтной активностью (Wang, Zhang, Zhang, Song, &Li, 2010).

Существует несколько способов корректировки молекулярного веса фукоидана. В полисахариде фукоидан, в его природной форме, молекулы простых Сахаров прочно связаны друг с другом в длинные цепи, что делает их разложение и усвоение в пищеварительной системе человека сложной задачей.

Несмотря на это, сама природа подсказала, как можно относительно легко разложить прочные молекулы полисахарида фукоидана на части. Например, такие моллюски, как морское ушко и другие, способны поглощать различные морские водоросли и превращать их в источник энергии. Это становится возможным благодаря особому ферменту фукоиданазе, выделяемому ракообразными, который способен разрезать длинные полисахаридные цепи на куски. Многие новейшие препараты используют данный фермент для коррекции молекулярного веса фукоидана, при этом происходит понижение а.е.м. до 500 кДа и менее (Кусайкин М.И. Ферменты морского моллюска Littorina kurila, катализирующие трансформацию фукоиданов / М.И. Кусайкин, Ю.В. Бурцева и др. // Биохимия. - 2003. - Т. 68, №3. - С.384-392).

Низкомолекулярный фукоидан (4 кДа) лучше гепарина предотвращал артериальный тромбоз. Полученные с помощью перекиси водорода из высокомолекулярных низкомолекулярные фукоиданы (7,8…8,3 кДа) проявляют высокую антикоагулянтную активность (Дрозд, Н.Н. Антикоагулянтная активность сульфатированных полисахаридов / Н.Н. Дрозд, Г.Е. Банникова, В.А. Макаров // Экспериментальная и клиническая фармакология. - 2006. - Том 69, №6. - С. 51-60).

Известен способ получения биополимеров с заданной средней молекулярной массой (RU 2016129070 А, заявл. 06.02.2015 опубл. 22.03.2018), включающий: лиофилизацию композиции, содержащей фукоидан, воду, фармацевтически, дерматологически или косметически приемлемое масло, эмульгирующий агент и смягчители; очистку и/или выделение фукоидана; максимальную температуру в ходе лиофилизации выбирают так, чтобы способствовать управляемому расщеплению полимера. Композиция предназначена для производства фармацевтических, дерматологических или косметических продуктов.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ предотвращения десульфатирования и повышения биодоступности биологически активных сульфатированных полисахаридов при их пероральном применении (RU 2421230 С2, заявл. 23.07.2009, опубл. 27.01.2011). Авторами предложено смешивание полисахаридов с блок-сополимером полиэтиленоксида и полипропиленоксида. Для усиления эффекта раствор блок-сополимера или сульфатированный полисахарид перед смешиванием подвергают ионизирующему облучению. Способ предотвращает десульфатирование сульфатированных полисахаридов в желудочно-кишечном тракте и обеспечивает их пероральную биодоступность. Однако использование полимерных молекул в пищевых целях невозможно.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение биодоступности и антиоксидантной активности полисахарида фукоидана за счет микронизации, связанное с увеличением степени его дисперсности, путем ультразвуковой обработки водного раствора.

Указанный технический результат достигается тем, что способ микронизации фукоидана, содержащегося в составе биологически активной добавки к пище на основе морских бурых водорослей, в количестве не менее 66 масс% за счет ультразвуковой обработки, согласно изобретения, характеризуется тем, что биологически активную добавку растворяют в дистиллированной воде, затем производят обработку ультразвуком с частотой механических колебаний 20±2,0 кГц, интенсивностью излучения 10 Вт/см², мощностью 240-630 Вт/л в течение 20-30 минут при температуре 50±5°С.

Кроме того, способ отличается тем, что используют фукоидан, содержащийся в составе биологически активной добавки к пище, в количестве не менее 60 масс. %

Кроме того, способ отличается тем, что используют фукоидан, содержащийся в бурых водорослях, в количестве 100 масс%

Сущность способа поясняется следующими схемами, графиками и таблицами.

На фиг. 1 показана схема ультразвуковой установки.

На фиг. 2 - график, отражающий динамику изменения антиоксидантной активности после ультразвукового воздействия.

На фиг. 3 представлена Табл. 1, в которой указан дисперсный состав фукоиданов до и после микронизации.

На фиг. 4 представлена Табл. 2, в которой указаны физиологические характеристики моделей хлебопекарных дрожжей и лактобактерий при культивировании в среде с разным составом.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Фукоидан растворяют в дистиллированной воде и подвергают воздействию ультразвуком с частотой механических колебаний 20±2,0 кГц, интенсивностью излучения 10 Вт/см², мощностью 630 Вт/л в течение 20-30 минут (фиг. 1).

В качестве ультразвукового источника был использован аппарат «ВОЛНА-Л», модель УЗТА-0,63/22-ОЛ (ООО «Центр ультразвуковых технологий АлтГТУ» г. Бийск, 2017), предназначенный для интенсификации физико-химических процессов в системах с жидкой дисперсионной средой. В основу работы ультразвукового аппарата положен принцип электронного преобразования энергии электрической промышленной сети в механические ультразвуковые колебания с помощью пьезоэлектрического эффекта. Исходные технические характеристики прибора: частота механических колебаний 20±2,0 кГц, интенсивность излучения 10 Вт/см². При этом варьируется мощность воздействия (190 Вт…630 Вт) и время экспозиции.

Механизм ультразвукового воздействия обусловлен образованием ударных волн, возникающих при захлопывании пузырьков, и возникновением микропотоков вблизи них - эффект кавитации. При этом происходит сверхтонкое диспергирование твердых частиц в жидкой системе. Процесс сопровождается быстрым увеличением температуры, поэтому для стабильности температуры использовали охлаждающую водную рубашку.

В результате микронизации ультразвуком происходит увеличение дисперсности растворов фукоидана из разряда микрометров 5,5…148 мкм в разряд наноуровня, пофракционно от 102,2 нм до 2750 нм, увеличение антиоксидантной активности на 22,4% - от 6,917 мг/мл до 8,467 мг/мл (фиг. 2), улучшение биодоступности (фиг. 3).

При ультразвуковой обработке мощностью ниже 240 Вт значение показателя антиоксидантной активности практически не меняется, также данный эффект не наблюдают при воздействии менее 20 минут. При обработке ультразвуком мощностью 630 Вт более 30 минут перестает происходить наращивание показателя антиоксидантной активности, также при этом происходит удорожание технологии, связанное с увеличением энергозатрат.

Результаты исследования дисперсного состава растворов фукоиданов после микронизации ультразвуком по отношению к контролю указывают на изменение размерного ряда частиц (фиг .3, табл. 1). Так, контрольные образцы растворов фукоидана имели дисперсию с размером частиц в разряде микрометров 16,02…44,44 мкм. В результате ультразвукового воздействия размеры частиц переходят в разряд наноуровня и укладываются в следующие параметры пофракционно от 858 нм (при 240 Вт/л) до 720 нм (при 630 Вт/л).

Оценку биодоступности микронизированного фукоидана осуществляли на моделях дрожжей хлебопекарных Saccharomyces cerevisiae и лактобактерий Streptococcus salivarius ssp.thermophilus, Lactobacillus delbrueckii ssp.bulgaricus (фиг. 4, таб. 2).

Физиологическую активность дрожжевых клеток (фиг. 4, табл. 2) определяли по содержанию в них резервного полисахарида - гликогена, а также волютина, обусловливающего рост и размножение дрожжевых клеток. Представленные данные указывают, что фукоидан благоприятствует течению физиологических процессов, в поле зрения наблюдаются почкующиеся клетки. Процесс микронизации фукоидана обеспечивает накопление в клеточных культурах запасных веществ - гликогена и волютина.

Микронизация полисахарида фукоидана (фиг. 4, табл. 2) обеспечивает активацию заквасочной микрофлоры, включающую Streptococcus salivarius ssp. Thermophilus (до 5,4×10⁸ КОЕ/г) и Lactobacillus delbrueckii ssp. Bulgaricus (до 4,×10⁷ КОЕ/г), при этом скор Streptococcus salivarius ssp. Thermophilus (2,054) и Lactobacillus delbruecki issp.Bulgaricus (2,225).

Данное изобретение можно проиллюстрировать следующими примерами.

Пример 1.

Биологически активную добавку (БАД) «FUCOID POWER-U», содержащую фукоидан морских бурых водорослей Undaria pinnatifida и Laminaria japonica, не менее 66%, маннитол - 19,1%, экстракт растения якон - 12,5%, экстракт гриба шиитаке (витамин Д) - 2,4% (HAEWON BIOTECH INC, Юж. Корея), растворяют в дистиллированной воде и подвергают воздействию ультразвуком с частотой механических колебаний 20±2,0 кГц, интенсивностью излучения 10 Вт/см², мощностью 630 Вт/л в течение 20-30 минут с использованием охлаждающей рубашки для стабильности температуры 50±5°С.

В результате микронизации происходит увеличение дисперсности растворов фукоидана из разряда микрометров 5,5…148 мкм в разряд наноуровня пофракционно от 102,2 нм до 2750 нм, увеличение антиоксидантной активности на 22,4% - от 6,917 мг/мл до 8,467 мг/мл.

Пример 2.

В качестве источника фукоидана выступает БАД к пище «Фуколам-С-сырье» (ТУ 9284-067-02698170-2010) на основе полисахарида фукоидана, выделенного из водоросли F. Evanescens, с содержанием фукоидана не менее 60% и альгинатов, как адсорбентов и дополнительного источника йода.

Осуществляется аналогично примеру 1, при следующих режимах: частота механических колебаний 20±2,0 кГц, интенсивность излучения 10 Вт/см², мощность 440 Вт/л в течение 20-30 минут с использованием охлаждающей рубашки для стабильности температуры 50±5°С.

В результате происходит увеличение дисперсности растворов фукоидана из разряда микрометров 5,5…148 мкм в разряд наноуровня пофракционно от 171,9 нм до 3890 нм, увеличение антиоксидантной активности на 7,2% - от 6,917 мг/мл до 7,384 мг/мл

Пример 3.

В качестве объекта выступил образец фукоидана из бурых водорослей Kjellmaniella crassifolia (100%) чистоты), выращиваемый в прибрежных территориях г. Далянь (КНР), ферментативно обработанный для получения сырого экстракта.

Осуществляется аналогично примеру 1, при следующих режимах: частота механических колебаний 20±2,0 кГц, интенсивность излучения 10 Вт/см², мощность 240 Вт/л в течение 20-30 минут с использованием охлаждающей рубашки для стабильности температуры 50±5°С.

В результате происходит увеличение дисперсности растворов фукоидана из разряда микрометров 5,5…148 мкм в разряд наноуровня пофракционно от 102,2 нм до 5500 нм, увеличение антиоксидантной активности на 1,0% - от 6,917 мг/мл до 6,988 мг/мл.

Таким образом, использование предлагаемой технологии микронизации фукоидана на основе ультразвукового воздействия позволяет увеличить степень его биодоступности путем тонкого диспергирования частиц данного полисахарида. Это подтверждается в вышеуказанных примерах с фукоиданами разной степени чистоты.

Изобретение может быть использовано для повышения биодоступности полисахарида фукоидана в условиях предприятий пищевой, косметической и фармацевтической промышленности.