Управляемая коацервация антиоксидантов как способ получения функциональных пищевых ингредиентов повышенной биодоступности

Актуальность. Полифенольное вещество куркумин является достаточно хорошо изученным и приобретающим популярность растительным антиоксидантом. На сегодняшний день известно достаточно много фармакологических свойств, которые куркумин способен демонстрировать в живых организмах. Однако барьерными факторами проявления биоактивого действия куркумина выступают его крайне выраженная гидрофобность, химическая нестабильность, способность значительно разрушаться под действием ферментов желудочно-кишечного тракта. Всё это требует поиска подходов минимизации негативного воздействия на куркумин в случае его использования как пищевого функционального ингредиента. Одним из таких подходов может стать инкапсуляция куркумина в природные биополимеры, в том числе методом комплексной коацервации. В основе исследования лежала оценка возможности применения комплексной коацервации для получения функционального ингредиента на основе куркумина с выраженными антиоксидантными свойствами.  

Методы. В качестве объекта исследования был выбран куркумин, для инкапсулирующей системы использовали желатин говяжий и пектин цитрусовый. Первоначально была проведена оценка выхода белково-полисахаридных капсул при различных значениях рН. Оценена эффективность инкапсуляции куркумина в белково-полисахаридные капсулы при различном соотношении «куркумин — желатин». Изучены антиоксидантные свойства куркумина в исходном виде и инкапсулированном, а также проведена оценка сохранения этих свойств после процесса переваривания.  

Результаты. Итоги исследования показали, что процесс образования белково-полисахаридных капсул достаточно эффективно управляется изменением рН системы. Так, при скачке рН от 7 до 3 было достигнуто наиболее высокое значение выхода белково-полисахаридных капсул (более 70 %). Эффективность же загрузки куркумина в желатин-пектиновые капсулы была максимальной при использовании соотношения «куркумин — желатин», равного 1:1. Однако даже максимальное значение эффективности инкапсуляции не превышало 50 %. Вместе с тем, использование технологии инкапсуляции позволило обеспечить сохранение антиоксидантных свойств куркумина. Потеря антиоксидантной активности неинкапсулированного куркумина после процесса переваривания in vitro составила практически 50 % по отношению к исходной неперваренной форме. Антиоксидантная же активность куркумина, инкапсулированного в белково-полисахаридные капсулы, сохранилась на уровне, близком к исходной форме. Полученные результаты подтвердили возможность и целесообразность использования предложенных подходов для получения пищевых ингредиентов с антиоксидантными свойствами на основе инкапсуляции куркумина. Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта РНФ 22-76-00059. 

1. Сербина Н.В., Позняковский В.M., Фаткуллин Р.И., Калинина И.В., Журавлева Д.Н., Воропай И. Оценка стабильности антиоксидантных свойств обогащенных напитков при хранении. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. 2022; 10(1): 49–57. https://www.elibrary.ru/clwpaq

2. Фаткуллин Р.И., Васильев А.К., Калинина И.В., Брызгалова А.Д., Семиздралов И.А. Влияние процесса инкапсуляции на сохранение антиоксидантных свойств флавоноидов. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. 2021; 9(1): 38–47. https://www.elibrary.ru/qypyon

3. Нилова Л.П., Малютенкова С.М., Арсирий А.Г. Нутриенты апельсиновых соков и нектаров, роль в формировании антиоксидантных свойств. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. 2021; 9(3): 72–80. https://www.elibrary.ru/xfziae

4. Шатилов А.В., Богданова О.Г., Коробов А.В. Роль антиоксидантов в организме в норме и при патологии. Ветеринарная патология. 2007; (2): 207–211. https://www.elibrary.ru/oezjxj

5. Sarkar T. et al. Minor tropical fruits as a potential source of bioactive and functional foods. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. Published online: 14 Feb 2022. https://doi.org/10.1080/10408398.2022.2033953

6. Рамазанов И.А., Панасенко С.В., Сейфуллаева М.Э., Майорова Е.A. Инновационно-цифровые перспективы развития агропродовольственного сектора и сферы обращения. Аграрная наука. 2022; (4): 109–117. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2022-358-4-109-117

7. Plavcová Z., Šalamúnová P., Saloň I., Štěpánek F., Hanuš J., Hošek J. Curcumin encapsulation in yeast glucan particles promotes its anti-inflammatory potential in vitro. International Journal of Pharmaceutics. 2019; 568: 118532.https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2019.118532

8. Nguyen D.H. et al. Microencapsulation of curcumin by ionotropic gelation with surfactants: Characterization, release profile and antioxidant activity. Journal of Drug Delivery Science and Technology. 2022; 76: 103812. https://doi.org/10.1016/j.jddst.2022.103812

9. Naczk M., Shahidi F. Extraction and analysis of phenolics in food. Journal of Chromatography A. 2004; 1054(1–2): 95–111. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2004.08.059

10. Yan J.N., Xue S., Du Y.N., Wang Y.Q., Xu S.Q., Wu H.-T. Influence of pH and blend ratios on the complex coacervation and synergistic enhancement in composite hydrogels from scallop (patinopecten yessoensis) protein hydrolysates and κ-carrageenan/xanthan gum. LWT. 2022; 154: 112745. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.112745

11. Xue J., Luo Y. Protein-polysaccharide nanocomplexes as nanocarriers for delivery of curcumin: a comprehensive review on preparation methods and encapsulation mechanisms, Journal of Future Foods. 2023; 3(2): 99–114. https://doi.org/10.1016/j.jfutfo.2022.12.002

12. Курегян А.Г., Степанова Э.Ф., Печинский С.В., Оганесян Э.Т. Модель стабилизации субстанций каротиноидов. Хранение и переработка сельхозсырья. 2020; (4): 55–66. https://doi.org/10.36107/spfp.2020.345

13. Wang S. et al. Application of nanotechnology in improving bioavailability and bioactivity of diet-derived phytochemicals. The Journal of Nutritional Biochemistry. 2014; 25(4): 363−376. https://doi.org/10.1016/j.jnutbio.2013.10.002

14. Agati G., Azzarello E., Pollastri S., Tattini M. Flavonoids as antioxidants in plants: Location and functional significance. Plant Science. 2012; 196: 67–76. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2012.07.014

15. Muhoza B., Qi B., Harindintwali J.D., Koko M.Y.F., Zhang S., Li Y. Combined plant protein modification and complex coacervation as a sustainable strategy to produce coacervates encapsulating bioactives. Food Hydrocolloids. 2022; 124(B): 107239. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.107239

16. Liang H. et al. Fabrication of zein/quaternized chitosan nanoparticles for the encapsulation and protection of curcumin, RSC Advances. 2015; 5(18): 13891–13900. https://doi.org/10.1039/C4RA14270E

17. Zhang H. et al. Structure-solubility relationships and thermodynamic aspects of solubility of some flavonoids in the solvents modeling biological media. Journal of Molecular Liquids. 2017; 225: 439–445. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2016.11.036