Молочный продукт, обогащенный тройным марганецсодержащим комплексом

Дефицит микроэлементов является серьезной проблемой на территории России. В данной статье разработали комплекс эссенциального микроэлемента марганца c аскорбиновой кислотой и L-изолейцином. Свойства полученного соединения исследовали методами рентгенофазового анализа, ИК-спектроскопии, компьютерного квантово-химического моделирования. Установлено, что комплекс обладает аморфной структурой. В результате моделирования определили оптимальную модель взаимодействия: через карбоксильную группу и α-аминогруппу L-изолейцина и через C₂ и C₃ атомы аскорбиновой кислоты (E = -2264,757 ккал/моль). Данные квантово-химического моделирования подтвердили методом ИК-спектроскопии. Исследовали стабильность комплекса при различных технологических параметрах (рН, температура и время экспозиции). Для этого проводили многофакторный эксперимент с тремя входными параметрами и тремя уровнями варьирования. Показано, что на стабильность тройного комплекса эссенциального микроэлемента марганца с аскорбиновой кислотой и незаменимой аминокислотой L-изолейцин значительное влияние оказывают все параметры (рН, температура и время экспозиции). Установлено, что при увеличении рН, температуры и времени экспозиции происходит увеличение ∆Eh, что свидетельствует о потере стабильности комплекса и его разрушении. Параметры, при которых наблюдается стабильность образцов, соответствуют наименьшим значениям ∆ Eh: рН = 3–7, t = 25–60°, τ = 5–15. На следующем этапе проводили обогащение молока полученным соединением в расчете 30% от суточной дозы потребления марганца и исследовали физико-химические параметры молока в зависимости от концентрации разработанного комплекса. Установили, что для обогащения аскорбатоизолейцинатом марганца необходимо использовать концентрации 0,005 моль/л и меньше, так как полученные показатели соответствуют стандартам качества, установленным в Российской Федерации. По данным органолептической оценки, значения показателей (запах и вкус) молока, обогащенного аскорбатоизолейцинатом марганца, превышают значения показателей контрольного образца (АО «МКС», г. Ставрополь, Россия) и образца, обогащенного неорганической формой железа — сульфатом марганца.

1. Sultana S. et al. Impacts of nutritive and bioactive compounds on cancer development and therapy. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2023; 63(28): 9187–9216. https://doi.org/10.1080/10408398.2022.2062699

2. Sarkar T. et al. Underutilized green leafy vegetables: frontier in fortified food development and nutrition. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2023; 63(33): 11679–11733. https://doi.org/10.1080/10408398.2022.2095555

3. Thiruvengadam M. et al. A comprehensive review of beetroot (Beta vulgaris L.) bioactive components in the food and pharmaceutical industries. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2024; 64(3): 708–739. https://doi.org/10.1080/10408398.2022.2108367

4. Казакова Т.В. Адаптационные реакции организма на фоне субхронического воздействия марганца. Агаджаняновские чтения. Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. М.: Российский университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы. 2023; 167–170. https://elibrary.ru/fbaxkj

5. Некрасов В.И., Скальный А.В., Дубовой Р.М. Роль микроэлементов в повышении функциональных резервов организма человека. Вестник Российской военно-медицинской академии. 2006; (1): 111–113. https://elibrary.ru/kwznxl

6. Новиков В.С., Шустов Е.Б. Роль минеральных веществ и микроэлементов в сохранении здоровья человека. Вестник образования и развития науки Российской академии естественных наук. 2017; (3): 5–16. https://elibrary.ru/zsived

7. Chen P., Bornhorst J.B., Aschner M. Manganese metabolism in humans. Frontiers in Bioscience-Landmark. 2018; 23(9): 1655–1679. https://doi.org/10.2741/4665

8. Leach R.M., Harris E.D. Manganese. O’Dell B.L., Sunde R.A. (eds.). Hand­book of Nutritionally Essential Mineral Elements. Boca Raton: CRC Press. 1997; 335–356. https://doi.org/10.1201/9781482273106-10

9. Keen C.L., Ensunsa J.L., Clegg M.S. Manganese metabolism in animals and humans including the toxicity of manganese. Sigel A., Sigel H. (eds.). Metal Ions in Biological Systems. Boca Raton: CRC Press. 2000; 37: 89–121. https://doi.org/10.1201/9781482289893-14

10. Tuschl K., Mills P.B., Clayton P.T. Manganese and the Brain. International Review of Neurobiology. 2013; 110: 277–312. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-410502-7.00013-2

11. Budinger D., Barral S., Soo A.K.S., Kurian M.A. The role of manganese dysregulation in neurological disease: emerging evidence. The Lancet Neurology. 2021; 20(11): 956–968. https://doi.org/10.1016/S1474-4422(21)00238-6

12. Bauer J.A. et al. Critical windows of susceptibility in the association between manganese and neurocognition in Italian adolescents living near ferro-manganese industry. NeuroToxicology. 2021; 87: 51–61. https://doi.org/10.1016/j.neuro.2021.08.014

13. Gonzalez-Alvarez M.A., Hernandez-Bonilla D., Plascencia-Alvarez N.I., Riojas-Rodriguez H., Rosselli D. Environmental and occupational exposure to metals (manganese, mercury, iron) and Parkinson’s disease in low and middle-income countries: a narrative review. Reviews on Environmental Health. 2022; 37(1): 1–11. https://doi.org/10.1515/reveh-2020-0140

14. Avila D.S., Puntel R.L., Aschner M. Manganese in Health and Disease. Sigel A., Sigel H., Sigel R.K.O. (eds.). Interrelations between Essential Metal Ions and Human Diseases. Dordrecht: Springer. 2014; 199–227. https://doi.org/10.1007/978-94-007-7500-8_7

15. Wilcox J.M. et al. YAC128 mouse model of Huntington disease is protected against subtle chronic manganese (Mn)-induced behavioral and neuropathological changes. NeuroToxicology. 2021; 87: 94–105. https://doi.org/10.1016/j.neuro.2021.09.002

16. Ахметшина З.Р. Дефицит витаминов и микроэлементов в питании человека. Гуманитарные и правовые проблемы современной России. Материалы XVIII Всероссийской студенческой научно-практической конференции. Новосибирск: Золотой колос. 2023; 3: 19–22. https://elibrary.ru/gpualm

17. Муслимов Н.Ж., Туякова А.Р., Далабаев А.Б. Определение количественного выхода экстракта из пророщенного зерна. Вестник науки Казахского агротехнического исследовательского университета им. С. Сейфуллина. 2023; (2): 32–42 (на казах. яз.). https://elibrary.ru/sdhinx

18. Побилат А.Е., Волошин Е.И. Марганец в почвах и растениях южной части Средней Сибири. Микроэлементы в медицине. 2017; 18(2): 43–47. https://doi.org/10.19112/2413-6174-2017-18-2-43-47

19. Азаренко Ю.А. Закономерности содержания, распределения, взаимосвязей микроэлементов в системе «почва — растение» в условиях юга Западной Сибири. Омск: Вариант-Омск. 2013; 229. ISBN 978-5-904754-52-5 https://elibrary.ru/tlztqj

20. Скальный А.В., Сульдин А.В., Иванова Н.А., Самбулова А.А., Липина М.В. Разработка средств лечения и профилактики минералодефицитных состояний цинка, меди, марганца, хрома и кобальта. Вестник Оренбургского государственного университета. 2011; (15): 123–126. https://elibrary.ru/oydfdz

21. Блинов А.В., Серов А.В., Кравцов В.А., Русанов А.Ю., Соловьева С.Н. Способы повышения биодоступности эссенциальных микроэлементов. Физико-химическая биология. Материалы III Международной научной интернет-конференции. Ставрополь: Ставропольский государственный медицинский университет. 2015; 28–30. https://elibrary.ru/vjsvjb

22. Lohmann W., Pagel D., Penka V. Structure of ascorbic acid and its biological function: Determination of the conformation of ascorbic acid and isoascorbic acid by infrared and ultraviolet investigations. European Journal of Biochemistry. 1984; 138(3): 479–480. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1984.tb07941.x

23. Metreveli N.O. et al. UV-vis and FT-IR spectra of ultraviolet irradiated collagen in the presence of antioxidant ascorbic acid. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2010; 73(3): 448–455. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2009.12.005

24. Yadav R.A., Rani P., Kumar M., Singh R., Singh P., Singh N.P. Experimental IR and Raman spectra and quantum chemical studies of molecular structures, conformers and vibrational characteristics of L-ascorbic acid and its anion and cation. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2011; 84(1): 6–21. https://doi.org/10.1016/j.saa.2011.07.043

25. Zhang X., Yang Z., Li W., Yang L., Weng S., Wu J. The interaction between amino acids and metal ions (I). The FT-IR spectroscopic study of the binding between d,l-homocysteic acid and alkali metal ions. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2004; 60(1–2): 235–240. https://doi.org/10.1016/S1386-1425(03)00224-5