ПИТАТЕЛЬНАЯ ДОБАВКА Российский патент 2023 года по МПК A23L29/256 A23L29/30 A23L29/231 A23L33/10 A23L2/52 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области техники питательных добавок и, в частности, к спортивным напиткам.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Для достижения высоких результатов в спорте, в особенности, в силовых видах спорта, необходимо потребление энергии в форме углеводов во время тренировки, до и во время соревнований. Спортсмены, участвующие в соревнованиях на выносливость, должны поддерживать относительно высокие темпы работы в течение длительного периода времени, что приводит к большим расходам энергии. Чтобы отсрочить наступление усталости и оптимизировать способность к длительной выносливости, спортсменам рекомендуется подпитывать организм энергией углеводов. Было показано, что потребление углеводов улучшает выносливость и производительность, и во время соревнований на выносливость спортсменам рекомендуется потреблять углеводы из расчета 0,7 г на кг массы тела в час (от 30 до 60 г/ч) (American College of Sports Medicine. Med. Sci.Sports Exerc. 2009, 41:709-31). Альтернативная современная рекомендация предполагает еще более высокие нормы потребления углеводов - до 90 г/ч для спортсменов, участвующих в интенсивных соревнованиях на повышенную выносливость продолжительностью более 2 ч (Jeukendrup Eur. J. Sport Sci. 2008, 8:77-86).

Физическая нагрузка включает в себя метаболическое окисление глюкозы из гликогена, хранящегося в мышечной ткани. Интенсивные физические упражнения приводят к значительному снижению запасов гликогена уже после 1-1,5 ч физической нагрузки. Количество запасов гликогена ограничено, но истощению гликогена можно противодействовать потреблением углеводов непосредственно до и во время физической нагрузки. Скорость, с которой углеводы могут поглощаться и становиться доступными для производства АТФ (англ. ATP, Adenosine triphosphate - аденозинтрифосфат) в мышечных клетках, ограничивается несколькими факторами (Rowlands et al. Sports Med (2015) 45:1561-1576). Идеальная углеводсодержащая добавка должна обеспечивать быстрое и полное усвоение углеводов при поглощении их со скоростью, близкой к максимально достижимому уровню (приблизительно 90 г/ч). Начало усвоения углеводов после первого потребления и скорость окисления экзогенных углеводов в равновесном состоянии после повторного потребления могут быть определены путем измерения газообмена О₂/СО₂ и отслеживания поглощенных углеводов в выдыхаемом СО₂ с помощью изотопно-селективных методов.

Высокое потребление углеводов во время интенсивных физических нагрузок сопряжено с желудочно-кишечными симптомами, такими как повышенные показатели тошноты и метеоризма (Pfeiffer Med. Sci. Sports Exerc. 2012, 44:344-351). При этом желательна высокая скорость абсорбции. Углеводы, не полностью абсорбировавшиеся при прохождении через тонкий кишечник, будут оказывать нежелательное слабительное действие и могут нарушить метаболизм бактерий в толстой кишке, что приведет к увеличенному газообразованию.

В связи с этим, также существует потребность в питательных добавках, позволяющих потреблять большое количество углеводов и не вызывающих при этом нежелательных желудочно-кишечных симптомов.

Согласующиеся результаты, содержащиеся в опубликованных данных исследований, говорят о том, что состояние полости рта спортсменов спорта высоких достижений является неудовлетворительным как в случае образцов, взятых у посетителей стоматологических клиник, так и при более репрезентативном обследовании представителей команд (Needleman Br. J. Sports Med. 2015, 49, 3-6; Ashley Br. J. Sports Med. 2015, 49, 14-19). Одна из основных причин связана с частым употреблением углеводсодержащих кислых спортивных напитков, вызывающих снижение величины рН полости рта, способствующее эрозии и кариесу зубов. Взаимосвязь между кариесом зубов и частотой употребления спортивных напитков также отмечена у детей (Kawashita Community Dent. Health. 2011, 28, 29-33).

Таким образом, существует потребность в углеводсодержащих питательных добавках, менее опасных для здоровья полости рта.

В патентном документе SE 512093 раскрыт состав для перорального применения, содержащий инкапсулированные твердые углеводы вместе с некариесогенной жидкостью, предназначенный для контролируемого потребления углеводов во время физической нагрузки. Потребление необходимого количества твердых углеводов может привести к замедленному и даже неполному усвоению и вызвать нежелательные желудочно-кишечные симптомы.

Альгинаты, сшитые кальцием, нашли широкое применение в сухих рецептурах и отчасти во влажных рецептурах с контролируемым высвобождением активных ингредиентов (Hjorth Pharmacy. 2002. 28:6 621-630; Li Nature Reviews Materials. 2016, Article number: 16071).

В работе McEntee, Journal of Applied Polymer Science, 107: 2956-2962 (2008) раскрыто, что высвобождение глюкозы из гранул альгината кальция можно отсрочить за счет использования более высокой концентрации альгината. Исследование было проведено при различных насыщающих концентрациях ионов кальция в гранулах.

В патентном документе US 2014/0037830 раскрыты питательные композиции, доставляемые in vivo в течение длительных периодов времени и предлагаемые в качестве повышающих спортивные результаты.

В патентных документах WO 2017/186940 и WO 2017/186948 раскрыты питательные добавки, содержащие альгинат и нацеленные на уменьшение нежелательных желудочно-кишечных симптомов. Такие питательные добавки содержат большое количество углеводов и потому представляют серьезную проблему для здоровья полости рта. В целом, существует потребность в углеводсодержащих питательных добавках, менее опасных для здоровья полости рта и в то же время позволяющих обеспечивать высокое и эффективное усвоение углеводов, обеспечивая поддержку высокой скорости окисления углеводов во время физической нагрузки и не вызывая при этом нежелательных желудочно-кишечных симптомов.

ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения является создание углеводсодержащих питательных добавок, которые будут менее опасны для здоровья полости рта.

Еще одной целью является создание углеводсодержащих питательных добавок, которые будут менее опасны для здоровья полости рта и в то же время позволят обеспечить высокое и эффективное усвоение углеводов, поддерживая высокую скорость окисления углеводов во время физической нагрузки, не вызывая при этом нежелательных желудочно-кишечных симптомов.

Еще одной целью изобретения является создание углеводсодержащих питательных добавок, как указано выше, с улучшенной стабильностью при хранении.

Создание углеводов в форме водного гидрогеля вместо водного раствора позволило бы избежать массового воздействия углеводов на зубы. Но в то же время, можно ожидать, что при этом скорость и степень усвоения в кишечнике углеводов из гидрогеля будут снижены, что было бы нежелательно.

Авторы настоящего изобретения неожиданно продемонстрировали, что можно инкапсулировать водный раствор, содержащий углеводы, в альгинатный гидрогель, в этом случае при употреблении в ротовой полости высвобождается лишь ограниченное количество водного раствора углеводов, о чем свидетельствует незначительное снижение величины рН по сравнению с существенным снижением величины рН при потреблении того же количества водного раствора, содержащего свободные углеводы, и при этом сохраняется высокое и эффективное усвоение углеводов, обеспечивая поддержку высокой скорости окисления углеводов во время физической нагрузки, не вызывая при этом нежелательных желудочно-кишечных симптомов.

При добавлении водного раствора кальция к водному альгинату благодаря сшиванию альгината кальцием образуется нерастворимый в воде гидрогель, альгинат кальция. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что свойства гидрогеля альгината кальция можно регулировать добавлением недостаточных для насыщения количеств кальция. Добавление недостаточных для насыщения количеств кальция приводит к образованию гидрогеля, содержащего смесь альгината кальция и альгината. Альгинат может быть, например, альгинатом натрия, альгинатом калия или альгинатом аммония либо их смесью.

Более конкретно, гранулы гидрогеля альгината кальция могут быть получены путем добавления капель раствора альгината в раствор кальция. Раствор альгината и раствор кальция содержат по существу одинаковые количества активных ингредиентов, например, Сахаров. Предпочтительно, чтобы была небольшая разница в концентрациях основных компонентов, дающая возможность получить несколько более высокую плотность капель раствора альгината, что позволит им тонуть, не накапливаясь на поверхности раствора кальция. В качестве альтернативы, формованные гидрогели альгината кальция могут быть получены путем диспергирования нерастворимой соли кальция в растворе альгината и медленного высвобождения кальция, например, под действием добавленной в смесь кислоты. Раствор альгината содержит активные ингредиенты, например, сахара. Альгинатный состав гидрогеля, то есть общее количество альгината и отношение альгината кальция к общему количеству альгината, выбирают таким образом, чтобы получить гидрогели с требуемыми свойствами. Относительное количество кальция, также рассматриваемое как процент насыщения кальцием альгината кальция, где 100% насыщения кальцием соответствует кальция на каждый остаток маннуроната/гулуроната в альгинате, определяет уровень поперечного сшивания альгината и тем самым обуславливает свойства гидрогелей. Низкий процент насыщения кальцием, такой как менее 20%, приводит к получению альгинатных гидрогелей с низким уровнем сшивания и, следовательно, с низкой прочностью геля. Высокий процент насыщения кальцием, такой как более 80%, приводит к получению альгинатных гидрогелей с высоким уровнем сшивания и, следовательно, с высокой прочностью геля.

Низкая прочность геля обуславливает такие нежелательные свойства, как низкая механическая прочность и плохая инкапсуляция углеводов, что приводит к высвобождению сахара в ротовой полости при пероральном приеме гелеобразных гидрогелей.

Высокая прочность геля обуславливает такие нежелательные свойства, как синерезис, означающий неполное включение жидкого раствора в гидрогель и истекание жидкого раствора из гидрогеля с течением времени. Было установлено, что альгинатные гидрогели с полным или почти полным насыщением кальцием дают утечку воды, в которой растворены сахара. Этот отрицательный эффект синерезиса становится еще более очевидным с течением времени, например, при хранении приготовленных гидрогелей перед употреблением.

Таким образом, один из аспектов настоящего изобретения обеспечивает питательные добавки, состоящие из альгинатного гидрогеля, при этом указанный гидрогель содержит:

a) от 0,1 до 5 мас. % общего альгината, где альгинат от 20% до 80% насыщен кальцием, и

b) водный раствор, содержащий от 1 до 75 мас. % активных ингредиентов, где активные ингредиенты выбраны из одного или более ингредиентов: Сахаров, сложных углеводов, электролитов, кофеина и аминокислот.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления, альгинатный гидрогель по существу состоит из:

а) от 0,1 до 5 мас. % общего альгината, где альгинат от 20% до 80% насыщен кальцием, и

b) водного раствора, содержащего от 1 до 75 мас. % активных ингредиентов, где активные ингредиенты выбраны из одного или более ингредиентов: Сахаров, сложных углеводов, электролитов, кофеина и аминокислот.

Общее содержание альгината в указанном гидрогеле может составлять от 0,1 до 5 мас.%, например, от 0,1 до 3 мас.%, от 0,1 до 2,0 мас.%, более предпочтительно, от 0,2 до 1,0 мас. % или от 0,3 до 0,8 мас.%. При низком содержании альгината высвобождение Сахаров из настоящего гидрогеля ограничивается скоростью диффузии, которая будет по существу такой же как в случае водного раствора.

Процент насыщения кальцием может составлять от 20% до 80%, например, от 20% до 65% или от 38% до 46%, более предпочтительно, от 25% до 55%, более предпочтительно, от 30% до 55%, более предпочтительно, от 30% до 46%, еще более предпочтительно, от 30% до 38%.

Таким образом, альгинатные гидрогели в соответствии с настоящим изобретением содержат смесь альгината кальция и альгината. Альгинаты могут быть альгинатом натрия, альгинатом калия и альгинатом аммония или любыми их смесями.

Прочность альгинатных гидрогелей определяется как общим содержанием альгината, так и процентом насыщения кальцием. Предпочтительная прочность геля может быть достигнута за счет более низкого общего содержания альгината в сочетании с более высоким процентом насыщения кальцием. Аналогичным образом, предпочтительная прочность геля может быть получена за счет более высокого общего содержания альгината в сочетании с более низким процентом насыщения кальцием.

Прочность альгинатного гидрогеля также определяется типом альгината, где для "альгината с высоким содержанием М" / "альгината с низким содержанием G" требуется более высокий процент насыщения кальцием для получения одной и той же прочности геля. Аналогично, для "альгината с высоким содержанием G" / "альгината с низким содержанием М" требуется более низкий процент насыщения кальцием для получения одной и той же прочности геля и предотвращения или уменьшения синерезиса.

Таким образом, питательные добавки в соответствии с изобретением могут состоять из:

i) альгинатного гидрогеля, содержащего от 0,1 до 1 мас. % общего альгината, где альгинат насыщен кальцием от 30% до 80%, например, насыщен кальцием от 30% до 65%, или

ii) альгинатного гидрогеля, содержащего от 0,3 до 5 мас. % общего альгината, где альгинат насыщен кальцием от 20% до 65%, например, насыщен кальцием от 20% до 55%.

Содержание активных ингредиентов в растворе гидрогеля предпочтительно составляет от 10 до 75 мас.%.

Содержание сахаров в растворе гидрогеля может составлять от 1 до 75 мас. %, например, от 45 до 70 мас.%.

Сахара могут быт выбраны из глюкозы, фруктозы, сахарозы, изомальтулозы.

Содержание глюкозы в растворе гидрогеля может составлять от 0 до 35 мас.%, от 15 до 35 мас. %, предпочтительно, от 15 до 32 мас.%.

Содержание фруктозы в растворе гидрогеля может составлять от 0 до 75 мас.%, предпочтительно, от 15 до 50%, например, от 30 до 50 мас.%, также предпочтительно, от 15 до 30 мас.%.

Содержание сахарозы в растворе гидрогеля может составлять от 0 до 60 мас.%, от 30 до 50 мас.% или от 15 до 30 мас.%.

При наличии, соотношение фруктозы и глюкозы может составлять от 0,1:1 до 10:1, например, от 0,3:1 до 1,2:1, предпочтительно, от 0,5:1 до 1:1.

Сложные углеводы могут быть выбраны из крахмала, мальтодекстрина и пектина.

Содержание сложных углеводов в растворе гидрогеля может составлять от 0,1 до 50 мас.%, например, от 5 до 20 мас.%.

Электролиты могут быть выбраны из хлоридов, фосфатов, карбонатов и цитратов натрия, калия, магния и цинка.

Необязательно, гидрогели могут содержать кофеин и витамины, такие как витамин С.

Необязательно, гидрогели могут содержать вкусо-ароматическую добавку, такую как лимонное масло.

Водный раствор предпочтительно инкапсулирован в гидрогели, обеспечивая возможность лишь ограниченного высвобождения активных ингредиентов, таких как сахара или сложные углеводы, в полости рта при употреблении.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления, альгинатный гидрогель содержит:

a) от 0,2 до 1,0 мас.% общего альгината, например, от 0,3 до 0,8 мас.% общего альгината, где альгинат от 20% до 80% насыщен кальцием, например, от 20% до 65%, более предпочтительно, от 30% до 55%, например, от 38% до 46%, еще более предпочтительно, от 30% до 46% насыщен кальцием, и

b) водный раствор, содержащий от 36 до 48 мас.% глюкозы, от 18 до 24 мас.% фруктозы и от 0,1 до 0,3 мас.% хлорида натрия.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления, альгинатный гидрогель содержит:

a) от 0,2 до 1,0 мас.% общего альгината, например, от 0,3 до 0,8 мас.% общего альгината, где альгинат от 20% до 80% насыщен кальцием, например, от 20% до 65%, более предпочтительно, от 30% до 55%, например, от 38% до 46%, еще более предпочтительно, от 30% до 46% насыщен кальцием, и

b) водный раствор, содержащий от 36 до 48 мас.% изомальтулозы, от 18 до 24 мас.% мальтодекстрина и от 0,1 до 0,3 мас.% хлорида натрия.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления, альгинатный гидрогель содержит:

a) от 0,2 до 1,0 мас.% общего альгината, например, от 0,3 до 0,8 мас.% общего альгината, где альгинат от 20% до 80% насыщен кальцием, например, от 20% до 65%, более предпочтительно, от 30% до 55%, например, от 38% до 46%, еще более предпочтительно, от 30% до 46% насыщен кальцием, и

b) водный раствор, содержащий от 30 до 50 мас.% глюкозы, от 15 до 30 мас.% фруктозы, от 0 до 30 мас.% мальтодекстрина и от 0,1 до 0,3 мас.% хлорида натрия.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления, альгинатный гидрогель содержит:

а) от 0,2 до 1,0 мас.% общего альгината, например, от 0,3 до 0,8 мас.% общего альгината, где альгинат от 20% до 80% насыщен кальцием, например, от 20% до 65%, более предпочтительно, от 30% до 55%, например, от 38% до 46%, еще более предпочтительно, от 30% до 46% насыщен кальцием, и

b) водный раствор, содержащий от 30 до 50 мас.% глюкозы, от 15 до 30 мас.% фруктозы, от 0 до 30 мас.% сахарозы, от 0 до 30 мас.% мальтодекстрина и от 0,1 до 0,3 мас.% хлорида натрия.

Гидрогели в соответствии с настоящим изобретением могут иметь форму гидрогелевых гранул. Гидрогелевые гранулы могут иметь диаметр от 1 мм до 10 мм, например, диаметр от 3 мм до 5 мм.

В качестве альтернативы, гидрогели в соответствии с настоящим изобретением могут быть сформованы в виде листов или блоков; предпочтительно, в размере одной порции или дозы, готовой к употреблению. Гидрогель можно предпочтительно формовать непосредственно в его окончательной упаковке.

Альгинатные гидрогели в соответствии с изобретением обеспечивают:

• отсутствие синерезиса или ограниченный синерезис раствора углеводов из гидрогелей при хранении,

• ограниченное высвобождение углеводов в полости рта,

• высокое и эффективное усвоение углеводов, обеспечивая поддержку высокой скорости окисления углеводов во время физической нагрузки, не вызывая при этом нежелательных желудочно-кишечных симптомов.

Другой аспект настоящего изобретения предлагает применение питательных добавок в соответствии с изобретением в качестве спортивного напитка или в качестве энергетического напитка, предпочтительно, в качестве спортивного напитка.

Таким образом, настоящее изобретение предлагает применение питательных добавок, состоящих из альгинатного гидрогеля, при этом указанный гидрогель содержит:

a) от 0,1 до 5 мас.% общего альгината, где альгинат от 20% до 80% насыщен кальцием, и

b) водный раствор, содержащий от 1 до 75 мас.% активных ингредиентов, где активные ингредиенты выбраны из одного или более ингредиентов: сахаров, сложных углеводов, электролитов, кофеина и аминокислот, в качестве спортивного напитка или в качестве энергетического напитка.

Более конкретно, изобретение предлагает применение питательных добавок в качестве источника энергии в форме углеводов до, во время и/или после физической нагрузки, позволяя посредством этого избежать кариесогенного эффекта от снижения величины рН в полости рта после приема свободных углеводов в растворе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Фиг. 1. Уменьшение величины рН зубного налета при употреблении гранул альгинатного гидрогеля, содержащих раствор 40 мас.% глюкозы и 20% фруктозы (сплошная линия), по сравнению с уменьшением величины рН в полости рта при употреблении свободного раствора, содержащего 40 мас.% глюкозы и 20% фруктозы (пунктирная линия). Показан уровень рН 5,5-5,7, критический для эмали.

Фиг. 2. Скорости окисления экзогенных углеводов, рассчитанные на основании измеренного обогащения изотопом ¹³С выдыхаемого СО₂ после потребления углеводов во время физической нагрузки (испытание А). Велосипедисты (n=3) принимали внутрь 2×36 г углеводов в нулевой момент времени и затем 36 г углеводов с интервалами в 20 мин. Контрольный раствор (левый график) и гидрогелевые гранулы (правый график) содержали смесь 0,8:1 фруктозы и глюкозы (60 мас.%). Каждая кривая представляет данные для отдельного велосипедиста.

Фиг. 3. Скорости окисления экзогенных углеводов, рассчитанные на основании измеренного обогащения изотопом ¹³С выдыхаемого СО₂ после потребления углеводов во время физической нагрузки (испытание В). Велосипедисты (n=3) принимали внутрь 31,7 г углеводов в моменты времени 30, 50, 70, 90, 110 и 130 мин. Контрольный раствор (левый график) и формованный гидрогель (правый график) содержали смесь 0,8:1 фруктозы и мальтодекстрина (60 мас.%). Каждая кривая представляет данные для отдельного велосипедиста.

Фиг. 4. Фотоснимки гелевых гранул с разным содержанием кальция и разной степенью синерезиса. Гранулы содержали 60% Сахаров (глюкозу и фруктозу). Гранулы готовили из раствора Сахаров, содержащего 0,50 мас.% альгината (соотношение M/G составляло 0,35:0,65).

Фиг. 5. Влияние насыщения кальцием на сжимаемость альгинатных гранул. Гранулы содержали 60% сахаров (глюкозы и фруктозы). Гранулы готовили из раствора сахаров, содержащего 0,50 мас.% альгината (соотношение M/G составляло 0,35:0,65).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание питательных добавок для использования в качестве спортивных напитков, при этом данные питательные добавки позволяют уменьшить воздействие углеводов в ротовой полости, вызывающее повышенный риск эрозии и кариеса зубов. За счет инкапсулирования углеводов в гидрогель, высвобождение углеводов из которого ограничивается скоростью диффузии, можно уменьшить сильное воздействие высоких концентраций углеводов при пероральном введении. Было обнаружено, что применение питательных добавок в соответствии с изобретением приводит к уменьшению воздействия низких значений рН, вызываемого активностью бактерий в зубном налете, по сравнению с простым раствором углеводов без гидрогеля (Фиг. 1).

Ожидалось, что медленное высвобождение углеводов будет снижать скорость усвоения углеводов в кишечнике. Скорость усвоения и метаболического окисления углеводов во время физической нагрузки определяли с использованием методов изотопного отслеживания. Неожиданно было установлено, что скорость усвоения и окисления углеводов (измеренная с помощью выдыхаемого СО₂, обогащенного ¹³С) аналогична таковой в случае раствора углеводов без добавок, образующих гидрогель (Фиг. 2 и 3). Более того, переносимость питательных добавок желудочно-кишечным трактом оказалась неожиданно высокой, что позволило принимать продукт внутрь во время тренировок высокой интенсивности (во время бега или езды на велосипеде) без неприятных желудочно-кишечных симптомов (Таблица 2).

Альгинаты

Альгинат, также называемый альгином или альгиновой кислотой, представляет собой анионный полисахарид, широко распространенный в клеточных стенках бурых водорослей. Альгиновая кислота представляет собой линейный сополимер с гомополимерными блоками (1-4)-связанных остатков β-D-маннуроната (М) и его С-5 эпимера α-L-гулуроната (G), соответственно, ковалентно связанных друг с другом в различных последовательностях или блоках. Мономеры могут появляться в гомополимерных блоках последовательных G-остатков (G-блоки), последовательных М-остатков (М-блоки) или чередующихся М- и G-остатков (MG-блоки). Все формы альгината, включая "альгинат с высоким содержанием G" / "альгинат с низким содержанием М" и "альгинат с высоким содержанием М" / "альгинат с низким содержанием G", могут применяться в соответствии с изобретением. Предпочтительно, для облегчения приготовления, например, гелевых гранул используют "альгинат с высоким содержанием G"/"альгинат с низким содержанием М". Это означает, что количество G-блоков больше, чем количество М-блоков, например, присутствует по меньшей мере 60% G-блоков и не более 40% М-блоков. Противоионом может быть, например, катион натрия (альгинат натрия), калия (альгинат калия), аммония (альгинат аммония) или другие подходящие одновалентные катионы или их смеси.

Альгинат кальция

Альгинат кальция представляет собой нерастворимое в воде гелеобразное вещество, которое может быть получено добавлением соли кальция, такой как, например, водный раствор хлорида кальция, в водный раствор альгината.

Процент насыщения кальцием

В данном контексте термин «процент насыщения кальцием» используют для обозначения количества кальция на каждый остаток маннуроната/гулуроната в альгинате, где 100% насыщения кальцием соответствует кальция на каждый остаток маннуроната/гулуроната.

Процент насыщения кальцием определяет уровень поперечного сшивания альгината, тем самым влияя на свойства геля, в частности, прочность геля.

Содержание кальция и общее содержание альгината, а следовательно, и процент насыщения кальцием, для партии альгинатных гидрогелей может быть определено с использованием следующих стадий:

• взять одну весовую часть альгинатного гидрогеля, добавить 19 частей 50 мМ K₂EDTA и дать постоять в течение ночи (17 ч), чтобы смесь превратилась в гомогенный раствор;

• выполнить элементный анализ (например, при помощи ICP-MS (англ. Inductively Coupled Plasma Spectroscopy - масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой) для определения концентрации кальция. Преобразовать результаты в молярные концентрации (40 г/моль).

Общее содержание альгината рассчитывают исходя из количества альгината в соответствии с рецептурой. Если это неизвестно, общее содержание альгината может быть рассчитано на основании содержания углерода, которое можно определить при помощи элементного анализа после удаления других ингредиентов следующим образом:

• помещают часть раствора в диализную ячейку с отсекающей мембраной 10 кДа. Промывают при слабом токе 25 мМ KCl в течение времени, достаточного для удаления всех Сахаров (24 ч). Возвращают весь диализат путем промывания диализной ячейки частью деионизированной воды и, измерив общий собранный объем;

• выполняют элементный анализ для определения содержания углерода. Полученные результаты преобразуют в молярные концентрации моносахаридных остатков, используя коэффициент пересчета 72 г/моль (6×12 г на остаток маннуроната/гулуроната, содержащий 6 атомов углерода). Корректируют результаты с учетом разбавления промыванием диализной ячейки;

• вычисляют насыщение кальцием (%) как 100 × 2Са/остаток.

Сахара

Сахара, которые можно применять в соответствии с изобретением, не ограничиваясь перечнем, включают моносахариды, такие как глюкоза, фруктоза, галактоза, дисахариды, такие как лактоза, мальтоза, сахароза, лактулоза, трегалоза, изомальтулоза, целлобиоза, и продукты гидролиза дисахаридов, такие как инвертный сахар.

Сложные углеводы

Сложные углеводы, которые можно применять в соответствии с изобретением, не ограничиваясь перечнем, включают компоненты крахмала, такие как амилоза и амилопектин, и их частично гидролизованные продукты, такие как мальтодекстрин и сироп глюкозы.

"мас.%" означает процентное содержание по весу, также называемое процентным содержанием по массе.

ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Насыщение кальцием и свойства геля

Гелевые гранулы получали, капая раствор, содержащий 61% сахаров (фруктозу и глюкозу, 0,8:1) и 0,50% альгината натрия (соотношение M/G 0,35: 0,65, вязкость 200-400 мПа⋅с, 1%) в ванну, содержащую 59% Сахаров (фруктозу и глюкозу, 0,8:1) и 0,30 мас. % (27 ммоль/кг, 35 ммоль/л) CaCl₂ при перемешивании. Гранулы извлекали из ванны через 1-60 мин. Время пребывания в ванне варьировали для изменения содержания кальция, избыток Са-содержащего раствора отсеивали. Гранулы хранили в течение четырех дней перед их дальнейшим исследованием или применением. Для получения гранул с более низким или более высоким содержанием кальция использовали более короткую или более длительную выдержку гранул в растворе кальция.

Содержание кальция определяли, как описано выше, и рассчитывали насыщение кальцием, используя MW 198 для остатков M/G и учитывая 10 мас. % потерю при сушке альгината. Потерю раствора Сахаров в результате синерезиса после четырех дней хранения определяли путем взвешивания до и после тщательного удаления избытка жидкости. Фотографические снимки гелевых гранул с разным содержанием кальция изображены на Фиг. 4. Насыщение кальцием на снимках составляет 35% (А), 49% (В) и 80% (С), соответственно. Наблюдаемый синерезис в гелевых гранулах составляет <1% (А), 12% (В) и 32% (С), соответственно. Степень синерезиса увеличивается с увеличением насыщения гидрогеля кальцием.

Механические свойства гранул измеряли с помощью анализатора текстуры (HDi, Stable Micro Systems, UK). Гранулы сжимали со скоростью 0,1 мм/с, используя цилиндрическую насадку диаметром 1 см. Для определения силы при 40% сжатии проводили измерения на 15 гранулах. Результаты, представленные на Фиг. 5, показывают, что альгинатные гидрогели, приготовленные с более высокой степенью насыщения кальцием, требуют большего усилия для сжатия, т.е. они становятся более твердыми.

Результаты

Клиническое исследование, воздействие на зубы низкой величины рН

Испытуемые

В исследовании участвовали двое здоровых взрослых добровольцев из персонала Института стоматологии в Швеция. Они имели нормальные стимулированные выделения слюнных желез, не имели признаков активного кариеса и не имели апроксимальных металлических или стеклоиномерных пломб. Исследование проводили в отделении кариесологии Института стоматологии в

Субъекты получили указание воздержаться от чистки зубов и всех других мер гигиены полости рта, начиная с вечера перед днем испытания. В этот период нельзя было использовать жевательные резинки или леденцы. Им также следовало воздержаться от еды/питья, курения, нюхания табака и т.д. в течение последнего часа перед испытанием.

План исследования и продукты

Двое испытуемых пришли в лабораторию для оценки ацидогенности апроксимальной биопленки после потребления: 1) альгинатных гранул, содержащих 1,0 мас. % общего альгината, на 40% насыщенного кальцием, и сахарный раствор, содержащий 40 мас. % глюкозы и 20 мас. % фруктозы; и 2) сахарного раствора, содержащего 40 мас.% глюкозы и 20 мас.% фруктозы. Было израсходовано по 15 г каждого продукта. Испытуемым было предложено принимать продукты тремя порциями в полость рта при умеренном жевании и проглатывать их в течение 25-30 секунд.

Регистрация зубного налета

Измерения ацидогенности налета проводили на двух межпроксимальных участках в области, близкой к месту размещения таблетки, с использованием микроэлектрода из иридия (Beetrode®, МЕРН-1; W.P. Instruments, New Haven, СТ, USA). Электрод соединяли с измерителем pH/ISE Orion SA 720 pH/ISE Meter (Orion Research, Бостон, Массачусетс, США), оборудованным электродом сравнения из пористого стекла (MERE 1; W.P. Instruments). Создавали солевой мостик в 3М растворе KCl между электродом сравнения и одним из пальцев испытуемого. Выполняли измерения до (0 мин) размещения и начала использования таблетки и в пяти различных временных точках после (2, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60 и 70 мин).

Результаты

Как можно видеть на Фиг. 1, потребление 15 г раствора, содержащего 40 мас. % глюкозы и 20 мас. % фруктозы, привело к резкому снижению величины рН в полости рта, значительно ниже критического для эмали уровня рН 5,5-5,7. С другой стороны, потребление такого же количества раствора 40 мас. % глюкозы и 20 мас. % фруктозы, инкапсулированного в альгинатные капсулы в соответствии с изобретением, привело к умеренному снижению величины рН, не достигнув критического для эмали уровня рН 5,5.

Усвоение и окисление экзогенных углеводов

План исследования

Хорошо подготовленные велосипедисты придерживались диеты, не содержащей углеводов, поступающих из кукурузы (маиса) или сахарного тростника. Велосипедистов тестировали на предмет максимального усвоения кислорода (VO₂max) и рассчитывали соответствующую индивидуальную максимальную нагрузку (Wmax). Во время одного из экспериментов (испытание А) велосипедисты тренировались при 50% Wmax в течение 180 мин. Им была введена болюсная доза 2×36 г углеводов (соотношение фруктоза / глюкоза=0,8) в форме гранул водного гидрогеля альгината кальция-натрия, полученных как описано в приведенном выше примере, с 35% насыщением кальцием, или в форме водного раствора, при этом оба раствора содержали 60% углеводов, в нулевой момент времени, а затем - 36 г углеводов каждые 20 мин на протяжении всего эксперимента.

В другом эксперименте (испытание В) велосипедист тренировался при 55% Wmax в течение 210 мин. Начиная с 30 мин велосипедисты получали порции, содержащие 31,7 г углеводов (соотношение фруктоза /мальтодекстрин = 0,8), в виде формованного водного гидрогеля альгината кальция-натрия, приготовленного как описано ниже, или в виде водного раствора, при этом оба раствора содержали 60% углеводов. Углеводы подавали с интервалами в 20 мин до 130 мин после старта. Через 150 мин и далее подавали только воду.

Формованный гидрогель готовили путем смешивания двух растворов, содержащих фруктозу и мальтодекстрин (0,8:1) и либо карбонат кальция (диспергированные твердые частицы), либо альгинат натрия и лимонную кислоту. Смесь, содержащая 60 мас. % углеводов, 0,40 мас. % альгината (соотношение M/G 0,35:0,65), 0,030 мас. % СаСО₃ и 0,050 мас. % лимонной кислоты загустевала в течение 1 часа, и ее выдерживали не менее 4 дней перед использованием. Насыщение кальцием составляло 34%.

Углеводы (глюкоза, мальтодекстрин и фруктоза, полученные из кукурузы) анализировали на предмет их обогащения ¹³С. Перед каждым приемом регистрировали объемы обмененного кислорода (VO₂) и углекислого газа (VCO₂) (Jaeger Oxycon Pro, Viasys Heathcare, Германия), и образцы дыхания, взятые в пробирки Exetainer емкостью 12 мл, анализировали на соотношение ¹³СО₂/¹²СО₂ (δ¹³С) при помощи лазерной инфракрасной спектроскопии (Delta Ray, Thermo Scientific, Германия). Значения VO₂, VCO₂ и δ¹³С использовали для вычисления скорости окисления экзогенных углеводов, выраженной в г глюкозы в минуту.

Результаты

Усвоение и окисление углеводов (глюкозы и фруктозы), представленных в форме гидрогелевых гранул, были очень схожими с аналогичными показателями контрольного водного раствора, причем уровни скоростей окисления из гранул составляли приблизительно 90% от таковых из контрольного раствора (испытание А, Фиг. 2).

Усвоение и окисление углеводов (мальтодекстрина и фруктозы), представленных в форме формованного гидрогеля, были очень схожими с аналогичными показателями водного контрольного раствора, при этом не было отмечено никакой разницы в уровнях скоростей окисления, за исключением тенденции к несколько более высоким скоростям окисления геля в конце испытания (испытание В, Фиг. 3).

Желудочное расстройство

Способ

Спортсмены, занимающиеся спортом на выносливость, в возрасте от 24 до 33 лет, добровольно вызвались протестировать углеводсодержащий гидрогелевый продукт во время тренировочных занятий и соревнований. Спортсмены оценили себя по шкале от 1 до 5 баллов, где 1 балл соответствовал спортсмену-любителю низкого уровня, а 5 - спортсмену спорта высших достижений. Все они ранее испытывали желудочные расстройства при употреблении углеводсодержащих добавок во время физической нагрузки. Тестируемый гидрогелевый продукт имел форму гранул 4 мм и содержал раствор 33 мас. % глюкозы, 27 мас.% фруктозы, 0,5 мас.% "альгината с высоким содержанием G" и имел расчетное насыщение кальцием 35-40%. Одна порция содержала 40 г гидрогелевых гранул (24 г углеводов). Спортсмены использовали продукт регулярно в течение по меньшей мере двух месяцев в рамках своих обычных программ индивидуальной подготовки, включая тренировки высокой интенсивности длительностью 1-4 ч, с приемом 1-3 порций в час. Спортсмены оценили ощущаемый дискомфорт в области желудка в диапазоне от незначительного (1) до умеренного (ощущения боли или тошнота, 2-3), сильного (влияющего на работоспособность, включая позывы к рвоте или дефекации, 4-5).

Результаты

Ни один из участников не испытал дискомфорта в области желудка во время тренировки после приема тестируемого продукта по сравнению с отсутствием приема углеводов. Подробная информация об участниках и оценках представлена в Таблице 2.

Изобретение относится к углеводсодержащим питательным добавкам. Питательная добавка состоит из альгинатного гидрогеля, при этом указанный гидрогель содержит: от 0,1 до 5 мас.% альгината, где альгинат от 20% до 80% насыщен кальцием и водный раствор, содержащий от 1 до 75 мас.% активных ингредиентов. При этом активные ингредиенты выбраны из одного или более ингредиентов: сахаров и сложных углеводов. Изобретение позволяет создать питательную добавку с улучшенной стабильностью при хранении, позволяющую обеспечить высокое и эффективное усвоение углеводов, не вызывая при этом нежелательных желудочно-кишечных симптомов. 27 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.

1. Питательная добавка, состоящая из альгинатного гидрогеля, при этом указанный гидрогель содержит:

a) от 0,1 до 5 мас.% альгината, где альгинат от 20% до 80% насыщен кальцием; и

b) водный раствор, содержащий от 1 до 75 мас.% активных ингредиентов, где активные ингредиенты выбраны из одного или более ингредиентов: сахаров и сложных углеводов.

2. Питательная добавка по п. 1, где альгинат по меньшей мере на 30% насыщен кальцием.

3. Питательная добавка по п. 2, где альгинат по меньшей мере на 38% насыщен кальцием.

4. Питательная добавка по любому из пп. 1-3, где альгинат не более чем на 65% насыщен кальцием.

5. Питательная добавка по п. 4, где альгинат не более чем на 55% насыщен кальцием.

6. Питательная добавка по п. 5, где альгинат не более чем на 50% насыщен кальцием.

7. Питательная добавка по п. 6, где альгинат не более чем на 46% насыщен кальцием.

8. Питательная добавка по п. 7, где альгинат не более чем на 38% насыщен кальцием.

9. Питательная добавка по любому из предшествующих пунктов, где гидрогель содержит по меньшей мере 0,2 мас.% альгината.

10. Питательная добавка по п. 9, где гидрогель содержит по меньшей мере 0,3 мас.% альгината.

11. Питательная добавка по любому из предшествующих пунктов, где гидрогель содержит не более 3 мас.% альгината.

12. Питательная добавка по п. 11, где гидрогель содержит не более 2,0 мас.% альгината.

13. Питательная добавка по п. 12, где гидрогель содержит не более 1,0 мас.% альгината.

14. Питательная добавка по п. 13, где гидрогель содержит не более 0,8 мас.% альгината.

15. Питательная добавка по любому из предшествующих пунктов, где содержание активных ингредиентов в растворе составляет по меньшей мере 10 мас.%.

16. Питательная добавка по п. 15, где содержание сахаров в растворе составляет по меньшей мере 10 мас.%.

17. Питательная добавка по любому из предшествующих пунктов, где содержание активных ингредиентов в растворе составляет по меньшей мере 15 мас.%.

18. Питательная добавка по п. 17, где содержание сахаров в растворе составляет по меньшей мере 15 мас.%.

19. Питательная добавка по любому из предшествующих пунктов, где содержание активных ингредиентов в растворе составляет по меньшей мере 30 мас.%.

20. Питательная добавка по п. 19, где содержание сахаров в растворе составляет по меньшей мере 30 мас.%.

21. Питательная добавка по любому из предшествующих пунктов, где содержание активных ингредиентов в растворе составляет по меньшей мере 45 мас.%.

22. Питательная добавка по п. 21, где содержание сахаров в растворе составляет по меньшей мере 45 мас.%.

23. Питательная добавка по любому из предшествующих пунктов, где сахара выбраны из глюкозы, фруктозы, сахарозы и изомальтулозы.

24. Питательная добавка по любому из предшествующих пунктов, где содержание сложных углеводов в растворе составляет от 0,1 до 50 мас.%.

25. Питательная добавка по п. 24, где содержание сложных углеводов в растворе составляет от 5 до 20 мас.%.

26. Питательная добавка по любому из предшествующих пунктов, где сложные углеводы выбраны из крахмала, мальтодекстрина и пектина.

27. Питательная добавка по п. 1, где указанный гидрогель содержит:

a) от 0,2 до 1 мас.% альгината, где альгинат от 20% до 80% насыщен кальцием; и

b) водный раствор, содержащий от 10 до 75 мас.% активных ингредиентов, где активные ингредиенты выбраны из одного или более ингредиентов: сахаров, сложных углеводов.

28. Питательная добавка по п. 27, где указанный гидрогель содержит:

a) от 0,3 до 0,8 мас.% альгината кальция, где альгинат от 20% до 80% насыщен кальцием; и

b) водный раствор, содержащий от 30 до 50 мас.% глюкозы, от 15 до 30 мас.% фруктозы, от 0 до 30 мас.% сахарозы, от 0 до 30 мас.% мальтодекстрина.