Способ инкапсуляции рутина Российский патент 2024 года по МПК A23L33/10 

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано для производства хлебобулочных и кондитерских изделий с антиоксидантными свойствами за счет внесения рутина, инкапсулированного в плазмолизированные дрожжи.

В фармацевтической промышленности известен способ получения лекарственных и биологически активных средств, предусматривающий растворение бикарбоната натрия и бикарбоната калия в воде таким образом, чтобы соотношение ионов натрия к ионам калия в воде составило 2 - 6:1, затем понижение окислительно-восстановительного потенциала полученного раствора до значения от 0 мВ до -900 мВ и растворении активного ингредиента лекарственного или биологически активного средства в полученном растворе. Изобретение относится к фармацевтической промышленности и может быть использовано для производства лекарственных и оздоровительных средств, средств медицинского назначения, биологически активных добавок, ветеринарных средств [1].

Однако, применение данного способа в технологии получения пищевых продуктов крайне затруднено, так как его технический результат достигается только в случае, если активный ингредиент имеет стабильную во времени восстановленную форму, что практически невозможно при работе с пищевыми ингредиентами и биологически активными веществами природного происхождения.

В пищевой промышленности известны способы инкапсуляции и матричного концентрирования вкусовых веществ водных пищевых продуктов и полученных из них продуктов, предусматривающие смешивание вкусового вещества с раствором проламина и сушку смеси с целью получения инкапсулированного вкусового вещества в виде порошка, при этом в первом из вариантов до смешивания по отдельности диспергируют вкусовое вещество и зеин в смеси из спирта и воды в соответствующем соотношении; во втором варианте - смешивают с раствором проламина водный раствор пищевого продукта, содержащий биологически активные компоненты, что инициирует осаждение проламина и концентрирование биологически активных компонентов в водном растворе; в третьем варианте - применяется двухфазная сушка, включающая удаление спирта с целью индуцированной испарением самосборки микроструктур зеина с последующим высушиванием для получения порошка [2]. Изобретение позволяет получать натуральные пищевые продукты, обладающие ароматом и высококонцентрированным вкусом исходного сырья, а также выделять и концентрировать биологически активные компоненты.

Однако, применение данных способов возможно только для хорошо растворимых веществ, тогда как многие биологически активные вещества, например, рутин, имеют низкую растворимость в воде.

Наиболее близким аналогом является способ инкапсуляции дигидрокверцетина, который включает предварительное получение двух водных растворов инкапсулирующих веществ: желатина и пектина (2 мас. %/об.), для чего по 1 г желатина и пектина растворяют в 25 мл дистиллированной воды и доводят значения растворов до рН = 7, добавляя небольшими порциями NaOH 1,0 н., затем доводят объем каждой жидкости до 50 мл; далее растворы желатина и пектина перемешивают при 45° в течение 30 мин на магнитной мешалке при скорости 500 об/мин; далее в подготовленный раствор желатина, не прекращая перемешивание, вносят 0,5 - 1,0 г порошка дигидрокверцетина, перемешивают в течение 20 мин при температуре 40°, по истечению времени к смеси добавляют раствор пектина и перемешивают еще 5 мин; для начала процесса коацервации снижают значение рН до 2 - 4 единиц путем внесения 0,5 н. HCl, далее температуру полученной смеси быстро снижают до 10°, используя ледяную баню, активно перемешивая при этом полученную смесь стеклянной палочкой в течение 15 мин; смесь оставляют в покое при комнатной температуре на 24 часа [3].

Однако, применение данного способа требует использования достаточно дорогостоящих и ценных для пищевой промышленности пищевых веществ, желатина и пектина.

Технической задачей и достигаемым результатом заявляемого изобретения является расширение арсенала способов получения пищевых веществ и продуктов с высокими биоактивными свойствами, сохраняющимися при их использовании.

Техническая задача достигается за счет того, что способ инкапсуляции рутина в плазмолизированные дрожжи, согласно изобретения, включает использование в качестве инкапсулирующего материала дрожжей плазмолизированных, при этом первоначально дрожжи смешивают с 10 мас.%-ным раствором NaCl в соотношении 1:20, затем помещают смесь на магнитную мешалку при скорости 500 об/мин и проводят плазмолиз, перемешивая в течение 24 ч при температуре 55°С, после этого дрожжи центрифугируют при 2000 об/мин в течение 10 мин, осадок трехкратно промывают дистиллированной водой для удаления NaCl, затем промытые дрожжи добавляют к водной смеси рутина 1 мас.%, при этом массовое соотношение рутин:дрожжи должно быть 1:5, затем полученную смесь механически перемешивают в термостатируемом встряхивателе при температуре 40°С и 100 об/мин в течение 24 часов. После полученную смесь центрифугируют при 2000 об/мин в течение 10 мин, полученный осадок лиофильно сушат при температуре от -50°С до -60 °С, давлении 1-3 Па до массовой доли влаги не более 5 мас.%.

Сущность инкапсуляции в плазмолизированные дрожжи заключается в том, что биологически активное вещество проникает в клетки дрожжей, которые защищают биологически активные вещества от негативного воздействия внешних факторов, снижающих их активность. Для инкапсуляции в предлагаемом способе использованы природные биополимеры - дрожжи, которые не токсичны для организма человека и разрешены к применению в пищевых производствах.

Существенным отличительным признаком предлагаемого способа инкапсуляции является использование для инкапсуляции плазмолизированных дрожжей. Использование процедуры плазмолиза позволяет применять для инкапсуляции отработанные, например, в пивоварении, дрожжи, которые являются отходом пищевых производств, что существенно удешевляет технологию инкапсуляции.

Сущность предлагаемого способа инкапсуляции рутина заключается в следующем.

На первом этапе проводится плазмолиз дрожжей. Для этого подготавливается 100 мл 10мас.%-ного водного раствора NaCl, для чего в мерную колбу объемом 100 мл помещают 10 г NaCl и добавляют дистиллированную воду до метки 100 мл. Смесь перемешивают до полного растворения. Затем в химический стакан на 200 мл помещают 5 г дрожжей, наливают 100 мл 10мас.%-ного водного раствора NaCl и помещают смесь на магнитную мешалку и проводят плазмолиз, перемешивая в течение 24 ч при 55°С. Затем дрожжи центрифугируют при 2000 об/мин в течение 10 мин, надосадочную жидкость сливают, а осадок дрожжей трехкратно промывают дистиллированной водой общим объемом 150 мл для удаления NaCl.

Параллельно готовят 1мас.% раствор биологически активного вещества, для этого 1 г рутина помещают в мерную колбу на 100 мл, добавляют дистиллированной воды до метки, хорошо перемешивают.

На следующем этапе осуществляется создание условий для инкапсуляции. Для этого в химический стакан на 200 мл переносят 100 мл 1мас.% раствора рутина и вносят плазмолизированные дрожжи в количестве 5 г. Полученную смесь помещают в термостатируемый встряхиватель и выдерживают при условиях: температура 40°С, встряхивание 100 об/мин в течение 24 часов. После полученную смесь центрифугируют при 2000 об/мин в течение 10 мин, полученный осадок лиофильно сушат при температуре от -50°С до -60°С, давлении 1-3 Па до массовой доли влаги не более 5 мас.%.

В качестве биологически активного вещества с высокими антиоксидантными свойствами в предлагаемом способе используется флавоноид рутин, инкапсулированный в плазмолизированные дрожжи.

Рутин, также известный как витамин Р, состоит из агликона кверцетина и дисахарида рутинозы, связанного с кверцетином в положении 3 С-кольца. На сегодняшний день известно более 130 фармацевтических препаратов, содержащих в своем составе рутин. Среди установленных фармакобиологических свойств рутина можно выделить антиоксидантные, противомикробные, противовоспалительные, антидиабетические, антиадипогенные, нейропротекторные и другие [4, 5].

Дрожжи - пищевой ингредиент, не токсичный, активно используемый в пищевой промышленности. В результате процесса плазмолиза из дрожжевой клетки удаляется цитоплазма и преимущественно остается клеточная стенка.

Клеточная стенка дрожжей состоит из внутреннего слоя несущих полисахаридов, выступающих в качестве каркаса и защитного наружного слоя маннопротеинов. Основным полисахаридом, несущим нагрузку, является разветвленный 1,3-β-глюкан. Благодаря наличию боковых цепей молекулы 1,3-β-глюкана и гибкой спиралевидной форме, отдельные молекулы β-глюкана могут связываться только локально через водородные связи, что приводит к образованию трехмерной сети, очень эластичной и способной пропускать молекулы разного размерного ряда. Полисахариды клеточной стенки дрожжей функционируют как каркас для внешнего слоя гликопротеинов. В совокупности эти гликопротеины ограничивают проницаемость клеточной стенки для макромолекул, и наоборот, они способны пропускать малые молекулы. Плазматическая же мембрана клеточной стенки дрожжей состоит в основном из липидов и белков примерно в равных пропорциях. Мембранные белки отвечают за регуляцию транспорта растворенных веществ в клетку и из нее, а также препятствуют свободной диффузии растворенных веществ из клетки. Свойства мембраны клеточной стенки схожи липосомами, что дает основание предполагать возможность инкапсуляции в клетки дрожжей гидрофобных веществ, в том числе флавоноидов.

Ранее опытным путем нами установлено, что соотношение рутина и дрожжей, равное 1:5 является достаточным для инкапсуляции в водном растворе. Изменение соотношения за счет уменьшения количества рутина приводит к снижению значения показателя «эффективность инкапсуляции», а за счет увеличения количества рутина приводит к снижению показателя «выход инкапсуляции».

Для инкапсуляции выбрана температура 40°С, которая обеспечивает достаточно хорошую проницаемость биологически активных веществ через клеточную мембрану, поскольку обеспечивает требуемое вязко-текучее состояние. Изменение температуры приводит к снижению показателя «эффективность инкапсуляции», что установлено опытным путем.

Выбор продолжительности инкапсуляции 24 часа также был установлен в результате серии экспериментов, которые показали, что активный рост значений показателя «эффективность инкапсуляции» наблюдается в течение первых 24 часов. Увеличение значений данного показателя в последующий период является несущественным, а продолжение процесса инкапсуляции - нецелесообразным.

Увеличению значений показателя «эффективность инкапсуляции» также способствует механическое перемешивание (встряхивание), что, вероятно связано с увеличением площади контакта биологически активного вещества с клеточной стенкой дрожжей. При этом, опытным путем установлено, что максимальный вклад перемешивания в рост показателя «эффективность инкапсуляции» отмечен при скорости 100 об/мин.

Лиофильная сушка была выбрана как самый щадящий метод сушки, позволяющий продукту сохранить свои изначальные свойства и не нарушающий структуру биологических систем.

Реализация способа иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Технологический процесс изготовления осуществляется в следующей последовательности:

1. Проводится плазмолиз дрожжей. Для этого подготавливается 100 мл 10мас.%-ного водного раствора NaCl, для чего в мерную колбу объемом 100 мл помещают 10 г NaCl и добавляют дистиллированную воду до метки 100 мл. Смесь перемешивают до полного растворения. Затем в химический стакан на 200 мл помещают 5 г дрожжей (дрожжи Saccharomyces cerevisiae пивные, производитель «Своя Кружка»), наливают 100 мл 10мас.%-ного водного раствора NaCl и помещают смесь на магнитную мешалку и проводят плазмолиз, перемешивая в течение 24 ч при 55°С. Дрожжи центрифугируют при 2000 об/мин в течение 10 мин, надосадочную жидкость сливают, а осадок дрожжей трехкратно промывают дистиллированной водой общим объемом 150 мл для удаления NaCl.

2. Готовят 0,5мас.% раствор биологически активного вещества, для этого 0,5 г рутина (чистота 97 %, производитель Acros Organics) помещают в мерную колбу на 100 мл, добавляют дистиллированной воды до метки, хорошо перемешивают.

3. Создание условий для инкапсуляции. Для этого в химический стакан на 200 мл переносят 100 мл 0,5мас.% раствора рутина и вносят плазмолизированные дрожжи в количестве 2,5 г. Полученную смесь помещают в термостатируемый встряхиватель и выдерживают при условиях: температура 40°С, встряхивание 100 об/мин в течение 24 часов. После полученную смесь центрифугируют при 2000 об/мин в течение 10 мин, полученный осадок лиофильно сушат при температуре -60°С, давлении 3 Па до массовой доли влаги не более 5мас.%.

Пример 2.

Технологический процесс изготовления осуществляется в следующей последовательности:

1. Проводится плазмолиз дрожжей. Для этого подготавливается 100 мл 10%-ного водного раствора NaCl, для чего в мерную колбу объемом 100 мл помещают 10 г NaCl и добавляют дистиллированную воду до метки 100 мл. Смесь перемешивают до полного растворения. Затем в химический стакан на 200 мл помещают 5 г дрожжей (дрожжи Saccharomyces cerevisiae пивные, производитель «Своя Кружка»), наливают 100 мл 10мас.%-ного водного раствора NaCl и помещают смесь на магнитную мешалку и проводят плазмолиз, перемешивая в течение 24 ч при 55°С. Дрожжи центрифугируют при 2000 об/мин в течение 10 мин, надосадочную жидкость сливают, а осадок дрожжей трехкратно промывают дистиллированной водой общим объемом 150 мл для удаления NaCl.

2. Готовят 1мас.% раствор биологически активного вещества, для этого 1 г рутина (чистота 97 %, производитель Acros Organics) помещают в мерную колбу на 100 мл, добавляют дистиллированной воды до метки, хорошо перемешивают.

3. Создание условий для инкапсуляции. Для этого в химический стакан на 200 мл переносят 100 мл 1мас.% раствора рутина и вносят плазмолизированные дрожжи в количестве 5 г. Полученную смесь помещают в термостатируемый встряхиватель и выдерживают при условиях: температура 40°С, встряхивание 100 об/мин в течение 24 часов. После полученную смесь центрифугируют при 2000 об/мин в течение 10 мин, полученный осадок лиофильно сушат при температуре -60°, давлении 3 Па до массовой доли влаги не более 5мас.%.

Отличие примера 2 от примера 1 заключается в том, что общее количество сухих продуктов (биологически активное вещество и дрожжи) в общей системе составило 6 г на 100 мл, а в примере 1 - 3 г на 100 мл. Это обеспечило увеличение значения показателя «эффективность инкапсуляции» в 1,12 раза, а значение показателя «выход инкапсуляции» увеличилось в 1,15 раза. Более концентрированная по сухим веществам система обеспечивает повышение эффективности процесса инкапсуляции.

Результаты определения физико-химических показателей, характеризующих эффективность процесса инкапсуляции представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты определения физико-химических показателей, характеризующих эффективность процесса инкапсуляции

Показатель Значения Контроль* Опыт** Опыт*** Эффективность инкапсуляции, % - 68 76 Выход инкапсуляции, % 46 53 Антиоксидантная активность, % DPPH 74,3 54,6 58,2 И_БД, % (по рутину)**** 67 83 86 И_БА, %***** 59 89 93

Контроль* - это рутин, растворенный в дистиллированной воде без инкапсуляции в соотношении 1 г на 100 мл (1 мас.%);

Опыт** - образец, полученный по предлагаемой технологии инкапсуляции (Пример 1);

Опыт*** - образец, полученный по предлагаемой технологии инкапсуляции (Пример 2);

И_БД, % (по рутину)****- индекс биодоступности вещества;

И_БА, %*****- индекс биоактивности вещества.

Термин «биодоступность» описывается как часть «переваренного» биологически активного вещества (рутина), которая высвобождается из системы капсул и свободно усваивается в кишечнике.

Индекс биодоступности (ИБД, %), рассчитывается по формуле:

(1)

где К_кон - концентрация рутина после процесса переваривания in vitro;

К_исх - концентрация рутина в исследуемом растворе (0,1 %) до процесса переваривания.

Индекс биоактивности (И_БА, %), рассчитываемый по формуле:

(2)

где АОА_кон - антиоксидантная активность (DPPH, %) рутина после процесса переваривания in vitro;

АОА_исх - антиоксидантная активность (DPPH, %) рутина в исследуемом растворе до процесса переваривания.

Эффективность инкапсуляции (ЭИ) определяется, как отношение БАВ, инкапсулированных, к количеству БАВ, оставшемуся на поверхности капсул. Коротко, к 0,2 г полученной суспензии добавляли 1 мл этанола и аккуратно перемешивали, затем определяли содержание БАВ в надосадочной жидкости.

Эффективность инкапсуляции в % рассчитывали по формуле:

ЭИ (%) = ×100 (3)

где Х1 - общее содержание БАВ (после процедуры разрушения капсул), мг;

Х0 - содержание неинкапсулированного БАВ, мг;

Х2 - количество БАВ, добавленное при инкапсуляции, мг.

Выход инкапсуляции в % определяли как количество (мг) инкапсулированного рутина на 100 мг полученных капсул по формуле:

ВИ (%)= ×100, (4)

Х1 - содержание инкапсулированного рутина, мг

Х2 - масса полученных капсул, мг

Антиоксидантная активность при проведении процесса инкапсуляции снижается на 21,7 - 26,5 % по отношению к контрольному образцу (табл.1). Данные результаты, вероятно, связаны с тем, что инкапсулированный в клетки дрожжей рутина не может вступать в реакцию с DPPH-реактивом, что предусмотрено методикой определения АОА.

Согласно имеющихся в литературе данных [6, 7], эффективность инкапсуляции при использовании клеток дрожжей составляет в среднем 70 - 80 % при выходе инкапсуляции 35 - 60%, и в значительной степени зависит от правильно подобранных условий проведения процесса инкапсуляции, в первую очередь от соотношения биологически активного вещества и дрожжей. Представленные результаты эффективности инкапсуляции опытных образцов 68 - 76 % при выходе инкапсуляции 46 - 53 % (табл.1) свидетельствуют о высокой эффективности предлагаемого способа инкапсуляции.

При этом индексы биодоступности (по рутину) и биоактивности полученных опытных образцов значительно выше, относительно контроля, что подтверждает эффективность процесса инкапсуляции и сохранение полезных свойств биологически активного вещества.

Существенными преимуществами предлагаемого способа инкапсуляции являются следующие:

- сохранение выраженных антиоксидантных свойств биологически активного вещества;

- возможность использования отработанных дрожжей (отходов бродильных производств) для инкапсуляции.

Изобретение может быть использовано как на мини-заводах, так и на предприятиях большой сменной мощности.

Источники информации

1. RU № 2479318, МПК A61K 47/04 (2006.01), A61K 31/19 (2006.01), A61K 31/194 (2006.01), A61K 31/616 (2006.01), A61K 31/7105 (2006.01), A61K 31/00 (2006.01), A61K 9/08 (2006.01), A61J 3/00 (2006.01) Способ получения лекарственных и биологически активных средств: заявка № 2012112108/15; заявл. 29.03.2012; опубл. 20.04.2013. - 13 с.

2. RU № 2597177, МПК A23L 27/00 (2016.01), A23L 3/44 (2006.01) Способы инкапсуляции и матричного концентрирования вкусовых веществ водных пищевых продуктов и полученных из них продуктов: № 2013150134/13; заявл. 11.04.2012; опубл. 11.04.2012. - 35 с.

3. RU2805649, МПК A23L 29/231 (2016.01), A23L 29/281 (2016.01), A23L 33/10 (2016.01), СПК A23L 29/231 (2023.08), A23L 29/281 (2023.08), A23L 33/10 (2023.08) Способ коацервации дигидрокверцитина, опубл. 23.10.2023: № 2023107623, заявл. 29.03.2023, опубл. 23.10.2023.

4. Chen G.-L. Total phenolic, flavonoid and antioxidant activity of 23 edible flowers subjected to in vitro digestion / G.-L. Chen, S.-G. Chen, Y.-Q. Xie, F. Chen, Y.-Y. Zhao et al. // Journal of Functional Foods. 2015. Vol. 17. Р. 243-259. DOI: 10.1016/j.jff.2015.05.028

5. Chua L.S. A review on plant-based rutin extraction methods and its pharmacological activities // J. Ethnopharmacol. 2013. V. 150. DOI: 10.1016/j.jep.2013.10.036

6. Dardelle G., Normand V., Steenhoudt M., Bouquerand P., Chevalier M., Baumgartner K. Flavor encapsulation and flavor release performances of a commercial yeast-based delivery system. Food Hydrocolloids 2007, vol. 21, pp. 953-960. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2006.12.013

7. Калинина И.В., Фаткуллин Р.И., Науменко Е.Е. Оптимизация условий инкапсуляции рутина в клетки дрожжей Saccharomyces cerevisiae // Вестник ЮУрГУ. Серия «Пищевые и биотехнологии». 2022. Т. 10, № 4. С. 80-88. DOI: 10.14529/food220408

Изобретение относится к области биотехнологии. Изобретение представляет собой способ инкапсуляции рутина в плазмолизированные дрожжи, где сначала дрожжи смешивают с 10 мас.% раствором NaCl в соотношении 1:20, затем смесь помещают на магнитную мешалку и проводят плазмолиз дрожжей, перемешивая указанную смесь в течение 24 ч при 55°С, плазмолизированные дрожжи центрифугируют при 2000 об/мин в течение 10 мин, полученный осадок трехкратно промывают дистиллированной водой для удаления NaCl, затем данный осадок добавляют к подготовленной 1 мас.% водной смеси рутина, при массовом соотношении рутин:дрожжи 1:5, полученную смесь механически перемешивают в термостатируемом встряхивателе при температуре 400°С и 100 об/мин в течение 24 ч, затем смесь центрифугируют при 2000 об/мин в течение 10 мин, полученный осадок лиофильно сушат при температуре в интервале от -50°С до -60°С и давлении 1-3 Па до массовой доли влаги не более 5%. Изобретение позволяет расширить арсенал способов получения пищевых веществ и продуктов с высокими биоактивными свойствами, сохраняющимися при их использовании. 1 табл., 2 пр.

Способ инкапсуляции рутина в плазмолизированные дрожжи, характеризующийся тем, что сначала дрожжи смешивают с 10 мас.% раствором NaCl в соотношении 1:20, затем смесь помещают на магнитную мешалку и проводят плазмолиз дрожжей, перемешивая указанную смесь в течение 24 ч при 55°С, плазмолизированные дрожжи центрифугируют при 2000 об/мин в течение 10 мин, полученный осадок трехкратно промывают дистиллированной водой для удаления NaCl, затем данный осадок добавляют к подготовленной 1 мас.% водной смеси рутина, при массовом соотношении рутин : плазмолизированные дрожжи 1:5, полученную смесь механически перемешивают в термостатируемом встряхивателе при температуре 40°С и 100 об/мин в течение 24 ч, затем смесь центрифугируют при 2000 об/мин в течение 10 мин, полученный осадок лиофильно сушат при температуре в интервале от -50°С до -60°С и давлении 1-3 Па до массовой доли влаги не более 5%.