НАНОСТРУКТУРИРОВАННАЯ ЙОДОСОДЕРЖАЩАЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНАЯ ДОБАВКА К ПИЩЕ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ
NANO-STRUCTURED IODINE CONTAINING BIOLOGICALLY ACTIVE FOOD ADDITIVE AND ITS PRODUCTION METHOD

Группа изобретений относится к пищевой промышленности, а именно к производству биологически активных добавок (БАД) к пище для профилактики йодной недостаточности.
До настоящего времени не разработаны способы стабилизации органических форм йода в наноструктурированных биоматрицах, обеспечивающих высокую степень дисперсности йодбиополимеров в объеме жидких продуктов. Предлагаемый спектр биологически активных добавок, где йод органически связан с белками, полисахаридами характеризуется тем, что при смешивании йодорганических веществ с водой образуются надмолекулярные агрегаты (мицеллы) относительно крупных размеров, склонных к седиментации.
Известна биологически активная добавка к пище для профилактики заболеваний йодной недостаточности, которая в качестве органического вещества содержит пектин и дополнительно кристаллический йод, йодистый калий и воду дистиллированную в следующих соотношениях компонентов, мас.%: пектин - 23,125,0; йод кристаллический - 5,0-10,25; йодистый калий - 10,0-20,5; воду дистиллированную - остальное [Патент РФ №2265377 С1, опубл. 10.12.2005].
Недостатком данной пищевой добавки является то, что при комплексообразовании пектина с йодом, не способным реагировать с функциональными группами данного биополимера, возникающие силы взаимодействия имеют преимущественно физическую природу с относительно низкой константой устойчивости [Тимербаева Г.Р., Бондарева И.А., Борисов И.М. Комплексы пектина с йодом. Известия ВУЗов. Серия: химия и химическая технология. 2009. - Т.52, №5. - С.53-56]. Кроме того, при растворении в воде йодпектиновые комплексы образуют очень грубую дисперсию из слипшихся частиц, неоднородно распределенных в объеме дисперсной среды.
Известен способ стабилизации йода в хитозане, который относится к группе природных полимеров [Мударисова Р.Х., Ершова Н.Р., Кулиш Е.И., Колесов С.В. Образование фиолетового комплекса при взаимодействии хитозана с йодом. Вестник Башкирского университета. - 2010. - Т.15, №3. - С.585-586]. Стабилизация йода обеспечивается за счет ОН и/или NH групп биополимера с достаточно высокой константой устойчивости, которая составляет 611±3 л/моль.
Недостатком известного состава является то, что йодхитозановый комплекс в водных растворах образует частицы довольно крупного диаметра - от 9 до 30 мкм, неоднородно распределенные в дисперсионной среде.
Также недостатком известного состава является то, что хитозан хорошо растворим в кислой среде, а при повышении значений рН до слабощелочных выпадает в осадок, что вносит ряд ограничений для применения «Йодхитозановых комплексов» в технологиях пищевой индустрии [Хайруллин Р.З., Куликов С.Н., Тихонов В.Е. и др. Зависимость растворимости хитозана от молекулярной массы и значения рН среды. - Вестник Казанского технологического Университета. - 2009. - №7. - С.148-152].
Известна биологически активная добавка к пище, содержащая гидролизат соединительнотканного белка эластина, йодированного йодидом калия [Патент РФ №2266021 С1, опубл. 20.12.2005]. Недостатком известной БАД является наличие ограничений для применения в пищевой промышленности. Йодированный гидролизат эластина несовместим с технологиями производства цельномолочных, кисломолочных продуктов, а также напитков. Авторами не доказано, что йод находится в стабильной и химически связанной форме с продуктами гидролиза эластина. Кроме того, БАД, представляющий собой порошок, с размерами частиц 0,7 мм, плохо растворяется в воде с образованием неоднородных конгломератов, склонных к выпадению в осадок.
Наиболее близким аналогом заявляемой БАД к пище является биологически активная добавка к пище для профилактики йодной недостаточности, содержащая органическое йодсодержащее вещество, представляющее собой синтетическое органическое соединение с ковалентно связанным йодом, выбранное из карбоновых кислот, ненасыщенных жирных кислот, липидов, терпенов, алканов, терпеноидов, изопренов, пептидов, полипептидов, аминокислот, белковых гидролизатов, полипептидных гидролизатов, белков растительного, белков животного, белков микробиологического происхождения, смеси липидов и ненасыщенных жирных кислот, смеси изопренов и терпенов, смеси изопренов и белковых гидролизатов, смеси изопренов и ненасыщенных жирных кислот, смеси белков растительного, животного и микробиологического происхождения, смеси белков растительного и животного происхождения, смеси белков животного и микробиологического происхождения, смеси белков растительного и микробиологического происхождения, при этом в белках, пептидах, полипептидах, аминокислотах, полипептидных и белковых гидролизатах йод ковалентно связан в 5- и 3- или в 3-м положении фенольного цикла, причем аминокислоты и белки выбраны из группы аминокислот и белков, не обладающих гормональной тироидной активностью, которые получают в условиях, исключающих конденсацию тирозиновых ядер. При этом йодсодержащее вещество включают в состав инертной полимерной матрицы, например, из каррагенана, пектина агарозы или уроновых кислот [Патент РФ №2192150 С1 от 10.11.2002]. Недостатками данной БАД являются неустойчивость системы, склонность к седиментации.
Единая задача, на которую направлена заявленная группа изобретений - создание наноструктурированной биологически активной добавки, содержащей в качестве активного начала органически связанные формы йода.
Технический результат при осуществлении изобретения - повышение устойчивости и предотвращение седиментации комплекса в процессе хранения йодированных продуктов питания в жидкой форме - молоко, молочные и кисломолочные напитки, минеральные воды.
Указанный технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - вещество достигается тем, что биологически активная добавка к пище, содержащая синтетическое органическое соединение с ковалентно связанным в пятом положении йодом, причем йодсодержащее вещество включено в состав биодеградируемой матрицы из органической кислоты, согласно изобретению в качестве органического соединения содержит 6-метилурацил, а в качестве органической кислоты β-глицирризиновую кислоту при следующем соотношении компонентов, масс.%:
йод
6,75
6-метилурацил
6,54
β-глицирризиновая кислота
86,71,
при этом молярное соотношение 5-йод-6-метилурацила и β-глицирризиновой кислоты составляет 1:2.
Предлагаемая БАД к пище содержит стабильный молекулярный комплекс 5-йод-6-метилурацила с β-глицирризиновой кислотой.
Наиболее близким аналогом способа получения БАД является способ получения БАД для профилактики йодной недостаточности, включающий йодирование органических соединений, включение йодсодержащего вещества в состав инертной полимерной матрицы, например, из каррагенана, пектина агарозы или уроновых кислот [Патент РФ №2192150 С1 от 10.11.2002]. Авторами заявлено, что стабилизация йода в составе «Йодказеина» обеспечивается за счет образования ковалентной связи йодид-анионов с фенольными кольцами аминокислот, входящих в состав казеина.
Однако как показывают результаты исследований с использованием лазерного наноструктурного анализа «Йодказеин» образует в водных растворах микрогетерогенные агрегативно неустойчивые системы, склонные к седиментации. При этом диаметр частиц составляет 4,5 мкм [Максютов P.P. Оценка дисперсности йодбиоорганических соединений / P.P. Максютов, М.В. Динякова, С.П. Иванов и др. // Тезисы докладов IX Всероссийской конференции «Химия и медицина» с Молодежной научной школой по органической химии (Уфа-Абзаково 4-8 июня 2013 г.): Уфа. - ИОХ УНЦ РАН. - 2013. - С.172].
Технический результат при осуществлении изобретения - повышение устойчивости и предотвращение седиментации комплекса в процессе хранения йодированных продуктов питания в жидкой форме - молоко, молочные и кисломолочные напитки, минеральные воды.
Указанный технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - способ достигается тем, что в способе получения биологически активной добавки к пище, включающем йодирование органического соединения, включение йодсодержащего вещества в состав биодеградируемой матрицы из органической кислоты, согласно изобретению в качестве органического соединения используют 6-метилурацил, который вводят в водный раствор йода с последующим перемешиванием в течение 18-22 часов, полученный раствор подвергают кристаллизации, а в качестве органической кислоты используют раствор β-глицирризиновой кислоты в этаноле, к которому добавляют 5-йод-6-метилурацил, полученный после кристаллизации, при молярном соотношении 5-йод-6-метилурацила и β-глицирризиновой кислоты 1:2, перемешивают при 40-45°C в течение 6-8 часов, после чего конечный продукт высушивают. При этом для кристаллизации раствора его концентрируют на роторном испарителе при остаточном давлении 5-7 мм рт.ст., температуре 50-60°С; для высушивания конечного продукта отгоняют растворитель при остаточном давлении 5-10 мм рт.ст., температуре 40-50°С и досушивают продукт в эксикаторе.
Предлагаемый способ получения БАД к пище для профилактики йодной недостаточности осуществляется следующим образом:
Вещество получают в два этапа.
1. Взаимодействие 6-метилурацила с кристаллическим йодом в водной среде при соотношении реагентов:
йод
0,050 г
6-метилурацил
0,023 г
вода дистиллированная
400 мл,
где йод взят в избытке для более полного протекания реакции, с последующим концентрированием и выделением выпавших кристаллов 5-йод-6-метилурацила.
2. Взаимодействие этанольных растворов 5-йод-6-метилурацила и β-глицирризиновой кислоты при 40-45°С в течение 6-8 часов при соотношении реагентов:
5-йод-6-метилурацил
0,063 г;
β-глицирризиновая кислота
0,411 г;
спирт этиловый
20 мл
с последующей отгонкой растворителя.
В результате взаимодействия органического вещества (6-метилурацила) с йодом и внедрения продукта в биодеградируемую матрицу - β-глицирризиновую кислоту, при указанных выше соотношениях получается новое соединение, представляющее собой клатрат 5-йод-6-метилурацила и β-глицирризиновой кислоты - порошок желтоватого цвета, который растворяется в воде, образуя однородную, равномерно распределенную дисперсную фазу в дисперсионной среде с размером частиц в нанометровом диапазоне. Йод образует химическую связь с производным нуклеинового основания, образуя йодорганическое вещество 5-йод-6-метилурацил. В ИК-спектре синтезированного соединения (суспензия в вазелиновом масле) зарегистрирована новая полоса валентных колебаний (C-J) 586 см-1. Полученный вышеизложенным способом низкомолекулярный продукт с ковалентно связанным йодом инкапсулирован в наноразмерную биодеградируемую матрицу - β-глицирризиновую кислоту. Результаты изучения спектров ЯМР 5-йод-6-метилурацила, β-глицирризиновой кислоты и клатрата показали, что изменения в положении сигналов характерны для образования соединений включения, связанных водородными связями. Наблюдаемые сдвиги сигналов в дисахаридном фрагменте молекулы (С3', С6', С6″), а также в агликоновой части (С2, С11, С13, С30) позволяют сделать предположение об образовании клатрата при участии в водородных связях как углеводной части молекулы β-глицирризиновой кислоты, так и ее тритерпенового фрагмента. Ингредиенты, входящие в заявляемый состав, относятся к группе биологически активных природных метаболитов, характеризующихся биосовместимостью. Глицирризиновая кислота, формирующая нанокапсулу для йодорганического соединения, проявляет адъювантные свойства в отношении фармакологически активных соединений [Толстиков Г.А. Глицирризиновая кислота / Г.А. Толстиков, Л.А. Балтина, Э.Э. Шульц, А.Г. Покровский // Биоорганическая химия. - 1997. - Т.23, №9. - С.691-709; Толстиков Т.Г. На пути к низкодозным лекарствам / Т.Г. Толстиков, А.Г. Толстиков, Г.А. Толстиков // Вестник Российской Академии Наук. - 2007. - Т.77, №10. - С.867-874]. В отличие от аналогов заявляемый состав содержит низкомолекулярный продукт с ковалентно связанным йодом, внедренный в биодеградируемую нанокапсулу - глицирризиновую кислоту.
По результатам лазерного наноструктурного анализа установлено, что частицы «5-йод-6-метилурацил-β-глицирризинованного комплекса» в водных растворах образуют дисперсии, где диаметр частиц составляет 50-350 нм.
-4
-4
-4
Пример. Раствор йода (2·10 моль), полученный растворением 0,050 г йода в 200 мл воды, добавляют к раствору 6-метилурацила (2·10 моль), полученному растворением 0,023 г 6-метилурацила в 200 мл воды, и перемешивают на магнитной мешалке в течение 18-22 часов. Далее раствор концентрируют на роторном испарителе при остаточном давлении 5-7 мм рт.ст., температуре 50-60°С и оставляют для кристаллизации. При этом выход C5H5O2N2I, (М=261,02) составляет 60-70% (0,05 г). Далее к раствору β-глицирризиновой кислоты (5·10 моль), полученному растворением 0,411 г β-глицирризиновой кислоты в 20 мл этанола, добавляют 0,063 г полученного порошка 5-йод-6-метилурацила и перемешивают при температуре 40-45°С в течение 6-8 часов. После этого отгоняют растворитель при остаточном давлении 5-10 мм рт.ст. и температуре 40-50°С, готовый продукт досушивают в эксикаторе. Выход сухого желтоватого порошка 95% (0, 449 г).