Исследование пребиотического потенциала биологически активных веществ из морских гидробионтов и разработка новых продуктов функционального питания

Вестник ДВО РАН. 2011. № 2

УДК 664.951.022.392.7

Т.А.КУЗНЕЦОВА, Т.С.ЗАПОРОЖЕЦ, Н.Н.БЕСЕДНОВА, Т.Н.ЗВЯГИНЦЕВА, Н.М.ШЕВЧЕНКО, Т.И.ИМБС, Н.В.МАНДРАКОВА, В.Г.МЕЛЬНИКОВ

Исследование

пребиотического потенциала биологически активных веществ из морских гидробионтов и разработка новых продуктов функционального питания

Проведено исследование пребиотического потенциала биологически активных веществ (БАВ) тинростима, фукоидана, низкомолекулярной дезоксирибонуклеиновой кислоты (н-ДНК'), моллюскама из морских гидробионтов. Установлено, что фукоидан из бурой водоросли Fucus evanescens и н-ДНК из молок лососевых рыб способствуют усилению роста и накопления биомассы бифидобактерий, т.е. обладают пребиотическими свойствами. Разработаны новые синбиотические продукты категории функционального питания (бифидумбактерин на молочной и белково-растительной основе), обогащенные БАВ из морских гидробионтов.

Ключевые слова: пробиотики, пребиотики, синбиотики, продукты функционального питания, биологически активные вещества.

Study of prebiotic potential of biologically active substances from sea hydrobionts and development of new functional food. T.A.KUZNETSOVA, T.S.ZAPOROZHETZ, N.N.BESEDNOVA (Research Institute of Epidemiology and Microbiology, SB RAMS, Vladivostok), T.N.ZVYAGINTSEVA, N.M.SHEVCHENKO, T.I.IMBS (Pacific Institute of Bioorganic Chemistry, FEB RAS, Vladivostok), N.V.MANDRAKOVA (Vladivostok State Medical University), V.G.MELNIKOV (International Science and Technology Center, Moscow).

The prebiotic potential of biologically active substances (BAS) from sea hydrobionts (tinrostim, fucoidan, a low molecular weight deoxyribonucleic acid (n-DNA), mollyuskam) were studied. We established that fucoidan from brown seaweed Fucus evanescens and n-DNA from salmon milt stimulate the growth and accumulation of bifidobacteria’s biomass, i.e. have prebiotic properties. New synbiotic products of functionalfood category (dairy- and protein and plant-based bifidumbacterin), enriched with BAS from sea hydrobionts were developed.

Key words: probiotics, prebiotics, synbiotics, functional food products, biologically active substances.

*КУЗНЕЦОВА Татьяна Алексеевна - доктор медицинских наук, заведующая лабораторией, ЗАПОРОЖЕЦ Татьяна Станиславовна - доктор медицинских наук, заместитель директора по научной работе, БЕСЕДНОВА Наталия Николаевна- академик РАМН, главный научный сотрудник (Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии СО РАМН, Владивосток), ЗВЯГИНЦЕВА Татьяна Николаевна - доктор химических наук, заведующая лабораторией, ШЕВЧЕНКО Наталья Михайловна - кандидат химических наук, старший научный сотрудник, ИМБС Татьяна Игоревна - кандидат биологических наук, научный сотрудник (Тихоокеанский институт биоорганической химии ДВО РАН, Владивосток), МАНДРАКОВА Надежда Владимировна - кандидат медицинских наук, ассистент (Владивостокский государственный медицинский университет), МЕЛЬНИКОВ Вячеслав Геннадьевич - кандидат медицинских наук, доцент (Международный научно-технический центр, Москва). *E-mail: takuznets@mail.ru

Работа выполнена в рамках проекта МНТЦ № 4000 от 01.05.2010 г. «Клинико-иммунологическая эффективность нового синбиотического продукта категории функционального питания (кисломолочный напиток с B. bifidum, обогащенный полисахаридами из бурой водоросли Fucus evanescens)», а также при поддержке гранта РФФ 09-04-00761 и Программы РАН «Клеточная и молекулярная биология».

Продукты, содержащие про- и пребиотики, а также синбиотики, полученные в результате рациональной комбинации про- и пребиотиков, относятся к категории продуктов функционального питания [4-6].

При разработке синбиотических продуктов функционального питания большой интерес представляют растворимые пищевые волокна, выполняющие функции пребиотиков [5, 10]. Пребиотики - это вещества, стимулирующие рост микроорганизмов, относящихся к нормальным обитателям различных экологических ниш макроорганизма [1, 6]. Для того чтобы вещества или компоненты пищи были классифицированы как пребиотики, они должны отвечать следующим требованиям: не подвергаться гидролизу пищеварительными ферментами и не адсорбироваться в верхних отделах желудочно-кишечного тракта, но селективно ферментироваться микрофлорой толстого кишечника, т.е. служить субстратом и стимулировать активный рост бифидо-, лакто- и других полезных бактерий, заселяющих толстый кишечник человека [10].

Морские гидробионты широко известны как источники природных БАВ, в том числе пищевых волокон (последнее в большей мере относится к водорослям, содержание пищевых волокон в которых составляет 25-75% от сухого веса) [7, 8]. Огромным пребио-тическим потенциалом обладают фукоиданы, ламинарины, альгинаты и их производные [7-9, 11].

Целью работы явилось исследование пребиотической активности ряда БАВ из морских гидробионтов и разработка новых синбиотических продуктов категории функционального питания, обогащенных БАВ (бифидумбактерина на молочной и белково-растительной основе).

Объектом исследования служили обладающие положительным многофакторным действием на организм человека БАВ из морских гидробионтов, на основе которых ранее нами разработаны и активно используются в практике биологически активные добавки (БАД), разрешенные к применению в РФ: «Тинростим-СТ» (активное вещество тинростим - комплекс пептидов, выделенных из оптических ганглиев кальмаров промысловых видов), ДНК-С (на основе низкомолекулярной ДНК (н-ДНК), полученной из молок лососевых рыб), «Моллюскам» (активное вещество моллюскам - комплекс свободных аминокислот, дополненный природными минеральными компонентами в легко усвояемой форме, низкомолекулярных белков и пептидов), «Фуколам» (основа которого фукоидан - суль-фатированный полисахарид, выделенный из бурой водоросли Fucus evanescens Охотского моря, и соль альгиновой кислоты) [2].

В качестве пробиотика использованы производственные штаммы Bifidobacterium longum В379М и B. bifidum 791, на основе которых готовили закваску.

Исследование пребиотических свойств БАВ проводили с использованием кинетических моделей роста микроорганизмов фотометрическим методом путем оценки их влияния на рост и размножение бифидобактерий in vitro по динамике роста и накопления биомассы при культивировании в гидролизатно-молочной (ГМ) среде [3]. Биологически активные вещества вносили в питательную среду культивирования в соответствующих концентрациях, отработанных в серии предварительных экспериментов.

Пробы отбирали через 2, 4, 6, 8, 10, 12, 20, 24 ч и анализировали по показателям оптической плотности (OD). Количество живых бифидобактерий в КОЕ/г (lg) после культивирования в бифидум-среде определяли методом серийных разведений.

Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью пакета программы «Statistica-6». Для оценки значимости различий при нормальном распределении количественных признаков использовали t-критерий Стьюдента. Уровень доверительной вероятности 95%.

Сравнительный анализ показателей OD, характеризующих процесс культивирования бифидобактерий на контрольной и опытной (обогащенной БАВ) средах, свидетельствует о том, что нарастание биомассы происходило пропорционально времени

0,25

0 2 4 6 8 10 20 24

Время, ч

Кинетика роста бифидобактерий на ГМ среде, обогащенной БАВ: 1 - контроль, 2 - фукоидон, 3 - ДНК, 4 - тинростим

культивирования при отсутствии выраженной лаг-фазы (периода между посевом культуры бактерий и началом ее размножения). При внесении фукоидана или н-ДНК показатели оптической плотности в фазу роста (6-10 ч) были значимо выше по сравнению с контролем (р < 0,05) (см. рисунок). Конечный выход биомассы бифидобактерий при внесении фукоидана возрастал до 9,2 х 109 КОЕ/г, н-ДНК до 5,6 х 109 КОЕ/г по сравнению с контролем - 1,6 х 109 КОЕ/г (р < 0,05). При обогащении питательной среды тинростимом и моллюскамом выход биомассы соответствовал контрольному уровню: контроль - 1,6, фукоидан - 0,2, ДНК - 5,6, тинростим - 1,5 КОЕ/г (фукоидан и ДНК -различия значимы при р < 0,05).

Таким образом, в экспериментах in vitro установлено, что исследуемые БАВ либо способствуют значительному увеличению биомассы бифидобактерий (фукоидан, н-ДНК), либо не оказывают отрицательного влияния на этот процесс (тинростим, моллюскам). Способность фукоидана и н-ДНК стимулировать рост и накопление биомассы бифидобактерий (в 3,5-6 раз по сравнению с контролем) свидетельствует о проявлении ими пре-биотической активности.

В связи с этим следующим этапом работы явилась оценка технологических свойств БАВ при обогащении этими веществами продуктов функционального питания. В качестве основы для приготовления новых продуктов (бифидумбактерина) нами были использованы молоко коровье, молоко соевое и различные фруктово-овощные соки. Концентрацию БАВ в продукте определяли исходя из их дозировки в соответствующих БАД (см. таблицу).

Результаты исследования контрольных образцов бифидумбактерина, приготовленных согласно технологическому режиму на основе молока, показали, что содержание бифидобактерий в них составляло в среднем 109 КОЕ/г, что соответствует нормативному уровню. При исследовании образцов бифидумбактерина на молочной основе, обогащенных тинростимом, моллюскамом или н-ДНК, количество бифидобактерий также составляло

Содержание бифидобактерий в продуктах функционального питания

БАВ Молоко Соевое молоко Сок тыквенный

Тинростим Моллюскам ДНК Фукоидан Контроль 3 х 109 4 х 109 Не исследовали 2 х 109 5 х 109 - “ - 4 х 109 2 х 1010 2 х 1010 2 х 1010 5 х 1010 5 х 1010 2 х 109 4 х 109 7 х 108

в среднем 109 КОЕ/г. Концентрация бифидобактерий в образцах бифидумбактерина на основе молока, обогащенного фукоиданом, возрастала на порядок.

Контрольные образцы бифидумбактерина на основе соевого молока содержали в среднем 109 КОЕ/г бифидобактерий, при внесении тинростима и моллюскама количество бифидобактерий находилось на таком же уровне, а при внесении фукоидана и н-ДНК возрастало в среднем на порядок (см. таблицу).

При использовании в качестве основы соков содержание бифидобактерий варьировало. Наилучшей основой выбраны томатный и тыквенный соки, в которых выявлено наиболее высокое содержание бифидобактерий. Обогащение этих соков фукоиданом и н-ДНК приводило к значительному возрастанию их содержания (до 5х1010 и 2х1010, соответственно) (см. таблицу).

Таким образом, нами установлено, что фукоидан из бурой водоросли Fucus evanescens и н-ДНК из молок лососевых рыб способствуют усилению роста и накопления биомассы бифидобактерий, т.е. обладают пребиотическими свойствами. Разработаны новые синбиотические продукты категории функционального питания (бифидумбактерин на молочной и белково-растительной основе, обогащенный БАВ из морских гидробионтов), ассоциирующие в себе потенциал молока или соков, пробиотиков и пребиотиков, которые могут быть рекомендованы для употребления с целью профилактики и лечения заболеваний, сопровождающихся как нарушениями микробиоценоза кишечника, так и другими патологическими синдромами, что определяется спектром фармакологической активности БАВ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бондаренко В.М., Грачева Н.М. Препараты пробиотики, пребиотики и синбиотики в терапии и профилактике кишечных дисбактериозов // Фарматека. 2003. № 7. С. 56-63.

2. Гажа А.К., Беседнова Н.Н., Запорожец Т.С., Крыжановский С.П., Федянина Л.Н., Эпштейн Л.М. Биологически активные добавки к пище (БАД) Приморского края (пособие для врачей и фармацевтов). Владивосток, 2006. 118 с.

3. Скала Л.З., Нехорошева А.Г., Винокуров А.Е., Лукин И.Н. Современные технологии в клинической микробиологии и химиотерапии. Автоматизированное рабочее место врача-микробиолога, химиотерапевта и эпидемиолога // Клин. лаб. диагностика. 2001. № 12. С. 25-32.

4. Тутельян В.А., Княжев В.А. Реализация концепций государственной политики здорового питания населения России: научное обеспечение // Вопр. питания. 2000. Т. 69, № 3. С. 4-7.

5. Шендеров Б.А. Медицинская микробная экология и функциональное питание. Т. 3: Пробиотики и функциональное питание. М.: Грант, 2001. 288 с.

6. Collins M.D., Gibson G.R. Probiotics, prebiotics, and synbiotics: approaches for modulating the microbial ecology of the gut // Am. J. Clin. Nutr. 1999. Vol. 69, N 5. P. 1052-1057.

7. Jimenez-Escrig A., Sanchez-Muniz F.J. Dietary fiber from edible seaweeds: chemical structure, physicochemical properties and effects on cholesterol metabolism // Nut. Res. 2000. Vol. 20. P. 585-598.

8. O’Sullivan L., Murphy B., McLoughlin P., Duggan P., Lawlor P.G., Hughes H., Gardiner G.E. Prebiotics from Marine Macroalgae for Human and Animal Health Applications // Mar. Drugs. 2010. Vol. 8. P. 2038-2064.

9. Sagawa T.I.H., Kato I. Fucoidan as functional foodstuff. Structure and biological potency // Japan J. Phycol. (Sorui). 2003. Vol. 51. P. 19-25.

10. Tungland B.C., Meuer D. Nondigestible oligo- and polysaccharides (dietary fiber): their physiology and role in human health and food // Comp. Rev. Food Sci. Food Safety. 2002. Vol. 13, N 3. P. 73-92.

11. Wang Y., Han F., Hu B., Li J.B., Yu W.G. In vivo prebiotic properties of alginate oligosaccharides prepared through enzymatic hydrolysis of alginate // Nut. Res. 2006. Vol. 26. P. 597-603.