ГЕМОСОДЕРЖАЩИЙ МАРМЕЛАД
HEMECONTAINING MARMALADE

Изобретение относится к области фармацевтической и пищевой промышленности, в частности, производству продуктов, являющихся источником гемового железа.
Известно, что железо является необходимым для функционирования организма человека химическим элементом. Оно входит в состав различных белков, в том числе ферментов, участвует в транспорте электронов, кислорода, обеспечивает протекание окислительно-восстановительных реакций и активацию перекисного окисления. Недостаток потребление железа ведет к гипохромной анемии, миоглобиндефицитной атонии скелетных мышц, повышенной утомляемости, миокардиопатии, атрофическому гастриту. Физиологические потребности в железе для взрослых составляют 10 мг/сутки (для мужчин) и 18 мг/сутки (для женщин), для детей эти нормы лежат в пределах от 4 до 18 мг/сутки (MP 2.3.1.2432-08. Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации).
Поступающее с пищей в организм человека железо обычно разделяют на два типа, принципиально отличающихся друг от друга своей биодоступностью и механизмами всасывания: гемовое и негемовое железо.
Гемовое железо входит в состав таких белков как гемоглобин и миоглобин, поступающих в организм в основном с пищей животного происхождения: мясом, особенно печенью, и рыбой. Характерной особенностью строения этих белков является наличие простетической группы (комплекса протопорфирина IX с атомом железа(II)), называемой гемом (Р. Досон, Д. Элиот, У. Эллиот, Справочник биохимии, М.: 1991, стр. 175-190). Термин «гемовое железо» относится именно к этому комплексу, строение и химические свойства которого определяют механизмы и особенности усвоения в организме человека. Гем достаточно химически инертен - не взаимодействует с другими компонентами пищи, такими как танины, фитаты, хелатирующие агенты и другими веществами, способными необратимо связывать ионизированное железо.
Проникновение же в цитоплазму энтероцитов (клетки эпителия кишечника) осуществляется по достаточно специфическим механизмам: с помощью белка-переносчика гема (НСР1), либо по средствам рецепторно-опосредованный эндоцитоза (Heme receptor) (Heme Iron Polypeptide in Iron Deficiency. Anemia of Pregnancy: Current Evidence. Open Journal of Obstetrics and Gynecology, 2017, 7, 420-431). В обоих случаях абсорбция происходит за счет сродства к протопорфириновой группе гема и не имеет конкуренции со стороны других компонентов пищи. Особенно важным является тот факт, что эти механизмы подвержены регуляции со стороны самого организма, и, как следствие, длительный прием гемового железа не приводит к передозировкам.
2+
2+
2+
2+
2+
2+
2+
2+
2+
2+
Негемовое железо - термин, объединяющий под собой большое число химических соединений железа, поступающий в организм человека из различных пищевых источников, по строению отличающихся от гема. По своей сути это различные соли железа (в степени окисления +2 и/или +3) с неорганическими или органическими кислотами. Их отличает способность активно вступать в химические реакции с сопутствующими компонентами пищи. Так, например, различные белки (яичный, молочные, растительные) и пищевые волокна способны необратимо связывать негемовое железо. Полифенолы, фосфаты и фитаты также образуют с ионизированным железом нерастворимые комплексы и выводят его из организма. Более того, в щелочной среде кишечника возможно образование нерастворимых гидроокисей железа, которые также не усваиваются организмом. В свою очередь механизм абсорбции негемового железа неспецифичен. Ионы железа Fe проникают цитоплазму энтероцитов с помощью белка-транспортера DMT-1. Его особенностью является сродство к любому двухвалентному металлу. По это причине, во-первых, негемовое железо в степени окисления+3 должно пройти предварительную стадию восстановления с помощью дуоденального цитохрома b (DCytB), либо восстановится под действием других компонентов пищи, например, аскорбиновой кислоты (Основы клинической гематологии. Учебное пособие для нижегородской медицинской академии под авторством С.А. Волковой, Н.Н. Боровкова; стр 31). Во-вторых, возникает конкуренция между ионами Fe и другими двухвалентными ионами, поступающими в организм человека с пищей: Са, Zn, Mn, Со, Cd, Cu, Ni и Pb (Эффективность всасывания железа при раздельном и одновременном приеме с кальцием В.Н. Дроздов, К.К. Носкова, А.В. Петраков Центральный научно-исследовательский институт гастроэнтерологии, Москва 30-10-2008 http://www.medlinks.ru/article.php?sid=34083; Основные механизмы регуляции обмена железа и их клиническое значение. Л.М. Мещерякова, А.А. Левина, М.М. Цыбульская, Т.В. Соколова; ФГБУ ГНЦ Минздрава России, Москва, «Онкогематология», вып. 3, 2014. Стр. 67-71).
Как следствие степень абсорбции негемового железа низкая, в 10 раз ниже по сравнению с гемовой формой. При этом механизм транспорта с помощью DMT-1 - не регулируется организмом, что может привести к передозировке при употреблении большого количества негемового железа в пищу.
Таким образом, гемовое железо можно однозначно считать самым биодоступным и безопасным источником железа для организма человека.
Основным пищевым источником гемового железа являются животные белки гемоглобин и миоглобин. Гемоглобин содержит большее количество гемовых групп (4) (ввиду большего содержание гемовых групп - 4) и более прост в получении по сравнению с миоглобиномсравнительно более легкого способа промышленного получения самого белка. В независимости от происхождения гемоглобин представляет собой сложный белок класса хромопротеинов, содержащий в качестве простетической группы гем. Полипептидная часть состоит из четырех субъединиц (две α и две β), упакованных в четвертичную структуру за счет гидрофобных взаимодействий. Попадая в желудок человека гемоглобин под действием пищеварительных ферментов в условиях пониженного рН подвергается разрушению. Конечными продуктами такой денатурации являются пептиды с различной длиной аминокислотной цепочки и свободный гем, которые способны взаимодействовать в условиях желудочно-кишечного тракта, влияя тем самым на эффективность абсорбции железа энтероцитами (Influence of the extent of haemoglobin hydrolysis on the digestive absorption of haem iron in the rat. An in vitro study. N. Vaghefi, F. Nedjaoum, D. Guillochon, F. Bureau, P. Arhan and D. Bougl. Experimental Physiology (2000) 85.4, 379-385). Однако под действием соляной кислоты гем способен терять железо, и, чем дольше свободный гем находится солянокислой среде желудка, тем больше гемового железа переходит в негемовое. Показано, что после 1,5 часов переваривания пищи животного происхождения в условиях, моделирующих действия желудочного сока (раствор пепсина в 0,1Н растворе соляной кислоты при 37°С) значительная доля (11-43%) железа, содержащегося в ней, обнаруживается в ионизированной (негемовой) форме (Availability of Food Iron. A. Jacobs, D. A. Greenman. British Medical Journal, 1969, 1, 673-676). Причем эта негемовая форма составляет, в зависимости от источника, от 17 до 90% пула всего высвободившегося в результате переваривания железа (суммарное гемовое и негемовое). При этом доля негемового железа в общем количестве высвобождающегося при переваривании железа увеличивается в том случае, если пища подвергалась первоначальной термической обработке. Такое увеличение может составлять 1,5-2 раза, при том же общем количестве высвободившегося железа (или ее незначительном росте). Это объясняется тем, что при термической обработке пищи гемсодержащие белки, входящие в ее состав, подвергаются денатурации с образованием структур, которые быстрее и более полно разрушаются под действием пепсина и соляной кислоты. Как результат, больше гема высвобождается и больше его разрушается.
Таким образом, для достижения большей эффективности источники гемового железа не должны подвергаться предварительной частичной или полной денатурации в следствие нагрева, чтобы этап желудочного переваривания не переходил в процесс разрушения гема.
Из уровня техники известны изделия из желейного мармелада, содержащие биологически активные вещества (БАВ), в том числе соединения железа. Например, в патенте РФ №2027378 описан способ производства желейного мармелада, заключающийся в том, что в приготовленный раствор студнеобразователя вносят буферную соль, сахар, патоку и полиатомный спирт в количестве 0,3-0,5% от общей массы смеси. Смесь уваривают и охлаждают, после чего вносят ароматические, красящие вещества и хлорное железо в количестве 0,07-0,2% от общей массы смеси одновременно с лимонной кислотой. В другом патенте РФ №2623593 предложен способ получения мармелада с наноструктурированным сульфатом железа в альгинате натрия, в котором 100 г сахара растворяют в 200 г воды и смесь уваривают в течение 10 мин, затем добавляют 2 г агар-агара и варят еще 5 мин, наливают 50 г яблочного пюре и доводят до кипения, остужают до 60°С, добавляют 60 мг наноструктурированного сульфата железа в оболочке альгината натрия, или конжаковой камеди, или каррагинана, или каппа-каррагинана, или натрийкарбоксиметилцеллюлозы и разливают по формам. Изобретение позволяет получить готовый продукт высокого качества, содержащий наноструктурированный сульфат железа.
Продукты, полученные описанными способами, содержат соединения негемового железа, и демонстрируют невысокую биоактивность, допускают возможность передозировки, и имеют относительно небольшой срок хранения (за счет химической активности компонентов).
Известен способ изготовления белковосодержащих желейных изделий на основе плазмы крови сельскохозяйственных животных (патент РФ №2142237). Он может быть выбран в качестве ближайшего аналога заявляемого изобретения. Известный способ включает в себя сбор и сепарирование крови, сбор плазмы, пастеризацию плазмы, приготовление смеси из плазмы крови, натурального морковного или тыквенного сока с мякотью и сахарного сиропа, перемешивание и формование. При этом плазма крови животных используется в качестве белкового обогатителя и гелеобразователя. А пастеризацию проводят при 50-55°С в течение 50-60 мин с последующей выдержкой при комнатной температуре в течение 25-30 мин при трехкратной повторности цикла смеси плазмы крови с натуральным морковным или тыквенным соком. Гелеобразование происходит при комнатной температуре в течение 40-60 мин при определенном соотношении компонентов. В результате получают продукт, обогащенный легкоусвояемым, сбалансированным по аминокислотному составу белком, витаминами и пищевыми волокнами. В способе используется плазма крови, содержащая существенно меньше гемового железа по сравнению с гемоглобином. Кроме того, некоторые технологические процессы способа предполагают нагрев свыше 50°С, что как отмечалось, ведет к денатурации соединений гемового железа. Поэтому с точки зрения поступления в организм минералов (железа) продукт, полученный этим способом, является недостаточно сбалансированным и эффективным.
Техническим результатом заявляемого изобретения является: повышение биодоступности железа; улучшение технологичности производства (уменьшение числа операций, нормализация температуры производства смесей); расширение номенклатуры форм продукции; увеличение сроков хранения.
Технический результат достигается тем, что гемасодержащий мармелад включает черный альбумин, студнеобразователь, сироп, корректоры вкуса и аромата и имеет следующее соотношение ингредиентов, в масс. %:
черный альбумин от 3 до 15,
студнеобразователь от 0,1 до 10,
корректоры вкуса и аромата от 0 до 5,
сироп (раствор углевода в воде) остальное
-1
-1
-1
При этом черный альбумин находится в такой нативной форме, что его ИК-спектр поглощения имеет пик на 1655±2 см, площадь которого составляет от 35 до 80% от суммы площадей всех пиков в спектральной области от 1600 до 1700 см и пик на 1628±2 см с площадью от 5 до 40% от указанной суммы площадей.
Поскольку гемовое железо является формой железа инертной по отношению к другим компонентам пищи и биологически активным веществам, возникает возможность сочетания в заявляемом продукте других БАВ (в том числе и тех, которых совмещать с негемовой формой железа нецелесообразно: кальций, полифенолы, цинк, марганец и т.д.).
В соответствии с заявляемом изобретением гематоген может дополнительно включать биологически активные вещества, выбранные из групп: витамины, минералы, аминокислоты, флаваноиды в количестве от 0 до 80 масс. %
1
2
3
5
6
9
12
3
1
К этим БАВ относятся: витамины - А, В, В, В, В, В, В, В, Е, Д, К и т.д.; минералы - кальций, магний, цинк, марганец, медь, селен, йод, молибден, хром, калий и т.д.; аминокислоты - карнитин, аргинин, холин, глицин, глутаминовая кислота, цистеин, метионин и т.д.; флавоноиды - рутин, кверцетин, гесперидин, диосмин, силимарин и т.д.
Для получения гемосодержащего мармелада в соответствии с заявляемым изобретением использовали следующие операции:
1) Готовили мармеладную основу посредством смешивания предварительно подготовленного сиропа и раствора гелеобразователя с последующим увариванием до необходимого количества «сухих веществ». В качестве компонентов сиропа использовали любые технологически приемлемые вещества по отдельности и в смеси, обладающие необходимыми органолептическими свойствами и растворимостью в воде, такие как: сахара (глюкоза, фруктоза, сахароза, глюкозные сиропы с различными величинами декстрозного эквивалента, мальтодекстрины, лактулоза и т.д.), сахароспирты (сорбит, маннит, ксилит, мальтит и т.д.), полисахариды (декстрины, инулин, фруктоолигосахариды и т.д.), концентрированные фруктовые, овощные и ягодные соки и т.д. В качестве гелеобразователя использовали любые технологически приемлемые вещества по отдельности и в смеси, обладающие необходимой способностью к образованию прочных студней, такие как: агар-агар, желатин, пектин, модифицированный крахмал, каррагинаны и т.д. Смешивание производили в технологически приемлемом емкостном аппарате, снабженном перемешивающим устройством и обогреваемой рубашкой, способным работать под вакуумом и/или давлением, в котором возможно эффективно проводить уваривание мармеладной основы до требуемого количества «сухих веществ» (Chocotech, Tanis, Baker Perkins, Vacuumix, Becomix и т.д.).
2) Полученную мармеладную основу охлаждали до 50°С и добавляли в нее гемоглобин (черный альбумин). В зависимости от вязкости мармеладной основы и используемого гелеобразователя возможно добавление гемоглобина непосредственно перед гелеобразователем. В этом случае сироп должен быть предварительно уварен до требуемых «сухих веществ» и охлажден также до 50°С, гелеобразователь же подается в виде отдельно приготовленного раствора.
3) Добавляли необходимые корригенты вкуса и цвета, в виде ароматизаторов, регуляторы кислотности (лимонная, яблочная кислоты и т.д.).
4) Полученную мармеладную массу разливали при температуре ниже 50°С в любые технологически приемлемые формы с последующей выстойкой (до 24 часов), необходимой для формирования структуры мармелада (например, в крахмальные, силиконовые, поликарбонатные формы и т.д.). Возможен розлив мармеладной массы в предварительно сформированный индивидуальный стик или саше-пакет с последующей запайкой и выстойкой. Возможен розлив мармеладной массы в предварительно сформированную контурно-ячейковую упаковку (блистер), с последующей запайкой и выдержкой.
Срок годности такого нативного гематогена в мармеладе составляет до 2 лет.
-1
-1
-1
-1
-1
-1
Контроль подлинности нативной структуры в препаративных формах рекомендуется осуществлять посредством инфракрасной спектроскопии. Для этого используется ИК спектрометр с преобразованием Фурье, оснащенный приставкой нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) и соответствующим программным обеспечением (например, Shimadzu Affinity-1S, Perkin Elmer Spectrum Two, Thermo Scientific Nicolet iS5 и т.д.). В стандартном спектре поглощения белков выделяют три характерные спектральные области, наличие и свойства которых обуславливаются вторичной структурой самого белка (In Infrared Analysis of Peptides and Proteins; Singh, B.;ACS Symposium Series; American Chemical Society: Washington, DC, 1999). Это области: амид I (1600-1700 см), амид II (1500-1600 см) и амид III (1200-1350 см). Наиболее представительной является область амид I (1600-1700 см). Именно в ней, при соответствующей обработке спектра, можно обнаружить характерные пики для α и β субъединиц гемоглобина, а также пики характерные для неупорядоченной структуры (Conformational changes of bovine hemoglobin at different pH values, studied by ATR FT-IR spectroscopy. Damian G., Canpean V.; Romanian Journal of Biophysics, Vol. 15, Nos. 1-4, P. 67-72, Bucharest, 2005). Критерием подлинности нативной структуры, в нашем случае, можно считать наличие в ИК-спектре поглощения исследуемого образцы пиков, характерных для α субъединицы (1655±2 см) и β субъединицы (1628±2 см) гемоглобина. Площадь пика, соответствующего α субъединице, должна составлять (в зависимости от рН системы) - от 35 до 80%, площадь пика, соответствующего, β субъединице - от 5 до 40%, площадь пика соответствующего неупорядоченной структуре не должна превышать при этом 20%.
Проведенные нами исследования показали, что добавление гемоглобина или альбумина плазмы в раствор гелеобразователя в указанных количествах существенно ускоряет технологические процессы (в несколько раз) и повышает микробиологическую устойчивость конечного продукта.
Так добавлением черного альбумина в раствор желатина, можно добиться заметного ускорения процесса гелеобразования желатина (в 1,5-2 раза). Кроме того, добавление альбумина гемоглобина позволяет нивелировать чувствительность желатина к рН среды. Существенно также снижается время выстойки отлитого мармеладного изделия, обусловленное длительностью процесса гелеобразования желатина.
Поскольку основу мармеладного изделия составляют сахара и желатин, существует риск развития микроорганизмов. Повышение микробиологической устойчивости осуществляется либо использованием консервантов, либо использованием «природных» барьеров (низкий рН и низкая активность воды). Использование консервантов не всегда является целесообразным, а создание «природных барьеров» часто усложняют процесс производства (в частности желатин при низких рН труднее образует студень). Наличие гемоглобина в рецептуре мармелада убирает рН-зависимость гелеобразования и позволяет решить проблему устойчивости продукта без использования консервантов..
ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для изготовления гемосодержащего мармелада 2295 г глюкозы и 1530 г фруктозы растворяли в 1500 г воды очищенной в реакторе Vacuumix объемом 10 л, при температуре 65°С и скорости перемешивания 40 об/мин. Полученный раствор охлаждли до 50°С. Затем 375 гр гемоглобина (черного альбумина) загружали в реактор при включенном гомогенизаторе. Гомогенизацию проводили в течение 5 мин на скорости 3000 об/мин. По окончании растворения гемоглобина, емкость вакуумировали для удаления пены. После этого вносили предварительно приготовленный раствор 36 г агара в 192 г воды. Проводили перемешивание в течение 5 минут на скорости 40 об/мин. Добавляли 42 г лимонной кислоты и 20 г натурального вишневого ароматизатора, перемешивали 5 минут на скорости 40 об/мин. Полученную мармеладную основу разливали в трехсторонний стик-пакет на машине для упаковки стик-пакетов АльтексПак при температуре 50°С. В приведенном примере сироп готовился непосредственно при варке мармелада.
Полученные стик-пакеты с мармеладным содержимым подвергали выстойки в течение 2 часов при комнатной температуре.