Показана актуальність створення форм макро- мікроелементів, які є біогенними металами, які дозволили б забезпечити їх стабільність і біодоступність. Наведено переваги хелатних форм макро- мікроелементів в порівнянні з їх неорганічними формами, які полягають у підвищенні їх біодоступності в 3-4 рази, підвищення всмоктуваності в кишечнику в 2 рази, а також у підвищенні їх захищеності від інгібіторів абсорбції в 2-3 рази. Висвітлено чинники, що впливають на хелатообразованіе. Показано, що фосфоліпіди здатні виступати полідентатними лигандами при утворенні хелатних комплексів. На підставі результатів вивчення хімічного складу, структури і властивостей фосфоліпідів, отриманих з масел насіння соняшнику, встановлено, що індивідуальні групи фосфоліпідів містять в своєму складі іони Na ​​+, K +, Fe3 +, Mg2 +, Ca2 +, Fe2 +, Fe3 +, Cu2 +. Досліджено вплив природи комплексообразователей і лігандів, їх просторової структури на стійкість комплексних сполук, а також розраховані константи стійкості комплексів. Виявлено, що фосфоліпідні залишки фосфатидилсерина і фосфалізілінозітола є трідентатние, а фосфатидних кислоти двухдентатние ліганди, при цьому іони металів досить міцно утримуються цими лігандами. З огляду на це, актуальним завданням є розробка інноваційних методів синтезу, що дозволяють цілеспрямовано конструювати складу ефективних комплексів макро і мікроелементів у вигляді хелатних сполук і формувати їх високу фізіологічну активність з урахуванням біоміметичні підходу, який передбачає створення біоподобні молекул моделей, структура і властивості яких подібні до складних природних біологічних молекул.

Анотація наукової статті по промисловим біотехнологій, автор наукової роботи - Вікторова Е.П., Боковикова Т.Н., Лісова Е.В.


The relevance of creating chelate complexes of biogenic metals and phospholipids for the enrichment of food products

The article shows the relevance of the need to create such forms of macro and microelements, which are biogenic metals, which would ensure their stability and bioavailability. Advantages of chelated forms of macroand microelements compared with their inorganic forms are presented, which consist in increasing their bioavailability by 3-4 times, increasing absorbability in the intestine by 2 times, as well as increasing their protection from absorption inhibitors by 2-3 times . The factors influencing chelation are described. It is shown that phospholipids can be used as polydentate ligands in the formation of chelate complexes. Based on the results of the study of the chemical composition, structure and properties of phospholipids obtained from sunflower seed oils, it was found that the individual groups of phospholipids contain ions Na +, K +, Fe3 +, Mg2 +, Ca2 +, Fe2 +, Fe3 +, Cu2 +. The influence of the nature of complexing agents and ligands, their spatial structure on the stability of complex compounds were studied, and the stability constants of complexes were calculated. It was revealed that phospholipid residues of phosphati dylserine and phosphalusilinositol are tridentate, and phosphatidic acids are two dentate ligands, and metal ions are sufficiently strongly retained by these ligands. Taking this into account, the urgent task is to develop innovative synthesis methods that allow purposefully design the composition of effective complexes of macro and microelements in the form of chelated compounds and form their high physiological activity taking into account the biomimetic approach, involving the creation of biosimilar molecules models, the structure and properties of which are similar to complex natural biological molecules.


Область наук:
  • промислові біотехнології
  • Рік видавництва: 2019
    Журнал: Технології харчової та переробної промисловості АПК - продукти здорового харчування

    Наукова стаття на тему 'АКТУАЛЬНІСТЬ СТВОРЕННЯ хелатний КОМПЛЕКСІВ біогенних МЕТАЛІВ І ФОСФОЛІПІДІВ ДЛЯ ЗБАГАЧЕННЯ ПРОДУКТІВ ХАРЧУВАННЯ'

    Текст наукової роботи на тему «АКТУАЛЬНІСТЬ СТВОРЕННЯ хелатний КОМПЛЕКСІВ біогенних МЕТАЛІВ І ФОСФОЛІПІДІВ ДЛЯ ЗБАГАЧЕННЯ ПРОДУКТІВ ХАРЧУВАННЯ»

    ?ТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА ХАРЧОВИХ ПРОДУКТІВ

    УДК 544.142.3: 665.36

    Актуальність створення хелатних комплексів біогенних металів і фосфоліпідів для збагачення

    продуктів харчування

    The relevance of creating chelate complexes of biogenic metals and phospholipids for the enrichment

    of food products

    Гл. науковий співробітник Є.П. Вікторова, (Краснодарський науково-дослідний інститут зберігання і переробки сільськогосподарської продукції - філія ФГБНУ «Північно-Кавказький федеральний науковий центр садівництва, виноградарства, виноробства»), відділ контролю якості та стандартизації, тел. (861) 252-06-40 E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    професор Т.М. Боковикова,

    (Кубанський державний технологічний університет), кафедра хімії, тел. (861) 274-18-20 E-mail: Tbokovikova @ mail. ru

    ст. науковий співробітник Е.В. Лісова (Краснодарський науково-дослідний інститут зберігання і переробки сільськогосподарської продукції - філія ФГБНУ «Північно-Кавказький федеральний науковий центр садівництва, виноградарства, виноробства»), відділ контролю якості та стандартизації, тел. (861) 252-06-40 E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Chief researcher О.Р. Viktorova (Krasnodar Research Institute of Storing and Processing Agricultural Products Branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution «North Caucasian Federal Scientific Center of Horticulture, Viticulture, Winemaking») quality control and standardization department, tel. (861) 252-06-40 E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Professor T.N. Bokovikova, (Kuban state technological University) chair of chemistry, tel. (861) 274-18-20 E-mail: Tbokovikova@!mail.org.ua

    Senior researcher E.V. Lisovaya (Krasnodar Research Institute of Storing and Processing Agricultural Products Branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution «North Caucasian Federal Scientific Center of Horticulture, Viticulture, Winemaking») quality control and standardization department, tel. (861) 252-06-40 E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Реферат. Показана актуальність створення форм макро- і мікроелементів, які є біогенними металами, які дозволили б забезпечити їх стабільність і біодоступність. Наведено переваги хелатних форм макро- і мікроелементів в порівнянні з пх неорганічними формами, які полягають у підвищенні їх бподоступності в 3-4 рази, підвищення всмоктуваності в кишечнику в 2 рази, а також у підвищенні їх захищеності від інгібіторів абсорбції в 2-3 рази. Висвітлено чинники, що впливають на хелатообразованіе. Показано, що фосфоліпіди здатні виступати полідентатнимн лигандами прп ​​освіту хелатних комплексів. На підставі результатів вивчення хімічного складу, структури і властивостей фосфоліппдов, отриманих пз масел насіння соняшнику, встановлено, що індивідуальні групи фосфоліппдов містять в своєму складі Пони Na ​​+, К +, Fe3 +, Mg2 +, Са2 +, Fe2 +, Fe3 +, Cu2 +. Досліджено вплив природи комплексообразователеп і лігандів, пх просторової структури на стійкість комплексних

    З 'Вікторова Е.П., Боковикова Т.Н., Лісова Е.В., 2019

    промисловості

    з'єднань, а також розраховані константи стійкості комплексів. Виявлено, що фосфолипид-ні залишки фосфатидилсерина і фосфалізілінозітола є трідентатние, а фос-фатідних кислоти - двухдентатние ліганди, при цьому іони металів досить міцно утримуються цими лігандами. З огляду на це, актуальним завданням є розробка інноваційних методів синтезу, що дозволяють цілеспрямовано конструювати складу ефективних комплексів макро-і мікроелементів у вигляді хелатних сполук і формувати їх високу фізіологічну активність з урахуванням біоміметичні підходу, який передбачає створення біоподобні молекул-моделей, структура і властивості яких подібні до складних природних біологічних молекул.

    Summary. The article shows the relevance of the need to create such forms of macro-and microelements, which are biogenic metals, which would ensure their stability and bioavailability. Advantages of chelated forms of macro- and microelements compared with their inorganic forms are presented, which consist in increasing their bioavailability by 3-4 times, increasing absorbability in the intestine by 2 times, as well as increasing their protection from absorption inhibitors by 2 3 times. The factors influencing chelation are described. It is shown that phospholipids can be used as polydentate ligands in the formation of chelate complexes. Based on the results of the study of the chemical composition, structure and properties of phospholipids obtained from sunflower seed oils, it was found that the individual groups of phospholipids contain ions Na +, K +, Fe3 +, Mg2 +, Ca2 +, Fe2 +, Fe3 +, Cu2 +. The influence of the nature of complexing agents and ligands, their spatial structure on the stability of complex compounds were studied, and the stability constants of complexes were calculated. It was revealed that phospholipid residues of phosphati-dylserine and phosplialusilinositol are tridentate, and phosphatidic acids are two-dentate ligands, and metal ions are sufficiently strongly retained by these ligands. Taking this into account, the urgent task is to develop innovative synthesis methods that allow purposefully design the composition of effective complexes of macro-and microelements in the form of chelated compounds and form their high physiological activity taking into account the biomimetic approach, involving the creation of biosimilar molecules - models, the structure and properties of which are similar to complex natural biological molecules.

    Ключові слова: мікроелементози, харчові продукти, біогенні метали, хелатні комплекси, фосфоліпіди.

    Keywords: the microelementoses, foods, biogenic metals, chelate complexes, phospholipids.

    Останнім часом особлива увага приділяється проблемам правильного харчування не тільки з боку представників медичної науки і фахівців харчової промисловості, а й пересічних споживачів. Це обумовлено розумінням тих негативних наслідків для здоров'я, до яких призводять повсюдно виявляються і широко поширені як серед дорослого, так п дитячого населення порушення структури харчування н харчового статусу, погіршення екологічної ситуації, а також стресові ситуації. Це зумовлює зростання серед населення мікроелементозів, тобто захворювань, викликаних дефіцитом, або дисбалансом макро- і мікроелементів в організмі. Відомо, що навіть незначне відхилення від адекватного надходження макро- і мікроелементів в організм призводить до суттєвого підвищення сприйнятливості до інфекцій у дітей та дорослих [1].

    Надійним шляхом, що гарантує ефективне вирішення цієї проблеми, є регулярне включення в раціон продуктів, що містять необхідні макро- і мікронутрієнти [2].

    Ця обставина висуває на перше місце проблему збагачення харчових продуктів не якимись окремими нутрієнтами, а досить повним їх набором, включаючи макро- і мікроелементи. У технологічному відношенні це завдання доцільніше вирішувати з використанням готових багатокомпонентних сумішей (преміксів), до складу яких входять вітаміни, мінеральні речовини н інші нутрієнти в потрібних співвідношеннях і кількостях [2].

    Використання преміксів є найбільш оптимальним з медичної та соціально-економічної точки зору, способом збагачення нутрієнтами харчових продуктів. Однак введення в рецептури преміксів макро- п мікроелементів в неорганічної формі має ряд недоліків:

    Технології харчової та переробної промисловості АПК-продукти здорового харчування, т 2, 2019

    - вільні іони металів, що несуть електричний заряд, насилу всмоктуються в організмі;

    - в жорсткій воді, в присутності карбонатів, утворюються погано розчинні сполуки іонів металів, які не засвоюються організмом;

    - солі макро- і мікроелементів гідролізуються з утворенням практично нерозчинних гідроксидів, які виводяться з організму;

    - іони металів з мінеральних солей виступають каталізаторами окислення вітамінів, що містяться в преміксах, при цьому фізіологічна цінність останніх значно знижується.

    Таким чином, актуальним завданням є розробка таких форм макро-і мікроелементів, які дозволили б забезпечити їх високу стабільність і біодоступність.

    Відомо, що в їжі макро- і мікроелементи пов'язані з білками, амінокислотами і фосфоліпідами, тобто знаходяться в складі органічних сполук, що визначають долю їх метаболізму в живому організмі. У структурі органічних сполук активність зазначених елементів в організмі зростає в сотні тисяч разів у порівнянні з їх іонним станом, тобто в неорганічної формі. Особливий інтерес представляють внутрішньокомплексні сполуки, що містять циклічні угруповання органічних молекул, так звані хелатні сполуки.

    В основі ефективності і безпеки застосування хелатних сполук лежать природні фізіолого-біохімічні механізми засвоєння макро- і мікроелементів, які, перебуваючи в складі хелатного комплексу, не вимагають додаткових перетворень в організмі і є готовими до всмоктування клітинами епітелію тонкої кишки, що значно підвищує їх засвоюваність і , як наслідок, який чиниться на організм фізіологічна дія [3].

    На підставі численних наукових досліджень і клінічних випробувань можна виділити наступні переваги хелатних форм макро- і мікроелементів в порівнянні з їх неорганічними сполуками:

    - підвищення біодоступності в 3-4 рази;

    - підвищення всмоктуваності в кишечнику в 2 рази;

    - підвищення їх захищеності від інгібіторів абсорбції в 2-3 рази.

    Крім того, макро- і мікроелементи в хелатній формі мають більш високу стабільність в порівнянні з макро- і мікроелементами в неорганічної формі, що дозволяє значно збільшити терміни зберігання збагачених ними продуктів [4].

    Слід зазначити, що ефективність засвоєння макро- і мікроелементів з хелатних сполук залежить від їх констант стійкості, так як з ними корелюють біологічні властивості з'єднань. У зв'язку з цим велике значення мають закономірності, що прогнозують величину констант стійкості з'єднань заданого складу.

    Таким чином, хелатообразованіе є перспективним шляхом моделювання властивостей комплексів, що дозволяє цілеспрямовано регулювати властивості тих чи інших макро- і мікроелементів. Для цих цілей необхідні полідентат-ні ліганди з широким діапазоном комплексообразующих властивостей.

    Необхідно враховувати такі фактори, що впливають

    на хелатообразованіе:

    - радіус іона металу, так як за своїм спорідненості до більшості хелатирующими-чих агентів вони розташовуються в наступному порядку (від найбільшого спорідненості до низьких): Ре3 +, Н§2 +, Си2 +, А13 +, №2 +, РЬ2 +, Со2 +, ГП2 +, ре2 + , Сс12 +, Мп2 +, М§2 +, Са2 +, 1л +, Ка +, К +. В ряду металів, що є першим рядом перехідних елементів, 25МП, 2бРе, 27С0, 2в№, 29Сі., ЗС ^ п, спорідненість до хелатуючим агентам послідовно збільшується, досягаючи максимуму у міді (Си2 +). Підвищення спорідненості до хелатуючим агентам є наслідком зменшення іонного радіусу;

    Технології харчової та переробної пром аіленності АПК-продукти здорового харчування, Ш 2, 2019

    - ступінь іонізації хелатообразующіх агентів. Речовина, що має меншим спорідненістю до металу, може приєднати більшу кількість катіонів металу, ніж речовина, у якого це спорідненість вище. Це пояснюється тим, що для хелатообразованпя необхідно не тільки наявність спорідненості між лігандом і металом, але також і швидке утворення аніонів лиганда з агента (або молекул ліганда), тобто ефективність хелатообразованія залежить від значення константи іонізації;

    - хімічну природу лиганда, так як більшість металів легше з'єднуються з лігандамп, що містять кисень, а не сірку. Однак Сі +, Н&2+, Ав + і 8 ^ 3 + віддають перевагу сере; у Си2 +, Ш2 + п Со2 + спорідненість до сірки трохи вище, ніж до кисню, якщо сірка знаходиться в неіонпзірованном стані, як, наприклад, в органічних сульфідах.

    Крім того, відомо, що метал може змінювати вибірковість органічного ліганду наступним чином: впливаючи на розподіл електронів в ліганд; підвищуючи реакційну здатність активного центру лиганда; викликаючи зміну конформації лиганда; забезпечуючи можливість приєднання або відриву електрона; збільшуючи липофильность лиганда і, отже, його здатність проникати в живу клітину.

    Найважливіше положення в арсеналі біологічно активних речовин займають фосфорорганічні сполуки. Прості ліпіди (жири, воскп, стеридів) не уявляють значного інтересу як потенційні ліганди в зв'язку зі сла-бовираженнимі донорними властивостями. Складні ліпіди, до яких відносяться фосфоліпіди, являють собою складні ефіри багатоатомних спиртів з вищими жирними кислотами, що містять залишки фосфору. Така будова має на увазі наявність декількох донорних центрів, тому фосфоліпіди здатні виступати полідентатними лигандами при утворенні хелатних комплексів.

    Раніше нами був вивчений хімічний склад, структура п властивості фосфоліпп-дів, одержуваних з масел насіння соняшнику. Було встановлено, що індивідуальні групи фосфоліппдов містять в своєму складі іони Іа +, К +, Ре3 +, М§2 +, Са2 +, ре2 +, Ре3 +, Си2 +. За допомогою математичного моделювання процесів когось плексообразованія в системах «фосфоліпіди - полівалентні метали» методом молекулярної механіки була вивчена просторова структура комплексів. Крім того, було досліджено вплив природи комплексообразователей і Ліга-дів, їх просторової структури на стійкість комплексних сполук, а також розраховані константи стійкості комплексів. Значення логарифмів констант стійкості наведені в таблиці.

    Таблиця

    Значення логарифмів констант стійкості комплексів фосфоліпідів з полівалентними металами

    Група фос фолппідов Значення логарифмів констант стійкості комплексів (1 «Ку)

    Са2 + М§2 + Ре3 + Си2 +

    Фосфатидилсерин 4,08 3,76 6,29 5,21

    Фосфатіділінозп-толи 3,64 3,12 5,31 4,77

    Фосфатпдние кислоти 2,05 1,84 4,79 3,97

    Технології харчової та переробної промисловості АПК-продукти здорового харчування, т 2, 2019

    Встановлено, що активність при взаємодії фосфоліпідів з іонами кальцію, магнію, міді та заліза збільшується в ряду фосфатидні кислоти -фосфатіділінозітоли - Фосфатидилсерин і виявлено, що для досліджуваних груп фосфоліпідів найбільш стійкими є комплекси з іонами заліза. Будова комплексів показує, що фосфоліпідні залишки фосфатіділсе-рина і фосфалізілінозітола є трідентатние ліганди, а фосфатидні кислоти - двухдентатние ліганди, при цьому іони металів досить міцно утримуються цими лігандами.

    Таким чином, при створенні збагачених продуктів харчування необхідно використовувати такі форми біологічно активних речовин, які забезпечать збереження зазначених речовин в нативному вигляді як до, так і після збагачення ними продуктів харчування, а також сприятимуть їх ефективному засвоєнню організмом людини, забезпечуючи адекватну біодоступність і прояв заданих фізіологічних властивостей.

    З огляду на це, актуальним завданням є розробка інноваційних методів синтезу, що дозволяють цілеспрямовано конструювати складу ефективних комплексів макро- і мікроелементів у вигляді хелатних сполук і формувати їх високу фізіологічну активність з урахуванням біоміметичні підходу, який передбачає створення біоподобні молекул-моделей, структура і властивості яких подібні до складних природних біологічних молекул.

    ЛІТЕРАТУРА

    1. Мікроелементози у дітей дошкільного віку: причини і профілактика / Бутаєв Т.М. [И др.] // Сучасні проблеми науки та освіти. - 2016. -№ 3. - Режим доступу: http: / /www.science-education.org.ua / ru / article / view? Id = 24859

    2. Збагачення харчових продуктів мікронутрієнтів - надійний шлях оптимізації їх споживання / В.Б. Спиричев, В.В. Трихіна, В.М. Позняковській // ползуновского вісник. -2012. - № 2/2. - С. 9-15.

    3. Подобєд В.М. Цинк Карнозин: нова формула гастропротекціі і заповнення дефіциту цинку // Медичні новини. - 2015. - № 2. - С. 17-20.

    4. Роль мікроелементів в спортивному харчуванні і безпеку металлохела-тов / М.М. Каркащенко і ін. // Біомедицина. - 2013. - № 2. - С. 12-41.

    REFERENCES

    1. Mikrojelementozy u detej doshkol'nogo vozrasta: prichiny i profilaktika [Microelementosis in preschool children: causes and prevention], Butaev T.M. i dr., Sovremennye problemy nauki i obrazovanija, 2016, No 3, Rezhim dostupa: http: / / www.science-education.org.ua / ru / article / view? id = 24859 (Russian).

    2. Obogashhenie pishhevyh produktov mikronutrientami - nadezhnyj put 'optimi-zacii ih potreblenija [Micronutrient fortification is a reliable way to optimize food consumption], V.B. Spirichev, V.V. Trihina, V.M. Poznjakovskij, Polzunovskij vestnik 2012, No 2/2, pp.9-15 [Russian).

    3. Podobed V.M. Cink Karnozin: novaja formula gastroprotekcii i vospolnenija def-icita cinka [Zinc Carnosine: the new formula of gastroprotective and to prevent zinc deficiency], Medicinskie novosti, 2015-го, No 2, pp. 17-20. (Russian).

    4. Rol 'mikrojelementov v sportivnom pitanii i bezopasnost' metallohelatov [The role of microelements in sports nutrition and safety of metal chelates], N.N. Karkash-henko i dr., Biomedicina, 2013, No 2, pp. 12-41 (Russian).


    Ключові слова: THE MICROELEMENTOSES / FOODS / BIOGENIC METALS / CHELATE COMPLEXES / PHOSPHOLIPIDS / мікроелементози / ХАРЧОВІ ПРОДУКТИ / біогенні метали / хелатні комплекси / фосфоліпідів

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити