Комплексы меди, марганца и хрома с ферментативным гидролизатом селезенки свиньи: исследование in vitro

Резюме

Описано получение и приведены результаты физико-химического анализа комплексов ферментативного гидролизата селезенки свиньи (ФГСС) с эссенциальными микроэлементами антиоксидантного действия - марганцем, медью, хромом. Комплексы получали с использованием схем, которые включают реакцию комплексообразования неорганических катионов с пептидными структурами ФГСС и мембранные технологии. Микрофильтрацию полученных смесей проводили в тангенциальном потоке и собирали низкомолекулярные фракции. Растворы комплексов меди и марганца с ФГСС подвергали нанофильтрации для удаления из реакционной смеси не связанных с пептидной матрицей неорганических ионов. Полученные препараты лиофильно высушивали и анализировали молекулярно-массовое распределение белково-пептидных фракций в составе Cu-ФГСС, Mn-ФГСС и Сr-ФГСС методом эксклюзионной жидкостной хроматографии среднего давления. Процентное соотношение фракций с определенными интервалами молекулярных масс рассчитывали, применяя весовое интегрирование хроматограмм. Определение в составе комплексов содержания меди, марганца и хрома осуществляли атомно-абсорбционным методом. Содержание микроэлементов в полученных препаратах составило для меди 16,5,3 мг/г, марганца - 24,9±0,5 мг/г и хрома - 2,5±0,2 мг/г.

Ключевые слова:эссенциальные микроэлементы, ферментативный гидролизат селезенки свиньи, мембранные технологии, комплексообразование

Вопр. питания. 2016. № 1. С. 81-84.

Недостаточная обеспеченность организма эссенциальными микроэлементами (ЭМ), относящимися к пищевым антиоксидантам (селеном, медью, цинком, марганцем), представляет фактор риска свободнорадикальной патологии, проявляющейся многочисленными болезнями и клиническими синдромами. Соответственно обогащение рациона ЭМ антиоксидантного действия является одним из факторов оптимизации питания и используется при производстве широкого спектра специализированных пищевых продуктов, преимущественно профилактического и лечебного назначения. Это обстоятельство определяет необходимость получения новых пищевых источников ЭМ, легко усвояемых организмом, эффективных и безопасных, которые могут быть использованы в качестве пищевых ингредиентов в специализированных продуктах и биологически активных добавках (БАД) к пище, отвечающих одновременно требованиям высокой эффективности и безопасности. Использование в качестве пищевых источников ЭМ их комплексов с ферментативными гидролизатами белков было продемонстрировано в ряде наших предыдущих статей [1-6]. В последней из этой серии публикаций нами были охарактеризованы в опытах in vitro и in vivo ферментолизат белков селезенки свиньи (ФГСС) и его комплекс с цинком [2]. В данном кратком сообщении описано получение и приведены физико-химические свойства комплексов ФГСС с другими ЭМ d-группы периодической таблицы Д.И. Менделеева: марганцем, медью, хромом.

Материал и методы

Исходный ФГСС был предоставлен ООО "Петрохим" (Москва) и охарактеризован физико-химическими методами. Суммарное содержание частично расщепленных белков, пептидов и аминокислот (структуры с молекулярной массой менее 11,3 кД) составило около 75%. Около 1/3 части от этого количества составила фракция аминокислот и пептидов с молекулярной массой менее 2,4 кД.

Содержание золы и влаги в ФГСС составляло соответственно 10 и 5%.

Комплексы ФГСС с ЭМ получали согласно ранее разработанным и апробированным схемам [2], смешивая 25% водные растворы CuCl2×2H2O, MnCl2×4H2O и 10% водный раствор CrCl3×6H2O с водным раствором ФГСС. Весовые соотношения (в пересчете на массы сухих веществ) составили: 1/10 для CuCl2×2H2O/ФГСС и MnCl2×4H2O/ФГСС, 1/99 для CrCl3×6H2O/ФГСС. Реакции комплексообразования проводили согласно [7] при рН реакционной среды 7,0-7,1 в течение 1 ч при комнатной температуре и постоянном перемешивании. Затем осуществляли микрофильтрацию полученной смеси в тангенциальном потоке на установке "Минитан" ("Millipore", США; мембрана 0,65 мкм) и собирали низкомолекулярные фракции. Растворы комплексов меди и марганца с ФГСС подвергали нанофильтрации на лабораторной нанофильтрационной установке ("Владисарт", РФ). Полученные препараты лиофильно высушивали на сублимационной сушке ЛС-500 ("ПРОИНТЕХ", РФ). Анализ молекулярно-массового распределения белковопептидных фракций в составе Cu-ФГСС, Mn-ФГСС и Сr-ФГСС проводили методом эксклюзионной жидкостной хроматографии среднего давления на колонке "Супероза 12" (1,6×50 см) ("Pharmacia", Швеция) [7]. Процентное соотношение фракций с определенными интервалами молекулярных масс рассчитывали, применяя весовое интегрирование хроматограмм. Определение в составе комплексов содержания меди, марганца и хрома осуществляли атомно-абсорбционным методом [8].

Результаты и обсуждение

В таблице представлено распределение фракций, отвечающих определенным интервалам молекулярных масс в составе полученных комплексов.

Высокое содержание в составе этих комплексов свободных аминокислот, коротко- и среднецепочечных пептидов способствует эффективному комплексированию ЭМ. Чтобы исключить возможные остаточные количества неорганических солей меди и марганца, использовали нанофильтрацию.

Ее использование снижает относительное содержание в препаратах низкомолекулярных структур.

При этом практически полностью удаляются из конечного продукта не связанные с пептидной матрицей неорганические ионы [4]. Cледует отметить, что чрезмерно высокое содержание низкомолекулярных пептидов и свободных аминокислот может негативно влиять на органолептические свойства комплекса как пищевого ингредиента, придавая ему горький вкус. Для комплексов хрома с белковым ферментолизатом стадию нанофильтрации не применяли, поскольку использованное соотношение 1/99 для CrCl3×6H2O/ФГСС априори обеспечивает очень высокую степень связывания хрома.

Содержание меди в комплексах Cu-ФГСС без нанофильтрации и после нанофильтрации составило соответственно 20,7±0,4 и 16,5±0,3 мг/г, марганца в комплексах Mn-ФГСС без нанофильтрации - 22,4±0,4 мг/г и после нанофильтрации - 24,9±0,5 мг/г, содержание хрома в составе Сr-ФГСС - 2,5±0,2 мг/г.

Таким образом, нами получены и физико-химически охарактеризованы комплексы, представляющие органические формы марганца, меди и хрома. Представленные результаты подтверждают эффективность использования биотехнологического подхода для получения новых пищевых источников указанных ЭМ в органической форме. Они свидетельствуют, что наряду с биотехнологическими процессами культивирования биомассы простейших микроорганизмов в средах, обогащенных неорганическими соединениями переходных металлов, для широкомасштабного получения новых пищевых источников этих микроэлементов в органически связанной форме может быть эффективно использована их способность к комплексообразованию со свободными аминокислотами и пептидами, входящими в состав ферментативных гидролизатов пищевых белков.

Использование современных ферментных препаратов и мембранных технологий позволяет получать гидролизаты пищевых белков с заданными физико-химическими свойствами и их комплексы с ЭМ. Очевидны перспективы использования последних в качестве пищевых источников вышеперечисленных ЭМ. Расширение ассортимента на основе недорогого животного сырья (селезенки свиньи) пищевых источников ЭМ актуально в плане стоящей перед отечественной пищевой промышленностью проблемы замещения импортных специализированных пищевых продуктов и БАД к пище, используемых для профилактики и/или коррекции микроэлементной недостаточности.

Литература

1. Баяржаргал М., Зилова И.С., Зорин С.Н., Гмошинский И.В. и др. Сравнительная оценка биодоступности органической и неорганической форм цинка in vivo // Вопр. питания. 2008. Т. 77, № 1. С. 34-37.

2. Зорин С.Н. Ферментативные гидролизаты пищевых белков и органические комплексы эссенциальных микроэлементов на их основе // Вопр. питания. 2009. Т. 78. № 6. С. 60-66.

3. Зорин С.Н., Баяржаргал М., Гмошинский И.В., Мазо В.К. Комплексная оценка органических форм эссенциальных микроэлементов цинка, меди, марганца и хрома в опытах in vitro и in vivo // Вопр. питания. 2007. Т. 76. № 5. С. 74-79.

4. Зорин С.Н. Получение и физико-химическая характеристика комплексов эсенциальных микроэлементов (цинк, медь, марганец, хром) с ферментативными гидролизатами пищевых белков // Микроэлементы в медицине. 2007. Т. 8, вып. 1. С. 53-55.

5. Мазо В.К., Зорин С.Н., Баяржаргал М., Гмошинский И.В. и др. Новые пищевые источники эссенциальных микроэлементов. Сообщение 6. Получение и физико-химическая характеристика новых пищевых источников цинка, меди, марганца, хрома и селена // Вопр. дет. диетологии. 2005. Т. 3. № 5. С. 19-21.

6. Мазо В.К., Зорин С.Н., Гмошинский И.В. Новые пищевые источники эссенциальных микроэлементов. Сообщение 3. Влияние комплексов эссенциальных микроэлементов с ферментативными гидролизатами сывороточных белков коровьего молока на степень сенсибилизации и протекание реакции анафилаксии у лабораторных животных // Вопр. дет. диетологии. 2004. Т. 2. № 4. С. 12-14.

7. Зорин С.Н, Сидорова Ю.С., Зилова И.С., Мазо В.К. Комплекс цинка с ферментолизатом белка селезенки свиньи - исследование in vivo // Вопр. питания. 2014. Т. 83. № 5. С. 58-63.

8. Руководство по методам анализа качества и безопасности пищевых продуктов / под ред. И.М. Скурихина, В.А. Тутельяна. М. : Брандес-медицина, 1998. С. 183-185.