Биологически активная добавка к пище для профилактики йоддефицитных состояний, оптимизации йодного обмена и способ ее получения

Изобретение относится к пищевой промышленности, а конкретно к биологически активной добавке к пище для профилактики йоддефицитных состояний, оптимизации йодного обмена и способу ее получения. Биологически активная добавка может быть использована для приготовления витаминно-минеральных комплексов или пищевых продуктов и напитков, обогащенных йодом и цинком. Биологически активная добавка выполнена в виде казеина, содержащего в составе органических молекул как йод, так и цинк. Способ получения добавки включает добавление в раствор казеина раствора тетранатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, их перемешивание и последующую диафильтрацию на мембранной установке с ультрафильтрационной мембраной с пределом отсечения 10-100 кД с использованием в качестве диализующего раствора 1,5-3% раствора хлорида натрия при поддержании рН в диапазоне 6,5-7,5 для получения очищенного раствора активизированного казеина. Полученный очищенный раствор активизированного казеина с концентрацией 80-120 г/л переносят в реактор, доводят температуру раствора до 35-40°С и, поддерживая ее, проводят одновременное йодирование ароматических аминокислот и насыщение фосфорных групп казеина ионами цинка, поддерживая рН процесса в диапазоне 6,5-7,5 с помощью раствора гидроксида натрия. Далее раствор подвергают повторной диафильтрации с использованием 1,5-3% раствора NaCl при значении рН 6,5-7,5. Изобретение обеспечивает эффективное регулирование йодного обмена, в том числе на начальном этапе купирования йоддефицитных состояний за счет наличия цинка, и удобно в использовании. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к пищевой промышленности, а конкретно к биологически активной добавке к пище для профилактики йоддефицитных состояний, оптимизации йодного обмена и способу ее получения. Биологически активная добавка может быть использована для приготовления витаминно-минеральных комплексов или пищевых продуктов, обогащенных микронутриентами: йодом и цинком. В частности, биологически активная добавка может быть использована при производстве хлеба, хлебобулочных, макаронных и кондитерских изделий, молочных продуктов, детского питания, а также различных напитков: питьевой и фруктовой воды, пива, кваса.

Известно применение соли йодированной пищевой для компенсации недостатка йода, поступающего в организм. Йодированная соль представляет собой механическую смесь обычной соли (NaCl) и неорганических соединений йодида калия (KI) или йодата калия (KIO₃) (Monitoring Universal Salt Iodization Programmes. Published by PAMM/ICCIDD/MI, 1995).

В Российской Федерации применяется йодированная соль с содержанием йода 40±15 мкг на 1 г продукта. Чрезвычайно трудно добиться равномерного смешивания при таком соотношении компонентов. Кроме того, неорганические соли йода неустойчивы и постепенно разлагаются с потерей йода при хранении и особенно при термической обработке пищи. Нормы потребления соли вариабельны у разных групп населения и составляют от 0 (при некоторых заболеваниях соль противопоказана) до 10-15 г в сутки, при этом в организм может поступать 375-825 мкг йода, что в 2,5-5,5 раз превышает физиологическую норму. Превышение физиологических норм потребления неорганического йода может вызвать заболевания щитовидной железы. Опыт использования йодированной соли для профилактики йодной недостаточности в странах Африки показывает увеличение частоты йодиндуцированного тиреотоксикоза у лиц пожилого возраста (Проблемы эндокринологии №4, 2005 г., Т 51, стр.36).

Минеральные соединения йода в естественных условиях выступают в качестве вспомогательного источника йода, эволюционно же сложившийся механизм йодного обмена в первую очередь направлен на использование органической формы йода, преобладающей в натуральных продуктах питания.

Известно применение сухого крахмалйодистого комплекса для лечения или профилактики заболеваний, вызванных нехваткой йода (RU С1 №2110265, МПК 6 А61К 33/18, 1998). Йод находится в данном комплексе в основном в виде соединения включения, поэтому можно назвать данный комплекс пролонгированной формой препарата неорганического йода, который всасывается постепенно, по мере переваривания крахмала в желудочно-кишечном тракте.

Таким образом, применение крахмалйодистого комплекса не позволяет осуществлять регулировку йодного обмена, возможную при использовании органической формы йода. Кроме того, данный препарат невозможно использовать в виде добавки к пище, подвергаемой кулинарной обработке, так как он начинает разлагаться при 40°С.

Известно использование для профилактики йодной недостаточности биологически активной добавки в виде комплексного соединения неорганического йода и пектина (RU C1 №2265377, МПК 7 A23L 1/30, 2005; RU C1 №2265376, МПК 7 A23L 1/30, 2005). В данном случае также имеется комплексное соединение неорганического йода, который постепенно всасывается по мере продвижения пектинйодного комплекса по желудочно-кишечному тракту.

Индивидуальная регулировка йодного обмена в данном случае также невозможна. Использование данного препарата в качестве добавки к пище крайне неудобно, так как он является нерастворимым в воде порошком.

Известна биологически активная добавка к пище для профилактики йодной недостаточности на основе плодов черноплодной рябины с добавкой пектина для стабилизации содержания йода при хранении препарата (RU C1 №2271726, МПК 7 A23L 1/30, 20.03.2006).

Главным недостатком данного изобретения является чрезвычайно низкое удельное содержание йода в продукте: 70 мкг на 100 г. Кроме того, поскольку требуются специальные меры для стабилизации содержания йода при хранении, значительная часть йода находится в неорганической форме.

Известны пищевые продукты, включающие йодсодержащие пищевые добавки: хлеб, хлебобулочные изделия, молоко, масло, мясные изделия (Сборник рецептур и технологических инструкций по приготовлению диетических и профилактических сортов хлебобулочных изделий, ГосНИИ хлебопекарной промышленности, Москва, Пищепродукт, 1997 г., Йодообогащающая пищевая добавка «Амитон», ТУ, ТИ, РЦ 9110-273-05747158-98). В качестве пищевых добавок в указанные продукты применяют неорганические соединения йода, ламинарию (морскую капусту), дрожжи, выращенные в йодированной водной среде.

Недостатком известных продуктов является то, что у дрожжей при выращивании на йодированной среде может измениться метаболизм, а продукты имеют явно выраженный неприятный привкус и запах. Это связано с разложением неорганических соединений йода на свету с выделением свободного йода. Морская капуста также содержит большое количество неорганических соединений йода, и соотношение органических и неорганических форм йода сильно варьируется в зависимости от места и условий произрастания, способов переработки и транспортировки.

Известен способ получения биологически активной добавки к пище для оптимизации йодного обмена, который представляет собой проращивание зерна в воде, содержащей различные микроэлементы: йод, селен, кобальт, молибден, цинк, медь, марганец в определенной концентрации, высушивание пророщенного зерна, его помол и компаундирование в различных сочетаниях (RU C1 №2271725, МПК 7 A23L 1/30, 20.03.2006).

Преимущество данного метода в том, что вместе с йодом вводятся сопутствующие микронутриенты, улучшающие обмен йода в организме. Недостатком данного изобретения является то, что 20-50% среднесуточной потребности в йоде находятся в 40-70 г муки. Прием такого количества ежедневно явно неудобен, а нетехнологичный метод производства не позволяет заменить значительную часть производимой муки ее биологически активным аналогом.

Известна биологически активная добавка к пище, получаемая путем ферментативного гидролиза животного белка - эластина - и йодирования полученного гидролизата с последующим высушиванием продукта (RU C1 №2266021, МПК 7 A23L 1/30, 2005). Суточную норму йода содержит 1-4 г получаемого порошка.

Недостатком данного изобретения является необходимость растворять порошок перед добавкой к пищевым продуктам, а также изменение вкуса продуктов. Кроме того, в данном случае восполняется недостаток только йода, без введения других микронутриентов, участвующих в его обмене.

В ряде изобретений предлагают для профилактики йодной недостаточности использовать синтетическое органическое соединение с ковалентно связанным йодом, выбранное из различных групп природных органических соединений, включая белки растительного, животного или микробиологического происхождения и их различные смеси (RU C1 №2134520, МПК 6 A23J 1/20, 1999; RU C1 №2141205, МПК 6 A21D 2/02, 1999; RU C1 №2163127, МПК 7 А61К 33/18, 2001; RU C1 №2192150, МПК 7 A23L 1/304, 2002).

Преимуществом такого предложения является отсутствие гормональной активности получаемых синтетических органических соединений и легкость их добавки в пищевые продукты. К недостаткам можно отнести использование для синтеза ксенобиотиков, таких как хлорамин Т, хлористый йод или йод трихлорид. Необходимы специальные меры для контроля отсутствия их в конечном продукте. В данном случае также не вводятся сопутствующие йоду микроэлементы.

Известен способ получения йодированного белка (RU C1 №2188648, МПК 7 А61К 33/18, 2002) и средство для регулирования йодного обмена или профилактики йоддефицитных состояний (RU C1 №2151611, МПК 7 А61К 38/16, 2000), где йодировать белок предлагают добавлением к раствору белка йодирующего агента - хлористого йода, растворенного в соляной либо уксусной кислоте. В результате происходит присоединение йода к ароматическим кольцам аминокислот - тирозина, фенилаланина и триптофана. В ходе реакции снижается рН раствора и образуется осадок йодированного белка, который отделяют центрифугированием или фильтрованием и затем сушат. Полученное средство, отличающееся тем, что оно содержит йодированный белок или его низкомолекулярный компонент, в состав структуры которых входит, по крайней мере, одна из следующих аминокислот - фенилаланин, триптофан, В частном случае предлагают использовать для йодирования молочный белок - казеин.

При использовании данного средства невозможна передозировка, так как в желудочно-кишечном тракте йодированный белок разлагается до йодированных аминокислот, которые поступают в печень. В печени происходит отщепление от них йода под воздействием фермента - дейодиназы, активность которого зависит от степени йодной недостаточности и функционального состояния щитовидной железы. Излишнее количество йодированных аминокислот, превращаясь в глюкорониды, покидает организм.

Недостатком этих изобретений является использование йодистого хлора для получения йодированного белка (возможна примесь этого ксенобиотика в конечном продукте). Готовая форма в виде порошка не всегда удобна для добавки в пищевые продукты - необходима дополнительная стадия растворения. Данное средство вносит в организм только йод, а этого не всегда достаточно для регулировки йодного обмена, особенно на начальном этапе коррекции йоддефицитных состояний.

Технический результат изобретения заключается в получении биологически активной добавки к пище для профилактики йоддефицитных состояний и оптимизации йодного обмена, обеспечивающей эффективное регулирование йодного обмена, в том числе на начальном этапе купирования йоддефицитных состояний за счет наличия цинка, допускающей разбавление водой и удобной по этой причине при использовании для обогащения пищевых продуктов йодом и цинком.

Этот технический результат обеспечивается биологически активной добавкой к пище для профилактики йоддефицитных состояний и оптимизации йодного обмена, выполненной в виде казеина, содержащего в составе органических молекул как йод, так и цинк.

Способ получения указанной биологически активной добавки включает добавление в раствор казеина раствора тетранатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, их перемешивание и последующую диафильтрацию на мембранной установке с ультрафильтрационной мембраной с пределом отсечения 10-100 кД с использованием в качестве диализующего раствора 1,5-3% раствора хлорида натрия при поддержании рН в диапазоне 6,5-7,5 для получения очищенного раствора активизированного казеина, затем полученный очищенный раствор активизированного казеина с концентрацией 80-120 г/л переносят в реактор, температуру раствора доводят до 35-40°С и, поддерживая ее, проводят одновременное йодирование ароматических аминокислот и насыщение фосфорных групп казеина ионами цинка, поддерживая рН процесса в диапазоне 6,5-7,5 с помощью раствора гидроксида натрия, далее раствор подвергают повторной диафильтрации с использованием 1,5-3% раствора NaCl при значении рН 6,5-7,5 с получением готового продукта в виде концентрированного раствора казеина, содержащего в составе молекул йод и цинк.

При проведении первой диафильтрации фосфоэфирные группы казеина освобождаются от ионов кальция, других двухвалентных металлов и активируются. При этом продукт отмывается от могущих присутствовать в нем ионов тяжелых металлов (свинца, кадмия, меди и др.), а также лактозы и других низкомолекулярных соединений.

В качестве раствора казеина может использоваться обезжиренное молоко.

В наилучшем варианте осуществления изобретения для йодирования ароматических аминокислот используют насыщенный раствор мелкокристаллического йода в растворе йодида калия, а для насыщения фосфорных групп казеина ионами цинка - раствор водорастворимой соли цинка.

На 1 моль содержащегося в казеине фосфата берут эквимолярное количество соли цинка, поскольку в казеине содержится около 1% фосфора (С.И.Афонский. Биохимия животных. - Москва, Высшая школа, 1970 г., стр.139, 570-575).

В качестве водорастворимой соли цинка используют, как правило, сульфат, хлорид или йодид цинка.

Полученный после повторной диафильтрации раствор может быть подвергнут консервации добавкой 50% сахарозы, фруктозы, глицерина или пропиленгликоля. Содержащий консерванты продукт может быть подвергнут пастеризации кратковременным нагревом до 90°С.

Возможность осуществления изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

100 г казеина растворили в 3 л фосфатного буфера (0,1 М, рН 7,5), добавили 60 мл 0,5 N раствора ЭДТА, перемешали и подвергли обработке на ультрафильтрационной установке Pellicon-2 фирмы Millipore с полисульфоновой мембраной с пределом задержания 100 кД.

Раствор сконцентрировали до 1 л и промывали на мембране 10 л 3% раствора NaCl, приготовленного на деионизованной воде, причем скорость подачи промывочного раствора была равна скорости отвода фильтрата.

Промытый концентрат перенесли в реактор, температуру поддерживали равной 36±1°С.

Реакционный раствор готовили следующим образом. В 300 мл деионизованной воды растворяли 40 г йодида калия, 10,8 г йодида цинка, затем в раствор при интенсивном перемешивании на магнитной мешалке добавляли 45 г мелкокристаллического йода.

Реакционный раствор добавляли небольшими порциями в реактор, поддерживая с помощью титриметрической системы значение рН в диапазоне 6,5-7,5.

После окончания йодирования и насыщения фосфорных групп ионами цинка раствор подвергали диафильтрационной промывке на мембранной установке с использованием 10 л 3% раствора NaCl.

В результате получено 895 г раствора, содержащего в своем составе: 10,2% белка, 0,9% йода и 0,25% цинка.

Пример 2.

Взяли 228 л цельного молока, молоко обезжирили на сепараторе и перенесли в емкость промышленной ультрафильтрационной установки фирмы Биокон с ацетатцеллюлозными мембранами с пределом отсечения 10 кД (рН молока равен 6,6).

Добавили в раствор 4,5 л 0,5 N раствора ЭДТА, перемешали, сконцентрировали до 75 л, разбавили концентрат в емкости до 250 л 1,5% раствором NaCl на деионизованной воде и повторили концентрирование.

Промывку на мембране вышеописанным образом делали семь раз.

Промытый концентрат объемом 82 л перенесли в промышленный реактор, довели и поддерживали в процессе обработки температуру в диапазоне 36-40°С.

Для приготовления реакционного раствора в 20 л деионизованной воды растворили 3 кг йодида калия, 360 г безводного сульфата цинка и затем добавили 3 кг мелкокристаллического йода. Полученный раствор небольшими порциями добавляли к промытому концентрату молочного белка, поддерживая рН реакционной смеси в диапазоне 6,5-7,5.

После семикратной промывки 1,5% раствором поваренной соли на деионизованной воде, как описано выше, получили 71 кг концентрата.

Для консервации добавили 71 кг глицерина и пастеризовали при 90°С в течение 20 мин.

Полученный продукт содержал 4,12 мг/г йода и 1,23 мг/г цинка.

Пример 3.

Для переработки взяли 108 л цельного молока, обезжирили на сепараторе и подвергли диафильтрационной промывке на ацетатцеллюлозной мембране с пределом задержания 20 кД.

В обезжиренное молоко добавили 2,2 л 0,5 N раствора ЭДТА, перемешали и сконцентрировали до 32 л, затем разбавили концентрат до 120 л 2% раствором NaCl на деионизованной воде (рН 6,8).

Концентрирование - разбавление провели семь раз. Промытый концентрат объемом 36 л перенесли в реактор, температуру поддерживали 38±2°С.

Реакционный раствор приготовили, растворив в 10 л деионизованной воды 1,5 кг йодида калия, 150 г хлорида цинка и 1,5 кг йода. Данный раствор добавляли в реактор, поддерживая рН в диапазоне 6,5-7,5 с помощью раствора NaOH.

Далее концентрат обработанного белка промыли на мембране 7 раз 2% раствором NaCl.

Было получено 34,4 кг концентрата, к нему добавили при перемешивании 35 кг сахара.

Пастеризовали при 90°С в течение 30 мин.

Полученный продукт содержал 3,86 мг/г йода и 1,18 мг/г цинка.

Преимущества предлагаемой биологически активной добавки были подтверждены в экспериментах in vivo, на лабораторных животных.

Моделировали экспериментальный гипотериоз с помощью тиреостатика тиамазола в течение 14 дней. Затем, также в течение 14 дней, перорально вводили исследуемую добавку одной группе животных, другой группе животных вводили йодказеин, при пересчете на массу животных и с учетом скорости обменных процессов.

Биологическую эффективность добавки оценивали по уровню гормонов (тироксина Т4, трийодтиронина Т3 и тиреотропрого гормона ТТГ) в сыворотке крови животных методом твердофазного иммуноферментного анализа.

В результате были получены следующие данные: тиамазол снижает уровень гормонов Т4 в 2 раза, Т3 в 17 раз, а содержание гипофизарного тиреотропного гормона увеличивается более чем в 2 раза относительно их содержания в крови интактной группы.

Результаты терапии экспериментального гипотериоза с помощью йодказеина или предлагаемой биологически активной добавки представлены в таблице.

Уровень тиреоидных гормонов в сыворотке крови животных при экспериментальном гипотериозе (М±m)
группа	10-й день	12-й день	14-й день
Т4 нмоль/л	Т3 нмоль/л	ТТГ мЕ/л	Т4 нмоль/л	Т3 нмоль/л	ТТГ мЕ/л	Т4 нмоль/л	Т3 нмоль/л	ТТГ мЕ/л
интактная	98,2±9,46	1,36±0,04	0,75±0,03	101,16±8,41	1,40±0,05	0,81±0,04	99,56±8,56	1,39±0,04	0,78±0,03
тиамазол		47,52±6,64	0,08±0,01	1,64±0,12
йодказеин	68,34±541	1,64±0,05	0,46±0,04	81,53±7,58	1,52±0,04	0,58±0,03	94,42±9,14	1,28±0,06	0,64±0,08
казеин с I и Zn2+	92,54±8,34	1,27±0,04	0,85±0,06	102,23±5,14	1,38±0,06	0,78±0,05	101,26±5,87	1,36±0,03	0,75±0,07
Примечание: достоверность между группами р<0,05

Как видно из представленных в таблице данных, в первую очередь компенсируется содержание трийодтиронина, причем в случае с йодказеином с превышением уровня гормона в интактной группе на 20% на 10-й день терапии, на 9% на 12-й день терапии и только на 14-й день снижается приблизительно до уровня такового в интактной группе.

Уровень гормона Т4 медленно восстанавливается до нормы: на 10-й день 70% от уровня контрольной группы, на 12-й день 80% и только на 14-й день достигает 95% от уровня в интактной группе.

Поскольку в гипофизе имеются рецепторы только на ТЗ, уровень тиреотропного гормона (ТТГ) в крови экспериментальных животных снижен и восстанавливается только на 14-й день.

В случае применения предлагаемой биологически активной добавки (казеин с йодом и цинком) на 10-й день терапии уровень Т3 составляет 93% от нормы, уровень Т4 94% от нормы и уже на 12-й день уровни гормонов полностью нормализуются. Данный эффект можно объяснить тем, что при появлении в организме йодсодержащих гормонов резко возрастает скорость обмена веществ, в частности окислительного распада жиров и углеводов (Я.Х.Таракулов. Щитовидная железа, в кн. Физиология эндокринной системы, под ред. Баранова В.Г., Ленинград, Наука, 1979 г., стр.135-184). Окислительный распад сопровождается, в свою очередь, повышением содержания супероксидных радикалов в тканях организма, которые ингибируют тиреопероксидазу. Активация окислительного процесса вызывает увеличение продукции менее йодированного гормона Т3 и снижение более йодированного Т4, эти сдвиги обусловлены нарушением процессов органификации йода в тироцитах, что возможно на этапе окисления йода тиреопероксидазой (Fukayama Н., Murakami S., Nasu M., Sugawara M. // Thyroid. - 1991. Vol 1, №3, p.267-271).

В случае одновременного с йодом поступлением в организм ионов цинка, являющегося ко-фактором ферментов - супероксиддисмутаз, роста уровня супероксид - радикалов не происходит, так как физиологическая функция супероксиддисмутаз - инактивация супероксидных радикалов.

Таким образом, восстановление нормального уровня тиреотропных гормонов в крови лабораторных животных после экспериментального гипотериоза с использованием предлагаемой биологически активной добавки происходит на 2 дня раньше, чем при использовании йодказеина, причем это восстановление происходит без изменения соотношения гормонов на начальном этапе терапии.

1. Биологически активная добавка к пище для профилактики йоддефицитных состояний и оптимизации йодного обмена, выполненная в виде казеина, содержащего в составе органических молекул как йод, так и цинк.

2. Способ получения биологически активной добавки к пище для профилактики йоддефицитных состояний и оптимизации йодного обмена по п.1, включающий добавление в раствор казеина раствора тетранатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, их перемешивание и последующую диафильтрацию на мембранной установке с ультрафильтрационной мембраной с пределом отсечения 10-100 кД и использованием в качестве диализующего раствора 1,5-3%-ного раствора хлорида натрия при поддержании рН в диапазоне 6,5-7,5 для получения очищенного раствора активизированного казеина, затем полученный очищенный раствор активизированного казеина с концентрацией 80-120 г/л переносят в реактор, температуру раствора доводят до 35-40°С и, поддерживая ее, проводят одновременное йодирование ароматических аминокислот и насыщение фосфорных групп казеина ионами цинка, поддерживая рН процесса в диапазоне 6,5-7,5 с помощью раствора гидроксида натрия, далее раствор подвергают повторной диафильтрации с использованием 1,5-3%-ного раствора NaCl при значении рН 6,5-7,5 с получением готового продукта в виде концентрированного раствора казеина, содержащего в составе молекул йод и цинк.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве раствора казеина используют обезжиренное молоко.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что для йодирования ароматических аминокислот казеина используют насыщенный раствор мелкокристаллического йода в растворе йодида калия.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что для насыщения фосфорных групп казеина ионами цинка используют раствор водорастворимой соли цинка, причем на 1 моль содержащегося в казеине фосфата берут эквимолярное количество соли цинка.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве водорастворимой соли цинка используют или сульфат, или хлорид, или йодид цинка.

7. Способ по п.2, отличающийся тем, что полученный после повторной диафильтрации раствор консервируют добавкой 50% сахарозы, фруктозы, глицерина или пропиленгликоля.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что содержащий консерванты продукт подвергают пастеризации кратковременным нагревом до 90°С.