Нанотехнологии микронутриентов: Проблемы, перспективы и пути ликвидации недостатка макро и микроелементов.

Эксплуатация в пищевой промышленности микроэлементов в виде солей неорганических кислот является затруднительной, так как возникает проблема, малый интервал между адекватным уровнем потребления определенного ряда микроэлементов и их токсическим уровнем. Поэтому методика получения новых форм микроэлементов с более высокой биодоступностью и, как возможно, с минимальным проявлением токсичности – является крайне актуальной.

Весьма перспективным, по нашему мнению, становится процесс насыщения продуктов питания микроэлементами в виде карбоксилатов пищевых кислот.

Стоит учитывать, что органические к-ты взаимодействуя с биогенными металлами создают отлично растворимые соединения, благодаря которым их биодоступность улучшается в разы. Однако, карбоксилаты пищевых кислот, которые до сих пор получают классическими методами, по химическим характеристикам далеко не соответствуют требованиям пищевых ингредиентов в силу присутствия в них побочных продуктов химических реакций. К тому же технологии их получения очень трудоемкие, энерго- и материалозатратные и не экологически чистые. Поэтому они не могут найти достойное применение в пищевой промышленной отросли.

Чтобы решить проблему дефицита микроэлементов в питании кардинальным образом, необходимо запустить механизм обогащения продуктов питания за счет соединений с новейшими полезными характеристиками. Эта идея возникла в результате интенсивного развития в последнее время нанотехнологий.

Достижения нанотехнологий позволяют синтезировать такие химические соединения, получение которых с использованием классических реакций вообще невозможно, или очень проблематично. Группе наших ученых удалось создать приоритетные направления в нанотехнологии, с помощью которых получены карбоксилаты пищевых кислот, даже таких низкореакционноспособных благородных металлов, как золото и серебро (цитраты, сукцинат и аскорбинатом серебра, золота), и чрезвычайно химически чистые карбоксилаты основных пищевых кислот биогенных металлов.

Отдельно следует отметить получение в форме цитрата такого важного микроэлемента, как цинк. Дефицит этого микроэлемента в питании населения увеличивается с каждым годом, непосредственно угрожая здоровью населения разных стран (прежде всего детям), и уже стал предметом озабоченности международных медицинских и общественных организаций.

Именно нанотехнологии позволили получить цитрат цинка с чрезвычайно высокой химической чистотой (99,98%) и биодоступностью ( в 10 раз больше, чем в неорганических соединениях). Получение указанных карбоксилатов базируется, прежде всего, на уникальных возможностях (разработанных авторами этой работы) электроимпульсной аквананотехнологии получать чистые и очень активные реакционные наночастицы металлов.

Так как при получении данных карбоксилатов, были непосредственно применены нанотехнологии, мы им дали название “нанокарбоксилаты”.

Получение “нанокарбоксилатов” осуществляется в два этапа:

На первом – получают водный коллоидный раствор наночастиц микроэлементов с помощью электроимпульсной аквананотехнологии. Уникальные по комплексу факторы возможностей электроимпульсной нанотехнологии обусловлены, прежде всего, базированием этой нанотехнологии на новом физическом явлении самоконцентрации энергии в локальных микрообъемах проводника, который помещен в упругую среду, и находится в электрической цепи с разрядными промежутками.

Важнейшей особенностью электроимпульсной нанотехнологии, основанной на совокупности вышеуказанных физических явлений, является возможность получения с ее мощью наночастиц, как в аморфном, так и кристаллическом состоянии с поверхностным электрическим зарядом со знаком “минус”, который образуется за счет явления качественной электронной эмиссии, что возникает при электроимпульсном диспергировании. Такие наночастици отличаются, по сравнению с полученными другими способами — надвысокой активностью.

После получения высокоактивных наночастиц на 2-ом этапе получают нанокарбоксилаты за реакцией прямого взаимодействия этих наночастиц с пищевой карбоновой к-ой. Так в число реагентов не входят никакие другие вещества, наночастицы полностью участвуют в химической   р-и получения солей карбоновых кислот, в результате чего появляется продукт высокой химической чистоты и, что особенно важно, не содержит реакционноспособных наночастиц.

Обогащение же пищевых продуктов микроэлементами (именно в виде связанных соединений нанокарбоксилатов, а не свободных наночастиц этих металлов) снимает одну из очень важных и полностью обоснованных проблем.

Интенсивно обсуждаются возможные риски для здоровья людей при использовании в пищевых продуктах высокореакционноспособных и малоконтролируемых наночастиц, свойства которых  постоянно меняются с течением времени и изменением среды.

При одновременном использовании нескольких нанокарбоксилатов пищевых кислот биогенных металлов, появляются новые возможности для комплексного обогащения пищевых продуктов микроэлементами. Такие микроэлементные комплексы могут быть использованы для обогащения различных пищевых продуктов: безалкогольных напитков, соков, компотов, молочных продуктов, детских смесей, кондитерских и хлебобулочных изделий, сахара, соли и тому подобное. При этом увеличивается биологическая ценность пищевых продуктов и пищевая плотность рациона.

Поэтому, внедрение в производство пищевых продуктов карбоксилатов пищевых кислот биогенных материалов, как микроэлементных добавок, полученных при помощи достижений нанотехнологии, позволит обеспечить переход на новый уровень их качества и безопасности. А также повышение конкурентноспособности пищевой продукции и создание на их основе производства многофункциональных и востребованных пищевой промышленностью комплексных микроэлементных добавок.

Таким образом, представленное нами новое направление в использовании достижений нанотехнологии открывает реальные возможности для создания функциональных пищевых продуктов с определенным запрограммированным  микроэлементным составом и необходимыми полезными свойствами. Это, безусловно имеет большие медико-социальные, экологические и экономические перспективы.

А. М. Сердюк, М. П. Гулич, В. Г. Каплуненко, М. В. Косинов

Литература:

1. Авцын А. П., Жаворонков А. А., Рош М. А. Микроэлементозы человека. — М .: Медицина,1991. — 496 c.
2. Борисевич В. Б., Борисевич Б.В., Каплуненко В.Г. и др. Нанохнология в ветеринарной медицине. — М .: Лира, 2009. — 232 с.
3. Верников В. М., Арианова Е. А., Гмошинский И. В. и др. Нанотехнологии в пищевых производствах: перспективы и проблемы // Вопр. питания. — 2009. — 78, № 2. — С. 4-17.
4. Гичев Ю. П. Общие представления о биологической и фармакологической роли микронутриентов // Введение в общую микронутриологию. — Новосибирск, 1998. — С. 29-91.
5. Глобальная стратегия ВОЗ по питанию, физической активности и здоровью: Руководство для стран по мониторингу и оценке осуществления. — Женева: ВОЗ, 2009. — 47 с. http: // www. euro. who.int/document/E81507r. МРП.
6. Гулич М.П. Современные подходы к гигиенической оценки функциональных продуктов питания // СЭС — профилактическая медицина. — 2005. — № 1. — С. 54-55.
7. Гулич М.П. Функциональные продукты питания: проблемы, перспективы, аспекты дискуссии // Гигиеническая наука и практика на рубеже веков: Мат-лы XIV съезда гигиенистов Украины (Днепропетровск, 19-21 мая 2004). Том II. — Днепропетровск .: Арт-Пресс, 2004. — С. 371-373.
8. Дадалы В. А. Минеральные компоненты пищевых растений как регуляторы детоксикационных и метаболических систем организма // Вестник Санкт-Перербургской гос. мед. академии им. И. И. Мечникова. — 2001. — № 1. — С. 24-30.
9. Дадалы В. А., Тананов Г. В., Шаповалова Л. М. и др. Системные продукты здоровья. — М., 2002. — 183 с.
10. Евелева В. В., Кулев Д. Х., Черпалина Т. М., Филимонова И. Н. Молочная кислота и лактаты в пищевой промышленности // Пищевые ингредиенты: сырье и добавки. 2009. — № 2. — С. 52-53.
11. Кальций — регулятор метаболизма. — Томск: Наука, 1987. — 181 с.
12. Коденцов В. М., Вржесинская А. А. Пищевые продукты, обогащенный витаминами и мине- ральными веществами: их роль в обеспечении организма микронутриентами // Вопр. пита-ния. — 2008. — 77, № 4. — С. 16-25.
13. Конюшая Ю. П. Открытие № 176 от 24 июня 1976 г. // Открытия советских ученых. Ч. 1.Физико-технические науки. — М: Изд-во МГУ, 1988. — С. 287-288.

14.Косинов Н. В., Каплуненко В.Г. сверхчистого водный раствор нанокарбоксилату металла. патентУкраина №39397. МПК (2009) С07С 51/41, С07F 5/00, С07F 15/00 С07С 53/00. Опубл.25.02.2009. Бюл. № 4/2009.

15. Косинов Н. В., Каплуненко В.Г. Способ управления эффектом самоконцентрации энергии в локальных них микрообъёмах проводника, который, находясь в упругой среде, что кавитуе, надится в электрической цепи с разрядным промежутком. Патент Украины на полезную модель№ 28943. МПК B22F 9/14 (2007.01). Опубл. 25.12.2007, Бюл. №21 / 2007.
16. Косинов Н. В., Каплуненко В.Г. Способ получения гидрофильных металлических наночастиц»Электроимпульсная аквананотехнология получения гидрофильных металлических наночастиц»Патент Украины № 44139.МПК (2009): B01J 13/00, В32В 5/00, A61N 1/44 (2009.01), H01J 19/00 /Опубл. 25.09.2009. Бюл.№18 / 2009.
17. Косинов Н. В., Каплуненко В.Г. Способ получения экологически чистых наночастиц электропроводящих материалов «Электроимпульсная абляция». Патент Украины № 37412.МПК B01J 2/02.Опубл. 25.11.2008. Бюл.№22 / 2008.
18. Косинов Н. В., Каплуненко В.Г. Способ получения карбоксилатов пищевых кислот с испольпользованием нанотехнологии. Патент Украины на полезную модель № 39392. МПК (2006): C07C 51/41, C07F 5/00, C07F 15/00, B82B 3/00. Опубл. 25.02.2009. Бюл. № 4/2009.
19. Кудрин А. В., Скальный А.В., Жаворонков А. А. и др. Иммунофармокология микроэлемен тов.- М .: Изд. МКК, 2000. — 537 с.
20. Ленинджер А. Биохимия. Молекулярные основы структуры и функции клетки. — М .: Мир,1976. — 957 с.
21. Месяц Г.А., Баренгольц С. А. Сильноточная вакуумная дуга как коллективный многоэктонный процесс // Докл. РАН. — 2000. — 375, № 4. — С. 462-464.
22. Новинюк Л, В. Железосодержащие соли лимонной кислоты для обогащения продуктов ценными нутриентами // Пищевые ингредиенты: сырье и добавки. — 2008. — № 2. — С. 64-66.
23. Новинюк Л. В. цитраты — безопасные нутриенты // Пищевые ингредиенты: сырье и добавки. — 2009. — № 1. — С. 70-71.
24. Питание и здоровье в Европе. Резюме / Под ред. A. Robertson, C. Tirabo, T. Lobetein и др. -Копенгаген: Европейское региональное бюро ВОЗ, 2003. — 38 с. http://www.euro.who.int/document / е78578r.рdf. Рекомендаций ВОЗ «Prevention in primary care»). — М., 2000. — 216 с.
25. Руководство программы Синди по питанию. — Копенгаген Европейское региональное бюро ВОЗ, 2003. — 38 с. http://www.euro.who.int/document/е70041r.рdf).
26. Сердюк А. М., Гулич М.П. Политика в области питания населения — главный приоритет // Окружающая среда и здоровье. — 2002. — № 3. — С. 8-11.
27. Сердюк А. М., Гулич М.П., ​​Каплуненко В.Г., Косинов Н. В. Перспективы использования достижений нанотехнологии для решения проблемы дефицита микроэлементов в питании населения // Мат-лы VI Междунар. научно-практической. конф. «Актуальные вопросы и организационно-правовые основы сотрудничества Украины и КНР в сфере высоких технологий «(Киев, 2 июня2009). — М., 2009. — С. 135-140
28. Спиричев В.Б., Шатнюк Л. Н., Позняковский В. М. Обогащение пищевых продуктов           витаминами и минеральными веществами. Наука и технология. — Новосибирск: Сиб. Унив. изд-во,2004. — 547 с.
29. Статистический ежегодник Украины за 2007 год. Государственный комитет статистики Украины. -К .: Консультант, 2008. — 572 с.
30. Шабров А. В., Дадалы В. А.Макарова В. Г. Биохимические основы действия микрокомпонентов пищи. — М .: Авваллон, 2003. — 166 с.
31. Comparative analysis of nutrition policies in the WHO European Region. — Copenhagen: WHO Regional Office for Europe, 1998. http://www.euro.who.int/document/EUR/ICP/LVNG 1 февраля 01.рdf.
32. Diet, nutrition and the prevention of chronic diseases. Report of a Joint WHO / FAO Expert Consultation. — Geneva: WHO, 2003. — 149 p. http://whglibdoc.who.int/trs/WHO TRS 916. МРП. Методические рекомендации для Европейского региона ВОЗ с особым  акцентом на республики бывшего Советского Союза .. — Европейская серия № 87. -Копенгаген: Европейское региональное бюро ВОЗ, 2001. — 369 с.
33. Morris V. Nanotechnology and food: IUFoST Scientific Information Bulletin. — Oakville, Ontario,Canada: IUFoST, 2007. — 7 p.
34. Olin S. S. Between a rock and a hard place: methods for setting dietary allowances and exposurelimits for essential minerals // J. Nutr. — 1998. — 128, Suppl 2. — P. 364S-367S.
35. Trace elements in human nutrition and health. — Geneva: WHO, 1996. — 343 p.