Исследование влияния типа стабилизатора наночастиц селена на физико-химические параметры молока
В настоящее время наблюдается повышенный интерес ученых к наноразмерным материалам ввиду их уникальных свойств. Благодаря этим особенностям наноматериалов они находят применение в различных областях науки и техники.
Селен — эссенциальный микроэлемент, имеющий фундаментальное значение для здоровья человека. Он необходим для правильного функционирования иммунной системы, является катализатором для производства активного гормона щитовидной железы, предотвращает рост и развитие раковых клеток, а также является ингибитором свободных радикалов, активируя защитные механизмы глутатионпероксидазы. Кроме того, селен защищает клетки от токсического воздействия следующих элементов: ртути, кадмия, свинца, мышьяка, таллия, теллура, ванадия.
На основании результатов многих исследований известно, что селен в наноразмерном состоянии обладает низкой токсичностью и большей биодоступностью по сравнению с его неорганическими и органическими формами, что связано с размером. Высокодисперсный Se характеризуется высокой противоопухолевой и биологической активностью, что позволяет применять его в пищевой промышленности, медицине и парфюмерно-косметической промышленности.
Недостаток селена (менее 40 мкг/сут) и избыток (более 400 мкг/сут) вредны для организма. Так, дефицит селена приводит к различным сердечно-сосудистым заболеваниям, болезни Кешана, а также к снижению иммунитета.
Основным источником селена для человека является пища. В настоящее время недостаток селена восполняют, принимая БАДы, а также употребляя в пищу продукты питания, обогащенные селеном.
Одним из эффективных способов восполнения дефицита селена является обогащение продуктов питания, в частности молока и молочных продуктов — распространенных продуктов питания животного происхождения.
Наночастицы селена повышают антиоксидантную активность молока, что является важным аспектом для человека.
Таким образом, добавление наночастиц селена в молоко является перспективным направлением пищевой промышленности.
Цель данной работы — исследование влияния типа стабилизатора наночастиц селена на физико-химические параметры молока.
Материалы и методы исследования
Синтез и исследование образцов наночастиц селена проводили на базе департамента функциональных материалов и инженерного конструирования ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет» в январе 2025 года.
Синтез наночастиц селена проводили методом химического восстановления в водной среде. В качестве селенсодержащего прекурсора использовали селенистую кислоту (H2SeO3).
Стабилизаторами выступали следующие вещества: белки – желатин и бычий сывороточный альбумин, полисахариды – гидроксиэтилцеллюлоза B30K (ГЭЦ), хитозан, метилцеллюлоза М-100 (МЦ), неионогенные поверхностно-активные вещества – Твин-80, Kolliphor HS 15.
Эксперимент проводили в соответствии с матрицей планирования, приведенной в таблице 1.
Далее разбавляли растворы наночастиц селена в 1000 раз дистиллированной водой и проводили обогащение образцов молока в соответствии с суточной нормой потребления селена (1,3 мл на 1 л молока, что соответствует 30 % от суточной дозы микроэлемента селена).
В первую серию образцов молока добавляли наночастицы селена до пастеризации, во вторую серию – после пастеризации.
Пастеризацию образцов коровьего молока, обогащенного наночастицами селена, проводили при 78 °С в течение 2 минут. Обогащение проводили из расчета 21 мкг на 1 л молока (данное значение соответствует 30% от суточной нормы селена).
В рамках эксперимента использовали цельное коровье молоко с жирностью 3,2%, которое не подвергалось пастеризации.
Исследовали следующие физико-химические параметры:
— активная кислотность среды (потенциометрическим методом на приборе OHAUS ST300-B, OHAUS Corporation, США),
— электропроводность (кондуктометрическим методом на приборе «Эксперт-001», Эконикс-Эксперт, РФ),
— поверхностное натяжение (сталагмометрическим методом),
— средний гидродинамический радиус (методом динамического рассеяния света на приборе «BeNano 180 Zeta Pro», Bettersize Instruments LTD, КНР),
— титруемая кислотность среды (титриметрическим методом с использованием 0,1Н раствора NaOH).
Сырье и реактивы, применяемые в данном исследовании, поставлялись в университет с документами, удостоверяющими показателями качества и безопасности.
Все измерения проводились в 3-кратной повторности.
Статистически обработаны.
Представлены средние результаты исследований.
Результаты и обсуждение
На первом этапе был исследован контрольный образец для дальнейшего сравнения. Результаты исследований физико-химических свойств контрольного образца представлены в таблице 2.
Результаты исследований физико-химических свойств образцов молока, обогащенного наноразмерным селеном до и после пастеризации, представлены в таблице 3.
На основании результатов (табл. 3) можно сделать вывод о том, что изменения физико-химических свойств по сравнению с контрольным образцом были незначительными. Активная кислотность среды образцов молока, обогащенного наночастицами селена до пастеризации по сравнению с контрольным образцом, изменилась на 2,69% (при стабилизации желатином), при стабилизации ГЭЦ — на 0,30%, альбумином — на 1,03%, хитозаном — на 3,37%, МЦ — на 1,03%, Kolliphor HS 15 — на 1,76%, Твин-80 — на 4,25%. Аналогичный характер изменения рН наблюдается в образцах молока, обогащенного наночастицами селена после пастеризации.
Электропроводность полученных образцов обогащенного молока изменялась не более чем на 4% вне зависимости от очередности внесения наночастиц селена.
Поверхностное натяжение у образцов молока, обогащенного наночастицами селена после пастеризации, уменьшалось при использовании в качестве стабилизаторов желатина и Kolliphor HS 15. В образцах, стабилизированных ГЭЦ, альбумином, хитозаном, МЦ, Kolliphor HS 15, Твин-80, поверхностное натяжение, напротив, увеличивалось относительно контрольного. При добавлении наноселена после пастеризации поверхностное натяжение увеличилось в образцах, стабилизированных желатином, бычьим сывороточным альбумином, МЦ и Твин-80, в остальных образцах наблюдалось уменьшение.
Значительное влияние очередности добавления наночастиц селена в молоко оказывает на изменение среднего гидродинамического радиуса дисперсной фазы молока. Так, наибольшее отклонение от контрольного образца наблюдается при введении наноселена, стабилизированного ГЭЦ, до пастеризации, хитозаном — после пастеризации, Твин-80 — до пастеризации.
Наиболее агрегативно устойчивыми оказались образцы молока, обогащенного наноразмерным селеном, стабилизированным желатином, МЦ и Kolliphor HS 15.
Титруемая кислотность среды образцов молока с добавление наночастиц селена с различными стабилизаторами до и после стабилизации изменялась незначительно. Показатели находятся в сопоставимом диапазоне.
Выводы
Анализируя полученные экспериментальные данные, можно сделать вывод: добавление наночастиц селена в молоко является перспективным направлением, ввиду того что наноразмерный селен не оказывает значительного влияния на физико-химические показатели молока. Так, наблюдаются незначительные изменения титруемой кислотности, электропроводности, поверхностного натяжения и активной кислотности среды вне зависимости от очередности добавления наноразмерной селенсодержащей добавки.
Наибольшее влияние очередность добавления наноселена в молоко оказывает на средний гидродинамический радиус мицелл казеина в дисперсной фазе молока.
Ввиду того что селен является антиоксидантным микроэлементом, оказывающим влияние на систему, которая балансирует уровень активных форм кислорода в организме, планируется исследование антиоксидантных свойств разработанных продуктов.
Таким образом, наноразмерный селен, введенный в молоко с различными стабилизаторами, не оказывает значительного влияния на его основные физико-химические показатели. Наибольшую агрегативную устойчивость демонстрируют системы с желатином, метилцеллюлозой (МЦ) и Kolliphor HS 15, что делает их перспективными для применения в производстве обогащенных молочных продуктов. При этом Твин-80 и ГЭЦ могут вызывать существенное увеличение размера частиц, что требует дополнительного изучения их стабилизирующих механизмов.
Об авторах
Андрей Владимирович Блинов 1, кандидат технических наук, доцент, доцент департамента функциональных материалов и инженерного конструирования
blinov.a@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-4701-8633
Зафар Абдулович Рехман 1, преподаватель департамента функциональных материалов и инженерного конструирования
zafrehman1027@gmail.com https://orcid.org/0000-0003-2809-4945
Анастасия Александровна Блинова 1, кандидат технических наук, доцент медикобиологического факультета
nastya_bogdanova_88@mail.ru https://orcid.org/0000-0001-9321-550X
Максим Александрович Пирогов 1, лаборант департамента функциональных материалов и инженерного конструирования
pirogov.m.2002@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-9217-6262
Екатерина Дмитриевна Назаретова 1, лаборант департамента функциональных материалов
и инженерного конструирования
ekaterina.nazaretova@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-1850-8043
Максим Борисович Ребезов 2, 3
— доктор сельскохозяйственных наук, кандидат ветеринарных наук, профессор, главный научный сотрудник 2;
— доктор сельскохозяйственных наук, кандидат ветеринарных наук, профессор кафедры биотехнологии и пищевых продуктов 3
rebezov@ya.ru https://orcid.org/0000-0003-0857-5143
1 Северо-Кавказский федеральный университет, ул. им. Пушкина, 1, Ставрополь, 355002, Россия
2 Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова Российской академии наук,
ул. им. Талалихина, 26, Москва, 109316, Россия
3 Уральский государственный аграрный университет, ул. им. Карла Либкнехта, 42, Екатеринбург, 620075, Россия
УДК 613.292:637.138
DOI: 10.32634/0869-8155-2025-396-07-172-177
