Подписаться на нашу рассылку

    Наночастицы селена, стабилизированные хитозаном, для обогащения молочной продукции

    Селен — жизненно важный для человека микроэлемент, необходимый для работы иммунной, антиоксидантной, эндокринной, нервной, репродуктивной систем.

    Норма потребления селена составляет 70 мкг для взрослого мужчины и 55 мкг для взрослой женщины. Дефицит селена в организме человека часто ассоциируется со снижением когнитивных способностей и иммунитета.

    В работе авторы сообщают о взаимосвязи между дефицитом селена и возникновением заболеваний нервной системы. Доказано, что достаточное ежедневное потребление селена приводит к уменьшению риска развития ряда заболеваний, в частности сердечно-сосудистых.

    Известно, что не только дефицит, но и избыточное поступление селена несет опасность для здоровья. Авторы работ сообщают, что избыточный прием селена может привести к развитию у лабораторных животных сахарного диабета второго типа.

    Однако стоит отметить, что на территории Российской Федерации наблюдается низкое содержание селена в почве, что снижает вероятность возникновения избытка селена в организме человека.

    Одним из решений проблемы дефицита селена является обогащение биодоступными формами селена социально значимых продуктов питания, в частности молочных продуктов. К подобным формам можно отнести наночастицы селена. Обогащение пищевых продуктов является одной из мер в области нутрициологии, которая играет важную роль в улучшении состояния питания населения.

    Цель работы — разработка молочного продукта, обогащенного наночастицами селена, стабилизированными хитозаном.

    Материалы и методы исследования

    Синтез проводили с использованием следующих реактивов: селенистая кислота, хитозан (ч., АО «ЛенРеактив», г. Санкт-Петербург, Россия), аскорбиновая кислота (ч. д. а., «ЛенРеактив», г. Санкт-Петербург, Россия).

    Для синтеза наночастиц селена, стабилизированных хитозаном, растворяли навески селенистой кислоты и хитозана в 10 мл дистиллированной воды. В другом химическом стакане растворяли навеску аскорбиновой кислоты в 5 мл дистиллированной воды. Затем полученный раствор аскорбиновой кислоты добавляли в раствор селенистой кислоты и хитозана при постоянном перемешивании (500 об/мин).

    Исследование среднего гидродинамического радиуса наночастиц селена, стабилизированных хитозаном, проводили методом динамического рассеяния света (DLS) на приборе Photocor-Complex (ООО «Антек-97», Россия). Компьютерную обработку полученных результатов осуществляли с использованием программного обеспечения DynaLS.

    Компьютерное квантово-химическое моделирование наночастиц селена, стабилизированных хитозаном, проводили в программе QChem с использованием молекулярного редактора IQmol. Расчет осуществлялся на оборудовании центра обработки данных (Schneider Electric, Франция) ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет». Расчеты проводили со следующими параметрами: расчет — Energy, метод — HF, базис — 6-31G, convergence — 5, силовое поле — Chemical.

    Для исследования стабильности наночастиц селена при различных значениях технологических параметров проводили многофакторный эксперимент, который включал в себя три входных параметра и три уровня варьирования.

    В качестве входных параметров рассматривали: активную кислотность среды (pH); время перемешивания (τ, мин.); температуру раствора (t, °С).

    В качестве выходного параметра рассматривали средний гидродинамический радиус частиц.

    Матрица многофакторного эксперимента представлена в таблице 1.

    Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с использованием программы Statistica 12.0 (США) и пакета прикладных программ Statistica Neural Networks (США).

    Обогащение молока с жирностью 3,2% (АО «МКС», г. Ставрополь, Россия) наночастицами селена, стабилизированными хитозаном, проводили из расчета 30% от суточной нормы потребления селена (21 мкг).

    Активную кислотность среды определяли на рН-метре-иономере «Эксперт-001» (ООО «Эконикс-Эксперт», Россия), титруемую кислотность молока — титриметрическим методом согласно ГОСТ 3624, поверхностное натяжение — столагмометрическим методом.

    Анализ антиоксидантной активности проводили по методике, описанной в работе. Для этого готовили раствор 2,2-азинобис-(3-этилбензотиазолин-6-сульфоновой кислоты) (АБТС) с концентрацией 7 мМ. Отбирали 5 мл раствора АБТС и добавляли 1 мл 14,7 мМ персульфата калия. Полученную смесь перед использованием выдерживали в темноте при комнатной температуре в течение 24 ч. Для проведения анализа раствор АБТС разбавляли дистиллированной водой до оптической плотности 0,70 (±0,02) при 734 нм. Затем смешивали 1 мл анализируемой пробы и 1 мл сульфосалициловой кислоты, центрифугировали при 13000 об/мин в течение 5 мин., отбирали аликвоту 0,02 мл пробы и добавляли 1,98 мл раствора АБТС. Поглощение при 734 нм измеряли через 3 мин. после смешивания на оптическом спектрофотометре СФ-56. В качестве стандарта использовали раствор тролокса в концентрации 1 мМ, с которым проводили аналогичную пробоподготовку.

    Синтез и исследование образцов наночастиц селена, стабилизированных хитозаном, проводили на базе кафедры физики и технологии наноструктур и материалов физико-технического факультета ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет» в марте 2024 года.

    Результаты и обсуждение

    На первом этапе определяли средний гидродинамический радиус частиц селена, стабилизированных хитозаном.

    Полученная гистограмма распределения гидродинамического радиуса частиц в образце наночастиц селена, стабилизированного хитозаном, представлена на рисунке 1.

    Анализ полученной гистограммы показал, что образец наночастиц селена, стабилизированного хитозаном, имеет мономодальное распределение по размерам. Средний гидродинамический радиус частиц составил 25 нм.

    На следующем этапе исследований проводили квантово-химическое моделирование взаимодействия повехности наночастиц селена с хитозаном. Взаимодействие стабилизатора с наночастицами рассматривали через аминогруппу и гидроксильные группы хитозана. Полученные данные представлены в таблице 2.

    Анализ результатов моделирования показал, что наиболее энергетически выгодным является взаимодействие поверхности наночастиц селена с гидроксогруппой, присоединенной к C3 остатка глюкозамина хитозана (рис. 2).

    На следующем этапе проводили исследование влияния технологических параметров на стабильность наночастиц селена. В качестве технологических параметров рассматривали pH, температуру и время экспозиции. В качестве выходных параметров рассматривали средний гидродинамический радиус частиц селена (R). Полученные данные представлены в таблице 3.

    Далее проводилась статистическая обработка данных. Полученные зависимости представлены на рисунке 3.

    Анализ полученных данных показал, что технологические параметры оказывают значимое влияние на средний гидродинамический радиус наночастиц селена. Повышение времени экспозиции приводит к увеличению среднего гидродинамического радиуса наночастиц селена, стабилизированных хитозаном.

    В случае с pH наблюдается обратная зависимость: частицы с наибольшим средним гидродинамическим радиусом находятся в образцах, имеющих кислую среду (pH ˂ 5). Зависимость среднего гидродинамического радиуса наночастиц селена, стабилизированных хитозаном, от температуры среды имеет нелинейный вид, наименьший радиус наблюдается при температуре от 70 до 90 °С.

    Таким образом, наночастицы селена, стабилизированные хитозаном, можно использовать в качестве источника селена для продуктов питания, которые имеют нейтральный pH, однако могут подвергаться тепловой обработке при температуре свыше 70 °С в течение 5–15 мин.

    На следующем этапе проводили обогащение пастеризованного молока наночастицами селена, стабилизированными хитозаном. У образцов исследовали титруемую кислотность, pH, поверхностное натяжение, антиоксидантную активность и средний гидродинамический радиус (R).

    В качестве контроля рассматривали необогащенное молоко. Полученные данные представлены в таблице 3.

    Установлено, что полученные значения титруемой кислотности образцов молока находятся в допустимом диапазоне согласно ГОСТ 32922.

    Установлено, что после обогащения значительных изменений титруемой кислотности, поверхностного натяжения и pH молока, среднего гидродинамического радиуса мицелл казеина в образцах молока не наблюдается. Значение антиоксидантной активности увеличивается на 0,88% — с 6,50 до 7,38%.

    Таким образцом, наночастицы селена можно использовать для обогащения пастеризованного молока.

    Выводы

    В рамках данной работы разработан молочный продукт, обогащенный наночастицами селена, стабилизированными хитозаном.

    Установлено, что образец наночастиц селена, стабилизированных хитозаном, имеет мономодальное распределение по размерам со средним гидродинамическим радиусом частиц 25 нм.

    Квантово-химическое моделирование наночастиц селена, стабилизированных хитозаном, позволило установить, что наиболее энергетически выгодным является взаимодействие поверхности наночастиц селена с гидроксильной группой, присоединенной к C3 остатка глюкозамина хитозана.

    В рамках исследования влияния технологических параметров на стабильность наночастиц селена, стабилизированных хитозаном, установлено, что наночастицы можно использовать в качестве источника селена для продуктов питания, которые имеют нейтральный pH, однако могут подвергаться тепловой обработке при температуре свыше 70 °С в течение 5–15 мин., в частности пастеризованное молоко. Исследование пастеризованного молока, обогащенного наночастицами селена, стабилизированными хитозаном, показало, что значительных изменений титруемой кислотности, поверхностного натяжения и pH молока, среднего гидродинамического радиуса мицелл казеина после обогащения молока не наблюдается. Значение антиоксидантной активности увеличивает на 0,88% — с 6,50 до 7,38%.

    Об авторах

    Андрей Владимирович Блинов1; кандидат технических наук, доцент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов

    blinov.a@mail.ru; https://orcid.org/0000-0002-4701-8633

    Алексей Алексеевич Гвозденко1; ассистент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов

    gvozdenko.1999a@gmail.com; https://orcid.org/0000-0001-7763-5520

    Анастасия Александровна Блинова1; кандидат технических наук, доцент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов

    nastya_bogdanova_88@mail.ru; https://orcid.org/ 0000-0001-9321-550X

    Зафар Абдулович Рехман1; ассистент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов

    zafrehman1027@gmail.com; https://orcid.org/0000-0003-2809-4945

    Андрей Ашотович Нагдалян1; кандидат технических наук, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории пищевой и промышленной биотехнологии

    geniando@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0002-6782-2821

    Павел Сергеевич Леонтьев1; студент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов

    arb.acc@mail.ru; https://orcid.org/0000-0001-6532-5816

    Алина Салмановна Аскерова1; студент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов

    vikalinka04@mail.ru; https://orcid.org/0009-0002-9852-3055

    Максим Борисович Ребезов2, 3; доктор сельскохозяйственных наук, кандидат ветеринарных наук, профессор, главный научный сотрудник2;доктор сельскохозяйственных наук, кандидат ветеринарных наук,профессор кафедры биотехнологии и пищевых продуктов3

    rebezov@ya.ru; https://orcid.org/0000-0003-0857-5143

    1Северо-Кавказский федеральный университет, ул. им. Пушкина, 1, Ставрополь, 355002, Россия

    2Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова Российской академии наук, ул. им. Талалихина, 26, Москва, 109316, Россия

    3Уральский государственный аграрный университет, ул. им. Карла Либкнехта, 42, Екатеринбург, 620075, Россия

    УДК 637.04 + 661.691.1
    DOI: 10.32634/0869-8155-2024-386-9-130-135

    Просмотров: 174
    Журнал «Аграрная наука»

    Сельское хозяйство, ветеринария, зоотехния, агрономия, агроинженерия, пищевые технологии

    ПОДПИШИТЕСЬ
    БЕСПЛАТНО
    на электронную версию журнала «Аграрная наука» и получайте ежемесячно pdf на свой e-mail.

      Нажимая на кнопку Вы соглашаетесь с политикой обработки персональных данных