Эмульсии Пикеринга на основе модифицированных полисахаридов бурых водорослей для получения пищевых систем нового поколения

Потороко Ирина Юрьевна; Кади Аммар Мохаммад Яхья; А.В. Паймулина; Н. В. Науменко

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

УДК 577.114+534-8

Эмульсии Пикеринга на основе модифицированных полисахаридов бурых водорослей для получения пищевых систем нового поколения

1 Южно-Уральский государственный университет (НИУ)

2 Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наук

КОРРЕСПОНДЕНЦИЯ: Потороко Ирина Юрьевна

Адрес: 454080 г. Челябинск, Пр. Ленина 86, Россия E-mail potorokoii@susu.ru

ЗАЯВЛЕНИЕ О ДОСТУПНОСТИ ДАННЫХ:

данные текущего исследования доступны по запросу у корреспондирующего автора.

ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ:

Потороко, И. Ю., Кади, А. М., Пайму-лина, А. В., & Науменко, Н. В. (2023). Эмульсии Пикеринга на основе модифицированных полисахаридов бурых водорослей для получения пищевых систем нового поколения. Хранение и переработка сельхозсырья, (1), 136-149. https://doi.org/10.36107/ spfp.2023.417

ПОСТУПИЛА: 02.11.2022 ПРИНЯТА: 05.02.2023 ОПУБЛИКОВАНА: 30.03.2023

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ:

авторы сообщают об отсутствии конфликта интересов.

ФИНАНСИРОВАНИЕ:

статья выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ 22-26-00079.

И. Ю. Потороко1, Кади Аммар Мохаммад Яхья1, А.В. Паймулина2, Н. В. Науменко1

АННОТАЦИЯ

Введение. Формирование сегмента продуктов питания нового поколения, обладающих устойчивыми функциональными свойствами связано с рядом проблем, обусловленными значительной вариативностью качества исходного сырья. Одним из путей реализации данного направления может стать использование эмульсии Пикеринга как матрицы для доставки пищевых биоактивных ингредиентов. В качестве стабилизирующих частиц перспективным является использование микроструктурированых растительных полисахаридов, что обусловливает актуальность представленных исследований.

Цель исследования - исследование применимости нетепловых эффектов ультразвука для модификации растительных полисахаридов, которые будут использоваться в качестве стабилизирующих частиц в технологии эмульсий, используемых при получении пищевых систем.

Материалы и методы. В качестве объектов исследования выступали образцы эмульсий Пикеринга с липидной фракцией на основе льняного масла холодного отжима из семян сорта селекции «Уральский», стабилизированные микроструктурированными Фукоида-ном и альгинатом натрия (Alg-Na). Для микроструктурирования применены эффекты кавитации с параметрами: 22 ± 1,65 кГц и интенсивностью излучения не менее 10 Вт/см2.

Результаты. В ходе исследования оценивали антиоксидантную активность, дисперсные характеристики и морфологические изменения структуры частиц, а также характер встраивания их в эмульсии Пикеринга. Установлены рациональные режимы микроструктурирования. Отмечено увеличение антирадикальной активности для Фукоида-на - в 5,2 раза (630 Вт/л; 30 мин), для Alg-Na - в 7,4 раза (630 Вт/л; 18 мин). После сонохимического микроструктурирования микрочастицы полисахаридов по-разному укладываются в системе эмульсии Пикеринга, что влияет на их вязкость и устойчивость.

Выводы. Представленные исследования подтверждают эффективность микроструктурирования полисахаридов бурых водорослей для стабилизирования эмульсий Пике-ринга, что обеспечивает возможность их применения в технологии пищевых систем нового поколения.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

эмульсии Пикеринга, микроструктурирование, полисахариды бурых водорослей, ультразвуковое воздействие

DESIGNING AND MODELLING THE NEW GENERATION FOODS

Pickering Emulsions Based on Modified Brown Algae Polysaccharides for the Production of New Generation Food Systems

South Ural State University (National Research University) Siberian Federal Research Center of Agrobiotechnologies of the Russian Academy of Sciences

CORRESPONDENCE: Irina Yu. Potoroko

Address: 454080 Chelyabinsk, 86 Lenin Ave., Russia E-mail potorokoii@susu.ru

FOR CITATIONS:

Potoroko, I. Yu., Kadi, A. M., Paymulina, A. V., & Naumenko, N. V. (2023). Pickering emulsions based on modified brown algae polysaccharides for the production of new generation food systems. Storage and Processing of Farm Products, (1), 136-149. https://doi.org/10.36107/ spfp.2023.417

RECEIVED: 02.11.2022 ACCEPTED: 05.02.2023 PUBLISHED: 30.03.2023

DECLARATION OF COMPETING INTEREST: none declared.

Irina Yu. Potoroko1, Ammar M.Y. Kadi1, Anastasia V. Paymulina2, Natalia V. Naumenko1

ABSTRACT

Introduction. The formation of a segment of a new generation of food products with stable functional properties is associated with a number of problems due to the significant variability in the quality of the feedstock. One of the ways to implement this direction can be the use of Pickering's emulsion as a matrix for the delivery of food bioactive ingredients. As stabilizing particles, the use of microstructured plant polysaccharides is promising, which determines the relevance of the presented studies.

Purpose of the study is to study the applicability of non-thermal ultrasound effects for the modification of plant polysaccharides, which will be used as stabilizing particles in the technology of emulsions used in the production of food systems.

Materials and Methods. The objects of the study were samples of Pickering emulsions with a lipid fraction based on cold-pressed linseed oil «Uralsky», stabilized with microstructured Fucoidan and sodium alginate (Alg-Na). For microstructuring, cavitation effects are applied, generated by low-frequency ultrasound with a frequency of mechanical vibrations of 22 ± 1.65 kHz and a radiation intensity of at least 10 W/cm2.

Results. During the study, the antioxidant activity, disperse characteristics and morphological changes in the structure of particles, as well as the nature of their incorporation into Pickering emulsions, were evaluated. Established rational modes of microstructuring. An increase in antiradical activity against DPPH was noted for fucoidan - 5.2 times (630 W/l; 30 min), for Alg-Na - 7.4 times (630 W/l; 18 min). After sonochemical microstructuring, polysaccharide microparticles stack differently in the Pickering emulsion system, which affects the viscosity and stability over time.

Conclusions. The presented studies confirm the effectiveness of sonochemical microstructuring of brown algae polysaccharides for stabilizing Pickering emulsions with proven bioactivity, which makes it possible to use them in the technology of food systems of a new generation.

KEYWORDS

Pickering emulsions, microstructuring, brown algae polysaccharides, ultrasound exposure

i

2

ВВЕДЕНИЕ

Несбалансированное питание является триггером для целого ряда хронических заболеваний. Имеющиеся технологические и сырьевые ресурсы не позволяют в условиях разрыва технологий обеспечить устойчивую стабильность заявленных свойств продуктов питания. При формировании сегмента продуктов питания нового поколения, обладающих устойчивыми функциональными и здоровьесбе-регающими свойствами необходимы изменения в технологиях производства (Tang, 2020).

Для обеспечения устойчивости пищевых систем при значительной вариативности качества исходного сырья производителям требуются новые технологические решения, к числу которых возможно отнести эмульсии Пикеринга (ЭП) (Cen et al., 2022). Применение ЭП в технологиях пищевых производств, либо в качестве заменителей жира, либо для доставки пищевых биоактивных ингредиентов создает новые преимущества с точки зрения получения продуктов направленного профилактического действия (Huang et al., 2021).

Предлагаемые научным сообществом решения для использования ЭП в технологии продуктов питания обусловлены их способностью стабилизировать эмульсионную пищевую систему за счет сильной энергии сцепления и специфическому поверхностному взаимодействию (снижение межфазного натяжения). Обогащенные природными биоактивными компонентами ЭП, способные сохранять стабильность во времени они способны компенсировать проблемы как полифункциональные ингредиенты для пищевых систем (Zou et al., 2015).

Разработки последних лет доказывают применимость ЭП для пищевой индустрии с целью стабилизации эмульсионных пищевых систем независимо от их типа. Однако, в литературе представлены разные мнения об эффективности полноценной загрузки биологически активных веществ в структуру эмульсии и их сохранения при размещении в матрице продукта (Dhiman et al., 2021). Автор отмечает, что эффективность данного процесса в значительной степени может варьироваться и зависит от равномерности распределения биологически активных веществ в эмульсионной системе на этапе формирования прочного физического барьера, препятствующего ее разрушению. Ряд исследо-

вателей (Gong et al., 2020; Perrin et al., 2014; Tang, 2020), указывают на низкую стабильность данных систем, что обусловливает необходимость поиска экологически безопасных и экономически выгодных природных низкомолекулярных поверхностно-активных веществ, которые могут стабилизировать эмульсии Пикеринга (Li et al., 2021).

В качестве стабилизирующих компонентов рядом исследователей предлагаются различные компоненты. Так, доказано, что белки рыб могут образовывать физический барьер между дисперсной фазой для стабилизации эмульсий (Ribeiro et al., 2021). Предложения стабилизирующих частиц для ЭП, применимых в технологии пищевых систем включают гранулы крахмала (Zhang et al., 2013), глобулярные белковые наночастицы (Gong et al., 2020), белковые микрогели (Jiao et al., 2018), частицы целлюлозы (Chen et al., 2018), микрогели хитозана (Mok et al., 2019), желатин (Rui et al., 2014), нанокри-сталлы хитина (Perrin et al., 2014), белково-полиса-харидные комплексы (Sun et al., 2020a) и так далее.

В качестве эффективных стабилизаторов эмульсии Пикеринга могут выступать микрочастицы, полученные на основе полисахаридов, которые подходят за счет биосовместимости с основными компонентами среды. Микрочастицы, обладающие биоактивностью, встраиваясь в матрицу продукта способны достигать соответствующих отделов организма человека, что полновесно в дальнейшем обеспечит их функциональные свойства. При этом стабильность и свойства ЭП, нагруженных растительными компонентами, зависят от правильно подобранных соотношений основных фракции системы, свойств вносимого растительного компонента, а также факторов воздействия.

Одним из подходов, обеспечивающих создание, стабильность и заданные свойства ЭП может является применение физических методов воздействия для процесса микроструктурирования растительных полисахаридов, выступающих в роли стабилизаторов системы. Исследования (Potoroko et al., 2018; Ashokkumar, 2015) доказывают, что обработка низкочастотным ультразвуком (УЗВ) является одним из наиболее часто применяемых физическим методов используемых для модификации биоактивных соединений. В пищевой промышленности предпочтение отдается низкочастотному ультразвуку в диапазоне 15-100 кГц, поскольку в этом

диапазоне происходит кавитация, вызывающая деполимеризацию высокомолекулярных углеводов и ускоряющая их встраивание в систему ЭП как поверхностно-активного компонента (Wani et al., 2022). Применение УЗВ в эмульгировании/гомогенизации способствует экономичному образованию эмульсии с минимальным использованием эмульгаторов для поддержания стабильности эмульсии (Dhiman et al., 2021; Kiani et al., 2011). Таким образом, была сформирована гипотеза о возможности применения кавитационных эффектов ультразвука в качестве инструмента для процесса микроструктурирования растительных полисахаридов.

Цель исследования — исследование применимости нетепловых эффектов ультразвука для модификации растительных полисахаридов, которые будут использоваться в качестве стабилизирующих частиц в технологии эмульсий, используемых при получении пищевых систем.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объекты

В качестве стабилизирующих соединений были определены полисахариды водорослей: высоко-сульфатированный фукан, выделенный из бурых водорослей Fucus evanescens, имеющий гетеропо-лимерное строение (Фукоидан) (СГФ (ТУ 9284-06702698170-2010, ТИБОХ ДВО РАН, Россия) и альги-нат натрия (Alg-Na ) из бурых водорослей Laminaria Digitata и Laminaria Saccharina (ТУ 15-544-83, TOPSPICE, Россия). Для наилучшего представления механизмов взаимодействия стабилизирующих соединений представлены их пространственные SD-структуры (Рисунок 1).

Объектами исследования являлись образцы эмульсий Пикеринга с липидной фракцией на основе льняного масла холодного отжима из семян сорта селекции «Уральский», стабилизированные микроструктурированными Фукоиданом и Alg-Na .

Инструменты и оборудование

Для определения эффектов ультразвука для модификации растительных полисахаридов был проведен процесс микростуктурирования. В качестве

Рисунок 1

Пространственная bD-структура молекул Фукоидана (о) и альгиновой кислоты (б)

1 V U

а)

Примечание. What is PubChem (https://pubchem.ncbi.nlm.nih. gov). In public domain.

* Трехмерные структуры веществ получены с базы данных PubChem, оптимизированной с использованием Ligands Input в AD 4.2.

**Атомы выделены цветом: серым - углерод; белым - водород; красным - кислород; желтым - сера.

воздействующего фактора были применены нетепловые эффекты кавитации, генерируемые низкочастотным ультразвуком с частотой механических колебаний 22±1,65 кГц и интенсивностью излучения не менее 10 Вт/см2. В качестве генератора ультразвука использовали аппарат ультразвуковой технологический погружной «Волна-Л» модель УЗТА-0,63/22-0Л с рабочим инструментом грибкового типа. Технические возможности используемого ультразвукового аппарата позволяют регулировать мощность (в диапазоне 190-630 Вт).

В целях обеспечения стабильности заявленных биологически-активных свойств в ведении процесса микроструктурирования использовали систему принудительного охлаждения для поддержания температуры на уровне 50 °С. Для микроструктурирования готовили 1 %-е водные растворы Фукоидана и . Контрольные образцы были получены путем растворения данных полисахаридов в дистиллированной воде с температурой 50 °С.

Полученные водные суспензии вводили в липид-ную фракцию в соотношении 9:1 и обрабатывали низкочастотным ультразвуком мощностью 630 Вт/л в течение 16 мин (последовательно по 4 мин с перерывом 3 мин) при контроле температуры не выше 50 °С.

Методы

Антирадикальную активность контрольных и микроструктурированных образцов Фукоидана и Alg-Na оценивали спектрофотометрически путем определения поглощающей способности свободного радикала 1,1-дифенил-2-пикрилгидразила (DPPH). Поглощение образцов определяли с использованием спектрофотометра Jenway (6405 UV/Vis, Англия) при 515 нм.

Размер частиц контрольных и микроструктурированных образцов Фукоидана и Alg-Na исследовали методом динамического рассеяния света на лазерном анализаторе размера частиц Nanotrac Ultra и Microtrac S3500 (Microtrac Inc., США).

Снимки для оценки морфологической структуры контрольных и микроструктурированных образцов Фукоидана и Alg-Na были получены с применением сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) высокого разрешения (растровый электронный микроскоп Jeol JSM-7001F, Япония), увеличение от х500 до х10 000.

Исследование вязкости ЭП проводилось посредством определения камертонной вязкости на вискозиметре серии SV-10 (A&D, Япония).

Анализ данных

Исследования проводились в трехкратной по-вторности. Для решения задач оптимизации, получения поверхности отклика и уравнений регрессии, описывающих влияние ультразвукового микроструктурирования на антирадикальную активность Фукоидана и Alg-Na . На проводилась математическая обработка данных с применением двухфакторного регрессионного анализа. В качестве переменных факторов были выбраны продолжительность, мин (X ) и мощность ультразвукового воздействия, Вт/л (7). Контролируемым параметром являлось значение антирадикальной активности, DPPH, % (Z).

Экспериментальные данные обрабатывали методом математической статистики с использованием программы Statistica 12. Полученные данные представлены с коэффициентом достоверности 0,95.

Процедура исследования

На первом этапе исследований были получены 1 %-е водные суспензии Фукоидана и .

Для проведения процесса микростуктурирова-ния использовали низкочастотный ультразвук с частотой механических колебаний 22±1,65 кГц («Волна-Л» модель УЗТА-0,63/22-0Л) мощностью воздействия — 630 Вт/л в течение 20 мин (последовательно по 5 мин с перерывом 3 мин) при контроле температуры не выше 50 °С. Далее полученные водные суспензии вводили в липид-ную фракцию (льняного масла холодного отжима из семян сорта селекции «Уральский») в соотношении 9:1 и обрабатывали ультразвуком мощностью 630 Вт/л в течение 16 мин (последовательно по 4 мин с перерывом 3 мин) при контроле температуры не выше 50 °С.

На втором этапе исследования, проводили оценку показателей по следующей номенклатуре: антирадикальная активность, размер частиц и морфологическая структура образцов суспензий Фукоидана и вязкость и морфологическая структура

полученных Эмульсий Пикеринга.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Формирование пищевой системы, обладающей добавленной полезностью возможно за счет использования новых технологических решений получения физически и химически стабильных, устойчивых в хранении Эмульсий Пикеринга. Выбранные в качестве обогатителя полисахариды водорослей: Фукоидан и обладают комплексом доказанных биоактивных свойств, но имеют ограничительные барьеры (в частности, высокую молекулярную массу), которая снижает эффективность их применения в качестве биоусвояемых фортификатов пищевых систем, включая эмульсии. Изучение исходных свойств полисахаридов бурых водорослей и поиск подходов минимизации ограничительных барьеров для их применения качестве стабилизирующих компонентов в технологии эмульсий Пикеринга стало основным направлением первого этапа исследований.

Эффективность использования полисахаридов бурых водорослей в системе пищевых продуктов

В многочисленных исследованиях (Таблица 1) за последние 10 лет сообщается о том, что альгинаты и фукоиданы обладают функционально-технологическими (стабилизирующими, гелеобразующи-ми, эмульгирующими) и биологически активными свойствами, ниже приведены ссылки на исследования доказывающие заявленные свойства.

Таблица 1

Биологически активные свойства Фукоидана и А1д-№

Наименования свойства

Наименование биологически активного вещества, ссылки на авторов доказательных исследований

Гетерополисахарид Фукоидан

Альгинат натрия (Alg-Na )

Антиоксидант-ная активность Wang, 2019; Imbs, 2021; Koh, 2019 Sellimi, 2015; Torabi, 2022; Benslima, 2021

Антивирусная активность Sun, 2020b; Krylova, 2020; Sun, 2018 Serrano-Aroca, 2021; Sano, 1999

Радиопротекторные свойства Zvyagintseva, 2021; Lee, 2008; Wu, 2020 Сведения не установлены

Противоопухолевое и имму-номодулирую-щее действие Tomori, 2019; Peng, 2019; Atashrazm, 2015 Сведения не установлены

Антикоагулянт-ная и анти-тромботическая активность Zhao, 2016; Cui, 2018; Lin, 2022 Сведения не установлены

Сорбирующие свойства Сведения не установлены Kolodynska, 2018; Wang, 2016; Cordova, 2018

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Влияние ультразвукового воздействия на антиоксидантные свойства бурых водорослей

Результаты исследования влияния параметров низкочастотного ультразвука, используемого для микроструктурирования Фукоидана и на ингибирование 2,2-дифенил-1-пикрилгидрази-ла фРРН) представлены в Таблице 2. Таблица 2

Влияние ультразвукового воздействия при ведении процесса микроструктурирования на антирадикальную активность фукоидана и альгината натрия

Мощность воздействия, Вт/л Длитель- Ингибирование DPPH, %

мин Фукоидан Alg-Na

0 0 24,6 20,2

240 20 30,2 21,3

240 25 30,8 29,2

240 30 31,1 19,7

435 20 37,4 95,8

435 25 92,1 114,9

435 30 95,3 88,8

630 20 106,9 149,6

630 25 125,6 120,3

630 30 127,8 82,1

В результате ультразвукового микроструктурирования отмечено увеличение антирадикальной активности Фукоидана и в отношении DPPH. С увеличением мощности воздействия происходит наращивание данного показателя для Фукоида-на — в 5,2 раза (630 Вт/л; 30 мин), для альгината натрия — в 7,4 раза (630 Вт/л; 20 мин).

В результате решения задачи оптимизации были получены поверхности отклика и уравнения регрессии (Рисунок 2), описывающие влияние ультразвукового микроструктурирования на антирадикальную активность Фукоидана и .

Представленные данные свидетельствуют о выраженных антиоксидантных, противовирусных, им-муномодулирующих и др. свойствах данных соединений. При этом ряд авторов (Zhao et al., 2016; Lin et al., 2022; Torabi, 2022; Benslima et al., 2021) отмечают снижение эффективности их применения в качестве биоусвояемых фортификатов пищевых систем, включая эмульсии Пикеринга, что обусловливает необходимость поиска новых подходов, таких как ультразвуковое воздействие.

Влияние ультразвукового воздействия на морфологию и размер частиц бурых водорослей

Проведено исследование влияния ультразвукового микроструктурирования на морфологию и размер частиц Фукоидана и с помощью сканиру-

ющей электронной микроскопии (СЭМ) и метода динамического рассеяния света (Рисунок 3).

Рисунок 2

Поверхности отклика и уравнения регрессии зависимости значения антирадикальной активности от параметров ультразвукового микроструктурирования

г = 0,455 • X2 + 1,227 • 10-5У2 + 0,005 • ХУ + + 23,193 • X + 0,09 • Y - 310,102

а)

Примечания: (а) Фукоидана; (б) А1д-№

г = -7,749 • 10-4 • X2 - 0,477 • Y2 - 0,017 • ХУ+ + 1,337 • X + 28,647 • У - 561,89

б)

Рисунок 3

Результаты исследования влияния ультразвукового микроструктурирования на морфологию и размер частиц

Примечание, (а) Фукоидан; (б) А1д-№

Анализ СЭМ-изображений доказал, что ультразвуковое микроструктурирование обеспечивает структурные изменения полисахаридов бурых водорослей. Фукоидан представляет собой частицы неправильной формы разных размеров (32,14 мкм — 77,1 %; 103,90 мкм — 22,9 %). При ультразвуковом микроструктурировании наблюдается деполимеризация частиц (664 нм — 83,6 %; 2868 нм — 16,4 %). Полученные данные согласуются с результатами исследований (Нте1ко% 2018).

в нативной форме представляет собой частицы нитевидной иррациональной формы с гладкой структурой поверхности (размером преимущественно 5650 нм). После ультразвукового микроструктурирования наблюдается деполимеризация крупных конгломератов, образуются более короткие элементы (размером 5670 нм — 30,6 %; 502 нм — 53,4 %; 56,1 нм — 16 %), а в СЭМ изображениях на поверхности частиц визуализируется наличие ячеистости и присутствие надрывов.

Для оценки применимости микроструктурированных Фукоидана и в качестве стабилизиру-

ющих биоактивных частиц эмульсий Пикеринга в экспериментальных исследованиях учитывались реологические характеристики (вязкость, мПа • с) и показатели биоактивности (АОА, DPPH, %).

Оценке применимости микроструктурированных Фукоидана и А1д-№ в составе эмульсий Пикеринга

Полисахариды бурых водорослей, широко применяются в технологиях пищевых продуктов, обладая доказанной биоактивностью и способностью формировать устойчивые гели, они могут стать эффективными технологически применимыми стабилизирующими компонентами, обеспечивающими устойчивость ЭП. Неепи Sharma (2023) в своих исследованиях подчеркивает, что размер частиц имеет прямую зависимость со стабильностью ЭП. Именно адсорбция мелких частиц на поверхности капель ЭП отвечает за их коллоидную стабильность, так как механизм их стабилизации сильно отличается от традиционного механизма создания молекулярной адсорбции межфазными пленками. В свя-

Рисунок 4

Результаты исследования состояния эмульсий Пикеринга стабилизированных микрочастицами полисахаридов бурых водорослей

Эмульсия Пикеринга стабилизированная микроструктурированным А1д-№

Эмульсия Пикеринга стабилизированная микроструктурированным Фукоиданом

зи с чем наиболее важно проводить исследования по размещению Фукоидана и в матрице ЭП.

Частицы микроструктурированных полисахаридов бурых водорослей по-разному укладываются в матрице ЭП (Рисунок 4), а также влияют на вязкость и устойчивость эмульсий во времени. Следует отметить, что ЭП, стабилизированные микроструктурированным Фукоиданом, обладали вязкостью более низкой (20,3 мПа • с), нежели ЭП, стабилизированные микроструктурированным (580 мПа • с). При

хранении в течение 24 часов ЭП, стабилизированные Фукоиданом сохраняли стабильность, в то время как в ЭП, стабилизированные имели незначительное расслоение, без образования крупных флокул. Микроструктурированные Фукоидан и в составе ЭП сохраняют биоактивность, что подтверждают данные их антирадикальной активности, соответственно 5,120 ± 0,005 DPPH, % и 4,162 ± 0,004 DPPH, %.

Микрофотографии СЭМ достоверно подтверждают образование эмульсии «масло-вода», капли масла в дисперсной среде распределяются равномерно без возникновения флокуляции. Образовавшийся межфазный барьер микроструктурированными биоактивными частицами Фукоидана и предотвращает коалесценцию эмульсии Пикерин-га, что также подтверждают показатели ее стабильности при воздействии агрессивных факторов, что доказывает возможность использования ЭП наполненных биоактивными частицами модифицированных полисахаридов бурых водорослей в составе пищевых систем.

Полученные результаты подтверждают данные (Нте1^ et а1., 2018; РоШгако et а1., 2018; Ashokkumar, 2015) о том, что ультразвуковое воздействие обеспечивает структурные изменения полисахаридов бурых водорослей. При этом авторами впервые доказано, что сформированный микроструктурированными биоактивными частицами Фукоидана и межфазный барьер предотвращает коа-

лесценцию эмульсии Пикеринга и делает их более стабильными в матрице пищевой системы.

ВЫВОДЫ

Проведенные исследования подтвердили эффективность сонохимического микроструктурирования полисахаридов бурых водорослей для получения микрочастиц частиц обладающих доказанной биоактивностью, способных эффективно стабилизировать Эмульсии Пикеринга. Встроенные в систему эмульсии микрочастицы полисахаридов, работают как поверхностно-активные вещества. Поэтому состояние обогатителя, его подтвержденная биологическая ценность может быть стабильна только при минимизации воздействующего фактора либо создания защитного слоя в сложных эмульсионных системах. Сочетание свойств поверхностно-активных и биологически активных веществ сонохимически микроструктурированных Фукоидана и обеспечивает возможности их

применения в технологии эмульсионных пищевых систем нового поколения. В соответствии с изначальной гипотезой применение кавитационных эффектов ультразвука в качестве инструмента для процесса микроструктурирования растительных полисахаридов позволило обеспечить стабильность и безопасность разработанных Эмульсий Пикеринга. Интересным и перспективным видится дальнейшее развитие исследований в данном направлении, что позволит сформировать достаточную доказательную базу в отношении применимости стабилизированных эмульсии для пищевых систем с различном нутриентным составом.

АВТОРСКИЙ ВКЛАД

Потороко Ирина Юрьевна — концептуализация, разработка методологии исследования, руководство исследованием, получение финансирования.

Кади Аммар Мохаммад Яхья — проведение исследования, написание — подготовка черновика рукописи, работа с программным обеспечением.

Паймулина Анастасия Валерияновна — написание — подготовка черновика рукописи, работа с программным обеспечением.

Науменко Наталья Владимировна — написание-редактирование рукописи, визуализация.

ЛИТЕРАТУРА

Ashokkumar, M. (2015). Applications of ultrasound in food and bioprocessing. Ultrasonics Sonochemistry, 25, 17-23. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2014.08.012

Atashrazm, F., Lowenthal, R. M., Woods, G. M., Hollo-way, A. F., & Dickinson, J. L. (2015). Fucoidan and cancer: A multifunctional molecule with anti-tumor potential. Marine Drugs, 13(4), 2327-2346. https://doi.org/10.3390/ md13042327

Benslima, A., Sellimi, S., Hamdi, M., Nasri, R., Jridi, M., Cot, D., Li, S., Nasri, M., & Zouari, N. (2021). The brown seaweed Cystoseira schiffneri as a source of sodium alg-inate: Chemical and structural characterization, and antioxidant activities. Food Bioscience, 40, Article 100873. https://doi.org/10.1016/j.fbio.2020.100873

Cen, S., Li, Z., Guo, Z., Li, H., Shi, J., Huang, X., Zou, X., & Holmes, M. (2022). 4D printing of a citrus pectin/p-CD Pickering emulsion: a study on temperature induced color transformation. Additive Manufacturing, 56, Article 102925. https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102925

Chen, O. H., Zheng, J., Xu, Y. T., Yin, S. W., Liu, F., & Tang, C. H. (2018). Surface modification improves fabrication of pickering high internal phase emulsions stabilized by cellulose nanocrystals. FoodHydrocolloids, 75, Article 125-130. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2017.09.005

Córdova, B. M., Jacinto, C. R., Alarcón, H., Mejía, I. M., López, R. C., de Oliveira Silva, D., Valderrama, A. C. (2018). Chemical modification of sodium alginate with thiosem-icarbazide for the removal of Pb (II) and Cd (II) from aqueous solutions. International Journal of Biological Mac-romolecules, 120, 2259-2270. https://doi.org/10.1016/j. ijbiomac.2018.08.095

Cui, K., Tai, W., Shan, X., Hao, J., Li, G., & Yu, G. (2018). Structural characterization and anti-thrombotic properties of fucoidan from nemacystus decipiens. International Journal of Biological Macromolecules, 120, 1817-1822. https:// doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.09.079

Dhiman, A., & Prabhakar, P. K. (2021). Micronization in food processing: A comprehensive review of mechanistic approach, physicochemical, functional properties and self-stability of micronized food materials. Journal of Food Engineering, 292, Article 110248. https://doi. org/10.1016/j.jfoodeng.2020.110248

Gong, J., Wang, S., Wang, J., Feng, W., Peng, H., Tang, J., & Yu, P. S. (2020). Attentional graph convolutional networks for knowledge concept recommendation in moocs in a heterogeneous view. In Proceedings of the 43rd International ACM SIGIR Conference on Research and Development in Information Retrieval (pp. 79-88). https://doi. org/10.1145/3397271.3401057

Sharma, H., Sharma, S., Bajwa, J., Chugh, R., Kumar, D. (2023). Polymeric carriers in probiotic delivery system Carbohydrate Polymer Technologies and Applications, 5, Article 100301, https://doi.org/10.1016/jxarpta.2023.100301

Hmelkov, A. B., Zvyagintseva, T. N., Shevchenko, N. M. (2018). Ultrasound-assisted extraction of polysaccharides from brown alga Fucus evanescens. Structure and biological activity of the new fucoidan fractions. Journal of Applied Phycology, 30(3), 2039-2046. https://doi.org/10.1007/ s10811-017-1342-9

Huang, M., Wang, J., & Tan, C. (2021). Tunable high internal phase emulsions stabilized by cross-linking/electrostatic deposition of polysaccharides for delivery of hydrophobic bioactives. Food Hydrocolloids, 118, Article 106742. https://doi.org/10.1016Zj.foodhyd.2021.106742

Imbs, T. I., & Ermakova, S. P. (2021). Can Fucoidans of Brown Algae Be Considered as Antioxidants? Russian Journal of Marine Biology, 47(3), 157-161. https://doi.org/10.1134/ S1063074021030056

Jiao, B., Shi, A., Wang, O., & Binks, B. P. (2018). High-internal-phase pickering emulsions stabilized solely by peanut-protein-isolate microgel particles with multiple potential applications. Angewandte Chemie, 130(30), 9418-9422. https://doi.org/10.1002/ange.201801350

Kiani, H., Zhang, Z., Delgado, A., & Sun, D. W. (2011). Ultrasound assisted nucleation of some liquid and solid model foods during freezing. Food Research International, 44(9), 2915-2921. https://doi.org/10.1016/j.food-res.2011.06.051

Koh, H. S. A., Lu, J., & Zhou, W. (2019). Structure characterization and antioxidant activity of fucoidan isolated from Undaria pinnatifida grown in New Zealand. Carbohydrate polymers, 212, 178-185. https://doi.org/10.1016/jxarb-pol.2019.02.040

Kolodynska, D., G?ca, M., Skwarek, E., & Goncharuk, O. (2018). Titania-coated silica alone and modified by sodium algi-nate as sorbents for heavy metal ions. Nanoscale Research Letters, 13(1), Article 96. https://doi.org/10.1186/s11671-018-2512-7

Krylova, N. V., Ermakova, S. P., Lavrov, V. F., Leneva, I. A., Kompanets, G. G., Iunikhina, O. V., & Zaporozhets, T. S. (2020). The comparative analysis of antiviral activity of native and modified fucoidans from brown algae Fucus evanescens in vitro and in vivo. Marine drugs, 18(4), Article 224. https://doi.org/10.3390/md18040224

Lee, J., Kim, J., Moon, C., Kim, S. H., Hyun, J. W., Park, J. W., Shin, T. (2008). Radioprotective effects of fucoidan in mice treated with total body irradiation. Phytotherapy Research: An International Journal Devoted to Pharmacological and Toxicological Evaluation of Natural Product Derivatives, 22(12), 1677-1681. https://doi.org/10.1002/ptr.2562

Li, O., Wu, Y., Fang, R., Lei, C., Li, Y., Li, B., & Luo, X. (2021). Application of Nanocellulose as particle stabilizer in food Pickering emulsion: Scope, Merits and challenges. Trends in Food Science & Technology, 110, 573-583. https://doi. org/10.1016/j.tifs.2021.02.027

Lin, P., Chen, S., Liao, M., & Wang, W. (2022). Physicochem-ical Characterization of Fucoidans from Sargassum hen-

slowianum C. Agardh and Their Antithrombotic Activity In Vitro. Marine Drugs, 20(5), Article 300. https://doi. org/10.3390/md20050300

Marefati, A., Sjoo, M., Timgren, A., Dejmek, P., & Rayner, M. (2015). Fabrication of encapsulated oil powders from starch granule stabilized W/O/W Pickering emulsions by freeze-drying. Food Hydrocolloids, 51, 261-271. https:// doi.org/10.1016/j.foodhyd.2015.04.022

Mok, T. S., Wu, Y. L., Kudaba, I., Kowalski, D. M., Cho, B. C., Turna, H. Z., & Lu, S. (2019). Pembrolizumab versus chemotherapy for previously untreated, PD-L1-express-ing, locally advanced or metastatic non-small-cell lung cancer (KEYN0TE-042): A randomised, open-label, controlled, phase 3 trial. The Lancet, 393(10183), 1819-1830. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(18)32409-7

Peng, Y., Song, Y., Wang, O., Hu, Y., He, Y., Ren, D., & Zhou, H. (2019). In vitro and in vivo immunomodulatory effects of fucoidan compound agents. International Journal of Biological Macromolecules, 127, 48-56. https://doi. org/10.1016/j.ijbiomac.2018.12.197

Perrin, E., Bizot, H., Cathala, B., & Capron, I. (2014). Chitin nanocrystals for Pickering high internal phase emulsions. Biomacromolecules, 15(10), 3766-3771. https://doi. org/10.1021/bm5010417

Potoroko, I. Yu., Kalinina, I. V., Naumenko, N. V., Fatkul-lin, R. I., Nenasheva, A. V., Uskova, D. G., Sonawane, S. H., Ivanova, D. G., & Velyamov, M. T. (2018). Sonochemical micronization of taxifolin aimed at improving its bio-availability in drinks for athletes. Human. Sport. Medicine, 18(3), 90-100. https://doi.org/10.14529/hsm180309

Ribeiro, E. F., Morell, P., Nicoletti, V. R., Ouiles, A., & Hernando, I. (2021). Protein-and polysaccharide-based particles used for Pickering emulsion stabilisation. Food Hy-drocolloids, 119, Article 106839. https://doi.org/10.1016/j. foodhyd.2021.106839

Rui, X., Tan, H., & Yan, O. (2014). Nanostructured metal sulfides for energy storage. Nanoscale, 6(17), 9889-9924. https://doi.org/10.1039/C4NR03057E

Sano, Y. (1999). Antiviral activity of alginate against infection by tobacco mosaic virus. Carbohydrate Polymers, 38(2), 183-186. https://doi.org/10.1016/S0144-8617(98)00119-2

Sellimi, S., Younes, I., Ayed, H. B., Maalej, H., Montero, V., Rinaudo, M., & Nasri, M. (2015). Structural, physicochem-ical and antioxidant properties of sodium alginate isolated from a Tunisian brown seaweed. International Journal of Biological Macromolecules, 72, 1358-1367. https://doi. org/10.1016/j.ijbiomac.2014.10.016

Serrano-Aroca, A., Ferrandis-Montesinos, M., & Wang, R. (2021). Antiviral properties of alginate-based biomaterials: Promising antiviral agents against SARS-CoV-2. ACS Applied Bio Materials, 4(8), 5897-5907. https://doi. org/10.1021/acsabm.1c00523

Sun, O. L., Li, Y., Ni, L. O., Li, Y. X., Cui, Y. S., Jiang, S. L., & Dong, C. X. (2020a). Structural characterization and antiviral activity of two fucoidans from the brown algae Sargas-

sum henslowianum. Carbohydrate Polymers, 229, Article 115487. https://doi.org/10.1016/jxarbpol.2019.115487

Sun, S. H., Chen, O., Gu, H. J., Yang, G., Wang, Y. X., Huang, X. Y., & Wang, Y. C. (2020b). A mouse model of SARS-CoV-2 infection and pathogenesis. Cell Host & Microbe, 28(1), 124-133. https://doi.org/10.1016/jxhom.2020.05.020

Sun, T., Zhang, X., Miao, Y., Zhou, Y., Shi, J., Yan, M., & Chen, A. (2018). Studies on antiviral and immuno-regulation activity of low molecular weight fucoidan from Laminaria japonica. Journal of Ocean University of China, 17(3), 705-711. https://doi.org/10.1007/s11802-018-3794-1

Tang, C. H. (2020). Globular proteins as soft particles for stabilizing emulsions: Concepts and strategies. Food Hydro-colloids, 103, Article 105664. https://doi.org/10.1016/j. foodhyd.2020.105664

Tomori, M., Nagamine, T., Miyamoto, T., & Iha, M. (2019). Evaluation of the immunomodulatory effects of fucoidan derived from Cladosiphon okamuranus Tokida in mice. Marine Drugs, 17(10), Article 547. https://doi.org/10.3390/ md17100547

Torabi, P., Hamdami, N., & Keramat, J. (2022). Investigation on total phenolic content, antioxidant activity, and emulsifying capacity of sodium alginate from Nizimuddinia zanardini during microwave-assisted extraction; optimization and statistical modeling. Journal of Food Measurement and Characterization, 16(2), 1549-1558. https://doi. org/10.1007/s11694-021-01255-4

Wang, Y., Xing, M., Cao, O., Ji, A., Liang, H., & Song S. (2019). Biological activities of fucoidan and the factors mediating its therapeutic effects: A review of recent studies. Marine Drugs, 17(3), Article 183. https://doi.org/10.3390/ md17030183

Wang, Z., Huang, Y., Wang, M., Wu, G., Geng, T., Zhao, Y., & Wu, A. (2016). Macroporous calcium alginate aerogel as sorbent for Pb2+ removal from water media. Journal of Environmental Chemical Engineering, 4(3), 3185-3192. https://doi.org/10.1016Zj.jece.2016.06.032

Wani, T. A., Masoodi, F. A., Akhter, R., Akram, T., Gani, A., & Shabir, N. (2022). Nanoencapsulation of hydroxyty-rosol in chitosan crosslinked with sodium bisulfate tandem ultrasonication: Techno-characterization, release and antiproliferative properties. Ultrasonics Sonochem-istry, 82, Article 105900. https://doi.org/10.1016/j.ult-sonch.2021.105900

Wu, S. Y., Parasuraman, V., Arunagiri, V., Gunaseelan, S., Chou, H. Y., Anbazhagan, R., & Prasad, R. (2020). Radio-protective effect of self-assembled low molecular weight Fucoidan-Chitosan nanoparticles. International Journal of Pharmaceutics, 579, Article 119161. https://doi. org/10.1016/j.ijpharm.2020.119161

Xu, Y. T., Yang, T., Liu, L. L., & Tang, C. H. (2020). One-step fabrication of multifunctional high internal phase pickering emulsion gels solely stabilized by a softer globular protein nanoparticle: S-Ovalbumin. Journal of Colloid and Interface Science, 580, 515-527. https://doi.org/10.1016/j. jcis.2020.07.054

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Zamani, S., Malchione, N., Selig, M. J., & Abbaspourrad, A. (2018). Formation of shelf stable Pickering high internal phase emulsions (HIPE) through the inclusion of whey protein microgels. Food & Function, 9(2), 982-990. https://doi.org/10.1039/C7FO01800B

Zhang, H., Ling, M. X., Liu, Y. L., Tu, X. L., Wang, F. Y., Li, C. Y., & Sun, W. D. (2013). High oxygen fugacity and slab melting linked to Cu mineralization: Evidence from Dexing porphyry copper deposits, southeastern China. The Journal of Geology, 121(3), 289-305. https://doi.org/10.1086/669975

Zhao, X., Guo, F., Hu, J., Zhang, L., Xue, C., Zhang, Z., & Li, B. (2016). Antithrombotic activity of oral administered low molecular weight fucoidan from Laminaria

Japonica. Thrombosis Research, 144, 46-52. https://doi. org/10.1016/j.thromres.2016.03.008

Zou, Y., Guo, J., Yin, S. W., Wang, J. M., & Yang, X. O. (2015). Pickering emulsion gels prepared by hydrogen-bonded zein/tannic acid complex colloidal particles. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 63(33), 7405-7414. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5b03113

Zvyagintseva, T. N., Usoltseva, R. V., Shevchenko, N. M., Surits, V. V., Imbs, T. I., Malyarenko, O. S., & Ermakova, S. P. (2021). Structural diversity of fucoidans and their radioprotective effect. Carbohydrate Polymers, 273, Article 118551. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.118551

REFERENCES

Ashokkumar, M. (2015). Applications of ultrasound in food and bioprocessing. Ultrasonics Sonochemistry, 25, 17-23. https://doi.org/10.1016Zj.ultsonch.2014.08.012

Atashrazm, F., Lowenthal, R. M., Woods, G. M., Hollo-way, A. F., & Dickinson, J. L. (2015). Fucoidan and cancer: A multifunctional molecule with anti-tumor potential. Marine Drugs, 13(4), 2327-2346. https://doi.org/10.3390/ md13042327

Benslima, A., Sellimi, S., Hamdi, M., Nasri, R., Jridi, M., Cot, D., Li, S., Nasri, M., & Zouari, N. (2021). The brown seaweed Cystoseira schiffneri as a source of sodium alginate: Chemical and structural characterization, and antioxidant activities. Food Bioscience, 40, Article 100873. https://doi.org/10.1016/j.fbio.2020.100873

Cen, S., Li, Z., Guo, Z., Li, H., Shi, J., Huang, X., Zou, X., & Holmes, M. (2022). 4D printing of a citrus pectin/p-CD Pickering emulsion: a study on temperature induced color transformation. Additive Manufacturing, 56, Article 102925. https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102925

Chen, O. H., Zheng, J., Xu, Y. T., Yin, S. W., Liu, F., & Tang, C. H. (2018). Surface modification improves fabrication of pickering high internal phase emulsions stabilized by cellulose nanocrystals. Food Hydrocolloids, 75, Article 125-130. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2017.09.005

Córdova, B. M., Jacinto, C. R., Alarcón, H., Mejía, I. M., López, R. C., de Oliveira Silva, D., Valderrama, A. C. (2018). Chemical modification of sodium alginate with thio-semicarbazide for the removal of Pb (II) and Cd (II) from aqueous solutions. International Journal of Biological Mac-romolecules, 120, 2259-2270. https://doi.org/10.1016/j. ijbiomac.2018.08.095

Cui, K., Tai, W., Shan, X., Hao, J., Li, G., & Yu, G. (2018). Structural characterization and anti-thrombotic properties of fucoidan from nemacystus decipiens. International Journal of Biological Macromolecules, 120, 1817-1822. https:// doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.09.079

Dhiman, A., & Prabhakar, P. K. (2021). Micronization in food processing: A comprehensive review of mechanistic approach, physicochemical, functional properties

and self-stability of micronized food materials. Journal of Food Engineering, 292, Article 110248. https://doi. org/10.1016/j.jfoodeng.2020.110248

Gong, J., Wang, S., Wang, J., Feng, W., Peng, H., Tang, J., & Yu, P. S. (2020). Attentional graph convolutional networks for knowledge concept recommendation in moocs in a heterogeneous view. In Proceedings of the 43rd International ACM SIGIR Conference on Research and Development in Information Retrieval (pp. 79-88). https://doi. org/10.1145/3397271.3401057

Sharma, H., Sharma, S., Bajwa, J., Chugh, R., Kumar, D. (2023). Polymeric carriers in probiotic delivery system Carbohydrate Polymer Technologies and Applications, 5, Article 100301, https://doi.org/10.1016/j.carpta.2023.100301

Hmelkov, A. B., Zvyagintseva, T. N., Shevchenko, N. M. (2018). Ultrasound-assisted extraction of polysaccharides from brown alga Fucus evanescens. Structure and biological activity of the new fucoidan fractions. Journal of Applied Phycology, 30(3), 2039-2046. https://doi.org/10.1007/ s10811-017-1342-9

Huang, M., Wang, J., & Tan, C. (2021). Tunable high internal phase emulsions stabilized by cross-linking/electrostatic deposition of polysaccharides for delivery of hydropho-bic bioactives. Food Hydrocolloids, 118, Article 106742. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.106742