Оценка эффективности инкапсуляции полифенолов в клетки дрожжей Saccharomyces cerevisiae

Введение: В отношении исследуемых растительных полифенолов в открытой литературе представлены многочисленные материалы, указывающие на высокий потенциал этих веществ как функциональных пищевых ингредиентов. Для данных соединений определены свойства антиоксидантные, противовоспалительные, иммуностимулирующие и другие. С другой стороны, изучаемые вещества склонны к окислительной деградации и активно вступают в химические реакции со снижением или потерей биоактивных свойств. Для минимизации указанных проблем предложено использование технологии инкапсуляции в клетки дрожжей Saccharomyces cerevisiae.
Цель: изучение возможности инкапсуляции полифенолов в живые клетки дрожжей Saccharomyces cerevisiae. В задачи исследования входила оценка влияния используемого массового соотношения дрожжи : биологически активное вещество и продолжительности процесса на эффективность инкапсуляции 
Материалы и методы: В качестве объектов исследования были выбраны представители различных классов полифенолов (флавоноидов и стильбенов): дигидрокверцетин, ресвератрол и рутин, являющиеся известными сильными антиоксидантами. Процесс инкапсуляции вели с применением методов простой диффузии в живые клетки Saccharomyces cerevisiae.  Для этого использовали режимы инкапсуляции в условиях термостатируемого встряхивателя, продолжительность процесса достигала 23 часов.. 
Результаты: Результаты исследований показали, что весомый вклад в повышение эффективности инкапсуляции внес временной фактор. Наблюдается четкая положительная зависимость роста эффективности инкапсуляции от продолжительности ведения процесса. Вклад используемого при инкапсуляции соотношения дрожжи : биологически активное вещество не столь ощутим. На основании полученных результатов с применением метода двухфакторного регрессионного анализа были получены математические модели, адекватно описывающие зависимость эффективности процесса инкапсуляции от продолжительности инкапсуляции и соотношения дрожжи : биологически активное вещество. Это позволило установить оптимальные режимы инкапсуляции биологически активных веществ в клетки дрожжей. 
Выводы: проведенные исследования подтвердили возможность инкапсуляции исследуемых представителей полифенолов в живые клетки дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Однако полученное максимальное значение эффективности инкапсуляции – 50,1 %, указывают на необходимость поиска путей совершенствования данного процесса.

1. Калинина И.В. (2019а) Исследование стабильности наноэмульсий с дигидрокверцетином, полученных на основе ультразвукового воздействия. Вестник ЮУрГУ. Серия «Пищевые и биотехнологии», 2019. Т. 7, № 3. С. 52–58. DOI: 10.14529/food190306

2. Калинина И.В. (2022) Оценка растворимости биоактивных минорных соединений полифенольной природы, И.В. Калинина, Н.В. Попова, Р.И. Фаткуллин и др. Вестник ЮУрГУ. Серия «Пищевые и биотехнологии». 2022. Т. 10, № 1. С. 98–106. DOI: 10.14529/food220111

3. Калинина И.В. (2019б) Повышение биоактивности дигидрокверцетина на основе ультразвуковой микронизации, И. В. Калинина, И. Ю. Потороко, Р. И. Фаткуллин, Д. Иванова, Й. Канева-Киселова, Ш. Сонавэйн Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов. 2019. № 1(54). С. 27−33.

4. Фаткуллин Р.И. (2021). Влияние процесса инкапсуляции на сохранение антиоксидантных свойства флавоноидов, Р.И. Фаткуллин, А.К. Васильев, И.В. Калинина и др. Вестник ЮУрГУ. Серия «Пищевые и биотехнологии». 2021. Т. 9, № 1. С. 38–47. DOI: 10.14529/food210105

5. Blokhina S.V., Volkova T.V., Ol'Khovich M.V., Sharapova A.V., Proshin A.N., Perlovich G.L. (2014). Solubility and solution thermodynamics of novel bicyclic derivatives of 1,3-selenazine in biological relevant solvents. J. Chem. Eng. Data, 2014, vol. 59 (7), pp. 2298–2304.

6. Das R.K., Kasoju N., Bora U. (2010). Encapsulation of curcumin in alginate-chitosan-pluronic composite nanoparticles for delivery to cancer cells. Nanomedicine, 6 (1), pp. 153–160.

7. FooDB [Electronic resource]. – URL: http://foodb.ca.

8. González R., Ballester I., López-Posadas R., Suárez M.D., Zarzuelo A., Martínez-Augustin O. et al. (2011). Effects of flavonoids and other polyphenols on inflammation. Crit. Rev. Food Sci. Nutr., 2011, vol. 51 (4), pp. 331–362.

9. Jade Lucas, Mathis Ralaivao, Berta N. (2020). Estevinho, Fernando Rocha A new approach for the microencapsulation of curcumin by a spray drying method, in order to value food products. Powder Technology, vol. 362, 2020, pp. 428-435.

10. Leung M.H.M., Colangelo H., Kee T.W. (2008). Encapsulation of curcumin in cationic micelles suppresses alkaline hydrolysis. Langmuir, 24, pp. 5672-5675. https://doi.org/10.1021/la800780w

11. Nagy K., Courtet-Compondu M.C., Williamson G., Rezzi S., Kussmann M., Rytz A. (2012). Noncovalent binding of proteins to polyphenols correlates with their amino acid sequence. Food Chemistry, 2012, vol. 132, pp. 1333−1339. DOI: 10.1016/j.foodchem.2011.11.113

12. Ozaki S., Nakagawa Y., Shirai O., Kano K. (2014). Substituent effect on the thermodynamic solubility of structural analogs: relative contribution of crystal packing and hydration. J. Pharm. Sci., 2014, vol. 103 (11), pp. 3524–3531.

13. Potoroko I.U., Kalinina I.V., Naumenko N.V., Fatkullin R.I., Shaik S., Sonawane S.H., Ivanova D., Kiselova-Kaneva Y., Tolstykh O., Paymulina A.V. (2017). Possibilities of Regulating Antioxidant Activity of Medicinal Plant Extracts // Человек. Спорт. Медицина. – 2017. – Т. 17, № 4. – С. 77–90. DOI: 10.14529/hsm170409

14. Potoroko I.Yu., Kalinina I.V., Naumenko N.V., Fatkullin 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 Bioavailability in Drinks for Athletes // Человек. Спорт. Медицина. – 2018. – Т. 18, № 3. – С. 90–100. DOI: 10.14529/hsm180309

15. Round, A., Nelson, G. (2006). Encapsulation using microbial cells. UK patent application 2 424 408 A.

16. Schramm D.D., Karim M., Schrader H.R., Holt R.R., Kirkpatrick N.J. et al. (2003). Food effects on the absorption and pharmacokinetics of cocoa flavanols. Life Sciences, 2003, vol. 73, pp. 857−869. DOI: 10.1016/S0024-3205(03)00373-4

17. Serra A., Macià A., Romero M.P., Valls J., Bladé C. et al. (2010). Bioavailability of procyanidin dimmers and trimers and food matrix effect in vitro and in vivo models. British Journal of Nutrition, 2010, vol. 103, pp. 944−952. DOI: 10.1017/s0007114509992741

18. Shishikura Y., Khokhar S., Murray B.S. (2006). Effects of tea polyphenols on emulsification of olive oil in a small intestine model system. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2006, vol. 54, pp. 1906−1913. DOI: 10.1021/jf051988p

19. Shumin Wang, Fayin Ye, Fubin Wei, Guohua Zhao (2017). Spray-drying of curcumin-loaded octenylsuccinated corn dextrin micelles stabilized with maltodextrin. Powder Technology, Volume 307, 2017, pp. 56–62.

20. Soares S., Mateus N., de Freitas V. (2012). Interaction of different classes ofsalivary proteins with food tannins. Food Research International, 2012, vol. 49, pp. 807−813. DOI: 10.1016/j.foodres. 2012.09.008

21. Sugiyama H., Akazome Y., Shoji T., Yamaguchi A., Yasue M. et al. (2007). Oligomeric procyanidins in apple polyphenol are main active components for inhibition of pancreatic lipase and triglyceride absorption. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2007, vol. 55, pp. 4604−4609. DOI: 10.1021/jf070569k

22. Tomás-Barberán F.A., Andrés-Lacueva C. (2012). Polyphenols and health: Current state and progress. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2012, vol. 60, pp. 8773–8775. DOI: 10.1021/jf300671j

23. Tuohy K.M., Conterno L., Gesperotti M., Viola R. (2012). Up-regulating the human intestinal microbiome using whole plant foods, polyphenols, and/or fiber. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2012, vol. 60, pp. 8776−8782. DOI: 10.1021/jf2053959

24. Tyukavkina N.A., Lapteva K.I., Pentegova V.A. (1967). Flavonoids of Larix Dahurica. Khimiya Prirodnykh Soedinenii, 1967, vol. 3(4), pp. 278−279.

25. Uchiyama S., Taniguchi Y., Saka A., Yoshida A., Yajima H. (2011). Prevention of diet-induced obesity by dietary black tea polyphenols extract in vitro and in vivo. Nutrition, 2011, vol. 27, pp. 287−292. DOI: 10.1016/j.nut.2010.01.019

26. Verma B., Hucl P., Chibbar R.N. (2009). Phenolic acid composition and antioxidant capacity of acid and alkali hydrolysed wheat bran fractions. Food Chemistry, 2009, vol. 116, pp. 947−954. DOI: 10.1016/j.foodchem.2009.03.060

27. Weston L.A., Mathesius U. (2004). Flavonoids: their structure, biosynthesis and role in the rhizosphere, including allelopathy. J. Chem. Ecol., 2013, vol. 39 (2), pp. 283–297.

28. Yi W., Akoh C.C., Fischer J., Krewer G. (2006). Absorption of anthocyanins from blueberry extracts by Caco-2 human intestinal cell monolayers. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2006, vol. 54, pp. 5651–5658. DOI: 10.1021/jf0531959

29. Yuksel Z., Avci E., Erdem Y.K. (2010). Characterization of binding interactions between green tea flavonoids and milk proteins. Food Chemistry, 2010, vol. 121, pp. 450–456. DOI: 10.1016/j.foodchem. 2009.12.064

30. Zhang H., Wang M., Chen L. et al. (2017). Structure-solubility relationships and thermodynamic aspects of solubility of some flavonoids in the solvents modeling biological media. Journal of Molecular Liquids, 2017, vol. 225, pp. 439–445.