Funkcionalna živila in bioaktivne snovi

Zakaj bioaktivne snovi potrebujejo dostavljalne

sisteme?

Nataša Poklar Ulrih, Irena Vovk

Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za živilstvo, Katedra za biokemijo in kemijo živil

Kemijski inštitut

Funkcionalna živila

•  Interesi potrošnikov: zdrav način prehranjevanja in potencialni vpliv določenega živila ali

sestavin na zdravje in dobro počutje.

Evropsko soglasno mnenje glede funkcionalnih živil

EC Concerted Action on Functional Food Science in Europe (FUFOSE) predlaga naslednjo definicijo za funkcionalna živila:

• da so običajna živila in se uživajo kot del vsakodnevne/običajne prehrane (niso v obliki prehranskih dopolnil ali tablet) • da so sestavljena iz naravnih sestavin, pogosto v večjih koncentracijah; • sestavine so lahko prisotne tudi v živilih, ki jih normalno ne vsebujejo, • da imajo pozitiven učinek na tarčno funkcijo organizma, ki je večji od prehranske vrednosti oz. osnovne prehrane, • da lahko izboljšajo dobro počutje in zdravje in/ali zmanjšajo tveganje za bolezen oz. koristijo našemu zdravju v fizičnem, psihološkem in vedenjskem smislu, • da nosijo odobrene in znanstveno potrjene trditve

Strategija razvoja funkcionalnih živil

Sinergija med znanostjo in razvojem živil v korist potrošnika.

• better early development and growth; • health maintenance (e.g. immune function, gastrointestinal health, mental health, health in ageing, physical performance); • reduced risk of obesity; • reduced risk of chronic diet-related diseases (e.g. cardiovascular disease, type 2 diabetes and metabolic disease, musculoskeletal disease).

Japonci so vodilni na področju

Seal for FOSHU Approval

•  termin funkcionalno živilo uveden leta 1984 na Japonskem

•  Japonska ima regulativo za področje funkcionalnih živil („Food for Specified Health Uses (FOSHU)“)

•  Japonska ima zakonsko določeno označevanje (poleg „regular" FOSHU“ še „qualified FOSHU“ in „standardized FOSHU“

•  vse trditve potrjuje „Ministry of Health, Labour and Welfare“

Specified Health Uses Principal Ingredients (ingredients exhibiting health functions)

Foods to modify gastrointestinal conditions

Oligosaccharides, lactose, bifidobacteria, lactic acid bacteria, dietary fiber 8 ingestible dextrin, polydextrol, guar gum, psyllium seed coat, etc.)

Foods related to blood cholesterol level Chitosan, soybean protein, degraded sodium alginate

Foods related to blood sugar levels Indigestible dextrin, wheat albumin, guava tea polyphenol, L-arabiose, etc.

Foods related to blood pressure Lactotripeptide, casein dodecaneptide, tochu leaf glycoside (geniposidic acid), sardine peptide, etc.

Foods related to dental hygiene Paratinose, maltitiose, erythrytol, etc. Cholesterol plus gastrointestinal conditions, triacylglycerol plus cholesterol

Degraded sodium alginate, dietary fiber from psyllium seed husk, etc.

Foods related to mineral absorption Calcium citrated malate, casein phosphopeptide, hem iron, fracuto-oligosaccharide, etc.

Foods related to osteogenesis Soybeen isoflavone, MBP (Milk basic protein), etc.

Foods related to triacylglycerol Middle chain fatty acid, etc.

http://www.mhlw.go.jp/english/topics/foodsafety/fhc/02.html

Japonski primeri

„Food for Specified Health Uses (FOSHU)“

http://www.toyoshinyaku.co.jp/english/business/foshu.html

Raziskave na področju funkcionalnih živil •  Identifikacija novih komponent v funkcionalnih živilih •  identifikacija potencialnih funkcionalnih sestavin, ki imajo

učinke na zdravje in dobro počutje, •  identifikacija posameznih bioloških odgovorov na

funkcionalno hrano, •  definirati biorazpoložljivost sestavin funkcionalne hrane •  razvoj biomarkerjev, •  razvoj in uporaba nutrigenomike, bioinformatike,

proteomike, metabolomike in nanotehnologij pri razvoju funkcionalnih živil

•  upoštevati – osebne prehranjevalne navade in potencialno vlogo funkcionalne hrane

•  stabilnost komponent funkcionalnih živil pri pripravi hrane in v prebavnem traktu

•  adsorbcija v organih •  Vzpostaviti Dietary Reference Intakes (DRIs) za širok

spekter nutrientov z namenom komercializacije funkcionalnih komponent

Prehranska dopolnila

•  farmacevtska formulacija biološko aktivnih spojin,

•  tarčne skupine, •  kontrola/hrana/standardizirani analizni

postopki

Bioaktivne snovi

Kaj so bioaktivne snovi? To so esencialne in neesencialne spojine (vitamini, polifenoli), ki jih najdemo v naravi in so del prehranske verige (food chain) in za katere velja, da imajo vpliv na zdravlje človeka. Nutracevtiki

•  Karotenoidi: tetraterpenoidi (8 izoprenov) •  Karoteni: samo C in H atomi (likopen, α-karoten, β-karoten) •  Ksantofili: C, H in O atomi (lutein, zeaksantin) •  Akumulirajo se v jetrih, maščobnem tkivu, trebušni slinavki,

nadledvičnih žlezah, retini in rumeni pegi •  V naravi jih je več kot 700, v naši prehrani 50 •  Fiziološko pomembni: preprečujejo pomanjkanje vitamina A,

antioksidativna aktivnost, povečujejo imunsko aktivnost

Karotenoidi: karoteni in ksanrofili

Primeri

•  Likopen (paradižnik, lubenica, E160d) •  β-karoten (korenje, E160a) •  Lutein (špinača, ohrovt, jajca, E161b) •  Zeaksantin (koruza, E161h) •  β-ckriptoksantin (pomaranče, E161c) •  Violaksantin (špinača, solata, E161e) •  Astaksantin (losos, E161j) •  Kantaksantin (rdeča paprika, “barvanje rumenjakov”,

losos, E161g)

Karotenoidi kot barvila za živila in kot prehranska dopolnila

Fenolne spojine

http://www.lesjusdechantal.com/eng/phenols.php Classification of phenolic compounds (constructed from Dey and Harborne, 1997).

Number of C-atoms

Basic Skeleton Class

6 C6 Simple phenols 7 C6C1 Phenolic acids 8 C6C2 Phenylacetic acids 9 C6C3 Hydroxycinnamic acids 10 C6C4 Naftoquinones 13 C6C1C6 Xanthones 14 C6C2C6 Stilbenes,

Anthraquinones 15 C6C3C6 Flavonoids 18 (C6C3)2 Lignans, neolignans 30 (C6C3C6)2 Biflavonoids >40 (C6C3)n

(C6C1)n : Glc Lignins Hydrolysable tannins

(C6C3C6)n Condensed tannins

Dostavljalni sistemi

•  ZAKAJ (topnost, stabilnost,...) •  Izbira materialov s statusom GRAS •  Polisaharidi/lipidi/proteini rastlinskega/živalskega/

mikrobnega izvora

•  Kombinacije materialov •  EFSA/FDA •  Empirični pristop

Uporaba kapsuliranih dodatkov v živilstvu

Najpomembnejše skupine kapsuliranih

snovi

Arome, vitamini in minerali, nenasičene

maščobne kisline, barvila, encimi in peptidi, mikroorganizmi

(starterske in probiotične kulture), bakteriofagi ter

bioaktivne snovi s konzervirno in/ali

prehransko vrednostjo

Nekateri glavni cilji kapsulacije

Olajšano rokovanje, izboljšana obstojnost in

topnost, kontrolirano sproščanje, izboljšana

biorazpoložljivost, preprečevanje senzoričnih

sprememb živila, zmanjšana alergenost,

zaščita mikroorganizmov ter bakteriofagov

Materiali in tehnike

• Škrob in derivati škroba Celuloza in derivati celuloze Ekstrakti in eksudati rastlin Morski ekstrakti Mikrobni in živalski polisaharidi

Polisaharidi

Proteini

Lipidi

Drugo

Polisaharidi Škrob in njegovi derivati

•  Amiloza in amilopektin •  Derivati: maltodekstrin,

ciklodekstrin, škrobni sirup, polidekstroza

Amiloza

Amilopektin

ß-ciklodekstrin

Polisaharidi Celuloza in njeni derivati

Celuloza

•  Polimer β-D-glukoznih enot; β-(1→4)-glikozidna vezjo •  Derivati celuloze: metil celuloza, hidroksipropil metil celuloza, hidroksipropil

celuloza, etil metil celuloza, etil celuloza, natrijeva karboksimetil celuloza

Hidroksipropil celuloza

•  Mešanice oligomerov in polimerov različnih kemijskih struktur in konfiguracij

•  Rastlinski gumiji •  Leguminoze

Gumi rožičevca

Polisaharidi Ekstrakti in eksudati rastlin

•  Karagenan

•  Alginat

Ionotropno geliranje

Polisaharidi Morski ekstrakti

Hitozan – zamreževanje s tripolifosfatom

Polisaharidi Mikrobni in živalski polisaharidi

•  Ksantan, gelan, dekstran

Proteini

•  Gluten •  Mlečni proteini

– Kazein – Proteini sirotke

•  Želatina •  Sojini proteini

Lipidi •  Maščobne kisline in maščobni alkoholi •  Gliceridi •  Voski •  Fosfolipidi

Drugo

•  Polivinilpirolidon (PVP) •  Parafin •  Šelak •  Anorganski materiali

Tehnike

•  Nanoprecipitacija •  Koacervacija

•  Ionsko geliranje

Metoda vibricirajoče membrane

Sušenje z razprševanjem

NANOEMULZIJE •  Heterogeni disperzni sistemi

•  Nanostrukturiranje večplastne emulzije in oblaganje plast na plast

LIPOSOMI – metoda tankih filmov

Primer 1: Adsorpcija EGCG na pripravljene nanodelce iz želatine

Shematski prikaz priprave nanodelcev iz želatine z metodo oblaganja plast na plast (Shutava in sod., 2009a)

Primer 2: Katehini iz zelenega čaja kapsulirani v hitozan-TPP nanodelce

Mikroskopija (TEM) hitozanskih nanodelcev

Učinkovitost kapsulacije glede na razmerje hitozana in TPP (8:1 ●; 6:1 ■; 4:1 ▲)

(Hu in sod., 2008)

Primer 3: Kapsulacija ekstrakta “Yerba mate” v kapsule iz alginata in hitozana

SEM mikroskopija posušenih alginatnih mikrokapsul

SEM mikroskopija posušenih hitozan-alginatnih mikrokapsul

(Deladino in sod., 2008)

Primer 4: Kapsulacija ekstreakta iz grozdnih pešk v liposome obdane z polimerom (Gibis et al., 2012)

Zaključek

•  Poznavanje: – kemijskih in fizikalnih lastnosti materialov s

statusom GRAS –  interakcij med aktivno komponento in

materialom matrice/ovoja – obnašanja materialov v matrici živila

•  Ekonomski vidik

Hipokrat (460 – 380 p.n.š.): „Hrana naj bo vaše zdravilo in vaše zdravilo naj bo

hrana.“

HVALA ZA VAŠO POZORNOST!