ULTRASOUND MICRONIZATION OF FUCOIDAN VEGETABLE INGREDIENT FOR THE USE IN FOOD PRODUCTION TECHNOLOGY
Keywords:
fucoidan, micronization, ultrasound, bioavailability, food ingredientAbstract
The article considers the possibility of using the effects of ultrasound exposure to micronization of the fucoidan vegetable ingredient, obtained from algae of the Far Eastern ocean waters. Studying the effect of the micronization process of fucoidan sulfated heteropolysaccharide on the change in the dispersed state in solution and to accessibility for penetration into cellular systems became the aim of the work. Lactic acid bacteria and yeast cells were used as test systems. Volna device, model UZTA-0.4/22-OM (oscillation frequency (22 ± 1.65) kHz, maximum power 600W/l), an acoustic source of elastic oscillations, was used for micronisation. Fucoidan possesses a broad spectrum of biological activity, antioxidant and antiviral properties, etc. Fucoidan has a different molecular weight, depending on the method of extraction, as a rule, 100 ~ 1.000 kDa are known. Taking into account that fucoidan is a heteropolysaccharide of complex structure, the size of the powder particles upon its dissolution is on average (1.7 ± 1.3) μm, what determines its low bioavailability for active components that play an important role in biochemical processes. To solve this problem, there was used the method of ultrasonic micronisation of fucoidan food ingredient in the mode of 240 W/l during three minutes, which allowed for the fine dispersion of particles. As a result of the ultrasonic action, the particle sizes go over to the nanoscale level and fit into the following parameters fractionally from (376 ± 3.5) nm to (1826 ± 8.3) nm. The data obtained indicate that fucoidan food ingredients favour the flow of physiological processes, budding cells are observed in the visual field. The process of micronization of fucoidan ensures the accumulation in cell cultures of reserve substances, glycogen, and volutin. Micronized fucoidan food ingredient allows to form a characteristic for yogurt microflora in a sufficiently high amount, including Streptococus salivarius ssp. Termophilus (up to 5.4 × 108 CFU/g) and Lactobacillus delbrueсkii ssp. Bulgariсus (up to 4.4 × 107 CFU/g). Thus, ultrasonic micronization increases the efficiency of biotechnological processes in food production.References
Бондаренко, В.М. Препараты пробиотики, пребиотики и синбиотики в терапии и профилактике кишечных дисбактериозов / В.М. Бондаренко, Н.М. Грачева // Фарматека. – 2003. – № 7. – С. 56–63.
Быков, А.Т. Микробиота кишечника: вклад в здоровье, развитие и профилактику заболеваний человека / А.Т. Быков, А.В. Шапошников, Т.Н. Маляренко // Медицинский журнал. – 2016. – № 4 (58). – С. 16–26.
Гажа А.К. Биологически активные добавки к пище (БАД) Приморского края (пособие для врачей и фармацевтов) / А.К. Гажа и др. – Владивосток, 2006. – 118 с.
Головкова, Е.В. Молочный напиток «Приморский» – продукт нового поколения / Е.В. Головкова, Е.В. Медведева, Т.К. Каленик // Технические науки – от теории к практике. – 2013. – № 21. – С. 153–159.
Дрозд, Н.Н. Антикоагулянтная активность сульфатированных полисахаридов / Н.Н. Дрозд, Г.Е. Банникова, В.А. Макаров // Экспериментальная и клиническая фармакология. – 2006. – Том 69, №6. – С. 51–60.
Кохан, С.Т. Протекторное действие биологически активных добавок «Астрагал» и «Женьшень с астрагалом» при гипоксии и стрессе / С.Т. Кохан, А.В. Патеюк, А.Г. Мондодоев // Вестник фармации. – 2012. – № 4 (58). – С. 59–63.
Кочеткова, А.А. Функциональные продукты в концепции здорового питания / А.А. Кочеткова // Пищевая промышленность. – 1999. – № 3. – С. 4–5.
Кузнецова, Т.А. Исследование пребиотического потенциала биологически активных веществ из морских гидробионтов и разработка новых продуктов функционального питания / Т.А. Кузнецова, Т.С. Запорожец, Н.Н. Беседнова и др. // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. – 2011. – № 2 (156). – С. 147–150.
Кусайкин, М.И. Ферменты морского моллюска Littorina kurila, катализирующие трансформацию фукоиданов / М.И. Кусайкин, Ю.В. Бурцева и др. // Биохимия. – 2003. – Т. 68, № 3. – С. 384–392.
Лобуцкая Н.В. Биотехнологические аспекты производства комбинированных напитков с использований каррагинанов водорослей российского Тихоокеанского шельфа: дис. … канд. биол. наук: 03.00.23 / Лобуцкая Наталья Викторовна. – Владивосток, 2003. – 215 с.
Потороко, И.Ю. Разработка технологии хлеба с лечебно-профилактическими свойствами на основе применения комплексной растительной добавки / И.Ю. Потороко, А.В. Паймулина, Д.Г. Ускова // Вестник ЮУрГУ. Серия «Пищевые и биотехнологии». – 2016. – Т. 4, № 3. – С. 39–46. DOI: 10.14529/food160305
Синельников Б.М. Лактоза и ее производные / Б.М. Синельников, А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов и др.; науч. ред. акад. РАСХН А.Г. Храмцов. – СПб.: Профессия, 2007. – 768 с.
Ускова, Д.Г. Формирование улучшенных потребительских свойств йогуртов на основе ультразвукового воздействия и использования полисахарида фукоидана / Д.Г. Ускова, И.Ю. Потороко, Н.В. Попова // Вестник ЮУрГУ. Серия «Пищевые и биотехнологии». – 2016. – Т. 4, № 3. – С. 80–88. DOI: 10.14529/food160310
Усов, А.И. Полисахаридный состав некоторых бурых водорослей Камчатки / А.И. Усов, Г.П. Смирнова, Н.Г. Клочкова // Биоорганическая химия. – 2001. – Т. 27, № 6. – С. 444–448.
Храмцов, А.Г. Феномен молочной сыворотки / А.Г. Храмцов. – СПб.: Профессия, 2011. – 804 с.
Becker, D.J. Fucose: biosynthesis and biological function in mammals / D.J. Becker, J.B. Lowe // Glycobiology. – 2003. – V. 13. – P. 41–53.
Cheftel, J.C. Review: highpressure, microbial inactivation and food preservation / J.C Cheftel // Food Science and Technology International. – 1995. – Vol. 1. – P. 75–90.
Elli, M. Survival of Yogurt Bacteria in the Human Gut / M. Elli, M. Luisa Callegari, S. Ferrari et al. // Applied and Environmental Microbiology. – 2006. – V. 72, №o. 7. – P. 5113–5117.
Hmelkov, A.B. Ultrasound-assisted extraction of polysaccharides from brown alga Fucus evanescens. Structure and biological activity of the new fucoidan fractions / A.B. Hmelkov, T.N. Zvyagintseva, N.M. Shevchenko et al. // Journal of Applied Phycology. – 2018. – V. 30, Iss. 3. – Р. 2039–2046.
Intra, J. An α-Lfucosidase potentially involved in fertilization is present on drosophila spermatozoa surface / J. Intra, F. Cenni, M.-E. Perotti // Molecular reproduction and development. – 2006. – V. 73. – P. 1149–1158.
Knorr, D. Applications and potential of ultrasonics in food processing / D. Knorr, M. Zenker at al. // Trends in Food Science & Technology. – 2004. – V. 15. – P. 261–266.
Maeda, H. Effects of an exopolysaccharide (kefiran) from Lactobacillus kefiranofaciens on blood glucose in KKAy mice and constipation in SD rats indused by lowfiber diet / H. Maeda, X. Zhu, T. Mitsuoka // Bioscience and Microflora. – 2004. – V. 23, № 4. – P. 149–153.
Patankar, M.S. A revised structure for Fu-coidan may explain some of its biological activities / M.S. Patankar, S. Oehninger, T. Barnett et al. // Journal of Biological Chemistry. – 1993. – Vol. 268. – P. 770–776.
Qiukuan, W. Structural characterization and antitumor effects of fucoidans from brown algae Kjellmaniella crassifolia farmed in northern China / W. Qiukuan, H. Yunhai, R. Dandan at el. // International Journal of Biological Macromole-cules. – 2018. – V. 119. – P. 125–133.
Rodrigues, K.L. Antimicrobial and healing activity of kefir and kefiran extract / K.L. Rodrigues et al. // International Journal of Antimicrobial Agents. – 2005. – V. 25. – P. 404–408.
Shiomi, M. Antitumor activity in mice of orally administered polysaccharide from kefir grain / M. Shiomi et al. // Jpn. J. Med. Sci. Biol. – 1982. – V. 35, № 2. – P. 75–80.
Villamiel, M. Review: effect of ultrasound processing on the quality of dairy products / M. Villamiel, E.H. van Hamersveld, P. de Jong // Milchwissenschaft. – 1999. – V. 54. – P. 69–73.
