COMPLEX SUPPLEMENTS FROM RENEWABLE RAW MATERIALS FOR SPE- CIALIZED NUTRITION OF SPORTSMEN
Rubrics: FOOD PRODUCTION TECHNOLOGY
Authors:
1.
North-Eastern Federal University
2.
North-Eastern Federal University
3.
North-Eastern Federal University
Type:
Article
Pages:
from 5
to 10
Status:
Published
Received:
24.03.2017
Accepted:
24.03.2017
Published:
24.03.2017
Subject area:
UDK 613.26:612.392.7
UDK 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
UDK 60 Прикладные науки. Общие вопросы
UDK 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
UDK 60 Прикладные науки. Общие вопросы
Language:
Russian
Keywords:
Lichen, Rhodiola rosea, mechanochemical activation, low molecular antioxidants, food supplements
Abstract (English):
Mechanicochemical technology has been developed for obtaining highly efficient solid phase biological complexes (solvent- free) in single process step. Presented are the results of evaluation of the effect of mechanical activation of complexes based on lichen thalli and a small amount of Rhodiola rosea on the content of low molecular weight antioxidants for creating food supplements based on them. A qualitative analysis for determination of flavonoids and of the total content of low molecular weight antioxidants has been conducted with spectrophotometry based on the ability of ferric chloride (III) to oxidize low molecular weight antioxidants. It has been found that the process of mechanical activation of components is accompanied by the destruction of cell walls and changing of chemical composition of plant raw materials due to rupture of a number of chemical bonds thus forming weak intermolecular interactions which lead to the formation of the complex of hydro- and lipophilic nature, thus creating optimum conditions for the diffusion process resulting in 5-10 times increase of bioavailability of biologically active substances. It is shown that the content of low molecular weight antioxidants increases with mechanical activation of the feedstock, as well as with the increase of Lichen : Rhodiola rosea proportions in biocomplexes. The efficiency of using of a complex dietary supplement during intensive physical activity has been investigated.
Mechanicochemical technology has been developed for obtaining highly efficient solid phase biological complexes (solvent- free) in single process step. Presented are the results of evaluation of the effect of mechanical activation of complexes based on lichen thalli and a small amount of Rhodiola rosea on the content of low molecular weight antioxidants for creating food supplements based on them. A qualitative analysis for determination of flavonoids and of the total content of low molecular weight antioxidants has been conducted with spectrophotometry based on the ability of ferric chloride (III) to oxidize low molecular weight antioxidants. It has been found that the process of mechanical activation of components is accompanied by the destruction of cell walls and changing of chemical composition of plant raw materials due to rupture of a number of chemical bonds thus forming weak intermolecular interactions which lead to the formation of the complex of hydro- and lipophilic nature, thus creating optimum conditions for the diffusion process resulting in 5-10 times increase of bioavailability of biologically active substances. It is shown that the content of low molecular weight antioxidants increases with mechanical activation of the feedstock, as well as with the increase of Lichen : Rhodiola rosea proportions in biocomplexes. The efficiency of using of a complex dietary supplement during intensive physical activity has been investigated.
Keywords:
Lichen, Rhodiola rosea, mechanochemical activation, low molecular antioxidants, food supplements
Lichen, Rhodiola rosea, mechanochemical activation, low molecular antioxidants, food supplements
Введение В последние годы в области разработки и приме- нения специализированных продуктов для питания спортсменов, людей, занимающихся тяжелым физи- ческим трудом, работающих в экстремальных климатических условиях, наметилось стремительное развитие. Однако их промышленное производство в нашей стране весьма ограниченно. До настоящего времени основным направлением в области разра- ботки и производства подобных продуктов являлось создание специализированных продуктов, обладаю- щих узконаправленным действием, которые, как правило, обеспечивают поддержание пищевого ста- туса и способствуют улучшению адаптивных пока- зателей, но не снижают отрицательные последствия интенсивных физических нагрузок на организм [1]. Объемные и особенно интенсивные физические нагрузки вызывают различные нарушения метабо- лических реакций и физиологических процессов, что способствует накоплению в организме спортсмена эндотоксинов, оказывающих системное негативное воздействие на весь тренировочный процесс. Накопление вследствие интенсивной мышечной ра- боты эндогенных токсических продуктов метабо- лизма не только оказывает системное воздействие на протекание биохимических процессов, но и является одной из основных причин снижения иммунологи- ческой реактивности у спортсменов. Эндогенная интоксикация также отрицательно влияет на про- цессы энергетического обеспечения как на тканевом, так и на клеточном уровне. Происходит нарушение естественного течения антиоксидантных процессов, вследствие чего активируются процессы перекисно- го окисления, в конечном итоге приводящие к нару- шению митохондриального синтеза, снижению ре- зистентности к повреждениям клеточных мембран и иных структур, что в конечном итоге способствует снижению функциональной активности состояния жизненно важных органов и систем органов [2]. Хроническая интоксикация организма спортсме- на, являющаяся следствием воздействия различных стрессорных факторов (физической нагрузки, хро- нической усталости, психоэмоционального стресса и др.), приводит к снижению адаптационных возмож- ностей организма спортсмена, нарушению иммуно- логической резистентности, снижению общей и спе- циальной спортивной работоспособности, а также существенно уменьшает эффективность трениро- вочного процесса и спортивную результативность [3]. В последнее время все больший интерес пред- ставляют препараты растительного происхождения, что связано с их хорошей переносимостью, более мягким корригирующим воздействием на организм спортсмена, а также широким спектром регулирую- щих эффектов, позволяющих оказывать комплекс- ное влияние на ход различных метаболических, пла- стических и регуляторных процессов, обеспечиваю- щих спортивную деятельность. По мере разработки сырьевой базы для получения новых растительных препаратов, обладающих адаптогенным действием, большой интерес представляют средства, получен- ные в результате переработки растительного сырья из лишайников рода Cladonia. Важной особенно- стью сырья для разработки пищевых добавок явля- ется его универсальность, природное происхожде- ние, экологически чистые и ресурсосберегающие технологии получения и полифункциональные свой- ства. Наиболее распространенным видом на терри- тории сбора лишайникового сырья в Центральной Якутии является Кладония оленья - Cladonia ran- giferina (L.) Web ex Wigg (ягель). В составе ягеля идентифицированы следующие вещества, обладаю- щие биологически активным действием: лишайни- ковые кислоты (перлатоловая, фумарпротоцетрато- вая, усниновая), свободные сахара и олигополисахариды, аминокислоты и др. Известно, что лишайники концентрируют радионуклиды из воздуха. Поэтому сбор сырья необходимо вести в экологически чистой зоне. По результатам ежегодных измерений удель- ной активности техногенных радионуклидов цезия- 137 и стронция-90 на универсальном спектрометри- ческом комплексе УСК «МУЛЬТИРАД» исследуе- мое биосырье признано соответствующим ПДК, что свидетельствует об экологичности зон сбора лишай- никового сырья. Кроме того, лишайники р. Cladonia могут служить источником биогенных элементов - особенно Ca, Mg, P, K, Na и микродоз Li, I, Se [4]. Цель данного исследования: оценка механоакти- вации комплексов из растительных субстанций на содержание в них низкомолекулярных антиоксидан- тов для создания в последующем пищевых добавок на их основе и изучение эффективности их приме- нения при интенсивных физических нагрузках. Низкомолекулярные антиоксиданты (НМАО) яв- ляются важными компонентами биологической ан- тиоксидантной системы. Объекты и методы исследований Объектом исследования является физиологиче- ски активная растительная композиция (комплекс) с повышенным адаптогенным действием, полученная в лаборатории «Механохимические биотехно- логии» СВФУ на основе растительных субстан- ций, произрастающих в Якутии: слоевищ лишайни- ков (Cladonia rangiferina (L.) Web), корневищ роди- олы розовой (Rhodiolarosea, сем. Crassulaceae) в массовых соотношениях 5:1 и 10:1. Известно, что и лишайники, и родиола розовая стимулируют работу иммунной системы и защи- щают ее, восстанавливая метаболический баланс организма. Родиола розовая является альтернатив- ным источником биологически активных веществ (флавоноидов, дубильных веществ, органических кислот - галловой, щавелевой, янтарной, лимонной и яблочной, флаволигнанов - родиолина, монотер- пенов - розиридона и розиридина), содержащихся в традиционных пищевых продуктах растительного происхождения. Родиола розовая улучшает ум- ственную и физическую работоспособность, спо- собствует сохранению энергетического потенциала организма, повышает устойчивость к воздействию различных экстремальных факторов [5, 6]. Получение комплекса включает следующие технологические стадии. Предварительное измель- чение сырья проводилось на высокоскоростном миксере KSM-50 (Южная Корея), измельченные навески лишайникового сырья и родиолы розовой перемешивали непрерывно в течение 5 ч в лабора- торном смесителе для порошков Junior (Италия), а совместная механохимическая активация проводи- лась в механохимической установке ЦЭМ 7-80 (Россия) без участия растворителей в одну техноло- гическую стадию при скорости 1200-1500 об/мин в течение 1-3 мин. После получения биокомплексов были проведе- ны нижеперечисленные исследования. Количественное определение суммы флавонои- дов осуществляли по известной методике методом УФ-спектрофотометрии в пересчете на кверцетин [7]. УФ-спектры снимали на приборе Libra S12 производства Великобритании (кварцевые кюветы с толщиной поглощающего слоя 1 см). Определение суммарного содержания низко- молекулярных антиоксидантов проводили по спектрофотометрической методике, основанной на способности хлорного железа (III) окислять НМАО. При этом хлорное железо (III) восстанав- ливается до хлорного железа (II), количество ко- торого определяли по интенсивности окраски при добавлении о-фенантролина при длине вол- ны 510 нм. Исследования выполняли в восьми образцах. Четыре образца исходного сырья мас- сой по одному грамму каждый: ягель грубого помола (1), ягель механоактивированный (2), ро- диола розовая грубого помола (3), родиола розо- вая - механоактивированный порошок (4), также два образца смесей: ягель + родиола розовая гру- бого помола в соотношении 5:1 (5), ягель + роди- ола розовая грубого помола в соотношении 10:1 (6) и два биокомплекса: ягель + родиола розо- вая - совместно механоактивированный ком- плекс в соотношении 5:1 (7), ягель + родиола розовая - совместно механоактивированный комплекс в соотношении 10:1 (8). Все измерения проводились в трех повторностях, далее осу- ществлялась их статистическая обработка. Для апробации пищевой добавки была разрабо- тана схема эксперимента и организационные аспекты его проведения в конкретной структуре учебно- тренировочного процесса спортсменов. Для участия в эксперименте были отобраны 10 высококва- лифицированных спортсменов (табл. 1). Таблица 1 Характеристика контингента испытателей Количество испытателей 10 Вид спорта Спортивныеединоборства - бокс 6 - бои без правил 4 Квалификация змс - 1, мсмк - 6, мс - 3 Возраст 22-34 Стаж занятий спортом, лет 5-16 Эксперимент проводился в условиях планово- го учебно-тренировочного процесса подготовки к рейтинговым боям. Спортсмены опытной и кон- трольной групп находились в одинаковых усло- виях (питание, медицинский контроль, условия проживания и тренировочного процесса). Спортсмены опытной группы в течение 28 дней получали комплексный препарат, состоящий из механоактивированной смеси ягеля и родиолы розовой в соотношении 10:1 по одной капсуле (0,4 г) внутрь между приемами пищи, а кон- трольной группы - в те же сроки по аналогичной схеме получали плацебо (порошок Рингера- Локка) в капсулах. Каждый спортсмен из состава опытной и контрольной групп трижды проходил обследование в течение эксперимента: в начале курса приема пищевой добавки или плацебо, в середине курса (через 14 дней после начала экс- перимента) и после окончания курса. Результаты обрабатывали статистически с помощью крите- рия Уилкоксона для малых выборок. Результаты и их обсуждение Процесс механоактивации компонентов сопро- вождается разрушением клеточных стенок и изменением химического состава растительного сырья из-за разрыва ряда химических связей, при этом образуются слабые межмолекулярные взаимодей- ствия, которые приводят к образованию комплекса бифильного характера, создавая тем самым опти- мальные условия для диффузионного процесса, в результате повышая в 5-10 раз биодоступность БАВ, что способствует увеличению его антиокси- дантной активности. Основу поликомпонентной пищевой добавки составляют межмолекулярные комплексы лишайниковых β-полисахаридов и БАВ из корней и корневищ родиолы розовой, такие как салидрозид, ароматические кислоты флавоноидно- го типа, образующиеся при механохимической ак- тивации смеси лишайниковых β-полисахаридов и корней и корневищ родиолы розовой. Содержание суммы флавоноидов в пересчете на кверцетин и абсолютно сухое сырье в процентах вычисляли по формуле: Х = D∙25∙100∙100∙100 , 764,6∙m∙2∙(100-W) где D - оптическая плотность исследуемого раствора; 764,6 - удельный показатель поглощения комплекса кверцетина с алюминия хлоридом при 430 нм; m - масса сырья в граммах; W - потеря в массе при высушивании сырья в процентах. Содержание флавоноидов в лишайниковом сы- рье составляет в пересчете на кверцетин 1,58±0,38 % (при p = 0,95). По результатам спектрофотометрических исследований было выявлено, что содержание низко- молекулярных антиоксидантов увеличивается при механоактивации исходного сырья, а также с уве- личением соотношений ягель : родиола розовая в биокомплексах (рис. 1). Результаты, полученные при экспериментальной апробации на спортсменах, послужили основа- нием для заключения об эффективности примене- ния данной добавки. Как известно, на этапе специ- альной подготовки в условиях выполнения трени- ровочных нагрузок высокой интенсивности (суб- максимальной и максимальной мощности), проис- ходят закономерные изменения лабильных компо- нентов состава тела спортсменов, специализирую- щихся в единоборствах [8]. На данном этапе подго- товки (вплоть до начала подводки к старту) показа- тели мышечной массы снижаются, а масса жира увеличивается. Это воздействие интенсивных нагрузок отражает снижение адаптации организма к нагрузкам и отрицательно сказывается на эффек- тивности всего цикла подготовки к соревнованиям. На основании таких данных принято считать, что показатели лабильных компонентов состава являются достаточно надежными критериями (хотя и косвенными) адаптации единоборцев к трениро- вочным нагрузкам. Установлено, что курсовой при- ем пищевой добавки не сопровождается достовер- ным увеличением массы тела и абсолютных и от- носительных показателей мышечной массы испы- тателей опытной группы. При этом показатели мас- сы жира достоверно снизились (табл. 2). 0,244 0,186 0,13 0,078 0,0550,017 0,026 0,035 НМАО, мг-экв.кверцетина/г 0,3 0,25 0,2 кортизола в периферической крови). Как показыва- ет эксперимент, исходные значения интегрального показателя были одинаковыми в контрольной и опытной группах. В результате курсового приме- нения пищевой добавки в течение четырехнедель- ного мезоцикла этапа специальной подготовки спортсменов не наблюдалось достоверного сниже- ния индекса утомления у испытателей опытной группы. В отличие от опытной группы, в контроль- ной группе зафиксировано устойчивое снижение аналогичного показателя (рис. 2). Использование механохимической обработки растительного сырья разрушает стенки клеток, где 0,15 0,1 0,05 0 7 Рис. 1. Суммарное содержание НМАО в исследуемых образцах находится основная часть БАВ, и приводит к образованию ультрадисперсных частиц в твердой фазе, тем самым способствуя максимально эффективно- му выходу БАВ из клеток, что нами и доказано на примере низкомолекулярных антиоксидантов. Кроме того, можно заключить, что на этапе под- готовки спортсменов с высокоинтенсивными нагрузками субмаксимальной мощности на фоне курсового применения комплексной пищевой до- бавки наблюдается стабилизация мышечной массы спортсменов при параллельном относительном снижении массы жира. Такой тип динамики мор- фологических показателей состава тела в целом соответствует устойчивому уровню адаптации ор- Таблица 2 Морфологические показатели состава тела спортсменов опытной (БАД) и контрольной (плацебо) групп Показа-тели До приема БАД После приема БАД Опыт Контроль Опыт Контроль Массатела, кг 75,84,4 76,22,25 75,06,8 75,87,0* Мышечнаямасса, кг 39,154,16 40,532,88 39,44,10* 39,485,20 % 53,70,1 53,20,1 54,00,3* 52,30,4 Массажира, кг 9,150,12 9,390,25 9,090,24 9,870,40 % 12,90,1 12,10,1 12,70,2* 12,90,16 Примечание. *Статистически недостоверные различия по срав- нению с исходными значениями (р > 0,05) интегральный гормональный показатель, % 25 20 ганизма. Следовательно, использование биологически активных средств, основанных как на препаратах из лишайникового сырья, так и комплексах лишайникового сырья и различных веществ, позволяет не только добиться потенцирования эффективности используемого средства, но и проводить активную детоксикационную терапию в отношении целого ряда веществ, являющихся основой развития эндо- генной детоксикации у спортсменов различных видов спорта. Помимо прямого дезинтоксикацион- ного действия, биологически активные вещества, входящие в состав растительного лишайникового сырья, обладают выраженным мембраностабилизи- рующим действием, положительно влияют на ход обменных процессов, активизируют ферментные каскады различных биохимических реакций, что является важным аспектом для повышения всей совокупности механизмов адаптации организма спортсмена к физическим нагрузкам высокой ин- тенсивности. Ранее нами разработан способ повышения каче- 15 10 5 0 0 10 20 дни опыт контроль ства и сохранения свежести жидких пищевых про- дуктов и хлебобулочных изделий путем добавления в их состав механоактивированного порошка слое- вищ лишайников р. Cladonia [9], т.к. механоакти- вированные образцы имеют большую биодоступ- ность БАВ, что значительно снижает содержание пищевой добавки: до 0,1-0,5 % от массы готового Рис. 2. Сравнительная оценка степени адаптации спортсменов опытной и контрольной групп Кроме того, для оценки степени адаптации еди- ноборцев к нагрузкам была исследована динамика интегрального гормонального показателя - индекса утомления (соотношение уровней тестостерона и продукта. Разработаны ТУ 9110-001-01727661-2012 на хлеб «Полярный», по которым БАД «Ягель Де- токс» применяется при производстве нового сорта хлеба. Продукт пользуется успехом у горожан и отличается повышенным сроком годности. Хлеб «Полярный» благодаря биодобавке «Ягель Детокс» долго остается свежим, не плесневеет и приобретает особые полезные для здоровья человека свой- ства: способствует укреплению иммунитета, повы- шению устойчивости к вирусным и бактериальным инфекциям, оптимизирует функции кишечника. Новая разработка на основе комплекса слоевищ лишайника и корневищ родиолы розовой, обработан- ной механохимической биотехнологией позволит применять ее в качестве пищевой добавки в очень небольших количествах (до 0,5 % по массе) для со- здания жидких пищевых продуктов и хлебобулочных изделий с целью детоксикации внутренних сред орга- низма человека и повышения его адаптивного потен- циала, физической и умственной работоспособности, что подтверждено в Чурапчинском Институте физической культуры и спорта. Продукт может быть поле- зен людям экстремальных профессий, ведущим ак- тивный образ жизни, проживающим в неблагоприят- ных экологических и климатических условиях, спортсменам в период усиленных тренировок, паци- ентам в период восстановления. Таким образом, с разработкой и производством механоактивированного биокомплекса ягеля с ро- диолой розовой появляется возможность произво- дить продукты с увеличенным сроком годности, решается также задача выпуска продуктов питания оздоровительной направленности, содержащих по- вышенное количество БАВ, обладающих антиокси- дантной активностью.
1. Kulinenkov, O.S. Farmakoterapiya v sportivnoy medicine / O. S. Kulinenkov. - M.: Medicina, 2003. - 254 s.
2. Okovityy, S.V. Klinicheskaya farmakologiya antigipoksantov i antioksidantov / S.V. Okovityy, S.N. Shulenin, A.V. Smirnov. - SPb.: FARMindeks, 2005. - 72 s.
3. Cygan, V.N. Sport. Immunitet. Pitanie / V.N. Cygan, A.V. Skal'nyy, E.G. Mokeeva. - SPb.: ELBI-SPb, 2012. -240 s.
4. An'shakova, V.V. Himicheskiy analiz lishaynika kak potencial'nogo biosyr'ya / V.V. An'shakova, A.V. Stepanova, A.Sh. Smagulova // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. - 2014. - № 6. - URL: http://www.science- education.ru/120 (data obrascheniya: 25.07.2016).
5. Saratikov, A.S. Rodiola rozovaya (Zolotoy koren') - 4-e izd., pererab. i dop. / A.S. Saratikov, E.A. Krasnov. - Tomsk: ITU, 2004. - 292 s.
6. An'shakova, V.V. Aktoprotektornaya aktivnost' kompleksnogo biopreparata na osnove talloma lishaynikov i rodioly rozovoy // V.V. An'shakova, A.V. Stepanova [i dr.] // Ekologiya cheloveka, - 2015. - № 5. - S. 46-51.
7. Spektrofotometricheskoe opredelenie summarnogo soderzhaniya flavonoidov v lekarstvennyh preparatah rastitel'nogo proishozhdeniya / O.N. Sorokina, E.G. Sumina, A.V. Petrakova, S.V. Barysheva // Izvestiya Saratovskogo unta. - 2013. - № 3 (13). - S. 8-10.
8. Abramova, T.F. Labil'nye komponenty massy tela - kriterii fizicheskoy podgotovlennosti i kontrolya tekuschey i dolgovremennoy adaptacii k trenirovochnym nagruzkam: metod. rekomendacii / T.F. Abramova, T.V. Nikitina, N.I. Kochetkova. - M.: OOO «Skayprint», 2013. - 132 s.
9. An'shakova, V.V. Sohranenie svezhesti hlebobulochnyh izdeliy i povyshenie ih kachestva s pomosch'yu tverdofaznoy pischevoy dobavki «YaGEL'-T» / V.V. An'shakova, E.V. Karataeva // Hleboprodukty. - 2012. - № 9. - S. 34-36.
