Forscher entwickeln eine Technologie zum Schutz der bioaktiven Verbindungen von Lebensmitteln während der Verdauung

Bioaktive Verbindungen, die hauptsächlich in Obst und Gemüse enthalten sind, erfüllen verschiedene Körperfunktionen in Bezug auf Gesundheit und Wohlbefinden. Ihre Wirkungen gelten unter anderem als Antioxidans, Antidiabetikum, Anti-Aging und Anti-Krebs.

Viele Studien suchen nach Möglichkeiten, die Aufnahme bioaktiver Verbindungen durch den Organismus zu optimieren und ihre Bioverfügbarkeit zu erhöhen – den Anteil, der nach der Aufnahme in den Blutkreislauf gelangt. Eine Möglichkeit besteht darin, die Verbindungen mit einem anderen Material zu beschichten und sie im Nanometerbereich zu verpacken (ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter). Die Nanoverkapselung, wie diese Technik genannt wird, gewährleistet eine langsame Freisetzung der Verbindungen, sodass sie länger brauchen, um verdaut zu werden, und die Angriffe von Bakterien im Darmmikrobiom überleben können.

Eine Untersuchung, die von einem Forscherduo an der School of Pharmaceutical Sciences (FCF-USP) der Universität São Paulo in Brasilien durchgeführt wurde, ist eine dieser Studien. Sie arbeiteten an der Abteilung für Lebensmittelwissenschaft und experimentelle Ernährung der Schule und haben mehrere Artikel zu diesem Thema verfasst, von denen der neueste im veröffentlicht wurde Internationale Zeitschrift für biologische Makromoleküleist ein Überblick über die Literatur zur Pektin-basierten Nanoverkapselung sowie eine Beschreibung einer neuartigen Technologie, die unter der Ägide des Food Research Center (FoRC), einem Forschungs-, Innovations- und Verbreitungszentrum (RIDC), entwickelt wurde.

„Wir haben Pektin verwendet, das aus Rückständen von Zitrusfrucht-Albedo und -Schale extrahiert wurde, mit einem Reinheitsgrad, der die menschliche Einnahme erlaubt und jede Art von gefährlichen Chemikalien ausschließt“, sagte João Paulo Fabi, einer der Autoren und Professor am FCF-USP. Albedo ist zum Beispiel die Schicht aus weißem, schwammigem Material in den Schalen von Orangen und Zitronen.

„Zusätzlich zu unserer Literaturrecherche beschreiben wir eine neuartige Technologie zur Nanoverkapselung von bioaktiven Verbindungen unter Verwendung von Pektin. Dies beinhaltet die Herstellung eines Pektin-Lysozym-Komplexes als äußere Schutzschicht für eine hochempfindliche bioaktive Verbindung namens Anthocyanin“, erklärte er und fügte hinzu dass Lysozym „eine sicher essbare Substanz ist, die aus Eiweiß gewonnen und zur Verbesserung der Stabilität des Endprodukts verwendet wird“.

Anthocyane sind wasserlösliche Pigmente, die zur Familie der Flavonoide gehören. Sie sind phenolische Verbindungen, die in allen Pflanzen vorkommen und für die Rot-, Blau- und Violetttöne verantwortlich sind, die in Blüten, Früchten, Blättern, Stängeln und Wurzeln zu sehen sind.

Die Autoren sagen, dass ihre Methodik verwendet werden kann, um andere wasserlösliche bioaktive Verbindungen einzukapseln. „Wir haben Anthocyanin aufgrund seiner herausfordernden Empfindlichkeit gegenüber vielen Faktoren wie Licht, Temperatur, pH-Wert und Darmbakterien getestet“, sagte Thiécla Katiane Osvaldt Rosales, die andere Autorin. Derzeit ist sie Postdoktorandin am Nuclear and Energy Research Institute (IPEN).

Vorteile der Methodik

Der Hauptvorteil ihrer Methodik besteht laut den Forschern darin, dass außer Pektin, Lysozym und Anthocyan keine weiteren Verbindungen zugesetzt werden. „Wir haben drei Verbindungen aus natürlichen Quellen verwendet und sie im Labor zu einem neuen Produkt gemischt, ohne Salze, Liganden oder potenziell toxische Stoffe hinzuzufügen. Außerdem sind die Nanopartikel nicht zu klein. Sehr kleine Nanopartikel können Barrieren und Zellmembranen durchdringen.“ in die DNA eindringen und toxische Wirkungen haben. Die Größe, die wir erhalten haben, ist sicher“, sagte Fabi.

Rosales skizzierte den von ihnen entwickelten Prozess zur Herstellung der Nanopartikel. „Pektin und Lysozym werden separat erhitzt. Die Temperaturerhöhung verändert teilweise ihre Struktur, und sie interagieren besser, wenn sie erhitzt werden. Sie werden dann schnell abgekühlt, um eine Temperatur zu erreichen, die für das empfindliche und ziemlich instabile Anthocyan nicht schädlich ist. Die drei Substanzen werden gemischt in einer wässrigen Suspension gelöst und eine Stunde lang gerührt. Das Ergebnis ist eingekapseltes Anthocyanin. Die Suspension wird dann filtriert, um die nicht eingekapselten Inhalte abzutrennen“, sagte sie.

Besondere Sorgfalt gilt Faktoren wie Temperatur und pH-Wert. „Wir haben die Parameter zwecks Optimierung getestet, insbesondere den pH-Wert. Ist der pH-Wert zu hoch, werden die Anthocyane abgebaut. Zu niedrig darf er auch nicht sein. Wir haben einen pH-Wert von 5 als optimal für das Zusammenspiel der Moleküle empfunden, “ Sie erklärte. „Wir haben auch die Dauer und Intensität des Rührens getestet. Wir haben Wert darauf gelegt, alle Details zu verwalten, egal wie klein sie sind, weil sie einen Unterschied in Bezug auf die Bildung stabiler Partikel machen. Wir haben ein Patent auf die Methodik angemeldet.“

Ergebnisse

Schließlich wurde die Verkapselung in einem im Labor simulierten Verdauungssystem auf Wirksamkeit getestet, um die Magen- und Darmphasen nachzuahmen. „Das Ergebnis war, dass ein Teil des Anthocyans während des Verdauungsprozesses am Ende der Magenverdauung freigesetzt wurde und ein Teil in der Nanostruktur verblieb, mit der Möglichkeit, dass dieser Rest im Darm freigesetzt oder zusammen mit der Nanostruktur absorbiert wird. Wir glauben dies war ein gutes Ergebnis. Eine teilweise und allmähliche Freisetzung deutet darauf hin, dass die Absorption der Verbindung beginnt, bevor sie in den Darm gelangt, wobei der nanoeingekapselte Rest wahrscheinlich im Darm freigesetzt oder mit geringerer struktureller Veränderung vollständig absorbiert wird“, sagte Rosales.

Der nächste Schritt sind Tierversuche. „Wir haben die Methode in vitro getestet und Ergebnisse erhalten, die darauf hindeuten, dass die Nanopartikel sicher für den Verzehr sind. Wir haben Beweise dafür, dass Zellen sie auf ungiftige Weise aufnehmen können und dass das Pektin das Anthocyan und seine Eigenschaften schützt. Wir müssen es jetzt testen.“ bei Tieren den Prozess der oralen Aufnahme, die Absorption des Anthocyans unter Verwendung spezifischer Marker für die Absorption und den Weg im Organismus zu beobachten. Es ist wichtig, das Ausmaß der Absorption und den biologischen Bestimmungsort zu überprüfen“, sagte sie.

Die Nanopartikel sind hauptsächlich für die Verwendung als Nahrungsergänzungsmittel bestimmt. „Sie können Lebensmitteln und Nahrungsergänzungsmitteln zugesetzt werden, aber um sie in ein Nahrungsergänzungsmittel aufzunehmen, wäre eine industrielle Massenproduktion notwendig“, sagte Fabi.

Es ist erwähnenswert, dass das Verfahren keine teuren Geräte oder Verfahren erfordert. „Darüber hinaus würde das für die Nanokapseln verwendete Material, das aus Nebenprodukten von Zitrusschalen stammt, die Kosten für die Hersteller noch weiter senken. Das Pektin, das wir in unserer Studie verwendet haben, ist im Handel erhältlich und wird von der Lebensmittelindustrie hauptsächlich zur Gelbildung verwendet in Marmelade oder als Verdickungsmittel“, sagte Rosales.