СУЧАСНІ ТРЕНДИ ВИКОРИСТАННЯ БІОЛОГІЧНО-АКТИВНИХ ГЕЛЕУТВОРЮЮЧИХ ПОЛІСАХАРИДІВ У ХАРЧОВІЙ ГАЛУЗІ, КОСМЕТОЛОГІЇ ТА МЕДИЦИНІ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2079-0821.2025.01.10Ключові слова:
біологічно-активні, гідрогелі, полісахариди, харчова галузь, косметологія, медицинаАнотація
В статті розглянуті сучасні тренди використання біологічно-активних гелеутворюючих полісахаридів у харчовій галузі, косметології та медицині. Показано, що полісахариди та їхні похідні природного походження набули останнім часом важливого значення для технологій, пов’язаних з піклуванням про здоров’я людини. Широкий спектр можливостей і прикладів застосування деяких з цих речовин обумовлений їхньою здатністю утворювати стабільні просторові структури за участю води і внаслідок цього підвищувати в’язкість, стабілізувати дисперсії, утворювати гелі. Стан системи в кожному випадку керується як природою самих полісахаридів, так і зовнішніми факторами: дією «зшиваючих агентів», температурою, рН-показником середовища. Одним з основних джерел полісахаридів з означеними властивостями є мікроводорості (Regnum Protista), з яких отримують агар, альгінат, каррагінан. Важливу роль відграють продукти рослинного походження: пектин та різноманітні гуми (або камеді): гуарова, трагакантова, камедь рожкового дерева, гуміарабік. Не менш важливою характеристикою цих полісахаридів є біосумісність із організмом людини. В технологіях, що базуються на швидкому, надійному та керованому процесі гелеутворення в якості головного полісахариду часто виступає альгінат, який формує міцні гелі за рахунок утворення зв’язків між блоками гулуронової кислоти та іонами кальцію. Вельми різноманітне застосування гелеутворюючих полісахаридів в різних галузях базується на одних і тих самих властивостях і ефектах із урахуванням можливостей техніки внутрішнього чи зовнішнього гелеутворенння і в першу чергу визначається типовими для сфери застосування задачами. Ефекти від внутрішнього гелеутворення застосовують для керування реологічними властивостями, об’ємною текстурою таких харчових продуктів як йогурти, соуси, аналоги м’ясних страв, і зрештою для досягнення потрібних органолептичних властивостей, а також – для підвищення фізичної, хімічної та мікробіологічної стабільності продукту. Пористі гелі дозволяють створювати харчові продукти низької щільності і як наслідок – знижувати калорійність раціону. Доведено, що альгінат та інші полісахариди також мають великий потенціал для створення засобів піклування про шкіру та біоматеріалів, які сприяють регенерації тканин, в тому числі із залученням технологій 3D-друку.
Посилання
Chen Z., Cui B., Guo X. et al. Fabrication and characterization of Pickering emulsions stabilized by desalted duck egg white nanogels and sodium alginate. Journal of the Science of Food and Agriculture. Vol. 102, Issue 3. P. 949–956. https:// doi.org/10.1002/jsfa.11427.
Draget K. I. Alginates. Handbook of Hydrocolloids: Second Edition. Elsevier Inc., 2009. P. 807–828. https://doi.org/ 10.1533/9781845695873.807.
Alba K., Kontogiorgos V. Seaweed polysaccharides (agar, alginate carrageenan). Encyclopedia of Food Chemistry. Elsevier, 2018. P. 240–250. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100596-5.21587-4.
Urbanova M., Macku J., Kubova K. et al. Structure, dynamics, and functional properties of hybrid alginate-pectin gels dually crosslinked by Ca2+ and Zn2+ ions designed as a delivery device for self-emulsifying systems for lipophilic phytotherapeutics. Food Hydrocolloids. Vol. 150, 2024. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2023.109693.
Wang K., Sui J., Gao W. et al. Effects of xanthan gum and sodium alginate on gelatinization and gels structure of debranched pea starch by pullulanase. Food Hydrocolloids. Vol. 130, 2022. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2022.107733.
Guo Z., Ren J., Song C. Enhanced Thermal and Storage Stability of Glucose Oxidase via Encapsulation in Chitosan-Coated Alginate and Carboxymethyl Cellulose Gel Particles. Foods. Vol. 14, Issue 4. DOI:10.3390/foods14040664.
Paques J. P. Alginate Nanospheres Prepared by Internal or External Gelation with Nanoparticles. Microencapsulation and Microspheres for Food Applications. Elsevier Science Ltd., 2015. P. 39–55. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-800350-3.00004-2.
Zhang Z., Zhang R., Zou L. et al. Protein encapsulation in alginate hydrogel beads: Effect of pH on microgel stability, protein retention and protein release. Food Hydrocolloids. Vol. 58, 2016. P. 308–315. https://doi.org/ 10.1016/ j.foodhyd.2016.03.015.
Krunic T. Alginate as a carrier for probiotic immobilization: Extrusion and spray dry technique. Properties and Applications of Alginate. Nova Science Publishers, Inc., 2022. P. 131–150.
Cui Z., Li Y., Feng X. et al. Development, RSM-Based Optimization, and Characterization of a Unique Edible Composite Film by Incorporating Clove Essential Oil Based on Sodium Alginate and Aloe vera Gel to Preserve the Quality of Blueberries. Journal of Food Processing and Preservation. Vol. 2023, 2023. https://doi.org/10.1155/2023/3578799.
Arriola N. D. A., Chater P. I., Wilcox M. et al. Encapsulation of stevia rebaudiana Bertoni aqueous crude extracts by ionic gelation – Effects of alginate blends and gelling solutions on the polyphenolic profile. Food Chemistry. Vol. 275, 2019. P. 123–134. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.09.086.
Mong Thu T. T., Krasaekoopt W. Encapsulation of protease from Aspergillus oryzae and lipase from Thermomyces lanuginoseus using alginate and different copolymer types. Agriculture and Natural Resources. Vol. 50, Issue 3. P. 155–161. DOI:10.1016/j.anres.2016.06.002.
Ahmed S., Muhammad T., Zaidi A. Cottage cheese enriched with lactobacilli encapsulated in alginate–chitosan microparticles forestalls perishability and augments probiotic activity. Journal of Food Processing and Preservation. Vol. 45, Issue 6. https://doi.org/10.1111/jfpp.15473.
Biao Y., Yuxuan C., Qi T. et al. Enhanced performance and functionality of active edible films by incorporating tea polyphenols into thin calcium alginate hydrogels. Food Hydrocolloids. Vol. 97, 2019. https:// doi.org/10.1016/ j.foodhyd. 2019.105197.
Lupo B., Maestro A., Porras M. et al. Preparation of alginate microspheres by emulsification/internal gelation to encapsulate cocoa polyphenols. Food Hydrocolloids. Vol. 38, 2014. P. 56–65. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2013.11.003.
Cui Y., Yang F., Wang C.-S. et al. 3D Printing windows and rheological properties for normal maize starch/sodium alginate composite gels. Food Hydrocolloids. Vol. 146, 2024. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2023.109178.
Feng C., Zhang M., Bhandari B. et al. Improvement of 3D printing properties of rose-sodium alginate heterogeneous gel by adjusting rose material. Journal of Food Process Engineering. Vol. 44, Issue 1. DOI:10.1111/jfpe.13583.
TSAI C.-R., LIN Y.-K. Artificial steak: A 3D printable hydrogel composed of egg albumen, pea protein, gellan gum, sodium alginate and rice mill by-products. Future Foods. Vol. 5, 2022. https://doi.org/10.1016/j.fufo.2022.100121.
Zhang Y.-X., Luan Q.-Y., Ma Y.-Z. et al. Effect of Pre-gelation on 3D Printing and in Vitro Release Properties of Pea Protein-sodium Alginate Composite Gel. Science and Technology of Cereals, Oils and Foods. Vol. 32, Issue 4. P. 121–128. DOI:10.16210/j.cnki.1007-7561.2024.04.015.
Zhong Q., Chen Y., Zhang X. et al. Correlation between 3D printability and rheological properties of biopolymer fluid: A case study of alginate-based hydrogels. Journal of Food Engineering. Vol. 370, 2024. https://doi.org/ 10.1016/ j.jfoodeng.2024.111970.
Zhu S., Wang W., Stieger M. et al. Shear-induced structuring of phase-separated sodium caseinate - sodium alginate blends using extrusion-based 3D printing: Creation of anisotropic aligned micron-size fibrous structures and macroscale filament bundles. Innovative Food Science and Emerging Technologies. Vol. 81, 2022. https:// doi.org/ 10.1016/ j.ifset.2022.103146.
Aguirre-Calvo T. R., Molino S., Perullini M. et al. Effect of in vitro digestion-fermentation of Ca(II)-alginate beads containing sugar and biopolymers over global antioxidant response and short chain fatty acids production. Food Chemistry. Vol. 333, 2020. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.127483.
Gao J., Liu C., Shi J. et al. The regulation of sodium alginate on the stability of ovalbumin-pectin complexes for VD3 encapsulation and in vitro simulated gastrointestinal digestion study. Food Research International. Vol. 140, 2021. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2020.110011.
Guo L., Goff H. D., Xu F. et al. The effect of sodium alginate on nutrient digestion and metabolic responses during both in vitro and in vivo digestion process. Food Hydrocolloids. Vol. 107, 2020. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2019.105304.
Hu M., Wu Y., Wang J. et al. Emulsions Stabilization and Lipid Digestion Profiles of Sodium Alginate Microgels: Effect of the Crosslink Density. Food Biophysics. Vol. 16, Issue 3. P. 346–354. https://doi.org/10.1007/s11483-021-09673-z.
Lin D., Kelly A. L., Miao S. Alginate-based emulsion micro-gel particles produced by an external/internal O/W/O emulsion-gelation method: Formation, suspension rheology, digestion, and application to gel-in-gel beads. Food Hydrocolloids. Vol. 120, 2021. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.106926.
Niu J., You T., Wang X. et al. Study on stability and in vitro digestion property of Lutein Pickering emulsions encapsulated with whey protein isolate /sodium alginate/tea polyphenols. Journal of Food Measurement and Characterization. Vol. 18, Issue 12. P. 9736–9751. https://doi.org/10.1007/s11694-024-02906-y.
Wang H., Zhang J., Han L. et al. Calcium ion regulation of sodium alginate in pure buckwheat noodles shown by in vitro simulated digestion. Frontiers in Nutrition. Vol. 9, 2023. https://doi.org/10.3389/fnut.2022.1105878.
Karmakar S., Manna S., Kabiraj S. et al. Recent progress in alginate-based carriers for ocular targeting of therapeutics. Food Hydrocolloids for Health. Vol. 2, 2022. https://doi.org/10.1016/j.fhfh.2022.100071.
Hadi A., Nawab A., Alam F. et al. Physical, mechanical, optical, barrier, and antioxidant properties of sodium alginate–aloe vera biocomposite film. Journal of Food Processing and Preservation. Vol. 45, Issue 5. DOI:10.1111/jfpp.15444.
Yuasa M., Tagawa Y., Tominaga M. The texture and preference of “mentsuyu (Japanese noodle soup base) caviar” prepared from sodium alginate and calcium lactate. International Journal of Gastronomy and Food Science. Vol. 18, 2019. https://doi.org/10.1016/j.ijgfs.2019.100178.
Fan H. Y., Ko B. Z., Siew C. K. et al. Evaluation of fish gelatin and sodium alginate blend as gelling agents for pudding containing virgin coconut oil. Pertanika Journal of Tropical Agricultural Science. Vol. 42, Issue 4. P. 1209–1217.
Dai L., Zhan X., Wei Y. et al. Composite zein - propylene glycol alginate particles prepared using solvent evaporation: Characterization and application as Pickering emulsion stabilizers. Food Hydrocolloids. Vol. 85, 2018. P. 281–290. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2018.07.013.
Karakaş C. Y., Yildirim R. M., Karadag A. Encapsulation of Lactobacillus plantarum ELB90 by electrospraying in a double emulsion (W1/O/W2) loaded alginate beads to improve the gastrointestinal survival and thermal stability. Journal of the Science of Food and Agriculture. Vol. 103, Issue 7. P. 3427–3436. https://doi.org/10.1002/jsfa.12494.
Su C.-Y., Li D., Wang L.-J. et al. Development of corn starch- sodium alginate emulsion gels as animal fat substitute: Effect of oil concentration. Food Hydrocolloids. Vol. 157, 2024. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2024.110439.
Meseldzija S., Ruzic J., Spasojevic J. et al. Alginate cryogels as a template for the preparation of edible oleogels. Foods. Vol. 13, Issue 9. https://doi.org/10.3390/foods13091297.
Shi Y., Tang J., Yan W. et al. Novel pH- and thermal-responsive oleogel capsules: Featuring an oleogel core and ultrathin calcium- alginate shell. Food Chemistry. Vol. 454, 2024. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.139663.
Matveeva T., Mazaeva V., Papchenko V., Khareba V., Khareba O. Development of oleogels with a reduced content of saturated fatty acids. Journal of Food Science and Technology. 2022. Vol.16(4). P. 31-39. https://doi.org/ 10.15673/ fst.v16i4.2549
Kang Y. K., Jeong E., Baek Y. et al. Development of emulsion- filled calcium alginate gels for thermoresponsive release of flavor in plant-based meat analogs. Food Chemistry. Vol. 461, 2024. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.140885.
Ryu J., Rosenfeld S. E., McClements D. J. Creation of plant-based meat analogs: Effects of calcium salt type on structure and texture of potato protein-alginate composite gels. Food Hydrocolloids. Vol. 156, 2024. https://doi.org/ 10.1016/ j.foodhyd.2024.110312
