Спосіб нанокорекції мікроелементного складу продуктів харчування людини, тварин, рослин

1. Спосіб нанокорекції мікроелементного складу продуктів харчування людини, тварин, рослин, що заснований на введенні в продукти харчування наночастинок щонайменше одного металу із групи, що включає цинк, магній, марганець, залізо, мідь, кобальт, молібден, хром, селен, кремній, германій, ванадій, вісмут, срібло, золото, платину, паладій, який відрізняється тим, що вводять у продукти харчування гідратовані наночастинки, у яких щонайменше один ліганд у гідратних оболонках заміщений молекулами органічної речовини з класу спиртів, карбонових кислот, складних ефірів, U 2 (19) 1 3 38392 мікроелементи в раціон не як підгодівля по кожному елементу окремо, а у складі комплексу елементів, як це має місце в преміксах, проте, у зв'язку з тим, що мікроелементи зазвичай вводять у вигляді катіонів металів, то в них спостерігається хімічна несумісність, наприклад, Сu2+ і І. Найбільш перспективно застосування мікроелементів не у вигляді солей металів, а у вигляді наночастинок, оскільки наукові дослідження показали, що наночастинки металів набагато менш токсичні в порівнянні з іонною формою металів, отриманою з солей. Так. наприклад, наночастинки міді в 7 разів менш токсичні, наночастинки цинку в 30 разів менш токсичні, наночастинки заліза в 40 разів менш токсичні (див. Арсентьева И.П. Использование биологических активных препаратов на основе наночастиц металлов в медицине и сельском хозяйстве. Доклад на совещании: «Индустрия наносистем и материалы: оценка нынешнего состояния и перспективы развития». Москва, Центр «Открытая экономика». Опубл. 07.02.2006, http://www.strf.ru/client/doctrme.aspx). Проте сучасні нанотехнології не дозволяють одержувати повністю біосумісні наноматеріали. Майже всі нанодисперсії містять щонайменше один токсичний або небажаний хімічний реагент, до яких відносяться середовище розчинення, що використовується при синтезі наночастинок. поновлюючий агент і речовина-стабілізатор. В більшості технологій отримання наночастинок надмірно покладаються на використовування органічних розчинників. Наночастинки. отримані за допомогою органічних розчинників, не є біосумісними, і тому вони не є придатними для використовування в біологічних областях застосування. Багато відновлювальних агентів, таких, як борогідриди, диметилформаміди. гідразини, є надзвичайно високоактивними хімічними реагентами і є небезпечними як екологічно, так і біологічно. Найбільші проблеми виникають на стадії стабілізації наноматеріалів. Стабілізація необхідна для підвищення стійкості наноматеріалів. Наночастинки є надзвичайно активними. оскільки координаційна сфера поверхневих атомів в них є ненасиченою. і це може призводити до агломерації наночастинок. оскільки спостерігається тенденція мінімізації повної поверхневої і міжфазної енергії системи. Вказану проблему долають за допомогою пасивації відкритих поверхневих атомів хімічними покриваючими агентами. В якості покриваючого агенту зазвичай беруть сполуки у формі основи по Люісу, ковалентне пов'язаної з поверхневими атомами металів, внаслідок чого атоми покриваючого агента виступають донорами електронів. При цьому речовина-стабілізатор приєднується до поверхні наночастинок і за рахунок електростатичного відштовхування запобігає злипанню наночастинок в агломерати. Більшість стабілізуючих і покриваючих агентів, що використовуються у формі полімерів або хімічних реагентів, є небезпечними і екологічно ризикованими речовинами. Хімічні стабілізатори, що зазвичай використовуються, включають поліфосфат натрію і аніонні агенти, такі 4 як тіолати. Крім того, більшість технологій при стабілізації наноматеріалів включає додаткові небезпечні стадії, в яких використовуються токсичні речовини. Біосумісність наноматеріалів значною мірою визначається тим. якою речовиною стабілізовані наночастинки. Тому серйозною проблемою сучасних нанотехнологій є пошук екологічно чистих стабілізуючих розчинів, що дозволяють створити екологічно нешкідливі технології отримання біосумісних наноматеріалів. застосовних для використовування в біологічних областях. Найперспективнішими і ідеальними речовинами для цієї мети є ВОДА і екстракти біологічних клітин. Будучи лігандами в координаційній сфері наночастинок, молекули води і органічні молекули екстрагованих речовин виконують декілька найважливіших функцій: стабілізації наночастинок, додання наноматеріалу екологічної чистоти з можливістю легкого заміщення біосумісних лігандов, легкого проникнення через мембрани клітин і розкриття наночастинок в клітині організму. Задачею нанотехнологій є створення умов, при яких вода і екстракти біологічних клітин стали б виконувати роль стабілізаторів наноматеріалів. Відомі способи стабілізації наночастинок включають диспергування матеріалів, додавання до нанодисперсії стабілізуючого розчину на основі водного екстракту біологічних клітин, в якості яких використовують рослинні або тваринні клітини, або клітини мікроорганізмів (Евразийская заявка №200602093. СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ РАСТВОРЫ ДЛЯ СУБМИКРОННЫХ ЧАСТИЦ. СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ И СПОСОБЫ СТАБИЛИЗАЦИИ СУБМИКРОННЫХ ЧАСТИЦ. МПК B01J 13/00. Опубл 2007.04.27). Недоліком способу стосовно мікроелементів на основі наночастинок біогенних і благородних металів є те, що наночастинки у відомому способі одержують диспергуванням солей металів у воді, що знижує екологічну чистоту і біосумісність нанокоректора мікроелементного складу. Відомий спосіб корекції мікроелементного складу в рослинництві шляхом введення мікродобрив, що містить мікроелементи в іонній формі, вибрані з групи, що включає Сu, Mn, Mo, Fe, Zn, Co, Al, V і Ni. амінокислоту і іншу органічну кислоту, вибрану з групи, що включає молочну кислоту, гліколеву кислоту і лимонну кислоту, причому вказану композицію одержують шляхом розчинення щонайменше одного мікроелемента і щонайменше однієї органічної кислоти, вибраної з групи, що включає молочну кислоту, гліколеву кислоту і лимонну кислоту, в полярному розчиннику (патент России № 2279802. КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ И САДОВОДСТВЕ. МПК A01N 37/44 (2006.01). C05G 1/00 (2006.01). C05G 3/00 (2006.01). C05D 9/02 (2006.01). Опубликовано: 2006.07.20). Недоліком відомого способу є низька екологічна чистота, обумовлена тим. що мікроелементи застосовують в іонній формі. Відомий спосіб корекції мікроелементного складу шляхом застосування препарату "Краплі Береша Плюс" (патент Угорщини N 176202, кл. А 5 38392 61 До 9/08. 1980). який містить натрій, калій і одинадцять мікроелементів (магній, залізо, цинк. мідь, марганець, нікель, бір. кобальт, молібден, ванадій, фтор), пов'язаних з шістьма органічними речовинами (гліцерин, гліцин. ЕДТА. L-(+)-винно-кам'яна кислота, янтарно-кам'яна кислота, L-(+)аскорбінова кислота), і воду при такому співвідношенні компонентів, г/л: натрій - 0,64, калій - 0,28. магній - 0.41, залізо - 2.01, цинк - 1,14, мідь 0,25. марганець - 0.31, нікель - 0,11, бор - 0,11, кобальт - 0.03. молібден - 0.19, ванадій - 0.12, фтор - 0,09, гліцерин - 6.00. гліцин - 2,30, ЕДТА 2,34, L-(+)- винно-кам'яна кислота - 1.56. янтарнокам'яна кислота - 0.50, L-(+)-аскорбінова кислота 0.30. дистильована вода до 1000.0. "Краплі Нереша Плюс" застосовуються в якості харчової добавки до соків, чаю. вина. пюре і інших продуктів харчування з метою профілактики і лікування різних патологічних станів, пов'язаних з дефіцитом мікроелементів. Недоліком відомого способу є те. що не враховуються власний набір і концентрація мікроелементів і органічних кислот, що містяться в тому або іншому продукті, у якому їх додають. Так, харчові продукти, що містять багато заліза (яблучний сік, шпинат, печінка, яйця, виноград і т.д.), не потребують збагачення цим металом, тоді як з "Краплями Береша Плюс" в організм починає поступати його надмірна кількість. При додаванні "Крапель Береша Плюс" в боби. яйця, капусту, рибу в організм в надмірній кількості поступають магній, мідь. фосфор: в зернові, боби. горіхи, гриби, лук. печінка, яйця цинк: в червоний буряк - кобальт і т.д. Відомий спосіб корекції мікроелементного складу шляхом введення хімічно чистих солей мікроелементів - кобальту, марганцю, цинку, міді, що вводять щодня під час прийому їжі протягом 20 днів з розрахунку 1 мол на 10 кг ваги, попередньо розведений в 50 -100 мол води (Заявка России №2006103578. СПОСОБ ЛЕЧЕНИЯ И ПРОФИЛАКТИКИ ЗАБОЛЕВАНИЙ С НАРУШЕНИЕМ МИНЕРАЛЬНОГО ОБМЕН А. МПК А61КЗЗ/00 (2006.01) А61Р19/02 (2006.01). Опубликовано: 2007.08.20). Недоліком відомого способу є те. що використовують мікроелементи у вигляді солей. що знижує екологічну чистоту способу. Відомий спосіб корекції мікроелементного складу шляхом введення суміші солей мікроелементів Ва, Sn, Co, Cr. V, Zn, Fe, Mn, Mo при наступному співвідношенні рослинної сировини, мг/кг: Ва - 4. 0-8.0; Sn - 6. 0-15,0: 3-1. 6-3,5: Cr 0. 10-0.49: V - 0. 4-0.8: Zn - 300-600; Fe - 400-800: Mn - 5, 5-8,5: Mo - 0. 5-5,0. (Патент России № 2290838. БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЙ ПРЕПАРАТ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ. МПК А23Е 1/30 (2006.01), А23Е 1/304 (2006.01), А61К 36/00 (2006.01). Опубликовано: 2007.01.10). Недоліком відомого способу є те. що використовують мікроелементи у вигляді солей. що знижує екологічну чистоту способу. Найбільш близьким до пропонованого є спосіб корекції мікроелементного складу, у якому вводять натрій, калій, фтор і мікроелементи: магній, залізо, 6 цинк, мідь, марганець, нікель, бор, кобальт, молібден, ванадій, літій і речовини: гліцерин, гліцин, ЕДТА, L-(+)-винно-кам'яну кислоту кислоту, янтарнокам'ян кислоту, L-(+)-аскорбінову кислоту і дистильовану воду при наступному співвідношенні компонентів, г/л: літій - 0,04-2.08, натрій - 0,040,64, калій - 0,04-0.38, магній - 0.01-0,51, залізо 0,01-2.10. цинк - 0,01-1.24. мідь -0,01-0,35. марганець - 0.01-0,41. нікель - 0.01-0.13, бор - 0.01-0,13. кобальт - 0,01-0,04. молібден - 0.01-0,21, ванадій 0.01-0.13, фтор - 0.01-0.10. гліцерин - 0.50-7,00. гліцин - 0.10-2,50, ЕДТА - 0,14-2.54. Е(+)-виннокам'яна кислота - 0.01-1.96, L-(+)-аскорбінова кислота - 0,10-0,60. янтарнокам'яна кислота - 0.020.70, лимонна кислота - 0.11-1,36, вода дистильована - інше (патент России № 2035880. БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНАЯ ДОБАВКА. МПКА23Е1/29. Опубликовано: 1995.05.27). Недоліком відомого способу є те, що мікроелементи перебувають у вигляді іонів, що знижує його екологічну чистоту. Крім того, ефективність способу є низкою, оскільки застосовувані мікроелементи мають низьку антиоксидантну активність, обумовлену тим. що мікроелементи у вигляді катіонів металів не можуть виступати донорами електронів. В основу корисної моделі поставлена задача створення екологічно чистого й ефективного способу нанокорекції мікроелементного складу продуктів харчування людини, тварин, рослин. Запропонований, як і відомий спосіб нанокорекції мікроелементного складу продуктів харчування людини, тварин, рослин заснований на введенні в продукти харчування наночастинок щонайменше одного металу із групи, що включає цинк, магній, марганець. залізо, мідь, кобальт, молібден, хром, селен, кремній, германій, ванадій, вісмут, срібло. золото, платину, паладій, і, відповідно до цієї пропозиції, вводять у продукти харчування гідратовані наночастинки, у яких, щонайменше один ліганд у гідратних оболонках заміщений молекулами органічної речовини із класу спиртів, карбонових кислот, складних ефірів, жирів, вуглеводів, амінокислот, білків, отриманих екстрагуванням біологічних клітин рослинного або тваринного походження, або клітин мікроорганізмів. При цьому покриті лігандами наночастинки вводять у таких кількостях, мг/л: наночастинки цинку - 0,1-200, наночастинки магнію 10-2000, наночастинки марганцю - 0,1-150, наночастинки заліза -0,3-300, наночастинки міді - 0,03200. наночастинки кобальту - 0.005-2, наночастинки молібдену - 0,005-5, наночастинки хрому 0,001-1, наночастинки селену - 0,001-2, наночастинки кремнію - 0,001-1, наночастинки германію 0,002-2, наночастинки ванадію -0,0001-0,2, наночастинки вісмуту - 0,002-2, наночастинки срібла 0,001 -1, наночастинки золота - 0,001-1, наночастинки платини - 0.001-1, наночастинки паладію 0.001-1, вода - до 1 літра. У пропонованому способі, вводять у продукти харчування гідратовані наночастинки, у яких щонайменше один ліганд у гідратних оболонках заміщений молекулами органічної речовини із класу спиртів, карбонових кислот, складних ефірів, 7 38392 жирів, вуглеводів, амінокислот, білків, отриманих екстрагуванням біологічних клітин рослинного або тваринного походження, або клітин мікроорганізмів. Це підвищує екологічну чистоту способу за рахунок біосумісності наноматеріалу. У пропонованому способі покриті лігандами наночастинки вводять у таких кількостях, мг/л: наночастинки цинку - 0.1-200, наночастинки магнію - 10-2000, наночастинки марганцю - 0,1-150, наночастинки заліза - 0,3-300. наночастинки міді - 0,03200, наночастинки кобальту - 0,005-2, наночастинки молібдену - 0.005-5, наночастинки хрому 0.001-1, наночастинки селену - 0.001-2, наночастинки кремнію - 0,001-1, наночастинки германію 0,002-2, наночастинки ванадію - 0,0001-0,2, наночастинки вісмуту - 0,002-2, наночастинки срібла 0,001-1, наночастинки золота - 0,001-1, наночастинки платини - 0,001-1, наночастинки паладію 0,001-1, вода - до 1 літра. Це дозволяє вибрати необхідну концентрацію мікроелементів залежно від області застосування. При введенні компонентів менше нижніх меж знижується ефективність способу. Введення компонентів вище вер хніх меж також призводить до зниження його ефективності, оскільки це може призводити до перевищення припустимих норм мікроелементів. Залізо, мідь, марганець, цинк, кобальт, молібден, селен, хром відносяться до особливої групи незамінних мікроелементів - мікроелементів, регулярне надходження яких з їжею або водою в організм абсолютно необхідне для нормальної життєдіяльності. Цинк необхідний для активності більше 90 різних ферментів в організмі людини. Він необхідний для правильної роботи імунної системи, процесів загоєння, синтезу білків, формування колагену. Магній, обов'язкова складова частина всіх клітин і тканин, бере участь у формуванні кісток, регуляції роботи нервової тканини, забезпечує разом з іншими хімічними елементами збереження іонної рівноваги рідких середовищ організму. Марганець є активатором ферментів, що беруть участь у вуглеводному і білковому обмінах, сприяє підвищенню міцності кісткової тканини, поліпшенню репродуктивної функції і нормалізації роботи центральної нервової системи. Марганець необхідний для метаболізму білків і жирів, здорових нервів і імунної системи, а також регуляції вмісту цукру в крові. Залізо необхідне при виробленні організмом гемоглобіну і насичення киснем червоних кров'яних телець. Залізо - мікроелемент, який в найбільших кількостях присутній в крові. Він необхідний для багатьох ферментів і важливий для дитячого росту, опору хворобам, здорової імунної системи і вироблення енергії. Мідь бере участь в кровотворенні, тканинному диханні, посилює дію інсуліну, гормонів гіпофіза. Нормальна робота нервової і імунної систем неможлива без міді. Сприяє загоєнню, виробленню енергії, є одним з елементів пігментації (колір шкіри і волосся). 8 Кобальт є активним учасником кровотворення. Основна його біологічна дія - це участь в синтезі гемоглобіну (стимулює процеси кровотворення), участь в синтезі вітаміну В12, кишковою мікрофлорою, є активатором деяких ферментативних процесів. Молібден сприяє метаболізму вуглеводів і жирів, є ключовою частиною ферменту. що відповідає за утилізацію заліза, а тому попереджає розвиток анемії. Важливий в забезпеченні смеркового зору і нормального функціонування центральної нервової системи. Хром необхідний при хронічній утомленості, депресії, затримці росту і розвитку. Хром задіяний в процесі метаболізму вуглеводів, синтезу холестерину, жирів і білків. Стабілізує рівень вмісту цукру в крові, оскільки забезпечує проникнення глюкози в клітину, впливає на транспорт сахарів, беручи участь в утворенні комплексу між інсуліном і його рецептором на клітинній мембрані. Селен є антиоксидантом і володіє імуномодулюючою дією (див. Тутельян В.А., Княжев В.А., Хотимченко С.А., Голубкина Н.А., Кушлинский Н.Е., Соколов Я.А. Селен в организме человека. М., изд. РАМН. 2002; 224 с..5). При порушеннях обміну йоду і функції щитовидної залози селен проявляє антиоксидантну активність, попереджаючи зміни в клітинних мембранах і зберігаючи тим самим життєздатність клітин. Селен зв'язує багато забруднюючих речовини, що проникають з навколишнього середовища. Кремній - бере участь в метаболізмі кальцію, хлору, фтор у, натрію, сірі, алюмінію. цинку, молібдену, марганцю, кобальту і інших елементів. Кремній, в першу чергу, необхідний для формування основної речовини кісток і хряща. Кремній бере участь в синтезі глікозаміногліканів. еластину і колагену (складові частини волосся, шкіри, нігтів, хрящів і зв'язок), що створюють остов сполучної тканини. Германій - мікроелемент, який бере участь в багатьох процесах організму. Недолік цього елемента позначається на роботі шлунково-кишкового тракту, обміні жирів і інших процесах, зокрема, розвитку атеросклерозу. Цей мікроелемент збільшує постачання тканин киснем. Ванадій необхідний для клітинного метаболізму, формування кісток і зубів, бере участь в перенесенні йоду. Селен для мети забезпечення переміщення і засвоєння йоду може бути не достатньо ефективний при недоліку ванадію, який потрібен в мікродозах (значно менших, ніж селен). Вісмут - надає цитопротективну дію. Вона виражається в здатності запобігати пошкодженню слизистої шлунково-кишкового тракту, входить до складу противиразкових препаратів. Дорогоцінні метали тонізують нервову систему, покращують пам'ять, укріплюють серцевий м'яз. Срібло допомагає при виснаженні, хронічній лихоманці, печії, запаленні кишечника, підвищеній активності жовчного міхура, а також при порушенні функцій печінки і селезінки. Крім того, воно виконує бактерицидні функції. Золото і платина є протиастматичними і протиартритними засобами. 9 38392 Спосіб нанокорекції мікроелементного складу продуктів харчування людини, тварин. рослин здійснюють таким чином. Для цього вводять у продукти харчування гідратовані наночастинки мікроелементів, які мають змішані ліганди: молекули води і молекули органічних речовин із класу спиртів, карбонових кислот, складних ефірів, жирів, вуглеводів, амінокислот, білків, отриманих екстрагуванням біологічних клітин рослинного або тваринного походження, або клітин мікроорганізмів. В якості вихідної сировини для одержання гідратованих наночастинок із водним і органічними лігандами використовують гранули металів необхідних мікроелементів, воду і екстракти біологічних клітин. Наночастинки. покриті лігандами, одержують диспергуванням гранул відповідних металів або групи металів шляхом абляції металевих гранул імпульсами електричного струму у воді (див. Патент України на корисну модель №23550. Спосіб ерозійно-вибухового диспергування металів. МПК B22F 9/14. Опубл.25.05.2007. Бюл.№7.). Для цього металеві гранули поміщають у судину для диспергування й рівномірно розміщають їх на дні посудини між електродами. У судину наливають воду. При проходженні через ланцюжки металевих гранул імпульсів електричного струму, у яких енергія імпульсів перевищує енергію сублімації випаруваного металу, у точках контактів одна з одною виникають іскрові розряди. в яких здійснюється вибухоподібне диспергування металу. В каналах розряду температура досягає 10 тис. градусів. Ділянки поверхні металевих гранул в зонах іскрових розрядів плавляться і вибухоподібне руйнуються на найдрібніші наночастинки і пару. Розплавлені наночастинки. що розлітаються, потрапляють у воду. о холоджуються в ній і утворюють колоїдний розчин наночастинок мікроелементів. При диспергування гранул виникають свіжоутворені поверхні, які володіють властивістю випускати потік електронів (див. Открытие № 290 от 7 июня 1986г. Конюшая Ю.П. Открытия советских ученых. Часть 1. Физико-технические науки. Изд-во МГУ. 1988. с. 372-374). Емісія електронів є результатом високої густини зарядів свіжоутворених поверхонь. При розділенні поверхонь під час руйнування матеріалу гранул здійснюється розділення різнойменних зарядів, що призводить до утворення в областях розривів ре Комп’ютерна в ерстка Д. Шев ерун 10 човини електричного поля напруженістю до 107В/см. Таке електричне поле вириває електрони з поверхні матеріалу. Це фізичне явище призводить до того, що наночастинки, знаходячись в потоках електронів, набувають поверхневий електричний заряд із знаком «мінус». В результаті, наночастинки набувають антиоксидантні властивості. Наночастинки виступають як донори електронів. Полярні молекули води є акцепторами електронів і створюють наногідратні оболонки за рахунок електростатичного зв'язку із зарядженою поверхнею наночастинок. Оскільки молекули води є диполями, у яких заряди із знаком «плюс» розташовані на ядрах водню, то вони за рахунок електростатичного поля обволікають електричне заряджені наночастинки, утворюючи наногідратні оболонки. Молекули води утримуються навкруги наночастинок за рахунок кулонівських сил. що виникають між протонами молекул води і зарядженою поверхнею наночастинки. Кожна пара електронів на поверхні наночастинки утримує одну молекулу води. Молекули води в наногідратних оболонках орієнтовані атомами водню до поверхні наночастинок. а атомами кисню на зовнішню поверхню наногідратної оболонки і утворюють негативно заряджений зовнішній шар наногідратної оболонки. В результаті, гідратовані наночастинки набувають антиоксидантні властивості. На другому етапі здійснюють заміщення лігандів в наногідратних оболонках молекулами органічної речовини з класу спиртів, карбонових кислот, складних ефірів, жирів, вуглеводів, амінокислот, білків. Для цього використовують водний екстракт біологічних клітин. Біологічні клітини є рослинними, або тваринними клітинами, або клітинами мікроорганізмів. В результаті, навколо наночастинки на додаток до наногідратної оболонки, формується нанооболонка з молекул екстрагованих речовин, в якій молекули утворюють негативно заряджений зовнішній шар. Наноматеріал набуває високу біосумісність за рахунок використовування в зовнішній координаційній сфері наночастинок молекул екстракту біологічних клітин і додаткові антиоксидантні властивості. Ступенем заміщення молекул води в оболонках наночастинок молекулами екстрагованих речовин легко управляти шляхом зміни концентрації екстрагованих речовин в розчині. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601