Hydrożele białkowo-polisacharydowe jako nośniki substancji bioaktywnych na przykładzie kurkuminy

• Autorzy: Hilal Adonis , Florowska Anna , Wroniak Małgorzata

Identyfikatory

DOI

10.15199/65.2022.12.2

Warianty tytułu

EN

Protein-polysaccharide hydrogels as delivery systems for bioactive substances – using curcumin as an example

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Aktualnie rośnie zainteresowanie wzbogacaniem żywności roślinnej składnikami bioaktywnymi (tzw. nutraceutykami, takimi jak karotenoidy, polifenole, itp.), z których znaczna część to składniki rozpuszczalne w oleju. Składniki te trudno wprowadza się do óżywności, szczególnie zawierającej duży udział wody. Często wykazują również niską biodostępność po spożyciu. Przykładem takiego składnika jest kurkumina występująca w kurkumie. Kurkumina cechuje się działaniem profilaktycznym i terapeutycznymi w przypadku wielu chorób. Hydrożele białkowo-polisacharydowe, dzięki swoim właściwościom i zdolności tworzenia struktur trójwymiarowych, wykazują duży potencjał przy projektowaniu nowej, prozdrowotnej żywności roślinnej. Hydrożele te oprócz kształtowania cech sensorycznych układów żywnościowych (jak tekstura czy wygląd) mogą też pełnić rolę nośników w których zawieszona faza olejowa zawierająca bioaktywną substancję rozpuszczalną w tłuszczach (hydrożel wypełniony emulsją). Te właściwości hydrożeli umożliwiają wzbogacanie żywności w bioaktywne związki hydrofobowe, które dotychczas trudno było wkomponować w żywność zawierającą duże ilości wody.

EN

Fortifying food systems with bioactive ingredients (socalled nutraceuticals such as carotenoids, polyphenols, etc.), many of which are oil-soluble, is becoming increasingly popular. These are the most challenging ingredients to incorporate because they are difficult to integrate into food systems with high water content and frequently exhibit low bioavailability when consumed. Curcumin, the bioactive ingredient found in turmeric, is one such ingredient. Curcumin has both preventative and therapeutic properties in the treatment of a variety of diseases. Protein-polysaccharide hydrogels have a lot of potential for developing new healthpromoting plant-based foods because of their properties. These hydrogels can be used to modulate the sensory features of food systems (texture, appearance, etc.). In addition, they can act as a carrier for the oil phase containing a bioactive substance (emulsion-filled hydrogel). This solution allows for the fortification of foods with hydrophobic compounds, which have previously been challenging to incorporate into water matrices.

Słowa kluczowe

PL

wzbogacenie; składniki bioaktywne; żywność roślinna; żywność funkcjonalna

EN

fortification; bioactive substances; plant-based food; functional food

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przemysł Spożywczy
• Rocznik: 2022
• Tom: T. 76, nr 12
• Strony: 13--16
• Opis fizyczny: Bibliogr. 45 poz.

Twórcy

autor

Hilal Adonis

• Zakład Technologii Tłuszczów i Koncentratów Spożywczych, Katedra Technologii i Oceny Żywności, Instytut Nauk o Żywności, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

• https://orcid.org/0000-0001-6829-8913

autor

Florowska Anna

• Zakład Technologii Tłuszczów i Koncentratów Spożywczych, Katedra Technologii i Oceny Żywności, Instytut Nauk o Żywności, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

• https://orcid.org/0000-0001-5883-0064

autor

Wroniak Małgorzata

• Zakład Technologii Tłuszczów i Koncentratów Spożywczych, Katedra Technologii i Oceny Żywności, Instytut Nauk o Żywności, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

• https://orcid.org/0000-0002-8527-7185

Bibliografia

• [1] Aldridge V., T.M. Dovey, J.C.G. Halford. 2009. „The Role of Familiarity in Dietary Development”. Developmental Review 29 (1) : 32-44. DOI: 10.1016/j.dr.2008.11.001.
• [2] Araiza-Calahorra A., M. Akhtar, A. Sarkar. 2018. „Recent Advances in Emulsion-Based Delivery Approaches for Curcumin: From Encapsulation to Bioaccessibility”. Trends in Food Science and Technology 71 : 155-169. DOI: 10.1016/j.tifs.2017.11.009.
• [3] Cao Y., R. Mezzenga. 2020. „Design Principles of Food Gels”. Nature Food 1 (2) : 106-18. DOI: 10.1038/s43016-019-0009-x.
• [4] Chen L., F. Ao, X. Ge, W. Shen. 2020. „Food-Grade Pickering Emulsions: Preparation, Stabilization and Applications”. Molecules 25 (14) : 3202. DOI: 10.3390/molecules25143202.
• [5] Coulthard H., V. Aldridge, G. Fox. 2022. „Food Neophobia and the Evaluation of Novel Foods in Adults; the Sensory, Emotional, Association (SEA) Model of the Decision to Taste a Novel Food”. Appetite 168 : 105764. DOI: 10.1016/j.appet.2021.105764.
• [6] Dafe A., H. Etemadi, A. Dilmaghani, G.R. Mahdavinia. 2017. „Investigation of Pectin/Starch Hydrogel as a Carrier for Oral Delivery of Probiotic Bacteria”. International Journal of Biological Macromolecules 97 : 536-43. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2017.01.060.
• [7] Da-Lozzo E.J., R.C.A. Moledo, C.D. Faraco, C.F. Ortolani-Machado, T.M.B. Bresolin, J.L.M. Silveira. 2013. „Curcumin/Xanthan–Galactomannan Hydrogels: Rheological Analysis and Biocompatibility”. Carbohydrate Polymers 93 (1) : 279-84. DOI: 10.1016/j.carbpol.2012.02.036.
• [8] Dhar S., P. Bhattacharjee. 2021. „Promising Role of Curcumin against Viral Diseases Emphasizing COVID-19 Management: A Review on the Mechanistic Insights with Reference to Host-Pathogen Interaction and Immunomodulation”. Journal of Functional Foods 82 : 104-503. DOI: 10.1016/j.jff.2021.104503.
• [9] Dias L.D., K.C. Blanco, I.S. Mfouo-Tynga, N.M. Inada, V.S. Bagnato. 2020. „Curcumin as a Photosensitizer: From Molecular Structure to Recent Advances in Antimicrobial Photodynamic Therapy”. Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews 45 : 100384. DOI: 10.1016/j.jphotochemrev.2020.100384.
• [10] Ding X., P. Yao. 2013. „Soy Protein/Soy Polysaccharide Complex Nanogels: Folic Acid Loading, Protection, and Controlled Delivery”. Langmuir 29 (27) : 8636-44. DOI: 10.1021/la401664y.
• [11] Enam F., T.J. Mansell. 2019. „Prebiotics: Tools to Manipulate the Gut Microbiome and Metabolome”. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology 46 (9-10) : 1445-59. DOI: 10.1007/s10295-019-02203-4.
• [12] EU-funded retail scanning data Nielsen. 2020. „EU-Funded SMART PROTEI N Project -Plant-Based Foods in Europe: How Big Is the Market?” www.smartproteinproject.eu [dostęp 09.09.2022].
• [13] Farhood B., K. Mortezaee, N.H. Goradel, N. Khanlarkhani, E. Salehi, M.S. Nashtaei, M. Najafi, A. Sahebkar. 2019. „Curcumin as an Anti-Inflammatory Agent: Implications to Radiotherapy and Chemotherapy”. Journal of Cellular Physiology 234 (5) : 5728-5740. DOI: 10.1002/jcp.27442.
• [14] Farjami T., A. Madadlou. 2019. „An Overview on Preparation of Emulsion-Filled Gels and Emulsion Particulate Gels”. Trends in Food Science and Technology 86 : 85-94. DOI: 10.1016/j.tifs.2019.02.043.
• [15] Florowska A., A. Hilal, T. Florowski. 2022. „Prebiotics and Synbiotics”. W: Probiotics, edited by Adriano Brandelli, 19-37. Elsevier.
• [16] Giordano A., G. Tommonaro. 2019. „Curcumin and Cancer”. Nutrient 11 (10) : 2376. DOI: 10.3390/nu11102376.
• [17] Klein M., E. Poverenov. 2020. „Natural Biopolymer-based Hydrogels for Use in Food and Agriculture”. Journal of the Science of Food and Agriculture 100 (6) : 2337-47. DOI: 10.1002/jsfa.10274.
• [18] Koc H., M.A. Drake, C.J. Vinyard, G. Essick, F. van de Velde, E.A. Foegeding. 2019. „Emulsion Filled Polysaccharide Gels: Filler Particle Effects on Material Properties, Oral Processing, and Sensory Texture”. Food Hydrocolloids 94 : 311-25. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2019.03.018.
• [19] Kumar G.A., M. K.Gupta, V. Sharma. 2019. „A Review on Liposome Encapsulated Curcumin for Treatment of Arthritis”. Journal of Drug Delivery and Therapeutics 9 (4) : 657. DOI 10.22270/jddt.v9i4.3066.
• [20] Li J., X. Jia, L. Yin. 2021. „Hydrogel: Diversity of Structures and Applications in Food Science”. Food Reviews International 37 (3) : 313-72. DOI: 10.1080/87559129.2020.1858313.
• [21] Liu Z., J.D. Smart, A.S. Pannala. 2020. „Recent Developments in Formulation Design for Improving Oral Bioavailability of Curcumin: A Review”. Journal of Drug Delivery Science and Technology 60 : 102082. DOI: 10.1016/j.jddst.2020.102082.
• [22] Lu L., S. Qi, Y. Chen, H. Luo, S. Huang, X. Yu, Q. Luo, Z. Zhang. 2020. „Targeted Immunomodulation of Inflammatory Monocytes across the Blood-Brain Barrier by Curcumin-Loaded Nanoparticles Delays the Progression of Experimental Autoimmune Encephalomyelitis”. Biomaterials 245 : 119987. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2020.119987.
• [23] Ma Z., N. Wang, H. He, X. Tang. 2019. „Pharmaceutical Strategies of Improving Oral Systemic Bioavailability of Curcumin for Clinical Application”. Journal of Controlled Release 316 : 359-80. DOI: 10.1016/j. jconrel.2019.10.053.
• [24] Mansouri K., S. Rasoulpoor, A. Daneshkhah, S. Abolfathi, N. Salari, M. Mohammadi, S. Rasoulpoor, S. Shabani. 2020. „Clinical Effects of Curcumin in Enhancing Cancer Therapy: A Systematic Review”. BMC Cancer 20 (1) : 791. DOI: 10.1186/s12885-020-07256-8.
• [25] McClements D.J. 2017a. „Designing Biopolymer Microgels to Encapsulate, Protect and Deliver Bioactive Components: Physicochemical Aspects”. Advances in Colloid and Interface Science 240 : 31-59. DOI: 10.1016/j.cis.2016.12.005.
• [26] McClements D.J. 2017b. „Recent Progress in Hydrogel Delivery Systems for Improving Nutraceutical Bioavailability”. Food Hydrocolloids 68 : 238-45. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2016.05.037.
• [27] McClements D.J. 2018. „Encapsulation, Protection, and Delivery of Bioactive Proteins and Peptides Using Nanoparticle and Microparticle Systems: A Review”. Advances in Colloid and Interface Science 253 : 1-22. DOI: 10.1016/j.cis.2018.02.002.
• [28] Memarzia A., M.R. Khazdair, S. Behrouz, Z. Gholamnezhad, M. Jafarnezhad, S. Saadat, M.H. Boskabady. 2021. „Experimental and Clinical Reports on Anti-Inflammatory, Antioxidant, and Immunomodulatory Effects of Curcuma Longa and Curcumin, an Updated and Comprehensive Review”. BioFactors 47 (3) : 311-350. DOI: 10.1002/biof.1716.
• [29] Mun S., Y.-R. Kim, D.J. McClements. 2015. „Control of β-Carotene Bioaccessibility Using Starch-Based Filled Hydrogels”. Food Chemistry 173 : 454-61. DOI: 10.1016/j.foodchem.2014.10.053.
• [30] Mun S., Y.-R. Kim, M. Shin, D.J. McClements. 2015. „Control of Lipid Digestion and Nutraceutical Bioaccessibility Using Starch-Based Filled Hydrogels: Influence of Starch and Surfactant Type”. Food Hydrocolloids 44 : 380-89. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2014.10.013.
• [31] Nazir A., A. Asghar, A.A. Maan, Abdullah. 2017. „ Food Gels: Gelling Process and New Applications”. W Food Rheology and Its Applications. Elsevier Ltd. DOI: 10.1016/B978-0-12-823983-4.00002-9.
• [32] Nepovinnykh N.V., O.N. Kliukina, N.M. Ptichkina, A. Bostan. 2019. „Hydrogel Based Dessert of Low Calorie Content”. Food Hydrocolloids 86 : 184-92. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2018.03.036.
• [33] Noor H., A. Ikram, T. Rathinavel, S. Kumarasamy, M. Nasir Iqbal, Z. Bashir. 2021. „Immunomodulatory and Anti-Cytokine Therapeutic Potential of Curcumin and Its Derivatives for Treating CO VID-19–a C omputational Modeling”. Journal of Biomolecular Structure and Dynamics 40 (13) : 5769-5784.
• [34] Panaro M.A., A. Corrado, T. Benameur, C.F. Paolo, D. Cici, C. Porro. 2020. „The Emerging Role of Curcumin in the Modulation of TLR-4 Signaling Pathway: Focus on Neuroprotective and Anti-Rheumatic Properties”. International Journal of Molecular Sciences 21 (7) : 2299. DOI: 10.3390/ijms21072299.
• [35] Peppas N.A., D.S. Van Blarcom. 2016. „Hydrogel-Based Biosensors and Sensing Devices for Drug Delivery”. Journal of Controlled Release 240 : 142-50. DOI: 10.1016/j.jconrel.2015.11.022.
• [36] Peschel A.O., S. Kazemi, M. Liebichova, S.C.M. Sarraf, J. Aschemann-Witzel. 2019. „Consumers’ Associative Networks of Plant-Based Food Product Communications”. Food Quality and Preference 75 : 145-56. DOI: 10.1016/j.foodqual.2019.02.015.
• [37] Priyadarsini K. 2014. „The Chemistry of Curcumin: From Extraction to Therapeutic Agent”. Molecules 19 (12) : 20091-112. DOI: 10.3390/molecules191220091.
• [38] Seifert A., S. Freilich, Y. Kashi, Y.D. Livney. 2019. „Protein-oligosaccharide Conjugates as Novel Prebiotics”. Polymers for Advanced Technologies 30 (10) : 2577-85. DOI: 10.1002/pat.4658.
• [39] da Silva A.C., P.D. de Freitas Santos, J.T. do Prado Silva, F.V. Leimann, L. Bracht, O.H. Goncalves. 2018. „Impact of Curcumin Nanoformulation on Its Antimicrobial Activity”. Trends in Food Science and Technology 72 : 74-82. DOI: 10.1016/j.tifs.2017.12.004.
• [40] Thimmulappa R.K., K.K. Mudnakudu-Nagaraju, C. Shivamallu, K.J.T. Subramaniam, A. Radhakrishnan, S. Bhojraj, G. Kuppusamy. 2021. „Antiviral and Immunomodulatory Activity of Curcumin: A Case for Prophylactic Therapy for CO VID-19”. Heliyon 7 (2) : e06350. DOI: 10.1016/j.heliyon.2021.e06350.
• [41] Tuorila H., C. Hartmann. 2020. „Consumer Responses to Novel and Unfamiliar Foods”. Current Opinion in Food Science 33 : 1-8. DOI: 10.1016/j.cofs.2019.09.004.
• [42] Wijaya W., A.R. Patel, A.D. Setiowati, P. van der Meeren. 2017. „Functional Colloids from Proteins and Polysaccharides for Food Applications”. Trends in Food Science and Technology 68 : 56-69. DOI: 10.1016/j. tifs.2017.08.003.
• [43] Yang J., J. Chen, D. Pan, Y. Wan, Z. Wang. 2013. „PH-Sensitive Interpenetrating Network Hydrogels Based on Chitosan Derivatives and Alginate for Oral Drug Delivery”. Carbohydrate Polymers 92 (1) : 719-25. DOI: 10.1016/j.carbpol.2012.09.036.
• [44] Yu Y., Q. Shen, Y. Lai, S.Y. Park, X. Ou, D. Lin, M. Jin, W. Zhang. 2018. „Anti-Inflammatory Effects of Curcumin in Microglial Cells”. Frontiers in Pharmacology 9. DOI: 10.3389/fphar.2018.00386.
• [45] Zhang H., F. Zhang, R. Yuan. 2020. „Applications of Natural Polymer-Based Hydrogels in the Food Industry”. W: Hydrogels Based on Natural Polymers, 357-410. Elsevier. DOI: 10.1016/B978-0-12-816421-1.00015-X.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).