ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕЙСТВИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫХ ФЕРМЕНТОВ
Dr. Mahamane Mamadou кандидат наук, Хьюстон, США
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ
Для осуществления правильного питания клетки необходима соответственная пища, содержащая питательные вещества, а также хорошо функционирующая система пищеваренья/впитывания в желудочно-кишечном тракте. Осознание биологической ценности питательных веществ становится все более популярным, увеличивая интерес к применению дополнительных пищеварительных ферментов. Их пероральное использование связано также с частыми случаями нарушения пищеваренья зачастую в результате пониженного всасывания. Следует отметить также положительное действие дополнительных пищеварительных ферментов как вспомогательных средств в различных формах терапии.
Материалы: различные ферменты плесневых грибов (протеаза 4.5, кислая протеаза, липаза, лактаза, амилаза, целлюлаза, глюкоамилаза). Другие ферменты: бромелин, папаин. Воспроизводимый желудочный сок (рН = 2 с 3.2 мг/мл пепсин – Sigma) и воспроизводимая интестинальная жидкость с панкреатическими ферментами. В целях исследования воспроизводимый желудочный сок подвергли воздействию специфических ферментов, включающих различные протеолитические ферменты (грибковая протеаза, бромелин, папаин), глюкоамилазу, лактазу, липазу и целлюлазу. Каждый фермент выращивали при температуре 37оС в растворе воспроизводимого желудочного сока (Фармакопея США) при рН = 2 и 3.2 мг/мл содержанием пепсина (Sigma cat# P-7000).
Данные исследования продемонстрировали способность используемых ферментов обеспечивать функцию воспроизводимого желудочного сока (низкий уровень рН и наличие пепсина).
Непосредственный контакт ферментов с сильно воспроизводимым желудочным соком не выполняется в нормальных условиях. Согласно полученным результатам и показателям воспроизводимого желудочного сока, упомянутые выше дополнительные ферменты стабильны в среде желудка даже без строгого соблюдения преимуществ переваривания пищи (то есть, защитной среды).
Ключевые слова: ферменты, стабильность желудка, питание
ВВЕДЕНИЕ
Благосостояние организма напрямую связано с правильным использованием питательных веществ. Ухудшение накопления и использования таких веществ клетками приводит к их неспособности поддерживать гомеостаз, препятствовать заболеваниям, нарушениям репродуктивной функции, функции определения и удаления клеток рака. К тому же, реакция организма на лечение в значительной степени относится к возможности нутриентов контролировать воспаление, интегрировать метаболические реакции, устранять нарушения и совершенствовать фармакологию и фармакокинетику таких терапевтических средств, как гомеопатические препараты, медикаменты и различные растительные вещества.
Обеспечение клеток питательными веществами способствует не только поддержанию здоровья, но и терапевтическому воздействию. Прием пищи должен означать не утоление голода и «набивание желудка», но скорее целесообразное снабжение клеток организма необходимыми нутриентами. Большая часть пищи представлена в макромолекулярной форме, т.е. комплексными структурами, которые не поглощаются непосредственно клетками желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). При нормальных условиях употребляемая человеком пища подвергается гидролизу – распадается на молекулы для возможности всасывания. Процесс переваривания и всасывания пищевых питательных веществ часто рассматривается как простой. Однако, ЖКТ является сложной системой; такие факторы, как пренатальный и постнатальный период, типы и способы приготовления пищи, употребления медикаментов, стрессовые состояния, способ питания и реакции на загрязнение окружающей среды, могут ослабить функции пищеваренья и абсорбции (то есть, для удовлетворения потребности клетки в правильных питательных компонентах необходимо выполнение условий приема содержащей нутриенты пищи и обеспечения функции переваривания/ всасывания ЖКТ). Осознание биологической ценности питательных веществ становится все более популярным, увеличивая интерес к применению дополнительных пищеварительных ферментов. Их пероральное использование связано также с частыми случаями нарушения пищеваренья зачастую в результате пониженного всасывания. Следует отметить также положительное действие дополнительных пищеварительных ферментов как вспомогательных средств в различных формах терапии.
- Большинство пищеварительных ферментов, используемых для терапевтического облегчения недостаточности поджелудочной железы и малабсорбции, получают с препарата свиной или бычьей поджелудочной железы. Вопрос использования производных животных ферментов совсем недавно вызвал оживленные обсуждения (по причине осложнений состояния здоровья животных, а также стабильности ферментов). Асептические процессы биоферментации вызывают выделение эффективных и фармацевтически определенных ферментов грибов с высокой способностью гидролиза различных макромолекул человеческой пище.
Благодаря достижениям в биоферментации, мы получили альтернативные источники пищевых ферментов – устойчивых к желудочной кислоте и не имеющих некоторых проблем, связанных с пероральным применением ферментов поджелудочного происхождения. Как и белок, ферменты обычно восприимчивы к изменению уровня рН, гидролизу и денатурации под действием различных факторов. Аргумент против перорального применения дополнительных пищеварительных ферментов выражен в их уязвимости к денатурации и гидролизу желудочной секреции.
Для ферментов животного происхождения необходима оболочка для предотвращения их инактивирования либо гидролиза желудочной кислотой. Некоторые ферменты грибного и растительного происхождения также должны быть защищены от воздействия желудочной кислоты. Беспокойство со стороны холистического метода вызывает наличие агентов кишечнорастворимой оболочки. Поэтому необходимо обозначить параметры качества и спецификации пищевых ферментов, не поддающихся инактивации в желудке. На рынке такие ферменты представлены, однако только некоторые из них способны переносить условия желудочной среды. Представленные в данном исследовании ферменты используются для пищеварительного ферментного препарата компании GUNA.
ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ
Данное исследование проведено с целью демонстрации эффективности и стабильности пищевых ферментов в условиях, соответствующих желудочной среде. В частности, в данном исследовании определяется стабильность и уровень активности выбранных для применения в качестве пищевых добавок ферментов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Материалы: различные ферменты плесневых грибов (протеаза 4.5, кислая протеаза, липаза, лактаза, амилаза, целлюлаза, глюкоамилаза). Другие ферменты: бромелин, папаин. Воспроизводимый желудочный сок (рН = 2 с 3.2 мг/мл пепсина – сигма) и воспроизводимая интестинальная жидкость с панкреатическими ферментами. В целях исследования воспроизводимый желудочный сок подвергли воздействию специфических ферментов, включающих различные протеолитические ферменты (грибковая протеаза, бромелин, папаин), глюкоамилазу, лактазу, липазу и целлюлазу. Каждый фермент выращивали при температуре 37оС в растворе воспроизводимого желудочного сока (Фармакопея США) при рН = 2 и 3.2 мг/мл содержанием пепсина (Sigma cat# P-7000). В определенные моменты брались аликвотные пробы – на реакцию с соответствующим субстратом. В зависимости от специфики выбранного фермента были проведены анализы на определение уровня активности (согласно установленным нормам Кодекса пищевых химикатов, приложение IV). В некоторых случаях (по прошествии инкубационного периода в воспроизводимой желудочной жидкости) отобранные ферменты помещали в воспроизводимую интестинальную жидкость (ВИЖ) при рН 6.8 и содержании панкреатина (Sigma cat# P-8096).
Перед добавлением образца фермента в содержащую панкреатин ВИЖ саму жидкость нагрели для денатурации панкреатических ферментов сока поджелудочной железы, после определения контрольной исходной линии, отражающей активность ферментов в панкреатическом препарате.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Все проведенные пробы показали способность переносить воспроизводимую желудочную жидкость, хотя и с разными показателями стабильности. В случае низкой активности фермента он подвергался дальнейшему инкубированию в предварительно подогретой (инактивирование эндогенных панкреатических ферментов) ВИЖ. В результате, инкубированные в желудочном соке и перемещенные в интестинальную жидкость образцы восстановили и даже превысили по активности контрольные ферменты, не предназначенные для воздействия на желудочный сок. Это означает, что денатурация ферментов от желудочного сока не безвозвратна, а при воздействии наблюдается повышение активности.
- Спустя 45 минут пребывания в высоко-кислой среде протеиназа сохраняет почти 90% активности, определяя устойчивость к желудочной среде. Такая протеиназа очень стабильна и используется в способствующих пищеваренью средствах. Она способствует гидролизу и повышает биоактивность разных аминокислот.
- Липаза катализирует гидролиз триглицеридов для получения свободных жирных кислот, потребляемых клетками эритроцитов. Недостаточная активность липазы в кишечнике провоцирует проявление стеатореи, дефицита жирорастворимых витаминов, нарушения времени прохождения пищи в кишечнике и полная малабсорбция. После 60-минутной инкубации в рамках данного исследования активность фермента снизилась. Однако, после повторного помещения образца в воспроизводимую желудочную жидкость (по примеру перехода с желудка в двенадцатиперстную кишку в ЖКТ человека) уровень активности липазы повышается. Это свидетельствует об обратимости процесса инактивации используемой липазы желудочной кислотой (колебания показателя активности при помещении в рН-нейтральную среду). Более того, после тепловой денатурации панкреатической липазы – пред повторной презентацией экспериментальной липазы и ее испытанием – можно заключить, что наблюдаемая активность относится именно к экспериментальному ферменту. Повышение действенности связано с инкубационным периодом в воспроизводимой интестинальной жидкости.
- Лактаза – это фермент, расщепляющий лактозу, молочный сахар. Недостаточная активность лактазы в тонком кишечнике приводит к непереносимости лактозы, характеризующейся диареей, вздутием и другими пищевыми расстройствами. Это состояние присуще многим взрослым, не способным переваривать лактозу и поэтому избегающих употребления молока и остальных молочных продуктов. Данный дополнительный фермент вводится в состав для упрощения переваривания лактозы и смягчения ее непереносимости. При анализе на стабильность в желудочной среде выяснилось, что несмотря на жесткое воздействие желудочной кислоты, более 40% активности сохраняется. Следует отметить, что условия в данном лабораторном исследовании по стабильности являются более жесткими, чем при нормальном состоянии ЖКТ (действие различных молекул в роли буферов времени до воздействия желудочной кислоты).
- Амилаза – фермент, расщепляющий крахмал. Крахмал является основным компонентом значительной части нашей пищи – картофеля, хлеба, риса и других зерновых, а также растительных материалов. Нарушение усвоения крахмала приводит к метеоризму и вздутию, ослабляет способность организма получать необходимые молекулы энергии в виде глюкозы и других углеводов. По данным исследования стабильности – несмотря на изначальное воздействие желудочной кислоты, в данном образце грибковой амилазы отметили около 50% возобновления активности после повторного представления воспроизводимой интестинальной жидкости. Это свидетельствует об обратимости процесса инактивации амилазы в опыте с воспроизводимой желудочной жидкостью. Включение такой амилазы в состав способствующих пищеваренью средств играет важную роль для поддержки панкреатической амилазы, усиления биоактивности питательных веществ, предотвращения различных расстройств пищеваренья.
- Целлулаза – фермент, используемый для усваивания целлюлозы, основного компонента овощей и растительных материалов. Он используется в препаратах для расщепления волокон целлюлозы, то есть повышает способность удерживать влагу и таким образом создает условия для формирования экскрементов и регулирования кишечника. К тому же, целлюлоза помогает связывать и удалять токсины. Согласно данному исследованию стабильности, после 60 минут воздействия сильной кислотной среды воспроизводимой желудочной жидкости сохранилось более 60% активности грибковой целлулазы препарата.
Другие ферменты, представленные в исследовании стабильности при воздействии желудочной среды, – инвертаза и мальт-диастаза – дисахариды, задействованные в гидролизовании сахарозы и мальтозы соответственно. Они используются в смеси GUNA-ENZYMES.
КОММЕНТАРИЙ
Согласно полученным в ходе исследования данным, ферменты способны переносить условия воспроизводимого желудочного сока (низкий уровень рН и наличие ферментного пепсина). В нормальных условиях непосредственного контакта ферментов и сильно воспроизводимого желудочного сока, смодулированного в исследовании, не возникает. В результате применения дополнительных пищеварительных ферментов вместе с пищей различные молекулы действуют, как «щит», предотвращая прямое действие низкого рН. В некоторых случаях пища создает защитную зону еще на первых этапах принятия. В это время дополнительные ферменты пищевых комков продолжают оказывать гидролитическое действие.
– Эти данные показали, что даже при отсутствии указанных преимуществ «щита» и создания защитной зоныиспользованные в данном исследовании дополнительные ферменты способны переносить условия среды желудка (по результатам воздействия воспроизводимого желудочного сока). Кроме того, относительная активность ферментов под воздействием различных секреций указывает на эффективность в гидролизовании пищевых субстратов, а значит и на улучшение всасывания.
При некоторых условиях ферменты временно теряют активность до достижения более подходящего состояния среды тонкого кишечника.
Следует отметить также факт различия воспроизводимого желудочного сока и нормального желудочного сока человека (хотя уровень рН соответствует норме). И все же, в лабораторных условиях может возникнуть вопрос о стабильности либо сохранении активности некоторых ферментов при низком уровне рН, что наблюдается в среде человеческого желудка.
ВЫВОДЫ
Согласно проведенному исследованию, используемые ферменты не нуждаются в кишечнорастворимой оболочке – в отличие от остальных ферментов, представленных на рынке. Некоторые потребители очень скрупулезно относятся к составляющим таких оболочек. Поэтому, представленный набор ферментов является хорошей альтернативой для рынка пищевых добавок. К тому же, в ходе исследования было доказано, что некоторые пищеварительные ферменты стабильны при низком рН и полезны для системы пищеваренья при пероральном применении.
