Substanțele nutraceutice și alimentele funcționale – o nouă abordare în prevenția bolilor cronice

Termenul nutraceutic a fost propus de către Stephen DeFellce, fondator şi preşedinte al Fundației Pentru Inovaţie situată in Cranford, New Jersey, în 1979 şi combină cuvântul nutriţie cu farmaceutic. Nutraceuticul este definit ca un aliment care oferă beneficii medicale sau de sănătate, inclusiv în prevenirea şi tratamentul bolilor [1] .

Prevenţia bolilor cronice este o problemă pentru ţările dezvoltate. Factori cum ar fi îmbătrânirea populaţiei şi creşterea costurilor de îngrijire a sănătăţii impun necesitatea de prevenire a bolilor în lumea dezvoltată. Terapiile nutriţionale, cum ar fi alimentele funcţionale şi suplimentele alimentare reprezintă o abordare pentru prevenirea bolilor cronice [2].

Deşi există multe definiţii ale alimentelor funcţionale, o temă comună este faptul că alimentele funcţionale pot oferi beneficii pentru sănătate „dincolo de hrana de bază” [3]. Aceste beneficii pentru sănătate sunt de obicei asociate cu încorporarea unuia sau mai multor compuşi bioactivi [4] .

Nutraceutice şi ingrediente bioactive:

– prebiotice: inulina, oligozaharidele –susţin sănătatea intestinului şi ajută la refacerea microflorei intestinale;

– probiotice: lactobacili, bifidobacterii- îmbunătăţesc sănătatea intestinului [5];

– substanţe fitochimice: beta-caroten, licopen, flavonoizi, proantocianidine, polifenoli, alicina: reduc riscul apariţiei bolilor cardiovasculare, cancer, diabet, boli degenerative [6];

– acizi graşi omega-3 cu lanţuri hidrocarbonate lungi: acid dodecahexaecanoic (DHA), acid eicosapentaenoic (EPA)- susţin îmbunătăţirea sănătaţii cardiovasculare [7];

– peptide bioactive: peptide derivate din lapte-reduc – presiunea sangelui [8];

– carotenoizii: beta-caroten, licopen, luteina, zeaxantina, astaxantina- reduc riscul bolilor de ochi şi cancerul [9];

– ierburi şi condimente: uleiuri esenţiale, diverse preparate de ierburi-au o gamă largă de beneficii [10].

Cei mai mulţi compuşi bioactivi se încadrează în una din cele trei categorii, și anume: lipide, proteine sau carbohidraţi. Dintre acestea, compuşii biologic activi lipofili ridică o serie de provocări în ceea ce priveşte încorporarea lor în produsele alimentare. Caracterul lor hidrofob creează dificultăți de încorporare în produsele alimentare apoase, la acesta adăugîndu-se și sensibilitatea ridicată la deteriorarea oxidativă [11].

Există însă o mare nevoie de a dezvolta sisteme de eliberare pentru industria alimentară care să poată încapsula şi proteja componenţii bioactivi. Sistemele de eliberare pentru alimente funcţionale cu componenţi bioactivi lipofili trebuie să posede unele calităţi importante. O calitate esenţială este aceea că trebuie să fie compatibile atât cu componentul bioactiv cât şi cu produsul în care vor fi încorporate pentru a crea un aliment funcţional sau o băutură funcţională. Alte atribute ale sistemelor includ creşterea stabilităţii sau eliberarea controlată a componenţilor bioactivi. Sistemele de eliberare pe bază de emulsii sunt cele mai potrivite pentru a crea sisteme de transport a lipidelor bioactive [12]. Sistemele de încapsulare care sunt utilizate în alimente includ lipozomi, coacervate, particule, geluri si complecşi de incluziune moleculară [13, 14].

Deşi polimerii sunt des utilizaţi, pentru a crea hidrogeluri cu aplicaţii farmaceutice şi biomedicale, mulţi dintre ei, îndeosebi cei de sinteză, nu sunt permişi în alimente şi băuturi [15]. În locul polimerilor sintetici, polizaharidele şi unele proteine alimentare pot fi utilizate pentru a crea hidrogeluri de tip alimentar.

Au fost elaborate mai multe tipuri de formulări pentru sistemele nutraceutice, cele mai indicate fiind sub formă de particule cu caracter de hidrogel. Principalele metode pentru a le obține sunt: ruperea gelului macroscopic, coacervarea simplă, injecția și emulsionarea. În scopul de a elabora sisteme de eliberare potrivite nutraceuticele şi suplimentele nutritive pot fi împărţite în componente hidrofile, lipofile, amfifile şi componente care nu sunt solubile nici în ulei nici în apă (ex. probiotice). Cele hidrofile pot fi transportate într-o matrice formată din biopolimeri, în timp ce componentele lipofile sunt în general transportate într-un sistem pe bază de emulsie [16].

Particulele de hidrogel pot fi create pentru a furniza atributele reologice dorite pentru un anumit produs cum ar fi grosimea, structura sau pot fi elaborate pentru a avea un impact neglijabil asupra produsului. Factorii precum concentraţia, mărimea, forma şi compoziţia acestor particule joacă un rol important în modul în care reologia alimentelor sau băuturilor este afectată. Pentru orice sistem de eliberare, este esenţial ca acesta să rămână stabil pentru întregul ciclu de viaţă al produsului iar particulele de hidrogel nu trebuie să influenţeze negativ termenul său de valabilitate.

Particulele de hidrogel pot deveni instabile în produsele alimentare datorită mai multor factori, incluzând separarea gravitaţională, agregarea, schimbări volumetrice (umflare si contractare) si disocierea (eroziunea sau dezintegrarea). Este absolut necesar ca mecanismele fizico-chimice majore care promovează instabilitatea particulelor să fie identificate, astfel încat să poată fi inhibate sau prevenite cu succes [17].

Proprietăţile particulelor de hidrogel pot fi modificate pentru eliberarea controlată a unui component alimentar funcţional specific, cum ar fi aroma, un agent antimicrobian, un antioxidant sau un nutrient bioactiv. Eliberarea controlată poate fi importantă pentru sisteme de transport elaborate pentru a elibera un component bioactiv într-un loc ţintă din corp. Multe din abordarile pentru eliberarea medicamentului la ţintă din industria farmaceutică pot fi aplicate şi în industria alimentară pentru elaborarea de alimente funcţionale şi suplimente alimentare cu proprietaţi superioare, cum ar fi îmbunătăţirea eliberării şi a absorbţiei [18].

Există o mare nevoie în industria alimentară de a elabora sisteme noi de transport pentru componenţi bioactivi. Mulţi dintre aceştia din urmă, precum acizii graşi omega 3, carotenoizii, vitaminele liposolubile în grăsimi şi fitosterolii, sunt lipofili, făcând ca încorporarea lor în alimentele apoase şi băuturi să fie o provocare. În plus, multe dintre aceste componente lipofile sunt chimic instabile şi tind să se degradeze în timpul depozitării sau când sunt încorporate în alimente [13, 18].

Biodisponibilitatea acestor produse este verificată prin teste in vitro şi in vivo.

Evaluarea in vitro poate include teste de dizolvare prin simularea conditiilor gastrointestinale, teste de culturi celulare pentru a evalua permeabilitatea şi fluxul, teste pentru evaluarea adeziunii sistemului de eliberare la ţesutul intestinal [19]. Astfel de teste permit intelegerea mecanismelor, viteza şi gradul de eliberarea componentelor bioactive, dar există şi limitări deoarece ele nu ţin cont de schimbările biologice, asimilarea activă, răspunsul metabolic şi de influenţa altor alimente în timpul consumului. Pentru o validare ulterioară a eficienţei sistemului de eliberare, testele in vivo sunt necesare pentru a identifica locul de eliberare şi profilul de eliberare a componenţilor bioactivi, asimilarea, biodistribuţia în ţesut şi răspunsurile fiziologice [20].

Au fost efectuate studii in vitro şi in vivo pentru a investiga cum încapsularea lipidelor afectează digestia [21,22]. În sistemele de emulsie viteza de digestie a lipidelor este influenţată de mai mulţi factori, inclusiv mărimea picăturilor de ulei (aria suprafeţei disponibilă pentru fixarea lipazei) şi de proprietăţile interfeţei ulei-apă. Modificarea compoziţiei sau formularea sistemului de eliberare afectează, de asemenea, lipoliza [23].

Testele in vivo au arătat că biodisponibilitatea unui ingredient activ este dependentă de tipul sistemului de încapsulare, de mărimea particulei şi de structura alimentelor [24].

Studiile clinice la om sunt necesare pentru a stabili eficienţa in vivo a ingredientelor active transportate cu diverse sisteme de eliberare. Aceste investigaţii furnizează o evidenţă clară asupra eficienţei sistemului pentru transportul componenţilor bioactivi. Ele sunt necesare pentru a determina dacă consumul ingredientelor încapsulate sau dacă sistemul ce conţine ingredientul activ încapsulat furnizează beneficiul pentru sănătate la populaţia ţintă [25].

Cu toate că un anumit grad de oxidare a lipidelor poate fi benefic în producerea aromelor dorite în produsele alimentare, cum ar fi alimentele prăjite, oxidarea lipidelor, în general, este asociată cu schimbări nefavorabile, inclusiv pierderea aromelor, o reducere a proprietăţilor nutriţionale ale lipidelor şi crearea de radicali liberi [26].

Există dovezi substanţiale care promovează consumarea de alimente bogate în acizi graşi omega-3 polinesaturaţi ce pot reduce riscul de boli cronice, cum ar fi bolile de inimă, artrita şi unele tipuri de cancer [27]. Îmbogăţirea alimentelor cu lipide bogate în acizi graşi omega-3 este o strategie pentru îmbunătăţirea profilului nutriţional al alimentelor pe bază de lipide.

Din păcate, nivelul ridicat de acizi graşi nesaturaţi în aceste lipide le face foarte susceptibile la deteriorarea oxidativă şi la pierderea aromelor naturale, acestea căpătînd după oxidare arome de metal, peşte sau rânced [28]. Strategii cum ar fi reducerea nivelului de oxigen, modificarea proprietăţilor interfaciale sau adăugarea un chelator de metal ar putea fi folosite pentru controlul oxidării lipidelor în alimente îmbogăţite cu omega 3 [29].

Cercetările au arătat că proteinele alimentare pot inhiba oxidarea în emulsiile alimentare [71]. O gamă largă de mecanisme sunt asociate cu proprietăţile antioxidante ale proteinelor incluzând inactivarea de specii reactive, reducerea hidroperoxidării, îndepărtarea enzimatică a oxidanţilor şi crearea unei bariere fizice între reactanţi. Antioxidanţii sunt substanţele din alimente proiectate pentru a inhiba sau întârzia oxidarea lipidelor în alimente prin diferite mecanisme [30].

Există o cerere mare în industria alimentară de a elabora produse naturale care nu includ antioxidanţi sintetici. Astfel, dezvoltarea şi integrarea de antioxidanţi naturali în produsele alimentare constituie un domeniu major de cercetare pentru industria alimentară.

Majoritatea claselor de antioxidanţi alimentari naturali includ carotenoizii, componenţii fenolici, acidul ascorbic, proteinele şi derivatele lor, produşii de reacţie Maillard, fosfolipidele şi sterolii [30]. Cercetările recente au arătat, de asemenea, că polizaharidele sunt capabile de a inhiba oxidarea emulsiei ulei în apă.

Din moment ce particulele de hidrogel cu componenţi bioactvi încapsulaţi sunt obținute din polizaharide, proprietăţile naturale antioxidante ale acestor biopolimeri, esențiale pentru protecția lipidelor bioactive constituie un avantaj. Integrarea picăturilor de lipide emulsionate în interiorul unei particule de hidrogel pe bază de polizaharide ar fi o cale de a crea un mediu care teoretic ar inhiba oxidarea lipidelor [29].

Aknowledgements:

Lucrarea a fost susținută financiar de grantul strategic POSDRU/159/1.5/S/133652 co-finanțat de Fondul Social European în cadrul Programului Operațional Sectorial ”Dezvoltarea Resurselor Umane” 2007-2013.

Bibliografie:

1. K. Bieselskl in Nutraceuticals: the link between nutrition and medicine. 2nd Edition. New York: Marcel Deckker, 2001. p. 1-26
2. A. Augustin and Y. Hemar, Chem. Soc. Rev, 38, 902-912 (2009)
3. J. Henry, European Journal of Clinical Nutrition, 64, 657 (2010)
4. Yangilar, Journal of Food and Nutrition Research, 1, 13 (2013)
5. De Vresee, J. Schrezenmeier, Adv Biochem Eng Biotechnol, 111,1(2008)
6. H. Liu, Am. J. Clin. Nutr.,78, 5184 (2003)
7. Y. Abeywardena and R. J. Head, Cardiovasc Res, 52, 361 (2001)
8. RJ FitzGerald, BA Murray and DJ Walsh, J Nutr, 134, 980 (2004)
9. I. Krinsky, E. J. Johnson, Mol Aspects Med, 26, 459 (2005)
10. C. Tapsell , I. Hemphill, L. Cobiac, C.S. Patch, D.R. Sullivan,M. Fenech, S. Roodenrys , J.B. Keogh, P.M. Clifton, P.G. Williams ,V.A. Fazio and K.E. Inge, Med J Aust., 185, 4, 2006
11. de Vos, M. M. Faas, M. Spasojevic and J. Sikkema, Int Dairy J, 20, 292 (2010)
12. J. McClements, E. A. Decker and J. Weiss, J Food Sci, 72, 109 (2007)
13. A. Augustin and Y. Hemar, Chem. Soc. Rev., 38, 902 (2009)
14. J. McClements, E.A. Decker, Y. Park and J. Weiss, Crit Rev Food Sci Nutr, 49, 577 (2009).
15. Chen, G. E. Remondetto and M. Subirade, Trends Food Sci Tech, 17, 272 (2006)
16. J. McClements, Annual Review of Food Science and Technology, 1, 241 (2010)
17. J. McClements. Food Emulsions: Principles, Practice, and Techniques. (2nd ed ed.). Boca Raton: CRC Press 2005.
18. J. McClements, E. Decker,Y. Park and J. Weiss, Food Biophysics, 3, 219 (2008)
19. Acosta, In Delivery and controlled release of bioactives in foods and nutraceuticals N. Garti, Ed, Woodhead Publishing in Food Science, Technology and Nutrition, 2008 p. 53-106
20. M. Faulks and S. Southon. In Delivery and controlled release of bioactives in foods and nutraceuticals N. Garti, Ed, Woodhead Publishing in Food Science, Technology and Nutrition , 2008, p. 3-25.
21. J. McClements and Y. Li, Food Funct., 1, 32 (2010).
22. Chung, L. Sanguansri and M. A. Augustin, Food Chem, 124, 1480 (2011).
23. Hoad, P. Rayment, V. Risse, E. Cox, E. Ciampi, S. Pregent, L. Marciani, M. Butler, R. Spiller and P. Gowland, Food Hydrocolloids, 25, 1190 (2011).
24. J. Barrow, C. Nolan and B. Holub, Journal of functional foods, 1, p. 38 (2009).
25. Choe and D. B. Min, J Food Sci, 72, 77 (2007).
26. D. Riediger, R. A. Othman, M. Suh and M. H. Moghadasian, Journal of the American Dietetic Association, 109, 668 (2009).
27. Jacobsen, M. B. Let, N. S. Nielsen and A. S. Meyer. Trends in Food Science & Technology, 19, 76 (2008).
28. Waraho, D. J. McClements and E. A. Decker, Trends in Food Science & Technology, 22, 3 (2011).
29. J. Elias, S. S. Kellerby and E. A. Decker, Crit Rev Food Sci Nutr, 48, 430 (2008)
30. E Choe and DB Min, Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 8,345, 2009

Drd. ing. Iurciuc Camelia Elena (Tincu)