Энтеросорбенты – продукты или препараты, используемые для связывания метаболитов, токсинов и других веществ в пищеварительном тракте. Они имеют большое значение при решении проблем регулирования питания человека и выведения из организма экологически вредных веществ, профилактике и лечении ряда заболеваний.

14.1. МЕХАНИЗМ ЛЕЧЕБНОГО ДЕЙСТВИЯ ЭНТЕРОСОРБЕНТОВ

В настоящее время рассматривают четыре возможных механизма лечебного действия энтеросорбции:

• выделение токсических веществ из крови в кишечник и дальнейшее их связывание сорбентом;
• очистка пищеварительных соков желудочно-кишечного тракта от токсических веществ и, следовательно, устранение их попадания в кровь;
• изменение липидного и аминокислотного состава содержимого кишечника путем избирательного поглощения сорбентом аминокислот с разветвленной цепью, свободных жирных кислот и т.д.;
• удаление токсических веществ, образующихся в кишечнике, таких, как индол, скатол, фенолы, аммиак, бактериальные токсические вещества, и ослабление таким образом функциональной нагрузки на печень.

К сорбентам относятся адсорбенты, абсорбенты, ионообменные материалы и комплексообразователи. Каждый из сорбентов имеет свои особенности и отличительные свойства.

Для пищевых добавок, используемых в качестве энтеросорбентов, характерны твердая структура и значительная физическая, ионитная сорбция. Один из старейших энтеросорбентов, действие которого основано на физической сорбции, – активированный уголь, а ионной сорбции – пектиновые вещества и растительные продукты, содержащие их в большом количестве.

14.2. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНТЕРОСОРБЕНТОВ И ИХ СВОЙСТВА

Энтеросорбенты из растительного сырья можно получать химическими и биологическими методами.

Наиболее известный энтеросорбент, получаемый химическим способом, – лигнин. Учеными ВНИИгидролиза и Московского государственного университета леса разработана и освоена технология производства из гидролизного лигнина оригинального препарата медицинского назначения – энтеросорбента, получившего название «полифепан»: от слов полимер и фенилпропан (основного звена макромолекулы лигнина). Для его производства используют гидролизный лигнин, образующийся после жесткого режима гидролиза и вследствие этого содержащий 8–20 % целлюлозы. Клиническими испытаниями подтверждено, что этот препарат является высокоэффективным детоксикационным средством. Он рекомендован не только для лечения заболеваний, связанных с желудочно-кишечными инфекциями, но и для снятия интоксикаций, сопровождающих различные патологические состояния.

Полифепан обладает рядом преимуществ по сравнению с известными энтеросорбентами (карболен, активированный уголь): он отличается большей сорбционной способностью по отношению к микроорганизмам и токсинам; не травмирует слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта; производится из дешевого источника сырья (гидролизный лигнин).

Гидролизный лигнин способен удалять из водных растворов от 2,1 до 13,7 % фенола к массе лигнина, что соизмеримо с сорбционной активностью активированных углей, хорошо сорбирует из воды ряд красителей, особенно основного типа. Лечебный лигнин сорбирует из биологических растворов значительные количества холестерина, мочевины, креатинина и в меньшей степени – общие липиды, белки и глюкозу (табл. 14.1).

Таблица 14.1. Сорбция физиологически активных веществ лечебным лигнином

Сорбционные свойства лечебного лигнина зависят от его влажности. Клетки образца с влажностью 80 % сорбируют 810–910 млн/г, воздушно-сухих образцов – 725–792, высушенных до абсолютно сухого состояния – 443–543 млн/г.

Лечебный лигнин проявляет сорбционную активность к ионам тяжелых металлов, таких, как медь, свинец и кадмий. Для образцов, содержащих 20 % целлюлозы, сорбция свинца составляет 0,04 г-ион на 1 г сорбента, кадмия – 0,025, меди – 0,01 г • ион на 1 г сорбента.

Лигнин лечебный не относится к классу остро токсичных веществ.

Целлюлоза также обладает сорбционными свойствами и может быть отнесена к сорбентам, имеющим развитую систему капилляров.

Интерес к использованию сорбентов биологической природы (биосорбентов) в пищевой и других отраслях промышленности возник еще в 70-е годы прошлого века, но особенно возрос в последние 3–5 лет. В качестве сырья для получения такого рода сорбирующих препаратов предлагают хитин, хитозан и микробную биомассу. Клетки микроорганизмов имеют ряд преимуществ как основа для получения сорбирующих препаратов:

• позволяют более полно утилизировать производственные отходы;
• имеют сравнительно низкую стоимость, особенно если являются отходом того или иного производства;
• обладают высокой или, по меньшей мере, технологически достаточной сорбционной способностью по отношению к широкому спектру химических соединений различной природы;
• их присутствие может быть характерным для стандартного проведения оптимизируемого процесса.

Сотрудниками МГУПП и ГосНИИсинтезбелок разработана технология биосорбентов, представляющих собой изолированные клеточные оболочки дрожжей Pichia membranaefaciens и Kluyvervmyces fragilis, выращенных на этаноле и молочной сыворотке соответственно (рис. 14.1).

Рис. 14.1. Схема получения различных модификаций биосорбента (препараты ОК)

Биосорбент обладает способностью связывать из соко- и виноматериалов определенное количество фенольных летучих соединений, тяжелых металлов и ядохимикатов.

Эксперименты с препаратами, полученными различными методами обработки клеточных оболочек, показали, что содержание белка в составе клеточных стенок является доминирующим фактором сорбционной активности по отношению к тяжелым металлам. Доказана также способность дрожжевого биосорбента (в концентрации 5 г/дм³) удалять из виноградного сусла остатки пестицидов различной химической природы, применяемых при обработке виноградников (табл. 14.2).

Таблица 14.2. Эффективность различных препаратов ОК при связывании цинеба в виноградном сусле

Способность биосорбента удалять из виноградного сусла остатки ядохимикатов и тяжелые металлы имеет первостепенное значение для выработки виноградного сока для детского и диетического питания.

Имеется достаточно фактических данных, свидетельствующих о наличии у дрожжей рода Saccharomyces способности оказывать благотворное влияние на симбиотическую микрофлору человека за счет сорбционной способности маннанов, глюканов и хитина клеточных стенок дрожжей. Полученные в МГУПП белково-углеводные концентраты из биомассы хлебопекарных дрожжей содержат в своем составе 20–21 % углеводов (в зависимости от типа предобработки исходной биомассы дрожжей), в том числе полисахариды клеточной стенки (глюканы и маннаны). Они обладают сорбционной способностью по отношению к ионам тяжелых металлов: сорбируемость свинца составляет 25,6 %, кадмия – 20,82 % по отношению к содержанию в растворе (суспензию Б АД в солевом растворе выдерживали при температуре 36...37 °С в течение 1 ч).

Дрожжевые белково-углеводные концентраты могут быть использованы для введения в функциональные продукты питания, так как обладают следующими свойствами:

• задерживают поступление вредных веществ (в частности, тяжелых металлов) из пищеварительного тракта внутрь организма;
• ускоряют выведение тяжелых металлов и патогенной микрофлоры из организма;
• защищают организм от вредного воздействия токсических веществ, в том числе тяжелых металлов и токсинов, выделяемых патогенной микрофлорой.

Полученные белково-углеводные концентраты способны сорбировать патогенную и условно-патогенную микрофлору.

Сорбционная способность трех вариантов белково-углеводных концентратов представлена на рисунке 14.2:

вариант 1 – концентрат, полученный из нативной биомассы дрожжей;
вариант 2 – концентрат, полученный с предобработкой биомассы дрожжей ферментным препаратом Поликанесцин;
вариант 3 – концентрат, полученный с предобработкой биомассы дрожжей ферментным препаратом Лизофунгин. В качестве адсорбатов использовали водные суспензии чистых культур микроорганизмов Е. coli, Ps.fluorescens, St. aureus.

Рис. 14.2. Способность белково-углеводных концентратов
к сорбированию патогенных и условно-патогенных микроорганизмов

Как видно из рисунка 14.2, все варианты белково-углеводных концентратов обладают способностью адсорбировать палочковидные грамотрицательные бактерии (Е. coli и Ps. fluorescens) и грамположительные кокки (St. aureus). Добавляя в суспензию микроорганизмов, содержащую 9–10⁵ клеток/см³, 5% белково-углеводной добавки, можно снизить количество кишечной палочки на 49–57 %, стафилококков – на 57–67, а псевдомонад – на 62–67 %.

Одним из наиболее стабильных дешевых источников получения сорбента хитина является мицелий плесневого гриба Aspergillus niger – отход производства лимонной кислоты. Хитин находится в клеточной стенке гриба в виде разветвленного сополимера, основная цепь молекул которого представлена хитином, а боковые – глюканом. Мицелий содержат 81,6–94,7 % хитина, 0,5–15,1 глюкана и 0,7–3,3 % меланина.

Разработана технология выделения хитинсодержащей пищевой добавки (хитинглюканового комплекса – ХГК) из мицелиальной биомассы этого гриба. Гидролиз биомассы НС1 при следующих условиях: концентрация кислоты – 5–10 %, время реакции – 5–6 ч, температура – 100 °С; затем деминерализация с последующей фильтрацией и промывкой осадка, депротеинизация, нейтрализация с последующей фильтрацией и промывкой, сушка готового продукта. ХГК обладает более высокой сорбционной способностью, чем хитин и хитозан. Наибольшей сорбционной способностью обладают частицы размером 400 мкм, предварительно высушенные при 50 °С в течение 1 ч. Содержание основных веществ в продукте не должно быть ниже 60 %, содержание влаги не должно превышать 10 %. Токсикологические, микробиологические и гигиенические исследования подтвердили безвредность продукта.

ХГК обладает высокой способностью сорбировать ионы тяжелых металлов – Сr²⁺, Cu²⁺, Hg³⁺, Pb²⁺, Fe³⁺, а также радионуклиды, в частности ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs. При этом образцы комплекса практически нетоксичны, и при хроническом энтеральном введении препарата показано отсутствие общего, сенсибилизирующего и мутагенного действия. ХГК рекомендован для использования в качестве пищевой добавки в основном при выработке хлебобулочных изделий.

В решении проблемы регулирования питания человека и выведения из организма вредных веществ существенное значение имеет создание биотехнологии новых сорбентов для пищевой промышленности и медицины, обладающих широким спектром сорбционных свойств, невысокой стоимостью, безопасностью и доступностью для широких слоев населения.