КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 20-16-00019

НазваниеРазвитие методов зеленой электрохимии для повышения эффективности пищевого производства: молекулярные, поликомпонентные и клеточные биологические мишени электрохимически активированного водного раствора

РуководительПогорелов Александр Григорьевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук, Московская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 2020 г. - 2022 г.  , продлен на 2023 - 2024. Карточка проекта продления (ссылка)

Конкурс№45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-301 - Технология пишевых продуктов

Ключевые словаэлектрохимически активированные водные растворы, пищевое производство, функциональное питание, макронутриенты, гель, эмульсия, суспензия, клеточная мембрана, пристеночное пищеварение, молекулярная спектрометрия, ультраструктурный анализ, гель-электрофорез, высокоэффективная жидкостная хромотография, спектрофотометрия

Код ГРНТИ65.13.23


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект направлен на проведение фундаментальных научных исследований действия метастабильного электрохимически активированного водного раствора (ЭХАР) на молекулярные, поликомпонентные и клеточные составляющие биологической матрицы, которая является основой всех видов исходного сырья для производства продуктов питания. Результаты исследований послужат теоретической базой для разработки инновационных технологий, с целью повышения эффективности пищевых производств и качества конечного продукта. В области производства пищевых продуктов показано множество технологических эффектов, обусловленных применением ЭХАР. В этом плане перспективным видится поиск закономерностей действия таких метастабильных растворов на биологические системы, соответствующие разным этапам и целям производственного цикла. Актуальность и практическая значимость проекта обусловлены тем, что новые подходы к решению прикладных задач в пищевом производстве обеспечивает исследование конкретной группы биологических мишеней, а именно: – молекулы основных макронутриентов (белки, включая гликопротеины; липиды, в том числе фосфолипиды; полисахариды различного строения). В зависимости от амфифильности данного класса биомолекул изучают водный раствор (белки, модифицированный крахмал, агар) или водные суспензии исходного вещества (фосфолипиды, липиды, крахмал); – в иерархии биологических мишеней к классу биомолекул примыкают клеточная мембрана, основой строения которой является фосфолипидный бислой и встроенные в него белки. Интерес к биомембранам вызван тем, что ряд технологий (производство напитков брожения, сыроделие) предусматривает использование веществ, например ферменты, аккумулированные в цитоплазме изолированной клетки. В этом случае эффективность технологии определяет время и качество разрушения мембраны. Учитывая особенность ее строения, обработка ЭХАР может значительно ускорить процесс. При этом, воздействие остается экологически безопасным и не несет техногенной нагрузки; – в ряде исследований, исходя из эмпирических данных, проводят математическое моделирование воздействия ЭХАР на поликомпонентные пищевые системы с целью прогноза возможных технологических эффектов. Тем не менее, большинство работ ограничивается только констатацией результатов и их описанием. В связи с этим научный интерес представляет направленное экспериментальное изучение обнаруженных эффектов на уровне сложных по составу и свойствам пищевых систем (гель, эмульсия, гомогенат), с использованием современных физико-химических методов и молекулярного анализа; – отобранные биологические мишени должны быть доступны действию ЭХАР во временном интервале метастабильного состояния воды. По критерию доступности, наиболее сложным объектом является клетка в составе ткани. В качестве такой системы мы рассматриваем слизистый эпителий тонкой кишки, который включает в себя все типы рассматриваемых биологических мишеней: молекулярную (гликопротеиновый комплекс слизи), мембранную (апикальная мембрана энтероцита) и саму всасывающую клетку. Клинические испытания показали, что католит (фракция электрохимически активированной воды) оказывает положительный эффект при ряде патологий (заболевание желудочно-кишечного тракта, диабет, нейродегенеративные изменения, склероз). По лечебному действию, которое оказывает католит, фракцию восстановленной воды следует рассматривать в ряду продуктов функционального питания. Полагают, что длительное потребление католита способствует компенсации накопления активных форм кислорода в организме. При всей привлекательности данной гипотезы остается не изученной проблема морфо-функциональной трансформации комплекса энтерального эпителия в условиях хронического потребления вместо обычной воды ее восстановленной фракции (католита). Научную новизну данного проекта определяет поставленная цель – получение новых фундаментальных знаний о физико-химических механизмах и эффектах действия метастабильной фракции воды на биологические мишени разного уровня сложности. В качестве таких мишеней выбраны: молекулы макронутриентов (белки, липиды, включая фосфолипиды, и полисахариды), основные пищевые поликомпонентные композиции (эмульсия, суспензия, гель, гомогенат), клетки энтерального эпителия и амилолитическая активность, как критерий эффективности пристеночного пищеварения, регулирующего расщепление питательных веществ и трансмембранный транспорт аминокислот и сахаров в организм.

Ожидаемые результаты
В течение выполнения проекта ожидается получить следующие результаты: 1. В эксперименте будет исследовано действие ЭХАР на состояние белков, полисахаридов, липидов, в том числе фосфолипидов, в водной среде. 2. На лабораторных моделях поликомпонентных систем будет изучено изменение свойств сложных по составу пищевых систем эмульсий, суспензий, гелей и гомогенатов на основе ЭХАР. 3. На изолированных клетках будет исследовано действие ЭХАР на целостность цитоплазматической мамбраны. 4. Будет разработана технология комплексного анализа растворов биомолекул после их обработки ЭХАР, используя спектрометрические и хроматографические методы, а также и гравиметрическое измерение субмикронных слоев. 5. Будут получены сравнительные данные об изменении морфологии и ультраструктуры тонкой кишки млекопитающих (лабораторная мышь NMRI) при хроническом потреблении фракций ЭХАР (католит, анолит). 6. Будет изучен эффект ЭХАР на активность альфа-амилазы, одного из основных ферментов, секретируемого поджелудочной железой в просвет тонкой кишки, который характеризует эффективность пристеночного пищеварения, обеспечивая расщепление углеводов и трансмембранный транспорт сахаров в организм. 7. По результатам аналитических и экспериментальных исследований будет опубликовано не менее 9 публикаций в рецензируемых российских и зарубежных научных изданиях, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection) или «Скопус» (Scopus), а также не менее 8 публикации, учитываемых в базе данных «РИНЦ», монография, патент или заявка на регистрацию результата интеллектуальной деятельность и/или «ноу-хау». Анализ публикаций подтверждает соответствие планируемых исследований мировому уровню работ в этой области. Заявленные результаты имеют теоретическое значение в части новых знаний о механизмах физико-химического и биологического воздействия ЭХАР на молекулярные, поликомпонентные и клеточные биологические системы. Помимо фундаментального значения полученные результаты внесут вклад в решение прикладных задач, решая проблему повышения эффективности пищевого производства, а также снижая техногенную нагрузки на окружающую среду за счет минимизации рисков применения химических реагентов. Применение средств зеленой электрохимии, как модифицирующего воздействия на биологические мишени, которые используются в качестве сырья в различных звеньях производственного цикла получения пищевых продуктов, способствует повышению уровня потребления населением России высококачественных и безопасных пищевых продуктов.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Первый этап проекта посвящен исследованию действия метастабильного электрохимически активированного водного раствора (ЭХАР) на молекулярные мишени, входящие в состав биологической матрицы, которая является основой всех видов исходного сырья для производства продуктов питания. В отчетный период изучали эффекты взаимодействия ЭХАР с молекулами основных макронутриентов. В зависимости от амфифильности анализируемого класса биомолекул, анализировали водный раствор или водные дисперсные системы исходного вещества. Основной акцент сделан на исследовании влияния фракций ЭХАР (католит, анолит) на изменение растворов, содержащих растворимые (белки, полисахариды) в воде макронутриенты, или водных дисперсий водонерастворимых (липиды, фосфолипиды, крахмал) пищевых продуктов. Комплексное применение аналитических методов (UV-vis спектрометрия, ToF-SIMS масс-спектрометрия, гель-электрофорез, измерение размера частиц посредством динамического рассеяния света, гравиметрия субмикронных слоев сухого остатка, измерение кинематической вязкости раствора) и сканирующей электронной микроскопии получены следующие результаты. Разработана электрохимическая система и технология получения водных сред в предельно возможном метастабильном состоянии с аномальной активностью. Решена задача создания проточных реакторов для получения фракций ЭХАР (анолит, и католит) из бидистиллированной воды. Фактически разработано универсальное устройство для ионселективного диафрагменного электролиза дистиллированной и ультрапресной воды Такое устройство позволяет изучать механизмы взаимодействия электрохимически активированных водных сред с мембранами клеток, особенности физико-химического взаимодействия с белками, фосфолипидами, полисахаридами, например, в продуктах питания человека. Исследуемый образец монопродукта белковой природы (альбумин) и композиция протеинов в пищевых образцах (желатин, казеин) подвержены модификации в растворе фракций ЭХАР. При этом анолит оказывает фокусирующее действие, что показано на примере раствора, превращая белковый раствор в более однородную, по молекулярному составу, среду. Такой результат, возможно, обусловлен унифицированным действием окисленной фракции ЭХАР (анолит), содержащей относительно высокую концентрацию пероксида водорода, мишенью молекулы которого является дисульфидная связь серосодержащих аминокислот, например, цистеина. Механизм действия восстановленной фракции ЭХАР (католит) прогнозировать трудно. Дело в том, что рассмотрение активности антиоксидантов в биологических системах ограничено функцией компенсации окислительного стресса до нормального уровня ОВП среды (~+360мВ). В наших экспериментах белковый раствор католита обладает аномально отрицательным значением потенциала (-800мВ), который не индуцируется при физиологических условиях или патологических изменениях. Несовпадение данных гель электрофореза и ToF-SIMS обусловлено различием физических принципов, лежащих в основе каждого метода. Если при электрофорезе в электрическом поле «разгоняются» белки и их крупные фрагменты, то масс-спектрометрия регистрирует ионы аминокислот и небольших пептидов. Впечатляют данные, полученные в части изучения вязкости раствора, содержащего альбумин. Показано, что в течение всего интервала наблюдения (9 часов) раствор белка в ЭХАР в анализируемом диапазоне концентраций (1-10%) сохраняет начальную вязкость в отличие от контрольного образца. Возможно, причины снижения вязкости растворов альбумина в ЭХАР обусловлены конформационными изменениями молекул белка и усилением их электростатического отталкивания, когда возрастает диссоциация карбоксильных групп и становится отрицательным суммарный заряд белка. Данный эффект, который соотносится с изменением других физико-химических характеристик раствора, может стать основой для качественного изменения ряда технологий пищевого производства. Полисахарид растительного происхождения (агар, олигосахара крахмала) подвержен модификации под действием фракций ЭХАР. На UV спектрах поглощения эффект показан для раствора полисахаридов в анолите. Однако, молекулярный анализ проб растворов агара показывает идентичность результатов обработки обеими фракциями ЭХАР. Несовпадение данных UV спектрометрии и ToF-SIMS обусловлено различием физических принципов, лежащих в основе каждого метода анализа. Для растворимого крахмала методом ToF-SIMS показано статистически значимое различие молекулярного состава олигосахаров в зависимости от фракции ЭХАР, в которой обрабатывалось исходное вещество. Католит оказывает амилолитическое действие, свойственное ферментам, например, альфа-амилазе. На примере агара показано, что электрохимическая активация воды является способом снижения вязкости водного раствора полисахарида сложной структуры без уменьшения концентрации основного вещества и/или введения добавок. Учитывая широкое применение гидроколлоидов полисахаридной природы в качестве загустителей и гелеобразователей, использование ЭХАР можно рассматривать как перспективное технологическое решение при производстве пищевых продуктов. Отработан метод взвешивания сухого остатка вещества в нескольких микролитрах раствора, который может быть успешно применен при изучении, например, экстрактов. Метод не требует больших объемов, как в случае гравиметрии посредством выпаривания, и сокращает время пробоподготовки до нескольких минут. Для реализации достоинств взвешивания субмикронных слоев сухого остатка небольшого количества вещества (~1 мкг), на основе кварцевого резонатора был разработан и собран действующий стенд. В проекте данный подход применен для изучения экстрагирующей способности фракций ЭХАР, которыми обрабатывали нерастворимый пищевой крахмал. Зерна нерастворимого в воде крахмала в виде суспензии подвержены действию обеих фракций ЭХАР. При этом UV спектр поглощения жидкой составляющей (супернатант) претерпевает качественные изменения. Этот вывод согласуется с данными молекулярного анализа (ToF-SIMS). Отметим, только после обработки зерен крахмала католитом содержание олигосахаров в растворе меняется в сторону уменьшения концентрации. Данный эффект не обусловлен снижением экстрагирующей способности у восстановленной фракции ЭХАР, что показано взвешиванием сухого остатка жидкой фракции суспензии. Другими словами, католит демонстрирует псевдоферментативную активность. Результаты аналитических методов согласуются с ультраструктурным анализом, который визуально демонстрирует эффект травления фракциями ЭХАР рельефа поверхности зерен крахмала. Гранулы пищевой добавки Е322 - «Леситин» (Cargill, Германия), содержащей фосфолипиды, при обработке водой или фракциями ЭХАР образуют коллоидные растворы. Этот результат подтвержден посредством метода динамического рассеяния света (DLS), в результате применения которого обнаружена основная фракции наночастиц (100нм). После обработки препарата «Леситин» католитом или анолитом вид UV спектров поглощения полученных эмульсий качественно отличаются от спектра, который регистрируется для водного раствора, что согласуется с данными масс-спектрометрии (ToF-SIMS). Однако молекулярный анализ также показал различие и между содержанием коллоидных растворов двух фракций ЭХАР. С целью визуализации действия ЭХАР на фосфолипиды, была привлечена сканирующая электронная микроскопия, когда изучали поверхность пленки фосфолипида, обработанную водой, католитом или анолитом. К сожалению, методические ограничения не позволили получить изображение объекта с высоким пространственным разрешением. C целью изучения структуры и состояния биологических мишеней, в течение выполнения первого этапа проекта отрабатывали и совершенствовали методы визуализации и анализа (электронная микроскопия, лазерная микротомография, UV-vis спектрометрия, молекулярная спектрометрия - ToF-SIMS), на чем сделан акцент в опубликованных работах. Опубликовано и принято к печати 5 публикаций, в том числе 3 в научных изданиях, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection) или «Скопус» (Scopus). Сделаны устные доклады на VI всероссийской научно-практической конференции «Нормативно-правовые и методологические основы селекции, системы семеноводства, производства, контроля качества и использования семян сельскохозяйственных и лесных древесных растений» (пгт. Никита, 30 августа - 5 сентября 2020 г.), XV международной научной конференции «Актуальные вопросы биологической физики и химии. БФФХ-2020» (г. Севастополь, 14-16 сентября 2020 г.). Зарегистрировано заявление на выдачу патента Российской Федерации на полезную модель - Установка для подготовки водных растворов, разбавленных дисперсных сред и измерения кинематической вязкости жидкости (Рег.номер ФИПС 2020137928 от 19.11.2020).

 

Публикации

1. Погорелов А.Г., Макарова Н.П., Сысоева А.П., Погорелова В.Н. НЕИНВАЗИВНАЯ ЛАЗЕРНАЯ МИКРОТОМОГРАФИЯ ИЗОЛИРОВАННОГО ООЦИТА ЧЕЛОВЕКА Бюллетень экспериментальной биологии и медицины (Bulletin of Experimental Biology and Medicine), - (год публикации - 2020)

2. Погорелов А.Г., Степанова Т.А., Панаит А.И., Балашов В.А., Гулин А.А., Погорелова В.Н. A NANOCAPSULE BASED ON NATURAL MINERAL CLINOPTILOLITE SURROUNDED BY A LECITHIN ENVELOPE Биофизика (Biophysics, Russian Federation), Biophysics, 2020, Vol. 65, No. 5, pp. 742–746 (БИОФИЗИКА, 2020, том 65, № 5, с. 872–877) (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1134/S0006350920050140

3. Погорелов А.Г., Степанова Т.А., Панаит А.И., Погорелова М.А., Суворов О.А., Гулин А.А. NANOFORMULATIONS: CLINOPTILOLITE-BASED CAPSULE WITH LECITHIN SHELL International Journal of Pharmaceutical Research and Allied Sciences, Int j pharm res allied sci 2020;9(3):125-30 (год публикации - 2020)

4. Погорелов А.Г., Степанова Т.А., Погорелова В.Н., Суворов О.А., Гулин А.А. NUTRITION ADDITIVE OF E322 AS PHOSPHATIDYLCHOLINE SOURCE FOR ENVELOPE IN NANOSCALE FORMULATION Актуальные вопросы биологической физики и химии (Russian Journal of Biological Physics and Chemistry), Актуальные вопросы биологической физики и химии, 2020, том 5, № 2, с. 286-290 (Russian Journal of Biological Physics and Chemistry, 2020, vol. 5, No. 2, pp. 286-290) (год публикации - 2020)

5. Суворов О.А., Панаит А.И., Воложанинова С.Ю., Кузнецов А.Л., Ипатова Л.Г., Погорелов А.Г. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ И ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗОВАННОЙ ВОССТАНОВЛЕННОЙ ВОДЫ НА ЧЕЛОВЕКА Вестник ЮУрГу. Серия "Пищевые и биотехнологии", Вестник ЮУрГУ. Серия «Пищевые и биотехнологии». – 2020. – Т. 8, № 4. – С. 104–110. (год публикации - 2020) https://doi.org/10.14529/food200413

6. Погорелов А.Г., Панаит А.И., Ипатова Л.Г., Кузнецов А.Л., Суворов О.А. УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ, РАЗБАВЛЕННЫХ ДИСПЕРСНЫХ СРЕД И ИЗМЕРЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ -, - (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Очевидная, но не декларируемая, цель проекта состоит в том, что полученные на основе подходов зеленой электрохимии результаты должны быть ориентированы на технологии пищевого производства. Основным действующим агентом при проведении исследований является электрохимически активированный водный раствор (ЭХАР), метастабильные фракции (анолит, католит) которого накапливаются в зоне одного из электродов (анода или катода) диафрагменного реактора, соответственно, с аномальными показателями рН и окислительно-восстановительного потенциала (ОВП). Для практической реализации результатов проекта необходимо обеспечить производство фракций ЭХАР в объемах, которые достаточны их для промышленного использования. Второе условие - доступность источника воды, например бытового водопровода, в котором течет пресная (маломинерализованная) вода. Электрохимические устройства, созданные в рамках проекта, отличаются от ранее разработанных систем возможностью в проточном режиме получать анолит и католит даже из дистиллированной и бидистиллированной воды. При этом достигнуты предельно возможные значения рН и окислительно-восстановительного потенциала. Установлено, что основными носителями соединений с высокой электрической и химической активностью являются газообразные продукты, формирование которых происходит в диффузной части двойного электрического слоя электрода. На основе полученных экспериментальных данных разработаны принципы регулирования параметров ЭХАР из пресной воды, ультрапресной воды и дистиллированной воды. Также изготовлена и испытана в производственных условиях промышленная установка АКВАТРОН-15-500 производительностью фракций ЭХАР до 1000 л/ч. Диапазон регулирования рН 1-13, а ОВП от -850мВ для католита и до +1250мВ для анолита. Исходя из современных тенденций, перспективным направлением рассматривают разработку майонезов, соусов и других эмульсионных продуктов, в которых поверхностно-активные вещества животного происхождения заменены фосфолипидами, выделенными из растительного сырья. В развитие данного направления, изучали модельные водно-липидные композиции, созданные на основе фракций ЭХАР. В рецептурах низкокалорийных майонезов и майонезных соусов массовая доля жира варьирует в пределах 15-40% поэтому, в эксперименте исследовали модельные системы, содержащие 20% и 30% жировой фазы, где в качестве эмульгатора применяли жидкой лецитин, выделенный из сои, а в качестве дополнительных стабилизаторов – гидроколлоиды полисахаридной природы. Показано, что на уровень агрегативной устойчивости эмульсии не оказывает воздействия добавка альгината натрия. Стабилизация агаром приводила к образованию однородного геля, если фазой служили вода или анолит. Отрицательный эффект наблюдается в случае католита, когда устойчивость снижается, что препятствует образованию геля и, как следствие, способствует расслоению эмульсии. Результаты изучения липидной эмульсии в составе поликомпонентной системы согласуются с полученными данными об изменении вязкости растворов молекулярного агара на католите. Суммируя, диспергирование жировой фазы в растворе на католите дает менее устойчивую эмульсию, чем в случае анолита. Тенденция дестабилизации эмульсий на основе католита сохраняется на протяжении всего срока хранения. Дольше всех сохраняли высокий уровень устойчивой фазы образцы на основе необработанной воды. Суммируя, на модельных эмульсиях типа «масло в воде» с долей масляной фазы 20%, содержащей в качестве эмульгатора 0.2% жидкого лецитина, показано, что католит в наибольшей степени дестабилизирует эмульсию, а в случае добавления агара препятствует гелеобразованию. Предполагалось, что снижение объема ЭХАР может повлиять на свойства эмульсии, поэтому долю жировой фазы в модельной системе повысили до 30%. В таком варианте использование анолита в качестве водной фазы в наибольшей степени дестабилизировало эмульсию. Максимальную сохранность ее устойчивой фазы наблюдали в образце на основе католита, где в течение шестнадцати суток хранения модельная эмульсия не расслаивалась, ее консистенция не изменялась. Направленность данного эффекта обратная той, что наблюдали для 20% эмульсии. При этом кинетика изменения эмульсии на воде остается одинаковой при обеих концентрациях липидов. Интересные данные получены в сравнительном исследование агрегативной устойчивости эмульсии на модели, приближенной по составу к рецептуре обычного майонеза, например «Любительского», где воду заменяли анолитом или католитом. Сходный характер кривых устойчивости к концу наблюдения свидетельствуют о том, что фракции ЭХАР не оказывают заметного влияния на многокомпонентную модель майонеза. Это заключение подтверждает измерение методом электрофоретического рассеяния высокого значения для дзета-потенциала частиц, что свидетельствует о высоком уровне стабильности анализируемых эмульсий. Морфометрический анализ микрофотографий майонезных эмульсий показывает отсутствие значительного различия между эмульсиями и неоднородное распределение частиц в каждом образце, что подтверждено методом динамического рассеяния света. Преобладают сферические частицы диаметром в интервале 300-500нм с дополнительным пиком в области нескольких микрон, что соответствует данным сканирующей электронной микроскопии. В растворе фракций ЭХАР белки (пищевой казеин, желатин и аналитический альбумин) меняли свои свойства. При этом не образуются высокомолекулярные фрагменты, но модифицируется третичная структура белка, что влияет на вязкость исследуемых белковых растворов. Указанный эффект может быть причиной изменения свойств многокомпонентного геля, полученного на основе желатина, содержащего молочные жир и белки. Для изучения такого модельного объекта использовали сканирующую электронную микроскопию, молекулярную масс-спектрометрию (ToF-SIMS) и UV спектрометрию. В результате выявлено различие в составе сложного геля, приготовленного на воде (контроль) и на католите, что во втором случае характеризует увеличение сигнала моноацилглицеридов, диацилглицеридов и жирных кислот. Этот факт свидетельствует о расщеплении триацилглицеридов под действием католита и, следовательно, повышении пищевой ценности продукта за счет фрагментации сложного липида. В желатиновом геле не показано наличие свободных аминокислотных остатков, что может свидетельствовать об отсутствии модификации белков. Данное заключение, подтвержденное результатами UV спектрометрии, указывает на восстановление третичной структуры белка и, следовательно, вязкости геля по завершении желатизации. Не целевое наблюдение, которое не сопряжено с заданием выполняемого проекта, состоит в том католит можно применять для удаления жировых загрязнений. Чтобы решить задачу изучения действия на фосфатидилхолин фракций ЭХАР, разработана методика получения модельного препарата в виде пленки, полученной из данного вида фосфолипида растительного происхождения. Наблюдали более высокую скорость экстракции в воду, если сравнивать с католитом и, особенно, с анолитом. Изменение тонкого рельефа поверхности пленки фосфатидилхолина, вызванное экстракцией, изучали методом сканирующей электронной микроскопии. Сравнение полученных микрофотографий не показало различий ультраструктуры поверхности препарата, обработанного водой или фракциями ЭХАР. Другими словами, визуально не наблюдается разница между действием воды, анолита или католита. Возможно, это обусловлено равномерным травлением поверхности препарата указанными растворителями, т.е. отличие состоит только в количестве растворенного вещества. Чтобы избежать ошибок, связанных с анализом контрафактной продукции, процедуру производства твердого сыра воспроизвели в условиях лаборатории. Для этого использовали цельное молоко, полученное на ферме индивидуального предпринимателя. По завершении свёртывания молока под действием сычужного фермента отделяли творожную массу, которую помещали под пресс с постепенным увеличением давления. В результате получали пластины сырной массы толщиной не более 5 мм, которые переносили в 20% солевой раствор NaCl, приготовленный на воде, анолите или католите. Отметим, только на этом этапе возможна модификация технологии посредством замены воды на одну из фракций ЭХАР. По завершении вымачивания, с помощью сканирующей электронной микроскопии изучали пространственную структуру сыра, а также экстракты используемых рассолов. Наибольшее разнообразие деталей рельефа поверхности представлено на модельном образце, обработанном водным раствором соли. Однако для количественного сравнения, более информативной является поверхность в плоскости среза, сделанного по глубине сыра. Такие «плоские» микрофотографии позволяют автоматизировать анализ характерных параметров, например, размер и количество полостей в теле сыра. Сравнение неспецифичных UV спектров поглощения экстрактов рассолов показывает полную идентичность исследуемых модельных образцов сыра. Для интереса еще анализировали растворы, полученные в результате экстракции из фирменного сыра «Гойя» (Аргентины) в воду или фракции ЭХАР, которые по своим спектральным характеристикам не отличались от модельного образца твердого сыра, произведенного в лаборатории. Совершенствование существующих и создание новых технологий производства хлебобулочных изделий может быть связано с регулированием процессов получения теста посредством использования при замесе фракций ЭХАР. Использование при замесе ЭХАР позволяет направленно изменять рН и ОВП воды и, следовательно, каталитическую, биологическую и химическую активность. В сравнительном эксперименте изучали тесто и конечный продукт по нескольким критериям, включая физико-химические, механические и органолептические характеристики, что позволило предположить возможность изменения микроструктуры готового продукта. Для анализа тонкого строения были приготовлены модельные образцы хлебцев толщиной не более 4 мм, пространственную структуру которых наблюдали с помощью сканирующей электронной микроскопии. Для этого сравнивали рельеф поверхности образца и внутреннее строение в зоне разлома. Полученный результат свидетельствует о перспективности данного метода. Поиск корреляции между макропараметрами, органолептическими показателями и морфологией хлеба требует проведение дополнительных исследований, сфокусированных только на этой проблеме. Неожиданным было наличие в теле хлеба включения с винтовой насечкой на поверхности, внешний вид которого напоминает микроволоски растительного происхождения. Данный артефакт, не характерный для привычной структуры хлеба, обнаружен во всех типах изучаемых образцов. В зависимости от жесткости фрагмента такой ворсинки, гипотетически, он может быть причиной локального микровоспаления слизистого эпителия кишки, вызванного механическим повреждением слоя энтероцитов. Целью проекта не был анализ посторонних примесей, входящих в состав исходных ингредиентов теста, например муки, но наличие такой опции у сканирующей электронной микроскопии может быть полезным инструментом при сертификации продукта. В течение выполнения второго этапа проекта на модельных образцах были отработаны и усовершенствованы методы визуализации и анализа (UV-vis спектрометрия, ToF-SIMS масс-спектрометрия, гравиметрия субмикронных слоев сухого остатка, определение физико-химических и реологических свойств модельных пищевых систем, световая и электронная микроскопия), на чем сделан акцент в 9 работах, опубликованных или принятых к печати в научных изданиях, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection), «Скопус» (Scopus) и РИНЦ. Сделаны устные доклады на 5 международных или всероссийских научных конференциях. Результаты интеллектуальной деятельности нашли отражение в виде 2 заявлений на выдачу патента Российской Федерации на полезную модель: установки для подготовки водных растворов, разбавленных дисперсных сред и измерения кинематической вязкости жидкости (рег.номер ФИПС 2021123231 от 04.08.2021; рег.номер ФИПС 2021133497 от 18.11.2021).

 

Публикации

1. Бахир В.М., Погорелов А.Г., Суворов О.А., Козлов И.В. NON-REAGENT ELECTROCHEMICAL WATER PURIFICATION TECHNOLOGY FOR THE NEEDS OF AGRICULTURE IOP CONFERENCE SERIES: EARTH AND ENVIRONMENTAL SCIENCE (INTERNATIONAL CONFERENCE ON WORLD TECHNOLOGICAL TRENDS IN AGRIBUSINESS, Международная конференция "Мировые технологические тренды в развитии сельского хозяйства" на базе Омского ГАУ им.П.А.Столыпина), - (год публикации - 2022)

2. Ипатова Л.Г., Кузнецов А.Л., Суворов О.А., Погорелов А.Г. CHANGE IN THE REDOX POTENTIAL OF ANIMAL PROTEIN SOLUTIONS IN ELECTROCHEMICALLY ACTIVATED WATER IOP CONFERENCE SERIES: EARTH AND ENVIRONMENTAL SCIENCE (INTERNATIONAL CONFERENCE ON WORLD TECHNOLOGICAL TRENDS IN AGRIBUSINESS, Международная конференция "Мировые технологические тренды в развитии сельского хозяйства" на базе Омского ГАУ им.П.А.Столыпина), - (год публикации - 2022)

3. Погорелов А.Г ИНКУБАЦИОННЫЕ СРЕДЫ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ ВОССТАНОВЛЕННОЙ ВОДЫ РЕЦЕПТОРЫ И ВНУТРИКЛЕТОЧНАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ, Сборник статей международной конференции «Рецепторы и внутриклеточная сигнализация». – Серпухов: Типография Пятый Формат, 2021. – с. 756-760 (год публикации - 2021)

4. Погорелов А.Г., Ипатова Л.Г., Панаит А.И., Погорелова М.А., Гулин А.А., Погорелова В.Н. СПЕКТРОМЕТРИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ В РАСТВОРЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ АКТИВИРОВАННОЙ ВОДЫ АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ, том 6, № 3, с. 511-515 (год публикации - 2021)

5. Погорелов А.Г., Ипатова Л.Г., Погорелова М.А., Кузнецов А.Л., Суворов О.А. СВОЙСТВА СЫВОРОТОЧНОГО АЛЬБУМИНА В ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ АКТИВИРОВАННОЙ ВОДЕ (PROPERTIES OF SERUM ALBUMIN IN ELECTROCHEMICALLY ACTIVATED WATER) FOODS AND RAW MATERIALS, - (год публикации - 2022)

6. Погорелов А.Г., Макарова Н.П., Калинина Е.А., Панаит А.И., Погорелова В.Н., Сухих Г.Т. LASER MICROTOMOGRAPHY FOR IVF OOCYTE OF HUMAN DOKLADY BIOCHEMISTRY AND BIOPHYSICS (ДОКЛАДЫ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК. НАУКИ О ЖИЗНИ), DOKLADY BIOCHEMISTRY AND BIOPHYSICS, Volume 498, Issue1, Page 190-192 (ДОКЛАДЫ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК. НАУКИ О ЖИЗНИ, 2021, том 498, с. 264–267) (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1134/S1607672921030078

7. Погорелов А.Г., Черных В.Я., Булавина Т.А., Суворов О.А., Кузнецов А.Л., Ипатова Л.Г. INVESTIGATION OF THE RHEOLOGICAL PARAMETERS OF A COMPLEX HOMOGENATE (DOUGH MODEL) PREPARED FROM FLOUR AND FRACTIONS OF AN ELECTROCHEMICALLY ACTIVATED WATER IOP CONFERENCE SERIES: EARTH AND ENVIRONMENTAL SCIENCE (INTERNATIONAL CONFERENCE ON PRODUCTION AND PROCESSING OF AGRICULTURAL RAW MATERIALS, Международная конференция "Производство и переработка пищевой и сельскохозяйственной продукции" на базе ВГУИТ), - (год публикации - 2022)

8. Попова А.И., Панаит А.И., Суворов О.А., Кузнецов А.Л., Ипатова Л.Г., Погорелов А.Г. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ АКТИВИРОВАННОЙ ВОДЫ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ В ПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ ВЕСТНИК ЮЖНО-УРАЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ: ПИЩЕВЫЕ И БИОТЕХНОЛОГИИ, Вестник ЮУрГУ. Серия «Пищевые и биотехнологии». – 2021. – Т. 9, № 3. – С. 5–13 (год публикации - 2021)

9. Балашов В.А., Агладзе К.И., Погорелов А.Г. ПРИМЕНЕНИЕ ВОЛОКОННО-КЛЕТОЧНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ТРЁХМЕРНЫХ ТКАНЕЙ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ БИОФИЗИКА, Материалы конференции «Теоретическая и экспериментальная биофизика», 14 апреля 2021 года. - Пущино : Синхробук (SynchrobookTM), 2021. - С. 13-14 (год публикации - 2021)

10. Погорелов А.Г., Панаит А.И., Ипатова Л.Г., Кузнецов А.Л., Суворов О.А. Установка для подготовки водных растворов, разбавленных дисперсных сред и измерения кинематической вязкости жидкости (регистрационный № 2021123231) -, - (год публикации - )

11. Погорелов А.Г., Панаит А.И., Кузнецов А.Л., Суворов О.А., Ипатова Л.Г. Установка для подготовки водных растворов (регистрационный № 2021133497) -, - (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Заключительный этап посвящен изучению влияния ЭХАР на клеточные мишени, что является продолжением общей концепции проекта. Основная цель этапа состоит в сравнительном изучении действия длительного потребления метастабильных фракций воды на энтеральный эпителий млекопитающих. Такой акцент обусловлен тем, что в нескольких странах официально рекомендовано для профилактики желудочно-кишечных осложнений постоянное употребление восстановленной фракции ЭХАР в качестве продукта функционального питания. Данное исследование также имеет важное приложение в части развития диагностических методов тестирования эффекта длительного потребления безалкогольных напитков, например фруктовых вод, на состояние организма. На третий год проекта также заявлено изучение влияния ЭХАР на активность альфа-амилазы, входящей в состав ферментных препаратов, которые используют для гидролиза крахмалосодержащего сырья в пищевой промышленности. Эта задача представляет интерес не только с прикладной точки зрения, но и с фундаментальной, так как ферменты семейства амилаз являются основой пристеночного пищеварения. Другими словами, результаты данного исследования отражают как технологическую целесообразность ЭХАР, так и дополняют картину влияния на физиологию организма католита при его потреблении в качестве напитка. Анализ результатов проекта, полученных в течение двух предшествующих этапов, показал возможность дополнить план завершающего года исследованием действия ЭХАР на дрожжевые клетки. Дрожжи являются типичным примером клеточной мишени в области пищевых технологий, например, при производстве продуктов брожения. В рамках проекта завершено создание установки AQUATRON-ML-0, где за счет преобразования растворенных в воде естественным образом электролитов и газов возможен перевод в метастабильное состояние (анолит, католит) дистиллированной воды. Перспективными областями применения фракций ЭХА низкоминерализованной воды являются фармацевтическая промышленность, здравоохранение и ветеринария, биохимическое производство и клеточные биотехнологии. Помимо технологических направлений полученный продукт можно использовать для аналитических исследований или в качестве основы для создания физиологических и буферных сред с уникальными физико-химическими свойствами. Примером служит эксперимент по моделированию on mass заданных условий окислительного стресса и антиоксидантного ответа. В соответствии с планом работ воспроизведена модель длительного потребления животными фракций ЭХАР в виде питьевого раствора. По критерию веса животных католит оказывает стимулирующее действие при длительном потреблении. Используемый в эксперименте анолит не влияет на вес здоровых животных по сравнению с контрольной группой. Возможно, отсутствие эффекта обусловлено быстрой адаптацией животных за счет компенсаторных механизмов, например, увеличения интенсивности щелочной секреции в области 12-перстной кишки или/и слизи бокаловидными клетками энтерального эпителия. На фоне длительного потребления католит стимулирует потребление и/или усвоение пищи у здоровых животных, но не вызывает прогрессирующего увеличения веса. Для морфологического контроля разработаны методики подготовки препарата тонкой кишки мыши (линия NMRI) для световой микроскопии высокого разрешения и сканирующей электронной микроскопии SEM. Лабораторные животные содержались на базе питомника экспериментальных животных ФГБУН ИТЭБ РАН. Все манипуляции с животными проводили в соответствии с требованиями и под надзором этического комитета ФГБУН ИТЭБ РАН (приказ №18 от 23.03.17). Посредством микроскопии высокого разрешения показано, что для мыши на «анолитной» диете, по сравнению с контрольной группой, более интенсивная секреция бокаловидными клетками и уменьшение просвета тонкой кишки. Указанные морфологические признаки в сочетании с изучением тонкой структуры поверхности энтерального эпителия свидетельствуют об активации адаптивной реакции на относительно более низкую кислотность у анолита. Для животных «католитной» группы отличительной чертой является менее плотная упаковка ворсинок всасывающего эпителия и низкая секреция муцинов. Разработана методика подготовки препарата из пивных дрожжей для SEM. Параллельно провели сравнительный анализ экстрактивности, титруемой кислотности и содержания спирта в пивном сусле. Установлено, что по завершении брожения больше всего спирта содержат образцы на основе католита. Морфометрическое сравнение показывало активный рост живых клеток в период брожения в образце сусла на основе католита, но там же заметно снижалась доля почкующихся клеток и росла доля мертвых клеток, по-видимому, вследствие повышенной интенсивности брожения с накоплением в среде спирта. Сравнивая ультраструктуру поверхности дрожжевых клеток, на микрофотографиях отмечали, что визуально, наибольшему разрушению подвержены клетки в контрольном образце сусла. Качественное изменение поверхности наблюдается у дрожжей из сусла на католите. Применение фракций ЭХАР для приготовления опары для дрожжевого пшеничного теста показало, что католит, в отличие от анолита, стимулирует рост и жизнеспособность хлебопекарных дрожжей. В рамках завершающего этапа проекта провели сравнение эффективности ферментного препарата в воде или фракциях ЭХАР при расщеплении зерен пищевого крахмала в виде суспензии или модифицированного крахмала в растворе. Показано, что в случае суспензии наименьшее количество экстрагированных веществ содержит раствор католита при том, что в нем регистрируют самую высокую концентрацию олигосахаров. Этот факт может означать наличие у ферментного препарата в католите высокой активности по типу альфа-амилазы, что обеспечивает быстрое накопление олигосахаров даже при относительно низком уровне экстракции веществ из зёрен крахмала. В отсутствие зёрен модифицированный крахмал, который содержит только растворимые олигосахара, расщепляется амилолитическим ферментным препаратом гораздо быстрее в среде анолита. Изучали также влияние анолита и католита на ферментативный гидролиз препаратом альфа-амилазы крахмалосодержащего сырья на примере непропаренной зеленой гречневой крупы. При сходной кинетике и характере кривых накопления редуцирующих веществ отмечали, что ферментативный гидролиз крахмала зеленой гречки протекал наиболее интенсивно в образце на основе анолита. Полученные результаты могут служить основой для качественного изменения ряда технологий, которые используют амилазы в пищевой промышленности. В течение отчетного периода на научных конференциях представлено пять докладов, опубликовано восемь работ, из них три в научных изданиях, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection) или «Скопус» (Scopus), три, индексируемых РИНЦ, монография "Биологические мишени зеленой электрохимии в технологиях пищевых производств: концепция, методы, приложения" (2022 г., ISBN 978-5-94009-188-2). При выполнении проекта возникли исключительные права на результаты интеллектуальной деятельности: патент № 213020. Установка для подготовки водных растворов ; опубл. 18.08.2022. Бюл. № 23. Пресс-релизы и ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет, посвященные проекту в части создания установки для подготовки водных растворов при исследованиях биологических клеточных мишеней в пищевой промышленности (2022): (а) https://www.rscf.ru/news/agriculture/podgotovka-vodnykh-rastvorov-patent/ (б) https://new.ras.ru/activities/news/rossiyskimi-uchenymi-razrabotana-ustanovka-dlya-podgotovki-vodnykh-rastvorov-pri-issledovaniyakh-bio/ (в) https://pushchinocity.ru/article/uchenymi-razrabotana-ustanovka-dlya-podgotovki-vodnyh-rastvorov-pri-issledovaniyah-biologicheskih-kletochnyh-mishenej-v-pischevoj-promyshlennosti-430457 (г) https://runews24.ru/podmoskovie/05/10/2022/5a9f55s6605764ac79edcea4de756109 (д) https://iteb.ru/press-center/press-releases/rossiyskimi-uchenymi-razrabotana-ustanovka-dlya-po/

 

Публикации

1. Погорелов А.Г., Гулин А.А., Погорелова В.Н., Панаит А.И., Станкевич А.А., Погорелова М.А. Impact of a Redox Balance on Polysaccharides in an Aqueous Solution Physics of Wave Phenomena., 2022, Vol. 30, No. 3, pp. 209–216. Q3 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3103/S1541308X22030086

2. Погорелов А.Г., Ипатова Л.Г., Гулин А.А., Кузнецов А.Л., Станкевич А.А. Погорелова В.Н. Cпектрометрия раствора альбумина в электрохимически активированной воде Актуальные вопросы биологической физики и химии., 2022, том 7, № 4, с. 593-599 (Russian Journal of Biological Physics and Chemistry, 2022, vol. 7, No. 4, pp. 593-599) (год публикации - 2022) https://doi.org/10.29039/rusjbpc.2022.0566

3. Погорелов А.Г., Панаит А.И., Гулин А.А., Станкевич А.А., Погорелова В.Н., Иваницкий Г.Р. Natural Clinoptilolite Nanoparticles Coated with Phosphatidylcholine Doklady Biochemistry and Biophysics., 2022, Vol. 505, pp. 156–159 (Doklady Rossiiskoi Akademii Nauk. Nauki o Zhizni, 2022, Vol. 505, pp. 277–280). Q3 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1134/S160767292204007X

4. Погорелов А.Г., Панаит А.И., Кузнецов А.Л., Молчанова Е.Н., Суворов О.А., Ипатова Л.Г. Влияние электрохимически активированной воды на показатели качества теста и изделий из пшеничной муки Техника и технология пищевых производств., 2022. Т. 52. № 1. С. 156–167 (Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(1):156–167. In Russ.). Q4 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-1-156-167

5. Панова Т.А., Панаит А.И., Суханова Н.В., Попова М.Д., Суворов О.А., Погорелов А.Г. Физико-химические свойства и биологическая безопасность кулинарной продукции из муки и мяса: обзор предметного поля Цифровое общество: образование, наука, карьера: сборник научных трудов., М.: Изд-во МГУПП, 2021. С. 542-553 (год публикации - 2021)

6. Погорелов А.Г., Бахир В.М., Ипатова Л.Г., Козлов И.В., Кузнецов А.Л., Панаит А.И., Погорелова М.А., Суворов О.А. Биологические мишени зелёной электрохимии в технологиях пищевых производств: концепция, методы, приложения М.: Издательство ООО «Франтера». ISBN 978-5-94009-188-2., 2022. – 208 с. (год публикации - 2022)

7. Погорелов А.Г., Ипатова Л.Г., Кузнецов А.Л., Погорелова В.Н., Панаит А.И., Суворов О.А. Cпектрометрия раствора сывороточного альбумина в электрохимически активированной воде Актуальные вопросы биологической физики и химии. БФФХ-2022: сборник материалов XVII международной научной конференции., Севастополь, 19-23 сентября 2022 г. – С. 158 (год публикации - 2022)

8. Погорелов А.Г., Панаит А.И., Гулин А.А., Балашов В.А., Погорелова М.А. Эффект окислительно-восстановительного потенциала водного раствора на полисахариды Физика водных растворов: сборник трудов четвертой всероссийской конференции., М. - Издательство: ООО "МЕСОЛ", 20-22 декабря 2021 г. С.39 (год публикации - 2021)

9. Погорелов А.Г., Панаит А.И., Кузнецов А.Л., Суворов О.А., Ипатова Л.Г. Установка для подготовки водных растворов (по заявке № 2021133497 от 18.11.2021) -, № 213020 (год публикации - )

10. - Ученые создали установку для подготовки водных растворов при исследованиях биологических клеточных мишеней в пищевой промышленности Официальный сайт Российского научного фонда, Официальный сайт Российского научного фонда: 6 октября 2022 г. (год публикации - )

11. - Российскими учеными разработана установка для подготовки водных растворов при исследованиях биологических клеточных мишеней в пищевой промышленности Официальный сайт Российской академии наук, Официальный сайт Российской академии наук: 6 октября 2022 г. (год публикации - )

12. - Учеными разработана установка для подготовки водных растворов при исследованиях биологических клеточных мишеней в пищевой промышленности Официальный сайт Администрации городского округа Пущино - Наукоград Российской Федерации, Официальный сайт Администрации городского округа Пущино - Наукоград Российской Федерации: 5 октября 2022 г. (год публикации - )

13. - УЧЕНЫЕ ИЗ ПУЩИНА ПРЕДСТАВИЛИ УСТАНОВКУ ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ВОДЫ И ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ Сетевое издание "RuNews24.ru - круглосуточная служба новостей", Сетевое издание "RuNews24.ru - круглосуточная служба новостей": 5 октября 2022 г. (год публикации - )

14. - Российскими учеными разработана установка для подготовки водных растворов при исследованиях биологических клеточных мишеней в пищевой промышленности Официальный сайт ФГБУН Институт теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук, Официальный сайт ФГБУН Институт теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук: 5 октября 2022 г. (год публикации - )


Возможность практического использования результатов
Среди направлений совершенствования технологий производства пищевых продуктов можно выделить смягчение условий проведения технологических процессов, более глубокую переработку сырья с минимизацией или исключением отходов производства, повышение выхода целевого продукта, продление сроков годности продукта, оптимизацию рецептурного состава пищевых продуктов с целью повышения их пищевой и биологической ценности. Многие задачи в рамках указанных направлений могут быть реализованы посредством использования технологии электрохимической активации воды, применяемой в процессе изготовления пищевого продукта. Метастабильные водные растворы, активированные в анодной или катодной камере электрохимического реактора, имеют ряд полезных характеристик, обусловливающих целесообразность их использования в пищевых технологиях: • повышенную реакционную способность, позволяющую управлять свойствами водных пищевых сред без применения реагентов, в частности, пищевых добавок с функциями регуляторов рН, регуляторов вязкости и других физико-химических, структурно-механических и реологических свойств пищевых сред (эмульгаторов, загустителей, стабилизаторов, гелеобразователей). Фракции ЭХА воды перспективны для растворения, диспергирования, экстракции пищевых ингредиентов, приготовления питательных сред для культивирования полезных микроорганизмов и иных целей; • экологическую безопасность, которая обусловлена общим низким содержанием растворенных веществ, отсутствием всевозможных примесей, в том числе контаминантов; в процессе электрохимической активации водные растворы проходят стадию очистки и обеззараживания. Технология ЭХА воды и слабоминерализованных водных растворов отвечает принципам зелёной электрохимии, не требует использования токсичных реагентов, не приводит к накоплению вредных отходов или выбросу углекислого газа на всех стадиях процесса; • экономичность, за счет использования при электролизе только воды или водных растворов малых концентраций пищевых солей, невысоком расходе электроэнергии на единицу объема обрабатываемой воды. Кроме того, использование ЭХАР способствует интенсификации некоторых технологических этапов (например, брожения пивного сусла), увеличению оборачиваемости производственных циклов; тем самым повышая производительность предприятия. Формирование научных и технологических заделов Результатами выполненного исследования являются сформулированные новые принципы регулирования параметров ЭХАР из пресной воды, ультрапресной воды и дистиллированной воды, а также принципы получения водных сред в предельно возможном метастабильном состоянии с аномальной активностью. Помимо технологических направлений, полученные технические решения можно использовать для аналитических исследований или в качестве основы для создания физиологических и буферных сред с уникальными физико-химическими свойствами. Получены новые сведения о влиянии ЭХАР на разнообразные молекулярные, поликомпонентные и клеточные мишени биологической матрицы - основы всех видов исходного пищевого сырья. При планировании экспериментов с биологическими мишенями выбирали объекты исследований по принципу «от простого к сложному». Сначала изучали взаимодействие ЭХАР с молекулами основных пищевых веществ (белков, полисахаридов, фософолипидов), затем - в составе пищевых систем (эмульсий типа «масло в воде», белково-жировых гелей, модельного пшеничного теста), и наконец, влияние ЭХАР на микробные клетки (хлебопекарных и пивных дрожжей), а также клетки в составе ткани - слизистого эпителия тонкой кишки лабораторной мыши. При выполнении проекта на каждом этапе применяли комплекс современных методов исследований (оптическая и электронная микроскопия, UV-спектрофотометрия, молекулярный анализ методом масс-спектрометрии вторичных ионов ToF-SIMS, гель-электрофорез белков, определение реологических свойств, химические методы анализа), которые позволяли на фундаментальном уровне оценить воздействие, оказываемое ЭХА растворами на исследуемые биологические мишени. Создание новых или усовершенствование применяемых технологий Результаты проведенных исследований позволяют моделировать получение и потребление разнообразных пищевых продуктов, водной основой которых является ЭХА раствор, и создать ряд новых научно обоснованных технологий. Внедрение методов зелёной электрохимии в пищевых технологиях позволяет повысить эффективность переработки сырья, улучшить качество полуфабрикатов и производимой пищевой продукции, снизить нагрузку на окружающую среду. В частности, разработаны технологические решения ряда прикладных задач в производстве пищевых продуктов: (1) Разработана электрохимическая система ECA SYSTEM AC-L и технология получения водных сред в предельно возможном метастабильном состоянии с аномальной активностью. Такое устройство позволяет изучать механизмы взаимодействия электрохимически активированных водных сред с мембранами клеток, особенности физико-химического взаимодействия с белками, фосфолипидами, полисахаридами, например, в продуктах питания человека. (2) В рамках проекта завершено создание установки AQUATRON-ML-0, где за счет преобразования растворенных в воде естественным образом электролитов и газов возможно преобразование в метастабильное состояние (анолит, католит) дистиллированной воды. Перспективными областями применения фракций ЭХАР низкоминерализованной воды являются: фармацевтическая промышленность, здравоохранение и ветеринария, биохимическое производство и клеточные биотехнологии. (3) Для практической реализации результатов проекта и обеспечения производства фракций ЭХАР в промышленных объемах изготовлена и испытана в производственных условиях промышленная установка АКВАТРОН-15-500 производительностью фракций ЭХАР до 1000 л/ч и возможностью регулирования в широком диапазоне показателей рН и ОВП католита и анолита. (4) Разработан технологический прием направленного изменения вязкости раствора, содержащего белок или полисахарид со свойствами гидроколлоида посредством растворения в ЭХА воде. Способ позволяет повысить массовую долю белка или полисахарида в продукте при сохранении реологических свойств. Такое решение может найти применение при производстве продуктов с повышенным содержанием белка или обогащенных пищевыми волокнами. (5) Разработано технологическое решение при производстве эмульсионных продуктов на основе эмульсий типа «масло в воде» - майонезов и майонезных соусов пониженной жирности, стабилизированных полисахаридами с функцией гидроколлоидов. С целью повышения агрегативной устойчивости эмульсионных продуктов предложено использовать фракции ЭХАР в качестве водной дисперсионной среды эмульсий типа «масло в воде». (6) Предложен способ усовершенствования технологии изготовления пшеничного хлеба с применением фракций ЭХА воды при замесе теста. Проведенное исследование показало, что фракции ЭХАР влияют на качество теста и готовой продукции, что позволяет управлять свойствами и поведением пищевой системы теста в зависимости от качества исходной муки и дрожжей. Установлено влияние фракций ЭХАР на количество и качество клейковины, растяжимость, гидратацию, на функциональные свойства муки (водоудерживающая способность), на подъемную силу дрожжей, титруемую кислотность и скорость подъёма теста. Определено качество полученных изделий (объемный выход, пористость, органолептические свойства). Разработан также технологический прием интенсификации стадии брожения хлебопекарных дрожжей в опаре для пшеничного теста, приготовленной на основе католита. (7) Разработан технологический прием интенсификация стадии брожения пивного сусла при производстве пива посредством применения католита на этапе приготовления сусла. Таким образом, выполненное комплексное исследование отвечает задачам Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации, утвержденной Указом Президента Российской Федерации от 1 декабря 2016 г. № 642: п.20 г «переход к высокопродуктивному и экологически чистому агро- и аквахозяйству, разработку и внедрение систем рационального применения средств химической и биологической защиты сельскохозяйственных растений и животных, хранение и эффективную переработку сельскохозяйственной продукции, создание безопасных и качественных, в том числе функциональных, продуктов питания».