Суммарная антиоксидантная активность водных систем, насыщенных водородом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Суммарная антиоксидантная активность водных систем, насыщенных водородом

Лапин Анатолий Андреевич

Чугунов Юрий Викторович

Филиппов Сергей Дмитриевич

Вода с отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП) обладает восстановительными свойствами, а с положительным ОВП - окислительными свойствами. Обе разновидности воды обычно называются "активированными". Основной технологией получения таких видов воды является электролиз. Католит и анолит обладают соответственно отрицательным и большим положительным ОВП. Принято считать, что процессы, приводящие как к снижению, так и повышению ОВП, происходят в области границы с поверхностью электродов, где возможны большие напряженности электрического поля. Исследованию механизмов активации воды в литературе посвящен ряд работ [1-3].

Активированная вода - такая вода, у которой структурная сетка водородных связей разрыхляется, молекулы воды обретают дополнительные степени свободы, что облегчает усвоение такой активированной воды клетками живых организмов и ускоряет удаление биологических шлаков. Суть активации воды, заключается в разрушении кластерных структур для насыщения воды мономолекулами. Кластер активированной воды содержит 5-6 молекул (обычная вода 13-16 молекул). Такая вода считается более активной по биофизическим и биологическим показателям. Вода, активированная любым способом, обладает высокой текучестью (имеет малое поверхностное натяжение) и растворяющей способностью. Вода с измельченными кластерами обладает более высокими реактивными свойствами, лучше проникает через биологические мембраны, быстрее выводится из организма. Эффективно заменяет и дополняет собой абсолютно все виды очищающих пищевых добавок и физиотерапевтических процедур. Используется для комплексной очистки организма: нейтрализации и выведения шлаков, токсинов, канцерогенов и радионуклидов. Получить активированную воду можно разными способами: замораживанием-размораживанием, при электролизе с диафрагмой и без, магнитным полем, ультрафиолетовым облучением, лазером, акустическими полями, вакуумированием [4].

В процессе электролиза на катоде образуется молекулярный водород, который является восстановителем. Поэтому естественно предположить, что отрицательное значение ОВП католита обусловлено растворением водорода в воде. В работах [5, 6] отмечалось, что при насыщении воды водородом не может быть получено наблюдаемое на опыте значение ОВП порядка минус 600 мВ. При анализе процесса в качестве механизма действия водорода рассматривалась реакция:

2H+ + 2e? - H2

стандартный потенциал которой относительно нормального водородного элемента (н.в.э.) при рН = 7 составляет минус 414 мВ [1]. В данной работе показано, что при насыщении воды водородом (концентрация ~8·10-4 моль/л) значения ОВП могут составлять минус (500-700) мВ. Реакцией, которая обеспечит такой потенциал, можно рассматривать процесс:

2H2O + 2e? - H2 +2OH?

для которого стандартный потенциал относительно н.в.э. составляет минус 828 мВ. Таким образом, величина ОВП, достижимая при электролизе, может быть объяснена растворением водорода и диффузией его по всему объему жидкости.

По данным литературы известно, что одним из механизмов самоочищения воды в открытых водоемах являются реакции окисления перекисью водорода. Перекись водорода образуется в открытых системах под действием различных природных процессов, например: при грозе, под действием космического излучения, в различных химических реакциях. Установлено, что концентрация перекиси водорода в природных водах составляет 10-6-10-8 моль/л. До 30% перекиси водорода распадается с образованием радикалов. Концентрация радикалов ОН· находится в пределах 10-16-10-19 моль/л, концентрация пероксидных радикалов ROO· в морс-кой воде порядка10-10-10-11 моль/л [7].

В работе [7] рассмотрена возможность очистки воды путем инициирования цепных реакций с помощью гидроксильных радикалов. Для этого на берегу водоема предполагается установить генератор холодной плазмы, вырабатывающий озоно-гидроксильную смесь. Загрязненная вода забирается с помощью насоса из водоема, обрабатывается озоно-гидроксильной смесью и сбрасывается обратно в водоем. Такая обработка за длительное время позволяет окислить от 20 до 40% органических примесей. Оставшиеся примеси могут легче окисляться в естественных условиях.

Целью настоящего исследования являлось изучение суммарной антиоксидантной активности водных систем, насыщенных водородом.

Экспериментальная часть

Для исследования использовалась питьевая холодная водопроводная вода, прошедшая предварительную водоочистку муниципальными службами и отвечающая требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода». Воду доочищали через бытовой обратноосмотический фильтр системами обратного осмоса Atoll, производства России (по ТУ 3697-009-18261557-03) и США (NSF/ANSI Standart 058). В них вода пропускается через мембраны, представляющие собой полупроницаемый материал с диаметром отверстий 0.0001-0.005 мкм. Очищенная вода имеет следующие показатели: окислительно-восстановительный потенциал от +200 до +343 мВ, общая минерализация от 25 до 130 мг/л, показатель pH от 6.9 до 8.3. Насыщение образцов водородом осуществлялось под давлением в стандартных полиэтилен-терефталатных бутылках объемом 0.5 дм3 при помощи устройства для газирования и укупорки жидкости, находящейся в емкости [8].

Исследовались насыщенные водородом образцы функционального напитка «Архыз + Анти-оксидант = Живица» производства ЗАО Висма - Архыз.

Суммарную антиоксидантную активность (САОА) образцов определяли по сертифицированной методике [9] в мг рутина (Ru) на 1 дм3 жидкого образца. Измерение образцов проводилось в состоянии покоя и при перемешивании с помощью магнитной мешалки или пропусканием воздуха от насоса для аквариумов. Нами оценивались потенциально возможные популяции кластеров по их САОА, частоте встречаемости (ЧВ) при 10 кратных повторностях измерений.

Результаты и их обсуждение

Пищевая добавка E949 или Водород также называемое Hydrogen, находит применение в пищевой промышленности в качестве проппелента, что позволяет предотвратить окисление и порчу продуктов. Она разрешена в РФ и ЕС, но запрещена в США, Австралии и Новой Зелан-дии. Водород нетоксичен и его использование в производстве продуктов питания считается безопасным [10].

Сегодня в науке и медицине известно, что одним из самых важных параметров воды является ее ОВП. Когда обычная питьевая вода проникает в ткани человеческого организма, она отнимает электроны от клеток и тканей, которые состоят из воды на 80-90%. В результате этого биологические структуры организма подвергаются окислительному разрушению. Так организм изнашивается, стареет, жизненно важные органы теряют свою функцию. Эти негативные процессы могут быть замедлены, если в организм с питьем и пищей будет поступать жидкость, обладающая свойствами внутренней среды организма, то есть, обладающая защитными восстановительными свойствами. Это подтверждено многочисленными исследованиями в специализированных научных центрах России и за рубежом. Если поступающая в организм жидкость, в частности, питьевая вода имеет ОВП, близкий к значению ОВП внутренней среды организма человека, то «жизненная энергия организма» усваивается, поскольку обладает наилучшей биологической совместимостью с человеческим организмом именно по этому параметру. Для обработки воды, водных растворов солей, соков и других напитков с целью изменения их окислительных и восстановительных свойств используют различные устройства, в том числе путем насыщения их водородом для получения жидкой среды с отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом [11].

При измерении ОВП в области отрицательных значений существует проблема, связанная с отсутствием надежно установленных и признанных электрохимиками эталонов. Любой раствор, приготовленный на воздухе, быстро поглощает кислород воздуха. Поглощение кислорода ведет к быстрому и неконтролируемому увеличению ОВП в сторону положитель-ных значений. Эталоны для калибровки приборов измерения ОВП существуют для положи-тельных значений, где поглощение кислорода не играет существенной роли. Удобные в работе портативные коммерческие приборы (карандаши) изготовлены на основе электродов, секреты производства которых не раскрываются. Калибровка таких приборов по стандартным растворам красной и желтой кровяной соли в области положительных ОВП не дает никакой гарантии на правильность показаний при отрицательных значениях ОВП. Использование платиновых электродов и стандартных электродов сравнения (например, хлор-серебряных), на первый взгляд гарантирует правильный результат. Однако, учитывая коммерческий характер работы на современных предприятиях, изготавливающих электроды, при отсутствии эталона полной гарантии все равно нет. При этом уместно напомнить, что при измерении рН всегда для калибровки пользуются эталонными растворами [12].

САОА является важной характеристикой качества и физиологической ценности пищевых продуктов. Повышение САОА жидких продуктов питания характеризует увеличение их восстанавливающих свойств и способности вступать в реакцию с активными фор-мами кислорода (АФК), которые могут выступать в роли радикалов, атакующих липиды в клеточных мембранах, белки тканей, энзимы и ДНК, нарушая их структуры и свойства.

В данной работе для изучения САОА водных систем, насыщенных водородом нами для измерения использовался кулонометрический метод анализа на приборе «Эксперт 006 - антиоксиданты», который выпускается серийно в Москве НПК «Эконикс-Эксперт». В 2007 и 2009 году метод был нами сертифицирован [13-14]. Суть измерения САОА заключается в том, что в измерительной ячейке под действием электрического тока генерируются радикалы, в данном случае брома: Br, Br3, Br2; активные формы кислорода: O2-, HO2, OH, H2O2, O21; HOBr. При введении в измерительную ячейку доз жидких или твердых продуктов, они реагируют с радикалами и прибор выдает количественные содержания антиоксидантов, которые автоматически обрабатываются и заносятся в память персонального компьютера в виде таблицы значений.

На пятой Международной конференции «От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологий к наноиндустрии» мы докладывали новые результаты исследований антиоксидантной активности воды и изучение ее зависимости от различных физико-химических факторов, которые влияют на структуру ее агрегатов, состоящих из различного количества молекул. При этом вода может проявлять как антиоксидантные (восстановительные) свойства, так и оксидантные (окислительные) свойства, причем в широких пределах [15]. Это имеет глубокий биологический смысл, отражающий роль изменений степени структурированности воды, как внутри живых организмов, так и воды внешней среды, в процессах организации и жизнедеятельности живых систем, к тому же вода создает много проблем в промышленности, энергетике, экологии, производстве и хранении пищевых продуктов и других областях жизнедеятельности человека [16].

Одним из авторов нашей совместной работы путем растворения в очищенной воде молекулярного водорода под давлением было создано и запатентовано средство для стимуляции лимфатического дренажа с меньшей эффективной дозой потребления, но без каких-либо нежелательных раздражающих эффектов для человека. Техническим результатом изобретения является повышение растворяющей способности воды путем снижения коэффициента поверхностного натяжения. Соответственно, чем выше растворяющая способность воды, тем лучше она выполняет свои функции средства для стимуляции лимфатического дренажа за счет усиления процессов образования и транспорта лимфы. Водород нетоксичен и наиболее стабилен, когда находится в составе воды. Он придает средству для стимуляции лимфатического дренажа отрицательный ОВП. Это облегчает образование и транспорт лимфы, так как она тоже имеет отрицательный ОВП [17].

Содержание водорода в воде может быть от 1.6 до 10 мг/л и зависит от давления. Получаемое значение ОВП воды от минус 600 до минус 50 мВ, при этом общая минерализация и показатель pH не меняются. Производительность более 100 бутылок в час. Раствор не теряет существенно свои свойства в течение 30 суток, что позволяет его транспортировать и хранить. При укупорке раствора в стеклянных емкостях срок хранения до года [17].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1. Падение суммарной антиоксидантной активности воды, активированной водородом, при стоянии образца в полиэтиленовом мерном стакане емкостью 100 дм3 на воздухе в открытом виде, при этом по вычислению, по приведенному на графике линейному уравнению, образец потеряет свою активность за 48 минут (Ряд 1). Изменение САОА контрольного образца исходной воды (Ряд 2)

На рисунке показано, что падение САОА воды, активированной водородом, при стоянии образца в полиэтиленовом мерном стакане емкостью 100 дм3 на воздухе в открытом виде, описывается линейным уравнением У = -1.6352х + 83.34, при R2 = 0.972 (Ряд 1). По приведенному уравнению, снижение САОА на 45% отн. происходит за 25 минут, а за 48 минут образец потеряет свою активность (примет значение контрольного образца исходной воды 4.6443 мг Ru на 1 дм3). В контрольном образце исходной воды (Ряд 2) САОА в основном «твистует» между значениями 4.6443 (ЧВ 4) и 3.9186 (ЧВ 4) мг Ru на 1 дм3, подобный эффект наблюдался нами при изучении влияния температуры на САОА воды [18].

При перемешивании активированной воды магнитной мешалкой САОА падает до максимального значения контрольного образца (3.1929 мг Ru на 1 дм3, ЧВ 4) за 5.7 минут и описывается уравнением У = -8.214Х + 49.948, при R2 = 0,953, а при пропускании через нее воздуха за 9.6 минут и описывается уравнением У= -5.084Х + 52.53, при R2 = 0.965 (максимальное значение контрольного образца 3.9186 мг Ru на 1 дм3, ЧВ 6).

Нами был исследован функциональный напиток «Архыз + Антиоксидант = Живица», все ингредиенты, входящие в его состав, имеют натуральное происхождение. А главное - этот полезный энергетик не содержит кофеина и таурина, которые при чрезмерном потреблении оказывают негативное воздействие на здоровье. Основой напитка является вода столовая «Архыз» с добавлением биологически активной добавки (БАД) «Флавомикс-Р» (дигидрокверцетин высокой степени очистки), ароматизатора натурального (Лимон-Лайм), красителя натурального «Сахарный колер» Е 151а, витамина С (аскорбиновой кислоты). За счет БАД напиток проявляет САОА, твистующую между значениями 268.50 (ЧВ 5) и 304.78 (ЧВ 4) мг Ru на 1 дм3. Насыщение напитка водородом приводит к незначительному увеличению (на 16.5 % отн.) САОА до 333.81мг Ru на 1 дм3 (ЧВ 9, при 20 кратных повторностях измерений).

Дигидрокверцетин и витамин С - общеизвестные классические антиоксиданты, расход ароматизатора незначителен, остановимся подробнее на натуральном красителе.

Сахарный колер - смесь продуктов термического разложения сахарозы, которые также могут вступать в реакции конденсации. Он используется в качестве красителя в пищевой и алкогольной промышленности, обладает САОА в 25-50 раз большей, чем самые лучшие красные вина. Нами исследовались динамики изменения САОА сахарного колера при его добавлении в красные вина [19]. Данные явления наблюдались не только нами, но и зарубежными исследователями [20]. В настоящее время продукты, проявляющие столь высокие антиоксидантные свойства, не установлены, их свойства и механизмы их действия не изучены ни российскими, ни зарубежными исследователями [21].

Недостатком применения различных добавок в напитках является то, что их использование, в количествах достаточных для значительного повышения САОА, влияет на органолептические свойства продуктов и большинство из них довольно дороги.

На экспериментальном материале нами впервые определена суммарная антиоксидантная активность водных систем, насыщенных водородом, кулонометрическим методом анализа, причем на воде наблюдается наиболее высокое увеличение ее активности до 20 раз. Наличие в воде активных органических соединений приводит к уменьшению влияния водорода на суммарную антиоксидантную активность, вероятно из-за изменения структуры ее агрегатов, состоящих из различного количества молекул. Это имеет глубокий биологический смысл, отражающий роль изменений степени структурированности воды, как внутри живых организмов, так и воды внешней среды, в процессах организации и жизнедеятельности живых систем.

В результате проведенных исследований кулонометрическим методом анализа, показано проявление увеличения суммарной антиоксидантной активности воды, насыщенной водородом.

Наличие в воде активных органических соединений приводит к уменьшению влияния водорода на суммарную антиоксидантную активность, вероятно из-за изменения структуры ее агрегатов, состоящих из различного количества молекул.

По данным литературы и результатам собственных исследований найдено, что сахарный колер проявляет весьма высокие антиоксидантные свойства, причины которых не установлены.

Литература

антиоксидантный активность вода кулонометрический

1. Аристова Н.А., Пискарев И.М. Активация молекулярного водорода, растворённого в воде. Вода: химия и экология. 2009. № 1. С. 27-32.

2. Аристова Н.А., Беркутов Н.А., Пискарев И.М. Хранение воды с отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом. Вода: химия и экология. 2012. №7. С.81-83.

3. Аристова Н.А., Пискарев И.М., Ушканов В.А. Релаксация окислительно-восстановительного потенциала воды, насыщенной водородом. Вода: химия и экология. 2009. № 12. С. 40-44.

4. Что умеет активированная вода? [Электронный ресурс] - URL: http://dommt.ru/articles/ (дата обращения 08.10.2015).

5. Петрушанко И.Ю., Лобышев В.И. Неравновесное состояние электрохимически активированной воды и её биологическая активность. Биофизика. 2001. Т. 46. Вып. 3. С.389-401.

6. Петрушанко И.Ю., Лобышев В.И. Физико-химические свойства водных растворов, полученных в мембранном электролизере. Биофизика. 2004. Т.49. Вып. 1. С. 22-31.

7. Аристова Н.А., Пискарев И.М. Очистка воды в больших объемах за счет цепных реакций, инициированных гидроксильными радикалами. Современные наукоемкие технологии. 2008. № 2. С. 42-46.

8. Филиппов С.Д. Устройство для газирования и укупорки жидкости, находящейся в емкости. Пат. РФ 2167560. A23L2/00. 2001. Опубликовано 27.05.2001.

9. Лапин А.А., Зеленков В.Н., Ислямова А.А., Ахмерова Л.Р. Стабилизация антиоксидантных свойств растительных экстрактов амаранта аскорбиновой кислотой в производстве рыбных продуктов. Бутлеровские сообщения. 2015. Т. 44. № 10. С. 146-148.

10. Пищевая добавка Водород (E949). [Электронный ресурс] - URL: http://belousowa.ru/diet/dobavki/E949 (дата обращения 29.10.2014).

11. Пискарев И.М., Туголуков С.Н., Милявский М.А., Волков Л.С. Устройство для получения жидкой среды с отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом путем насыщения ее водородом. Патент РФ на полезную модель № 71332. C02F. 2007. Опубликовано 10.03.2008.

12. Пискарев И.М. Ушканов В.А. Лихачев П.П., Мысливец Т.С. Окислительно-восстановительный потенциал воды, насыщенной водородом. Опубликовано: 10.09.2008. Последняя редакция: 4.03.2012. [Электронный ресурс] - URL: http://www.o8ode.ru/article/energo/ovp_water/vvedenie.htm (дата обращения 29.10.2014).

13. Лапин А.А. Суммарная антиоксидантная активность. Методика выполнения измерений на кулонометрическом анализаторе: МВИ-001-44538054-07. ООО Концерн «Отечественные инновационные технологии», г. Жердевка, Тамбовской обл. 2007. 6 с.

14. Зеленков В.Н., Лапин А.А. Суммарная антиоксидантная и оксидантная активность. Методика выполнения измерений на кулонометрическом анализаторе: МВИ-006-52722949-09. М. 2009. 34 с.

15. Лапин А.А., Зеленков В.Н. Влияние инфракрасного облучения на антиоксидантную активность растительного сырья и адсорбированную в нем структурированную воду. Бутлеровские сообщения. 2012. Т. 31. № 9. С. 101-107.

16. Лапин А.А., Чугунов Ю.В. Влияние природы нанокластеров воды на антиоксидантную активность. V Международная «От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологий к наноиндустрии». Тезисы докладов. Ижевск: Изд-во ИжГТУ им. М.Т. Калашникова. 2015. С. 109-110.

17. Филиппов С.Д. Водородный коктейль - средство для стимуляции лимфатического дренажа, способ его получения. Пат. РФ 2557974. A61Р43, А61К33. 2015. Опубликовано 27.05.2015.

18. Лапин А.А., Чугунов Ю.В. Влияние температуры на антиоксидантную активность воды. Бутлеровские сообщения. 2012. Т. 30. № 6. С. 113-119.

19. Горбунова Е.В., Лапин А.А., Герасимов М.К. Исследование физико-химических показателей кагоров, необходимых при оценке их качества. Бутлеровские сообщения. 2010. Т. 22. № 11. С. 64-70.

20. Z. Yongliang, S. Liping. Antioxidant activity of maillard reaction products from lysine-glucose model system as related to optical property and copper (IT) binding ability. African Journal of Biotechnology. 2011. Vol.10. No. 35. P. 6784-6793.

21. Султанова Г.Е., Побегуц Е.В., Лапин А.А., Герасимов М.К. Антиоксидантная активность вин. Управление в технологии и выявление фальсификации. Казань: Издательство «Бриг». 2014. С. 186-190.

Размещено на Allbest.ru