Аннотация

Соя занимает одно из первых мест среди источников растительного белка. Структурно модифицированные белки сои и продукты их переработки применяются при создании специализированных продуктов питания. Получение ферментативных гидролизатов пищевых белков, обладающих разной степенью гидролиза и функциональной активностью, является актуальным. Целью исследования стало определение оптимальных показателей двухстадийного процесса ферментативной конверсии соевого белка на основе математических методов планирования эксперимента, а также оценка антиоксидантной активности гидролизата.
Провели серию двухфакторных экспериментов в отношении максимального значения степени гидролиза соевого белкового изолята в присутствии ферментов (пепсина и трипсина). Изучили два параметра ферментативной конверсии соевого белка – время гидролиза и фермент-субстратное соотношение. Провели оптимизацию результатов с применением методологии поверхности отклика в профессиональной программе MathCad 15. Суммарная антиоксидантная активность гидролизата в процессе гидролиза была определена на хроматографе Цвет-Яуза-01-АА амперометрическим методом.
Установили оптимальные технологические параметры одностадийного гидролиза: при обработке пепсином – время 7 ч и соотношение фермент:субстрат 1:22, при обработке трипсином – время 7 ч и соотношение фермент-субстрат 1:30. В результате использования математических методов планирования эксперимента определили оптимальные параметры двухстадийного процесса ферментативного гидролиза соевого белка: первая стадия – гидролиз пепсином в течение 5 ч при соотношении фермент-субстрат 1:20, вторая стадия – гидролиз трипсином в течение 3 ч при соотношении фермент-субстрат 1:19. Получили гидролизат со степенью гидролиза 88 %. Наибольшая суммарная антиоксидантная активность отмечена через 5 ч гидролиза и составила около 250 мг/100 мл.
Полученный ферментативный гидролизат соевого белка может быть использован как компонент продуктов питания или кормовая добавка антиоксидантного действия. Полученные пептиды могут стать матрицей для иммобилизации эссенциальных микроэлементов (Zn, I и Se) и разработки поливалентного комплекса. Дальнейшие исследования будут направлены на изучение остаточной антигенности гидролизата и других показателей его функциональной активности.

Ключевые слова

Соя, протеин, пепсин, трипсин, гидролизат, степень гидролиза, пептиды, антиоксидантная активность

Вклад авторов

Авторы в равной степени участвовали в написании рукописи и несут равную ответственность за плагиат. Идея и анализ принадлежат С. Д. Жамсарановой. С. Н. Лебедева, Б. А. Баженова, Д. В. Соколов и Б. А. Болхонов собрали данные, провели анализ и написали статью.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в связи с публикацией этой статьи.

ФИНАНСИРОВАНИЕ

Работа выполнена за счет средств гранта Российского научного фонда (РНФ) № 23-26-00058.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Fahed G, Aoun L, Zerdan MB, Allam S, Zerdan MB, Bouferraa Y, et al. Metabolic syndrome: Updates on pathophysiology and management in 2021. International Journal of Molecular Sciences. 2022;23(2). https://doi.org/10.3390/ijms23020786
2. Castro-Barquero S, Ruiz-León AM, Sierra-Pérez M, Estruch R, Casas R. Dietary strategies for metabolic syndrome: A comprehensive review. Nutrients. 2020;12(10). https://doi.org/10.3390/nu12102983
3. Vorobyeva VM, Vorobyeva IS, Kochetkova AA, Mazo VK, Zorin SN, Sharafetdinov KhKh. Specialised hypocholesteremic foods: Ingredients, technology, effects. Foods and Raw Materials. 2020;8(1):20–29. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2020-1-20-29
4. Sadovoy VV, Shchedrina TV, Trubina IA, Morgunova AV, Franko EP. Cooked sausage enriched with essential nutrients for the gastrointestinal diet. Foods and Raw Materials. 2021;9(2):345–353. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2021-2-345-353.
5. Sui X, Zhang T, Jiang L. Soy protein: Molecular structure revisited and recent advances in processing technologies. Annual Review of Food Science and Technology. 2021;12:119–147. https://doi.org/10.1146/annurev-food-062220-104405
6. Zhang T, Dou W, Zhang X, Zhao Y, Zhang Y, Jiang L, et al. The development history and recent updates on soy protein-based meat alternatives. Trends in Food Science and Technology. 2021;109:702–710. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.01.060
7. Qin P, Wang T, Luo Y. A review on plant-based proteins from soybean: Health benefits and soy product development. Journal of Agriculture and Food Research. 2022;7. https://doi.org/10.1016/j.jafr.2021.100265
8. Wu Y-HS, Chen Y-C. Trends and applications of food protein-origin hydrolysates and bioactive peptides. Journal of Food and Drug Analysis. 2022;30(2):172–184. https://doi.org/10.38212/2224-6614.3408
9. Ewert J, Eisele T, Stressler T. Enzymatic production and analysis of antioxidative protein hydrolysates. European Food Research and Technology. 2022;248:2167–2184. https://doi.org/10.1007/s00217-022-04022-x
10. Agarkova EYu, Kruchinin AG. Enzymatic conversion as a method of producing biologically active peptides. Vestnik of MSTU. Scientific Journal of Murmansk State Technical University. 2018;21(3):412–419. https://doi.org/10.21443/1560-9278-2018-21-3-412-419
11. Cruz-Casas DE, Aguilar CN, Ascacio-Valdés JA, Rodríguez-Herrera R, Chávez-González ML, Flores-Gallegos AC. Enzymatic hydrolysis and microbial fermentation: The most favorable biotechnological methods for the release of bioactive peptides. Food Chemistry: Molecular Sciences. 2021;3. https://doi.org/10.1016/j.fochms.2021.100047
12. Научно-методические подходы к развитию технологии белковых гидролизатов для специального питания. Часть 1. Технология производства и технические характеристики гидролизатов / Ю. Я. Свириденко [и др.] // Пищевая промышленность. 2017. № 5. С. 48–51.
13. Zorin SN. Enzymatic hydrolysates of food proteins for specialized foods for therapeutic and prophylactic nutrition. Problems of Nutrition. 2019;88(3):23–31. (In Russ.). https://doi.org/10.24411/0042-8833-2019-10026
14. Sidorova YuS, Mazo VK, Kochetkova AA. Experimental evaluation of hypolipidemic properties of soy and rice proteins and their enzyme hydrolysates. Problems of Nutrition. 2018;87(2):77–84. (In Russ.). https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10021
15. Биоактивные белки и пептиды: современное состояние и новые тенденции практического применения в пищевой промышленности и кормопроизводстве / Д. В. Гришин [и др.] // Вопросы питания. 2017. Т. 86. № 3. С. 19–31.
16. Caponio GR, Wang DQ-H, Di Ciaula A, De Angelis M, Portincasa P. Regulation of cholesterol metabolism by bioactive components of soy proteins: Novel translational evidence. International Journal of Molecular Sciences. 2020;22(1). https://doi.org/10.3390/ijms22010227
17. Ashaolu TJ. Applications of soy protein hydrolysates in the emerging functional foods: A review. International Journal of Food Science and Technology. 2020;55(2):421–428. https://doi.org/10.1111/ijfs.14380
18. Nasri M. Protein hydrolysates and biopeptides: Production, biological activities, and applications in foods and health benefits. A Review. Advances in Food and Nutrition Research. 2017;81:109–159. https://doi.org/10.1016/bs.afnr.2016.10.003
19. Morgan PT, Breen L. The role of protein hydrolysates for expertise-induced skeletal muscle recovery and adaptation: A current perspective. Nutrition and Metabolism. 2021;18(44). https://doi.org/10.1186/s12986-021-00574-z
20. Kim M-S, Kim B, Park H, Ji Y, Holzapfel W, Kim D-Y, et al. Longterm fermented soybean paste improves metabolic parameters associated with non-alcoholic fatty liver disease and insulin resistance in high-fat diet-induced obese mice. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2018;495(2):1744–1751. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2017.12.003
21. Короткие пептиды как компоненты питания: молекулярные основы регуляции гомеостаза / В. А. Тутельян [и др.] // Успехи современной биологии. 2014. Т. 134. №3. С. 227–235.
22. Yu YM, Fukagawa NK. Protein and amino acid. In: Marriott BP, Birt DF, Stallings VA, Yates AA, editors. Present knowledge in nutrition. Volume 1: Basic nutrition and metabolism. Academic Press; 2020. pp. 15–35. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-66162-1.00002-0
23. Hajam YA, Rani R, Ganie SY, Sheikh TA, Javaid D, Qadri SS, et al. Oxidative stress in human pathology and aging: Molecular mechanisms and perspectives. Cells. 2022;11(3). https://doi.org/10.3390/cells11030552
24. Lv R, Dong Y, Bao Z, Zhang S, Lin S, Sun N. Advances in the activity evaluation and cellular regulation pathways of food-derived antioxidant peptides. Trends in Food Science and Technology. 2022;122:171–186. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2022.02.026
25. Wen C, Zhang J, Zhang H, Duan Y, Ma H. Plant protein-derived antioxidant peptides: Isolation, identification, mechanism of action and application in food systems: A review. Trends in Food Science and Technology. 2020;105:308–322. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2020.09.019
26. Montesano D, Gallo M, Blasi F, Cossignani L. Biopeptides from vegetable proteins: New scientific evidences. Current Opinion in Food Science. 2020;31:31–37. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2019.10.008
27. Aguilar-Toalá JE, Liceaga AM. Cellular antioxidant effect of bioactive peptides and molecular mechanisms underlying: Beyond chemical properties. International Journal of Food Science and Technology. 2020;56(5):2193–2204. https://doi.org/10.1111/ijfs.14855
28. Elam E, Feng J, Lv Y-M, Ni Z-J, Sun P, Thakur K, et al. Recent advances on bioactive food derived anti-diabetic hydrolysates and peptides from natural resources. Journal of Functional Foods. 2021;86. https://doi.org/10.1016/j.jff.2021.104674
29. Daroit DJ, Brandelli A. In vivo bioactivities of food protein-derived peptides – a current review. Current Opinion in Food Science. 2021;39:120–129. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2021.01.002
30. Nwachukwu ID, Aluko RE. Structural and functional properties of food protein-derived antioxidant peptides. Journal of Food Biochemistry. 2019;43(1). https://doi.org/10.1111/jfbc.12761
31. Kim J-H, Jang H-J, Cho W-Y, Yeon S-J, Lee C-H. In vitro antioxidant actions of sulfur-containing amino acids. Arabian Journal of Chemistry. 2020;13(1):1678–1684. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2017.12.036
32. Liu J, Zhang D, Zhu Y, Wang Y, He S, Zhang T. Enhancing the in vitro Antioxidant Capacities via the interaction of amino acids. Emirates Journal of Food and Agriculture. 2018;30(3):224–231. https://doi.org/10.9755/ejfa.2018.v30.i3.1641
33. Zhamsaranova SD, Lebedeva SN, Bolkhonov BA, Sokolov DV. Enzymatic food protein conversion and assessment of antioxidant activity of peptides. Bulletin of ESSTUM. 2021;83(4):5–14. (In Russ.). https://doi.org/ 10.53980/24131997_2021_4_5
34. Бабин А. В., Ракипов Д. Ф. Организация и математическое планирование эксперимента. Екатеринбург: УрФУ, 2014. 113 с.
35. Dorovskikh VI, Milushev RK, Shulaev GM, Zharikov VS. Using a generic function the Harrington's desirability in the evaluation of quality of feed additives. Science in the Central Russia. 2020;45(3):79–85. (In Russ.). https://doi.org/10.35887/2305-2538-2020-3-79-85
36. Новый прибор для определения антиоксидантов в лекарственных препаратах, биологически активных добавках, пищевых продуктах и напитках ЦветЯуза-01АА / А. Я. Яшин [и др.]. М.: НПО «Химавтоматика», 2005. 100 с.
37. Milentyeva IS, Davydenko NI, Rasshchepkin AN. Casein proteolysis in bioactive peptide production: Optimal operating parameters. Food Processing: Techniques and Technology. 2020;50(4):726–735. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-4-726-735