Виробництво комплексів циклодекстрину з біологічно активними пептидами молока

Т.М.Галавач

Р. В. Романович

Є. С. Савчук

А. С. Бобович

Е. І. Тарун

В. П. Курченко

В. Д. Хартітонов

В. А. Асафов

*Відповідний автор: Т. М. Галавач, В. А. Асафов, Білоруський державний університет (БДУ), Незалежність Ав. 4, 220030 Мінськ, Білорусь.

виробництво

Отримано: 07 квітня 2020 р .;Опубліковано: 14 квітня 2020 р

Анотація

Були отримані комплекси включення β-циклодекстрину з великими білковими гідролізатами сироватки та молозива. Встановлено значне зниження гіркоти пептидів, що входять до клатратів з циклічним олігосахаридом, порівняно з вихідними зразками гідролізатів. За даними термогравіметричного аналізу підтверджено утворення комплексів включення β-циклодекстрину з молочними пептидами. Виявлено підвищення антиоксидантного потенціалу циклічних олігосахаридних клатратів з гідролізатами молочної сироватки/молозива у 2,1/1,3 рази порівняно з пептидними фракціями. Комплекс β-циклодекстрину з пептидами сироватки та молозива привів до посилення радикально-знижуючої активності та поліпшення органолептичних властивостей, роблячи клатрати перспективними інгредієнтами спеціальних харчових формул.

Ключові слова: Циклодекстрини, гіркота пептидів, клатрати, гідролізат молозива, гідролізат сироватки

Вступ

Циклодекстрини (CD), або циклічні олігосахариди, відрізняються конусоподібною просторовою структурою з гідрофобною порожниною, що пояснює здатність утворювати комплекси включення з різними сполуками [1]. Підвищена розчинність, стійкість до фізичних та хімічних факторів, толерантність та біодоступність були показані для клатратів на відміну від вихідних біологічно активних речовин [2]. Комплекс CD з пептидами та амінокислотами, які, як відомо, мають яскраво виражений гіркий смак, призводить до покращення смаку [3-5]. Введення α CD пом’якшеної гіркоти чистих розчинів амінокислот (фенілаланін, триптофан, пролін, ізолейцин, тирозин, гістидин) та соєвих пептидів [4]. Постачання 5% β CD (як комплексоутворювача) усуває гіркоту 5% розчину соєвих гідролізатів на 90% [5]. Тому представляється природним, що β CD рекомендували як переважний компонент функціонального харчування. Супермолекулярний комплекс (інсулін/R8 карбоксиметил-β CD), протестований на діабетичній лінії колії, продемонстрував значне підвищення проникності інсуліну та чудовий біологічний ефект [6]. Комплекс β CD продемонстрував підвищену стійкість антимікробних пептидів ABP-CM4 [7] та нізину [8] до протеолізу, що супроводжується стабільною біологічною активністю.

Антиоксидантна активність (АОА) білків і пептидів пов’язана зі зменшенням властивостей амінокислотних радикалів метіоніну, гістидину, триптофану та тирозину [9-10]. Оцінювали вплив ферментативного гідролізу та бродіння на АОА сироваткового та молозиво-білкового компонента [11-13], органолептичні та антиоксидантні властивості β CD-клатратів з комерційним гідролізатом сироватки [14]. Це дослідження було спрямоване на отримання циклічних олігосахаридних комплексів з молочними пептидами (великими гідролізатами молозива та сироватки).

Матеріали і методи

Виробництво β-циклодекстрину клатратів з молочними пептидами

β CD виробництва Roquette (Франція) та екстенсивні гідролізати сироватки/молозива (вироблені в лабораторії прикладної біології, Біологічний факультет БДУ, Білорусь) були задіяні для комплексоутворення клатратів. Готували розчини, що містять β CD та гідролізати у масовому співвідношенні 2: 1 (у перерахунку на тверді речовини). Отримані розчини циклічного олігосахариду та пептидів інкубували протягом 4 годин при температурі 50 ° C при постійному перемішуванні (200 об/хв). Органолептичні властивості рідких зразків оцінювали згідно з процедурою, описаною в [5]. В якості контролю використовували зразки гідролізатів сироватки та молозива. Зразки клатрату та гідролізату сушили ліофілізацією при температурі-53 ºС і тиску 0,1 атм протягом 24-48 год для подальших експериментів.

Термогравіметричний аналіз клатратів та гідролізатів

Параметри термічної деградації зразків клатрату та гідролізату визначали за допомогою термогравіметричного аналізу (TGA) та диференціальної скануючої калориметрії (DSC) на приладі TGA/DSCI (Mettler Toledo, Швейцарія). Вага зразка становила 20 мг, роздільна здатність аналізу дорівнювала 1 мкг. TGA/DSC проводили в діапазоні 30-600 ° С, швидкість підвищення температури досягала 5 ° С/хв, точність регулювання температури становила ± 2 ° С. Ефективну енергію активації (Еа) розраховували за методом Бройдо з використанням кривих TGA [15]. Чисті речовини (пептиди та β CD) та їх суміші у масовому співвідношенні 2: 1 вибирали для контрольних зразків.

Оцінка антиоксидантної активності

AOA експериментальних зразків оцінювали флюориметричним методом (потужність радикального поглинання кисню, ORAC). В його основі лежить придушення флуоресценції флуоресцеїну (Fl) в результаті її окислення кисневими радикалами та пригнічення цього процесу антиоксидантами. У цьому дослідженні була застосована методика, представлена ​​в роботі Е. І. Таруна (2014) [16]. Результати 3 незалежних експериментів були виражені як середнє значення ± довірчий інтервал.

Результати і обговорення

Органолептичні властивості екстенсивних молочних гідролізатів та похідних клатратів

Комплекси включення β CD з пептидами сироватки та молозива були вироблені в цьому дослідженні в оптимізованих умовах. Готували розчини, що містять гідролізати та β CD у масовому співвідношенні (1: 2), та інкубували протягом 4 годин при температурі 50 ºС. Зразки гідролізатів та відповідних клатратів піддавали органолептичному випробуванню та сушили ліофілізацією для термогравіметричного аналізу. Отримані екстенсивні гідролізати сироватки та молозива мали яскраво виражений гіркий смак. Гіркота молозива гідролізату досягла максимуму за 10-бальною шкалою, тоді як зразок розщеплених сироваткових білків набрав лише 8 балів. Інкубація пептидів з циклічним олігосахаридом змінила смак до помірно гіркого (5 балів) у порівнянні з контрольними зразками гідролізатів. Таким чином, комплекс комплексів β CD різко покращує смак отриманих клатратів.

Параметри теплової деградації комплексів включення та гідролізатів

Аналіз TGA/DSC проводили для підтвердження утворення клатратів β CD з пептидами сироватки та молозива. Результати TGA були представлені у вигляді кривої втрати ваги зразка (термогравіметрія, TG/TG) та кривої, що корелює зміну маси зразка з температурою системи (диференціальна термогравіметрія, DTG/DTG). Визначали стадії термічного розкладання зразків при контрольованому режимі нагрівання від 30 ° C до 600 ° C при температурі 5 ° C/хв.

Таблиця 1: Порівняльний аналіз параметрів термічного розкладу контрольних зразків гідролізатів та їх клатратів за даними профілів DTG/TG ​​(в області домінуючого піку, що відповідає термічній деградації β CD).

Параметри термічного розкладу чистих речовин (гідролізатів молочної сироватки та молозива, β CD), їх сумішей та клатратів за профілями DTG/TG ​​в області домінуючого піку, що відповідає термічній деградації β CD, були відображені в таблиці 1.

Профілі DTG вказували на максимальну втрату ваги зразка β CD при 301,8 ° С, з найвищою швидкістю теплового розкладання, що досягала 0,43 мг/° С. У разі розпаду гідролізату сироваткового білка піки розкладання з максимальними значеннями масового розпаду були зафіксовані при 159,6, 203,9, 268,3 та 541,3 С (0,006, 0,014, 0,29 та 0,40 мг/° С відповідно). При термічному розщепленні гідролізату білка молозива піки зниження ваги були виявлені при 158,8, 285,8 та 531,3 ° С (0,016, 0,27 та 0,55 мг/° С відповідно).

Профілі DTG сумішей гідролізатів з β CD являють собою перекриття піків втрати маси окремих сполук (рис. 1). Зміщення піку термічної деградації циклічного олігосахариду від 301,8 до 297,5/289,7 ° C було виявлено під час аналізу сумішей, що містять гідролізати молочної сироватки/молозива, відповідно.

Фігура 1: DTG-профілі контрольних та досліджуваних зразків сироватки (а) та молозива (b) β CD - β циклодекстрин, WH - гідролізат сироватки, CH - гідролізат молозива.

Зразки клатрату зберігали переважний пік термічного розкладання β CD, дещо зміщений у температурі та формі, тоді як піки деградації, характерні для пептидної суміші, не спостерігались, що свідчить про утворення комплексів включення. Для клатрату, отриманого з циклічного олігосахариду та гідролізату сироватки, було продемонстровано зсув піку теплової деградації β CD від 297,5 до 305,1 ° C та зменшення втрати маси зразка з 0,29 до 0,15 мг/ºС порівняно з пептидною сумішшю (рис. 1а). ). Це свідчило про підвищену стійкість зразка клатрату до термічної деградації. Встановлено зниження швидкості термічної деградації з 0,30 до 0,14 мг/ºС для комплексу включення, що містить гідролізат молозива, при тому самому піку температури плавлення 289,7 ºС (рис. 1б). Загалом була підтверджена підвищена термічна стабільність пептидів як компонентів клатратів з циклічним олігосахаридом.

Профілі TG продемонстрували більшу втрату ваги комплексу на основі сироватки при температурі максимальної деградації β CD (13,2%), ніж клатрату з гідролізатом молозива (8,1%) у порівнянні з пептидними сумішами (табл. 1). Дані чітко доводять чудову термічну стійкість молозивовмісного клатрату. За оцінками, параметр гідролізатів молочної сироватки та молозива як складових сумішей та клатратів зростав відповідно у 1,4-1,6 та 1,6-1,9 рази (табл. 1). Можна зробити висновок, що молочні пептиди, що походять із сироватки та молозива, як правило, є більш стабільними при змішуванні та комплексуванні з β CD.

Антиоксидантна активність β-циклодекстрину-клатратів з молочними пептидами

Визначено антиоксидантну активність β CD-клатратів з пептидами сироватки та молозива. Встановлено кореляцію інтенсивності флуоресценції FL з концентраціями гідролізатів, циклічного олігосахариду та комплексів інклюзії. Дослідження проводились у широкому діапазоні концентрацій досліджуваних сполук (0,002-0,8 мг твердих речовин/мл). Експериментальні зразки відновили флуоресценцію FL до 67-96%. Значення IC50 були представлені графічно (концентрація зразків становить 50% інгібування активних форм кисню).

У цьому дослідженні досліджено вплив комплексоутворюючого процесу на смак та антирадикальну активність зразків молочного гідролізату. Клатрати β CD з пептидами першого молока та сироватки виявляли підвищений антиоксидантний потенціал, перевищуючи в 1,3 та 2,1 рази аналогічні значення незв’язаної пептидної фракції. Різниця в рівнях АОА нативних субстратів та гідролізатів може тлумачитися особливостями білково-пептидного складу (співвідношення казеїну до сироваткових білків) та вмістом небілкової складової.

Таблиця 2: Параметри антиоксидантної активності гідролізатів молочної сироватки та молозива, β CD та швидкість їх клатів.

Висновок

Проведено порівняльне дослідження комплексів включення β CD із пептидами сироватки та молозива. Оцінювали органолептичні та антиоксидантні властивості отриманих клатратів. Смак отриманих продуктів характеризувався значною втратою гіркоти порівняно з вихідними молочними гідролізатами. Термогравіметричний аналіз підтвердив утворення комплексів β CD з пептидами сироватки та молозива. Встановлено, що стабілізація зразків гідролізату відбувається в сумішах і клатратах з циклічним олігосахаридом. Флуориметричні дослідження показали, що комплексоутворення β CD із гідролізатами молочної сироватки та молозива підвищувало антиоксидантний потенціал молочних пептидів у 2,1 та 1,3 рази відповідно. Застосування β CD-клатратів з молочними пептидами, що мають прийнятні параметри смаку та підтверджену антиоксидантну здатність як добавки до спеціалізованих харчових продуктів (для немовлят, спорту, дієтичного харчування), представляється надзвичайно привабливим варіантом. Подальші дослідницькі зусилля повинні бути зосереджені на впливі комплексу β CD на біоактивний спектр пептидів молока (антимутагенні, антимікробні, антигенні властивості).