Комплексная модификация белкового профиля молочной сыворотки как подход к созданию обогащенных белковых ингредиентов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В условиях сохраняющейся проблемы дефицита эссенциальных микроэлементов, таких как йод (йододефицит фиксируется у 68 % населения планеты), актуальной задачей является разработка эффективных подходов к созданию пищевых ингредиентов и продуктов с биодоступными формами микроэлементов. В связи с этим в работе исследована комплексная модификация белкового профиля молочной сыворотки с целью создания белкового ингредиента, обогащенного йодом и цинком. По результатам ряда проведенных исследований определены оптимальные параметры модификации белкового профиля посредством термоселективного фракционирования в присутствии хелатора (58 °C; рН 3,0; массовая доля хелатора 0,2 %; 120 минут). Установлены рациональные условия хелатирования цинка сывороточными белками (40 °C; рН 8,0; 60 минут), обеспечивающие максимальную концентрацию органически связанного микроэлемента: 169,8 ± 27,3 мг на 100 г белка. В результате протеазного скрининга выявлено, что трипсин обеспечивает увеличение количества функциональных участков, способных связывать йод, при условии сохранения начальной концентрации цинка, связанного с белками. Приведены оптимальные параметры гидролиза белков трипсином (44 °C; рН 8,0; 180 минут). Установлены эффективные режимы предварительного гидролиза сывороточных белков, обогащенных цинком (фермент-субстратное соотношение 1/100 СPROT г/г; 44 °C; рН 8,0; 165 минут), и йодирования субстрата (20 °C; рН 8,0; 12 ч). Эти режимы обеспечивают концентрацию органически связанного йода 2,5 ± 0,4 г на 100 г белка и сохранение начальной концентрации органически связанного цинка. Для каждого этапа иммобилизации микроэлементов определены рациональные параметры баромембранной очистки белковой матрицы от неорганических форм йода и цинка: трехкратная ультрадиафильтрация для этапа хелатирования цинка и нанодиафильтрация для этапа йодирования. Полученные результаты могут быть использованы при разработке новых функциональных пищевых продуктов и технологий глубокой переработки молочной сыворотки.

Об авторах

И. А. Барковская

Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности

Автор, ответственный за переписку.
Email: a_ryabova@vnimi.org
аспирант, младший научный сотрудник, Лаборатория технологий биотрансформации и консервирования 115093, Москва, ул. Люсиновская, 35/7

А. Е. Рябова

Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности

Email: a_ryabova@vnimi.org
доктор технических наук, научный сотрудник, Лаборатория технологий биотрансформации и консервирования 115093, Москва, ул. Люсиновская, 35/7

И. В. Рожкова

Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности

Email: a_ryabova@vnimi.org
кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Лаборатория прикладной микробиологии и геномики микроорганизмов 115093, Москва, ул. Люсиновская, 35/7

Список литературы

  1. Niggli, U., Sonnevelt, M., Kummer, S. (2023). Pathways to advance agroecology for a successful transformation to sustainable food systems. Chapter in a book: Science and Innovations for Food Systems Transformation. Springer Cham, 2023. https://doi.org/10.1007/978-3-031-15703-5_18
  2. Яшин, А. Н., Петров, А. Н. (2023). Актуальность разработки обогащенных микроэлементами продуктов питания для диетотерапии при сердечно-сосудистых заболеваниях. Пищевые системы, 6(3), 272–278. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2023-6-3-272-278
  3. Kumar, A., Kerketta, A., Dewali, S., Sharma, N., Panda, A. K., Bisht, S. S. (2023). Tackling hidden hunger: Understanding micronutrient deficiency and effective mitigation strategies. Chapter in a book: Emerging Solutions in Sustainable Food and Nutrition Security. Springer Cham, 2023. https://doi.org/10.1007/978-3-031-40908-0_12
  4. Yilmaz, H., Yilmaz, A. (2025). Hidden hunger in the age of abundance: The nutritional pitfalls of modern staple crops. Food Science and Nutrition, 13(2), Article e4610. https://doi.org/10.1002/fsn3.4610
  5. Malézieux, E., Verger, E. O., Avallone, S., Alpha, A., Ngigi, P. B., Lourme-Ruiz, A. et al. (2024). Biofortification versus diversification to fight micronutrient deficiencies: An interdisciplinary review. Food Security, 16, 261–275. https://doi.org/10.1007/s12571-023-01422-z
  6. Thiviya, P., Gamage, A., Kapilan, R., Merah, O., Madhujith, T. (2022). Single cell protein production using different fruit waste: A review. Separations, 9(7), Article 178. https://doi.org/10.3390/separations9070178
  7. Passarelli, S., Free, Ch. M., Shepon, A., Beal, T., Batis, C., Golden, Ch. D. (2024). Global estimation of dietary micronutrient inadequacies: A modelling analysis. The Lancet Global Health, 12(10), E1590–E1599. https://doi.org/10.1016/S2214-109X(24)00276-6
  8. Roth, J. A., Galyon, J. (2024). Food security: The ultimate one-health challenge. One Health, 19, Article 100864. https://doi.org/10.1016/j.onehlt.2024.100864
  9. Colgrave, M. L., Dominik, S., Tobin, B. A., Stockmann, R., Simon, C., Howitt, C. A. et al. (2021). Perspectives on future protein production. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 69(50), 15076–15083. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.1c05989
  10. Hendriks, S., Jean-François, S. Cole, M., Kambugu, F., Zilberman, D. et al. (2023). Ensuring access to safe and nutritious food for all through the transformation of food systems. Chapter in a book: Science and Innovations for Food Systems Transformation. Springer Cham, 2023. https://doi.org/10.1007/978-3-031-15703-5_4
  11. Ladnova, O. L., Bolshakova, L. S., Kuzina, A. V., Izvekova, E. V., Merkulova, E. G., Ashikhina, L.A. (February 26–29, 2020). Development of technology of cottage cheese enriched with iodine and succinic acid. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 640(3), Article 032016. Voronezh, Russian Federation, 2020. https://doi.org/10.1088/1755-1315/640/3/032016
  12. Rai, D., Chaudhary, Ch., Khatak, A., Banyal, S. (2024). A sustainable approach to combat micronutrient deficiencies and ensure global food security through biofortification. European Journal of Nutrition and Food Safety, 16(4), 15–30. https://doi.org/10.9734/ejnfs/2024/v16i41404
  13. Li, J., Martin, C., Fernie, A. (2024). Biofortification’s contribution to mitigating micronutrient deficiencies. Nature Food, 5(1), 19–27. https://doi.org/10.1038/s43016-023-00905-8
  14. Izydorczyk, G., Ligas, B., Mikula, K., Witek-Krowiak, A., Moustakas, K., Chojnacka K. (2021). Biofortification of edible plants with selenium and iodine–A systematic literature review. Science of The Total Environment, 754, Article 141983. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.141983
  15. Azorín, I., Madrid, J., Martínez-Miró, S., López, M., López, M. B., López, M. J. et al. (2024). Combined supplementation of two selenium forms (organic and inorganic) and iodine in dairy cows’ diet to obtain enriched milk, cheese, and yogurt. Animals, 14(9), Article 1373. https://doi.org/10.3390/ani14091373
  16. Барковская, И. А., Кручинин, А. Г., Рожкова, И. В. (2024). Дефицит йода в России: современное состояние проблемы, мировая практика и новые подходы к терапии. Пищевые системы, 7(2), 238–245. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2024-7-2-238-245
  17. Vinogradov, D. V., Lupova, E. I., Pityurina, I. S. (March 29–30, 2021). The use of iodine-containing additives in bakery production technology. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 954(1), Article 012046. Omsk City, Western Siberia, Russian Federation, 2021. https://doi.org/10.1088/1755-1315/954/1/012046
  18. Бирюкова, З. А., Пантелеева, О. Г., Юрова, Е. А., Гончарова, А. Я. (2014). Сохранность йода в молоке при стерилизации и хранении. Молочная промышленность, 10, 54–56.
  19. Зобкова, З. С. (2020). Внедрение и коммерциализация результатов научно-исследовательских работ в цельномолочной отрасли. Актуальные вопросы молочной промышленности, межотраслевые технологии и системы управления качеством, 1(1), 199–204. https://doi.org/10.37442/978-5-6043854-1-8-2020-1-199-204
  20. Танина, В. И., Ионова, И. И., Фильчакова, С. А., Лукин, Д. С. (2012). Питьевое молоко с йодсодержащими добавками. Переработка молока, 5(151), 16–17.
  21. Барковская, И. А. (2024). Перспективы обогащения молочных консервов йодированными сывороточными белками. Молочная промышленность, 2, 35–39. https://doi.org/10.21603/1019-8946-2024-2-6
  22. Wachowska, M., Adamczak, M. (2023). Importance of iodine fortification in food production: Human health and technology. Journal of Elementology, 28(1), 199–222. https://doi.org/10.5601/jelem.2022.27.4.2342
  23. Arias-Borrego, A., Velasco, I., Gómez-Ariza, J. L., García-Barrera, T. (2022). Iodine deficiency disturbs the metabolic profile and elemental composition of human breast milk. Food Chemistry, 371, Article 131329. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.131329
  24. Bonofiglio, D., Catalano, S. (2020). Effects of iodine intake and nutraceuticals in thyroidology: Update and prospects. Nutrients, 12(5), Article 1491. https://doi.org/10.3390/nu12051491
  25. Gharibzahedi, S. М. T., Jafari, S. M. (2017). The importance of minerals in human nutrition: Bioavailability, food fortification, processing effects and nanoencapsulation. Trends in Food Science and Technology, 62, 119–132. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2017.02.017
  26. Мухидинов, З. К., Касымова, Г. Ф., Джураева, Ф. Н., Бобокалонов, Д. Т., Халикова, М. Д., Тешаев, Х. И. (2008). Белки молочной сыворотки: анализ компонентного состава в полиакриламидном геле, выделение основных сывороточных белков. Известия Академии наук Республики Таджикистан. Отделение физико-математических, химических, геологических и технических наук, 1, 52–57.
  27. Полищук, Е. К., Арюзина, М. А., Спирина, М. Е., Котенкова, Е. А. (2023). Влияние рН на извлечение белков из поджелудочной железы Sus scrofa. Пищевые системы, 6(4), 539–546. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2023-6-4-539-546
  28. Adler-Nissen, J. (1979). Determination of the degree of hydrolysis of food protein hydrolysates by trinitrobenzenesulfonic acid. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 27(6), 1256–1262. https://doi.org/10.1021/jf60226a042
  29. Spellman, D., McEvoy, E., O’cuinn, G., FitzGerald, R. J. (2003). Proteinase and exopeptidase hydrolysis of whey protein: Comparison of the TNBS, OPA and pH stat methods for quantification of degree of hydrolysis. International Dairy Journal, 13(6), 447–453. https://doi.org/10.1016/S0958-6946(03)00053-0
  30. Chen, L., Chen, Q., Zhang, Z., Wan, X. (2009). A novel colorimetric determination of free amino acids content in tea infusions with 2,4-dinitrofluorobenzene. Journal of Food Composition and Analysis, 22(2), 137–141. https://doi.org/10.1016/j.jfca.2008.08.007
  31. Spellman, D., O’cuinn, G., FitzGerald, R. J. (2009). Bitterness in Bacillus proteinase hydrolysates of whey proteins. Food Chemistry, 114(2), 440–446. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2008.09.067
  32. Permyakov, E. A. (2020). α-Lactalbumin, amazing calcium-binding protein. Biomolecules, 10(9), Article 1210. https://doi.org/10.3390/biom10091210
  33. UniProt. (n. d.). P02769 ALBU_BOVIN. Retrieved from https://www.uniprot.org/uniprotkb/P02769/entry Accessed March 08, 2025
  34. Барковская, И. А., Кручинин, А. Г. (2024). Исследование процесса селективной термоденатурации белков молочной сыворотки. Пищевая промышленность, 11, 34–37. https://doi.org/10.52653/PPI.2024.11.11.006
  35. McGuffey, M. K., Otter, D. E., van Zanten, J. H., Foegeding, E. A. (2007). Solubility and aggregation of commercial α-lactalbumin at neutral pH. International Dairy Journal, 17(10), 1168–1178. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2007.04.003
  36. Сордонова, Е. В., Жамсаранова, С. Д., Лыгденов, Д. В. (2018). Разработка и характеристика органических производных йода и цинка. Вестник ВСГУ-ТУ, 2(69), 73–79.
  37. Кутяков, В. А., Салмина, А. Б. (2014). Металлотионеины как сенсоры и регуляторы обмена металлов в клетках. Бюллетень сибирской медицины, 13(3), 91–99.
  38. Popov, I. A., Indeikina, M. I., Kononikhin, A. S., Starodubtseva, N. L., Nikolaev, E. N., Kozin, S. A. et al. (2013). ESI–MS identification of the minimal zinc-binding center in natural isoforms of β-amyloid domain 1–16. Molecular Biology, 47(3), 440–445. https://doi.org/10.1134/S002689331302012X
  39. Pinto, L. D., Puppin, P. A. L., Behring, V. M., Alves, O. C., Rey, N. A., Felcman, J. (2012). Solution and solid state study of copper (II) ternary complexes containing amino acids of interest for brain biochemistry-2: Homocysteine with aspartate, glutamate or methionine. Inorganica Chimica Acta, 386, 60–67. https://doi.org/10.1016/j.ica.2012.01.025
  40. Gołębiowski, A., Pomastowski, P., Rafińska, K., Zuvela, P., Wong, M. W., Pryshchepa, O. et al. (2022). Functionalization of alpha-lactalbumin by zinc ions. ACS Omega, 7(43), 38459–38474. https://doi.org/10.1021/acsomega.2c03674
  41. Dissanayake, M., Ramchandran, L., Piyadasa, C., Vasiljevic, T. (2013). Influence of heat and pH on structure and conformation of whey proteins. International Dairy Journal, 28(2), 56–61. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2012.08.014
  42. Калугина, Д. Н., Юрова, Е. А. (2021). Характеристики белкового состава в формировании сроков годности молока ультрапастеризованного. Вестник КрасГАУ, 10, 165–172. https://doi.org/10.36718/1819-4036-2021-10-165-172
  43. Алкадур, М. И., Пряничникова, Н. С., Юрова, Е. А., Петров, А. Н. (2024). Влияние термизации и пастеризации на качество сухого молока. Техника и технология пищевых производств, 54(2), 275–284. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2024-2-2506
  44. Lam, R. S. H., Nickerson, M. T. (2015). The effect of pH and temperature pretreatments on the physicochemical and emulsifying properties of whey protein isolate. LWT — Food Science and Technology, 60(1), 427–434. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2014.07.031
  45. Ибрагимова, З. Р., Цопанова, Е. И., Симеониди, Д. Д. (2015). Получение и аспекты рационального применения йодированных белков в технологии функциональных продуктов питания. Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов, 5(34), 73–77.
  46. Kruchinin, A. G., Bolshakova, E. I. (2022). Hybrid strategy of bioinformatics modeling (in silico): Biologically active peptides of milk protein. Food Processing: Techniques and Technology, 52(1), 46–57. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-1-46-57
  47. Ульрих, Е. В., Кригер, О. В., Потураева, Н. Л., Будрик, В. Г., Ботина, С. Г., Агаркова, Е. Ю. и др. (2012). Технология структурированного гипоаллергенного продукта. Техника и технология пищевых производств, 4(27), 76A-80.
  48. Донская, Г. А., Креккер, Л. Г., Колосова, Е. В., Бычкова, Т. С., Карапетян, В. К. (2024). Радиопротекторные ингредиенты композиционного молочного продукта. Вестник МГТУ, 27(2), 193–204. https://doi.org/10.21443/1560-9278-2024-27-2-193-204
  49. Большакова, Л. С., Литвинова, Е. В., Кузина, А. В., Лисицын, А. Б., Чернуха, И. М. (2013). Исследование профилактической эффективности биологически активной добавки Биойод. Фундаментальные исследования, 10–11, 2401–2404.
  50. Семенова, Е. С., Симоненко, Е. С., Симоненко, С. В., Зорин, С. Н., Петров, Н. А., Мазо, В. К. (2023). Исследование процесса гидролиза белков молока с использованием ферментных препаратов отечественного производства. Пищевые системы, 6(2), 224–232. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2023-6-2-224-232

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Пищевые системы, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».