ИССЛЕДОВАНИЯ АНТИОКСИДАНТНОЙ АКТИВНОСТИ ПЕПТИДОВ ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ БЕЛКОВ НЕТРАДИЦИОННОГО СЫРЬЯ

АННОТАЦИЯ

Данная научно-исследовательская работа посвящена изучению антиоксидантной активности биологически активных пептидов, полученных в результате ферментативного гидролиза белков нетрадиционного растительного сырья — земляной груши (топинамбура) местных сортов. Актуальность исследования обусловлена поиском новых природных источников антиоксидантов для пищевой и фармацевтической промышленности. В ходе экспериментов применялся метод направленного протеолиза с использованием кислых и нейтральных протеиназ, что позволило получить пептидные фракции с различной молекулярной массой.

В результате исследования было отмечено, что продукты с профилактическими свойствами, разработанные по предложенной новой технологии, обуславливают высокую антиоксидантную способность пептидов белкового происхождения. Установлено, что эффективность нейтрализации свободных радикалов напрямую зависит от условий ферментации и специфичности используемых ферментов. Полученные данные подтверждают, что белки топинамбура являются ценным возобновляемым источником для производства натуральных антиоксидантных компонентов. Результаты работы открывают широкие перспективы для использования данных белков в создании функциональных продуктов питания и специализированных биологически активных добавок, способствующих укреплению иммунной системы и защите организма от окислительного стресса.

ABSTRACT

This research study examines the antioxidant activity of biologically active peptides obtained by enzymatic hydrolysis of proteins from a non-traditional plant source—Jerusalem artichoke (Turkish Jerusalem artichoke)—of local varieties. The relevance of this study stems from the search for new natural sources of antioxidants for the food and pharmaceutical industries. The experiments utilized targeted proteolysis with acidic and neutral proteinases, which allowed for the production of peptide fractions with varying molecular weights.

The study demonstrated that products with preventative properties, developed using the proposed new technology, possess high antioxidant capacity for their protein-derived peptides. It was established that the effectiveness of free radical neutralization directly depends on fermentation conditions and the specificity of the enzymes used. The obtained data confirm that Jerusalem artichoke proteins are a valuable renewable source for the production of natural antioxidant components. The results of this study open up broad prospects for the use of these proteins in the creation of functional foods and specialized dietary supplements that help strengthen the immune system and protect the body from oxidative stress.

Ключевые слова: антиоксидантная активность, пептиды, белки, нетрадиционное сырье, земляная груша, протеиназы, ферментативный гидролиз, функциональное питание.

Keywords: antioxidant activity, peptides, proteins, non-traditional raw materials, Jerusalem artichoke, proteinases, enzymatic hydrolysis, functional food.

Введение. Одним из путей обеспечения населения Узбекистана, полноценным, экологически чистыми продуктами функционального питания из нетрадиционного сырья, способным выполнить профилактические и лечебные функции является промышленная переработка земляной груши по инновационной технологии, разработанной в ТХТИ. Для производства функциональных продуктов питания используют земляную грушу, который содержит в нативном виде значительное количество физиологически активных макро-микро нутриентов, а также дополнительно обогащают продукты питания биологически активными веществами.

Продукты нового поколения должны не только удовлетворять потребность организма в питательных веществах и энергии, но и способствовать улучшению качества жизни, повышению иммунитета и жизненного тонуса. Предпочтением потребителей пользуются натуральные продукты питания, что создает предпосылки для широкого использования сырья, содержащего функциональные ингредиенты в физиологически значимых количествах. Целью данной работы является исследование антиоксидантных свойств пептидов полученных из белков земляной груши. Антиоксиданты (антиокислители) – это вещества, включающиеся в процесс автоокисления и образующие стабильные промежуточные соединения, за счет чего блокируется цепная окислительная реакция. В результате окисления липидов в организме человека накапливаются токсические соединения, большие количества которых неблагоприятно сказываются на здоровье человека [1; 2].

В последнее время всё больше решаются задачи с использованием антиоксидантов, которые позволяют, безопасным способом приостановить процессы окисления липидных соединительных веществ и образования свободных радикалов, тем самым повышая уровень антиоксидантной защиты человеческого организма. Исходя, из этого проводятся интенсивные поиски препаратов по миру, имеющих высокую концентрацию антиоксидантных веществ и антиокислительных свойств выпускаемой продукции.

В современных концепциях питания все большее внимание уделяется минорным компонентам пищи во многом определяющим ее профилактическое и лечебное действие [3]. Одними из самых представительных микронутриентов являются многочисленные биоантиоксиданты, т.е. соединения, снижающие активность радикальных окислительных процессов. К пищевым антиокислителям (антиоксидантам) относятся вещества, замедляющие окисление в первую очередь ненасыщенных жирных кислот, входящих в состав липидов. Этот класс пищевых добавок включает три подкласса с учетом их отдельных технологических функций: 1) антиокислители; 2) синергисты антиокислителей; 3) комплексообразователи.

Использование антиокислителей дает возможность продлить срок хранения пищевого сырья, полупродуктов и готовых продуктов, защи­щая их от порчи, вызванной окислением кислородом воздуха [4].

В последнее время большое внимание уделяется применению природных антиоксидантов на основе полифенолов и белков, получаемых из растительного сырья [5]. Белки являются особенно важным веществом клеток человека и играют важную роль в питании человека. Исследуемый нами порошок топинамбура  характеризуется высоким содержанием (7-8 %) белка по сравнению с картофелем. Содержание тиоловых аминокислот в белках больше в 4 раза в по сравнению с их содержанием в белке картофеле.

Как известно продукты гидролиза белков обладает антиоксидантными свойствами. При этом содержание тиоловых аминокислот играет существенную роль в проявлении антиоксидантной активностью. Поэтому пептиды, получаемые из белков растительного сырья становиться  предметом пристального внимания ученых. Так, например, путем ферментативного гидролиза белков альбумин [6], белок из сои [7], растворимый эластин [8], получены активные пептидные антиоксиданты и пептиды утилизирующие свободные радикалы. При этом с применением различных ферментов из одного источника белка можно получать пептиды с разными свойствами. [9].

Методика исследования. Экстракция белковых фракций. Объектом исследования послужили белки, выделенные из порошка клубней топинамбура (Helianthus tuberosus) местных сортов. Выделение целевой фракции осуществляли методом щелочной экстракции с последующим доведением субстрата до гомогенного состояния. Концентрацию белка в реакционной среде стандартизировали согласно регламентированным методикам.

Ферментативный гидролиз и направленный протеолиз. Для получения пептидов с потенциальной антиоксидантной активностью проводили направленный ферментативный гидролиз. В качестве биокатализаторов применяли протеолитические ферменты различного происхождения: растительную протеиназу солода, а также микробные кислые и нейтральные протеиназы.

Процесс биодеградации белков осуществляли в термостатируемых условиях в течение 360 минут (6 часов) при значениях pH и температуры, соответствующих каталитическому оптимуму каждого ферментного препарата. Соотношение фермент/субстрат поддерживали на постоянном уровне для обеспечения сопоставимости результатов.

Определение кинетики гидролизаю Динамику накопления продуктов гидролиза оценивали путем периодического отбора проб из реакционной смеси. Количественное определение степени гидролиза белков проводили спектрофотометрическим методом, фиксируя прирост концентрации продуктов распада, выраженной в мкмоль/мл.

Сравнительный анализ гидролизуемости. Изучение гидролизуемости белков топинамбура под воздействием различных протеиназ проводили путем построения кинетических зависимостей накопления гидролизатов. Эффективность действия ферментных систем оценивали по интенсивности выхода продуктов гидролиза из щелочерастворимой фракции белка через фиксированный временной интервал (6 часов).

Статистическая обработка. Все аналитические определения выполняли в трехкратной повторности. Статистическую достоверность полученных данных оценивали методами вариационной статистики с использованием доверительного интервала при уровне значимости p < 0,05.

Результаты и обсуждение. Проведенные нами исследование показали, что белки топинамбура является хорошим сырьем для получения антиоксидантных пептидов. На рис. 1. приведены гидролизуемость белков порошка топинамбура с различными протеиназами.

1-протеиназа из солода; 2- кислая протеиназа; 3-нейтральная протеиназа

Рисунок 1. Ферментативный гидролиз различных белков топинамбура с протеиназами

В качестве протеиназ использовали протеиназа солода и микробиальные кислые и и нейтральной протеиназой. Из представленных данных видно, что в зависимости от источника фермента, скорость гидролиза белков различна. С помощью протеиназ солода белки наиболее высокой скоростью подвергается ферментативному гидролизу, (рис.1, кривые 1). При 6 часовой ферментации в указанных условия образование продуктов гидролиза из щелочерастворимых белков составляло 1,4 мкмоль/мл. В случае, когда использовали кислой протеиназы 0,8 мкмоль/мл и 1,1 мкмоль/мл в случае использование нейтральной протеиназы. Таким образом, гидролиз белков топинамбура наиболее высокой скоростью гидролизуется протеиназами солода.

Продукты гидролиза белков обладают антиоксидантными свойствами.

При этом их активность зависеть от используемого фермента. Результаты исследование приведены на рис.2.

1- контроль; 2- в присутствии пептидов полученных с кислой протеиназой; 3- пептиды, полученные с нейтральной протеиназой; 4- пептиды, полученные с ферментами солода.

Рисунок 2. Влияние пептидов полученных из белка топинамбура на скорость окисления (+) –катехина

Из представленных данных видно, что добавление пептидов в реакционную среду, где протекает окисление катехина, способствуют снижение скорости окисление (потемнение) катехина. Оптическая плотность раствора после инкубации при 45^оС в течение 10 дней, в случае, когда в среде отсутствовали пептиды составляло 1,0 единиц. Добавление пептидов в этих же условиях уменьшает скорость окисление и изменение оптической плотности составляет 0,6 ед. в случае использование пептидов полученной кислой протеиназой, и 0,4 ед. когда использовали пептиды полученные ферментами солода.

Заключение. Таким образом, белки топинамбура являются ценным источником для получения природных антиоксидантов. Наиболее эффективным технологическим решением для высвобождения активных пептидных фракций является применение протеиназ солода, что обусловлено их способностью глубоко расщеплять растительные белки с высвобождением функционально активных групп. Результаты исследования открывают перспективы использования данных пептидов в пищевой промышленности в качестве натуральных стабилизаторов, препятствующих окислительной порче продуктов.

Список литературы:

1. Воронина М.С. / Изучение химического состава и антиоксидантной активности свежих плодов и продуктов переработки черноплодной рябины / М.С. Воронина, Н.В. Макарова // Садоводство и виноградарство, №2, 2015 г., с. – 42-46.
2. Донченко Г.В., Кричковская Л.В., Чернышов С.И., Никитченко Ю.В., Жуков В.И. Природные антиоксиданты (биотехнологические, биологические и медицинские аспекты): монография. — Харьков: «Модель Вселенной», 2011
3. Jean-Yu Hwang, Yung-Shin Shyu, Yuh-Tai Wang, Cheng-Kuang Hsu. Antioxidative properties of protein hydrolysate from defatted peanut kernels treated with esperase// Food Science and Technology. 2010, V. 43, P. 285–290.
4. Rustambekova F. Improved Beer Production Technology Using Unmated Raw Materials Obtained From Jerusalem // Eurasian Journal of Research, Development and Innovation. Belgiya. 2024 pp. 23-27.
5. Рустамбекова Ф.Ф., Эшметов Ш.З. Перспективы производства пивных напитков // Universum: технические науки: электрон.научн. журн. 2025. 9(138). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/20854
6. Рустамбекова Ф.Ф., Рахимова Д.Ш. Микробиологическая оценка бирмикса с яблочным соком // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2025. 5(134). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/20179
7. Рустамбекова Ф.Ф., Мирзаахмедова С.А. Исследование влияния вишневого сока на качество пивных напитков // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2025. 11(140). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/21265
8. Рустамбекова Ф.Ф., Мирзаахмедова С.А. Исследование влияния вишневого сока на качество пивных напитков // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2025. 11(140). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/21265
9. Рустамбекова Ф.Ф., Нуриддинова А.С. Очистка воды для сокосодержащих напитков // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2025. 5(134). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/20137