Содержание:
Вступление. На современном этапе развития литературных источников можно отметить наличие таких тенденций в аналитике рассматриваемых вопросов: 1. Исследования причинно-следственных связей между чрезмерным употреблением моноз и дисахаридов и возникновением хронических заболеваний, не относящихся к инфекционной группе.
2. Исследование и сравнение свойств разнообразных белковых соединений, обладающих сладким привкусом, а также изучение их механизмов влияния на рецепторы чувств человека. 3. Проблемы, возникающие при использовании сладких белков в пищевой промышленности, и методы их разрешения.
Исследования, проведенные из разных перспектив, демонстрируют, что в текущей ситуации все больше исследователей занимаются созданием товаров с улучшенными показателями качества для потребителей и включая активные добавки.
Такой подход обусловлен значительным увеличением заболеваемости неинфекционными болезнями, причем одним из основных факторов, обостряющих риск их развития, является превышение медицинских нормативов в потреблении простых углеводов. Ссылки на соответствующие исследования приведены в работах Баррингтона (2019), Чена (2019), Паглия (2019), Ливингстона (2022), де Соузы Круз (2020) и Стэнхоупа (2022).
Новые исследовательские группы занимаются изучением влияния искусственных подсластителей на человеческое здоровье, поскольку эти вещества находят все большее распространение в пищевой промышленности.
В настоящее время доступная информация о потенциальных долгосрочных рисках от их употребления остается неопределенной и требует дальнейшего изучения (Azad, 2017; Pearlman, 2017).
В связи с указанными факторами, в настоящее время существует необходимость в поиске альтернативных подсластителей для производства продуктов, заменяющих сахар.
Одним из многообещающих решений этой проблемы являются соевые белок-подсластители. В ходе исследования выявлено, что на сегодняшний день единственный известный науке белок-подсластитель тауматин получил одобрение для использования в качестве подсластителя и усилителя вкуса в некоторых странах, однако функциональность и безопасность других пушистых белков изучены недостаточно (Агбоола, 2014; Хан, 2018; Фараг, 2022).
В дополнение к уже упомянутым выше проблемам, использование сладких белков в пищевой промышленности подвергается ограничениям, вызванным их минимальным высвобождением из исходных растений и недостаточной устойчивостью к тепловым условиям, а также к изменениям pH окружающей среды.
Это существенно затрудняет их введение в состав кулинарных рецептов и кондитерских изделий, где применяется термическая обработка продуктов. В связи с этим, ряд исследователей работает над улучшением стабильности сладких белков и созданием моделей массового производства этих веществ посредством синтеза на основе растительного сырья (Леонэ, 2016; Эдзура, 2018; Каул, 2018; Джозеф, 2019; Сонг, 2020; Келеда, 2021).
Исследование обзора предоставляет инструмент для выявления потенциальных стратегий внедрения альтернативных подсластителей сахару, что в свою очередь содействует созданию товаров с улучшенными качествами, привлекающими потребителей.
Цель настоящего исследования заключается в систематизации и оценке актуальных данных о характеристиках натуральных подсластителей на основе белков, а также в изучении стратегий их оптимизации для масштабного промышленного использования.
Для достижения этой цели следует рассмотреть следующие аспекты: 1. Какие факторы стимулируют поиск подрудных средств для замены традиционных сладостей?
2. Каковы уникальные свойства натуральных белковых подсластителей и как они определяют их возможности в пищевой промышленности? 3. Какие инновационные подходы существуют для увеличения устойчивости структуры и улучшения технологичности производства натуральных белковых подсластителей?
В процессе проведения комплексного анализа вопросы, которые возникают, имеют существенное значение для отрасли продуктов питания.
Исследование включает в себя изначальное обнаружение новейших источников информации, проведенное в известных базах данных Scopus, Google Scholar и РИНЦ.
Регулятором поиска являлись следующие ключевые слова: сладкие протеины, безопасные подсластители, микробиота кишечника и безопасность. В ходе разведывательной работы было проанализировано более шестидесяти научных публикаций.
На следующем шаге анализа были рассмотрены сведения, содержащиеся в аннотациях выбранных публикаций, с целью выявления данных о характеристиках сахаристых белков и способах их совершенствования, соответствующих потребностям массового промышленного выпуска.
В результате проведенного отбора было идентифицировано 31 релевантная статья.
Третий шаг предполагает проведение всестороннего исследования содержания выбранных статей и применение процедуры выбора на основе определенных критериев.
Этот отбор включает статьи, которые содержат информацию о действии сахарозы и других подсластителей на систему человека, а также публикации, посвященные характеристикам сладких белков.
Кроме того, в данном процессе учитываются исследования, предлагающие технологии производства и методы укрепления устойчивости данного вида сырья.
В ходе четвертой стадии исследования материалы были организованы в соответствии с ключевыми темами: исследование роли чрезмерного потребления сахарозы и синтетических подсластителей в здоровом образе жизни; аналитический обзор главных характеристик и безопасности использования пектиновых белков; а также обзор основных сложностей, с которыми сталкивается пищевая промышленность при внедрении и масштабировании производства пектиновых белков в качестве подсластителей.
Резюме и обзор результатов.
Анализ исходных данных позволяет выделить несколько ключевых тематических областей: во-первых, исследование мотивов выбора альтернативных подсластителей; во-вторых, рассмотрение свойств и отличительных признаков сладких белков; в-третьих, изучение процессов получения и методов повышения эффективности сладких белков.
Факторы касаются не только физического здоровья, но и психологического благополучия человека. Один из таких факторов - использование белковоазотсодержащих подсластителей в качестве заменителя сахара, о котором говорится в исследовании Kandel (2016).
В широких масштабах эти белковые подсластители широко используются из-за кажущихся преимуществ перед обычными подсластителями, такими как энергосодержание и их дисбиотическое воздействие. Однако их использование требует тщательного изучения, поскольку могут иметь место побочные эффекты и быть причиной новых проблем.
Например, аминокислотный состав и нутриентный профиль белковосодержащих подсластителей могут существенно отличаться от сахара и изменять кишечную флору человека. Кроме того, изменение кишечной экосистемы может оказывать большое влияние на обменные процессы организма и регулирование иммунной системы.
Следует отметить, что эндогенные носители белка в организме человека могут быть источниками пищевых добавок с белковосодержащими подсластителями (Андреевич и др., 2017). Например, L-цистеин может использоваться для синтеза белковоазотсодержащего подсластителя, и в данном исследовании он был использован для определения его влияния на продукты кишечного микробиоты разведения.
В целом, современное использование белкоазотсодержащих подсластителей вызывает повышенный интерес в научных кругах. Отчасти это связано с аспектами, касающимися здоровья, но также необходимо учитывать и вопросы, связанные с улучшением вкуса и появлением новых свойств пищевых продуктов.
Однако дальнейшие исследования необходимы для более детальной характеристики их влияния на физиологическое состояние человека. Вывод: В наше время, причина замены традиционных подсластителей на альтернативные, такие как белковоазотсодержащие варианты, обусловлена проблемами неинфекционных заболеваний, которые сталкивает большая часть населения планеты, и государственными усилиями по профилактике этих заболеваний.
Использование таких заменителей сахара требует осторожности и тщательного изучения, так как они могут оказывать нежелательное воздействие на функционирование организма человека и его кишечную микрофлору.
В этом убедились многочисленные научные исследования. Далее необходимо провести дополнительные исследовательские работы, чтобы более детально понять последствия использования этих новых подсластителей и их влияние на общее состояние здоровья людей.
Проблемы, связанные с распространением неинфекционных заболеваний, в частности таких как диабет второго типа и ожирение, возникающих из-за употребления сахара выше медицински установленных норм, для Российской Федерации приобретают острую форму.
Выявлено, что количество больных диабетом в стране увеличилось более чем в два раза за последние двадцать лет — составив от 2,043 млн в 2000 до 4,58 млн человек в 2019 году (Дедов и др., 2019). Принимая во внимание, что до половины случаев заболевания второго типа диабета остаются незамеченными. В свою очередь, группа эндокринологов под руководством Алфёрова, В.
И. и Мустафина, С. В. исследовать тенденции ожирения у взрослых россиян в течение последних трех десятилетий. Обнаружено, что доля страдающих ожирением быстро растет — у мужчин с 10,8% в 1993 году до 27,9% в 2017, и у женщин с 26,4% до 31,8% за тот же период (Алфёрова, 2022).
Согласно отчетам национального рейтингового агентства, потребление сахара в России в 2022 году выросло на 20-25% по сравнению с предыдущим годом. В среднем, один человек употребляет около 32 кг сахара в год, включая продукты кондитерского производства, что превышает рекомендуемые медицинские нормы на 8 кг (НРА, 2022).
Множество исследователей изучают взаимосвязь интенсивного потребления сахара и возникновения неинфекционных расстройств.
В частности, моно- и дисахариды, при их значительном употреблении, оказывают воздействие на микрофлору кишечника у представителей человеческого вида.
Китайская исследовательская группа, возглавляемая докторами Zhang, N., Ju, Z., и Zuo, T., исследовала влияние диеты на состав и функцию микробиома толстой кишки человека, понимая, что микробиом играет ключевую роль в поддержании метаболизма, иммунитета, пищеварения и психического благополучия, тем самым определяя общее состояние здоровья индивида.
Результаты их работы свидетельствуют о том, что корректировки рациона питания способны привести к изменению популяции кишечных микробов, иногда до 57% от первоначального уровня разнообразия и пропорций. Вызревание взглядов на то, что многие хронические болезни, включая диабет и воспалительные процессы в кишечнике, связаны с уменьшением разнообразия микробиома кишечника, среди факторов, способствующих этому, называют избыточное потребление сахара (Zhang, 2018).
Исследователи из Австралии, во главе с Livingstone и Sexton-Dhamu, исследовали взаимосвязь между пищевыми привычками и риском набора лишнего веса у молодого поколения.
В исследовании приняли участие 625 участников в возрасте от 18 до 30 лет, информация о рационе которых собиралась с помощью мобильного приложения. Было выявлено, что две наиболее распространенные диеты среди молодежи отличаются: первая характеризуется высоким потреблением пищевых волокон, а вторая - большим потреблением напитков, обогащенных сахаром, и низким потреблением овощей.
Участники, follow-силу второй диеты с высоким содержанием калорий, обнаружили большую предрасположенность к ожирению (Livingstone, 2022). Аналогичные выводы делают и авторы мета-анализа, изучающие влияние чрезмерного потребления сахара на микробиому человеческого кишечника - Boles и Blog. Увеличение употребления сахара выше рекомендуемых медицинских норм способствует прогрессированию вредных бактерий в кишечнике, что приводит к ухудшению иммунных функций, внезапным колебаниям уровня глюкозы в крови, негативным последствиям для психического здоровья (хроническая усталость, головные боли, резкие перемены настроения), развитию акне, а также повышению рисков развития диабета 2 типа и синдрома раздраженного кишечника (Boles, 2019).
Главный редактор журнала «European Journal of Paediatric Dentistry», доцент Paglia, L., провел комплексный обзор исследований, посвященных влиянию избыточного употребления сахара на здоровье молодого поколения.
Дети составляют группу повышенного риска, поскольку уже в раннем детстве проявляют склонность к сладкому, которая начинает уменьшаться только во время перехода в подростковый возраст. Исследования выявили взаимосвязь между нарушениями сна у детей и подростков, характеризующимися нерациональной длительностью и низким качеством, и такими проблемами, как ожирение, снижение чувствительности к инсулину и гипергликемия.
В настоящий момент изучается возможная корреляция между долгосрочным потреблением высокого количества сахара и развитием синдрома дефицита внимания и гиперактивности (Paglia, 2019).
Потребление значительного количества сахара может привести к неалкогольной жировой болезни печени (НЖБП).
Исследователи из Китая, включая таких авторов, как Chen, H., Wang, J., Li, Z., Lam, C. W. K., Xiao, Y., Wu, Q., и Zhang, W. провели мета-анализ исследований, охватывающих около 35 тысяч участников. Выводы показали, что вероятность возникновения НЖБП возрастает при любом уровне употребления сахаросодержащих напитков. В частности, риск увеличивается на 53% при интенсивном потреблении (более 7 напитков в неделю), на 26% при умеренном потреблении (от 1 до 6 напитков в неделю) и на 14% при низком потреблении (менее 1 напитка в неделю) (Chen, 2019).
Исследователи из Souza Cruz, E.
M., Bitencourt de Morais, J. M., Dalto da Rosa, C. V. и других учреждений провели исследование, которое оценивало долгосрочные последствия приема 40% раствора сахарозы в отношении биомаркеров сыворотки крови и функционального состояния печени у крыс-самцов. Результаты этого эксперимента сравнивали с показателями в контрольной группе, где животные потребляли только воду без добавления сахарозы.
У особей, получавших сахарный раствор, наблюдались следующие изменения: развитие непереносимости глюкозы и инсулинорезистентности; рост общей массы тела и жировых запасов; повышение концентрации холестерина в кровеносной системе; понижение уровня глутатиона, что свидетельствует о возникновении окислительного стресса в печени; обнаружение следов вакуолизации и усиление фиброза в исследуемых образцах печеночной ткани (Souza Cruz, 2020).
Повышенное потребление сладкого может негативно влиять на здоровье челюстей.
Исследователи из Австралии, включая Баррингтона, Кана, Кента и Бреннана, а также других, установили взаимосвязь между избыточной массой тела, зубным кариозным заболеванием и уровнем употребления сахара. В ходе двумерного анализа рациона питания лиц с высоким весом и/или кариесом было установлено, что в рационе преобладает скрытый и общий сахар.
Проспективное когортное исследование на детской популяции показало, что избыточное потребление сахара часто сопровождается избыточным весом. Систематический обзор и мета-анализ кариозного заболевания зубов и ожирения у детей и подростков свидетельствует о том, что риск развития кариеса тесно связан с увеличением массы тела (Barrington, 2019).
В свете указанных факторов, ученые из Международного и Американского стоматологических сообществ, А.
Шеихэм и У. П. Т. Джеймс, высказывают мнение о том, что увеличение кислотности микроокружения в полости рта, связанное с потреблением сахарозы, глюкозы и фруктозы, приводит к деминерализации зубной эмали. Они также отмечают, что регулярное введение простых сахаров способствует развитию более кар
Исследователи из Канады, в составе которых присутствовали Khan, T.
A., Tayyiba, M. и Agarwal, A., а также другие специалисты, изучили взаимосвязь между величиной потребления общей доли сахарозы и фруктозы и тенденциями развития сердечно-сосудистых расстройств и уровнем смертности за период с 1980 по 2018 год. В результате анализа данных было установлено, что умеренное потребление моносахаридов в рамках рекомендуемых медицинских норм не оказывает прямого влияния на частоту сердечно-сосудистых проблем.
Вместе с тем, высокие дозы простых сахаров, превышающие медицинские нормы, демонстрируют корреляцию с данными рисками (Khan, 2019). Стоит отметить, что согласно данным ученого Stanhope, K. L., оптимальным является потребление 10% простых сахаров от общей суточной калорийности рациона, что более благоприятно, чем доля в 25% (Stanhope, 2022).
В свете растущего внимания к отрицательным последствиям избыточного употребления сахара, Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) представила и одобрила «Руководство по питанию в рамках программы СИНДИ», целью которого является предотвращение хронических заболеваний, не связанных с инфекциями.
Создатели данного руководства рекомендуют уменьшить употребление переработанного сахара, основываясь на его потенциально вредных свойствах. Согласно рекомендациям ВОЗ, доля сахара в ежедневном калораже не должна превышать 10% (Всемирная организация здравоохранения, 2000).
Повышенный уровень потребления сахара зачастую оказывает влияние на возникновение ряда неинфекционных патологий, что побуждает к созданию рецептур кулинарных и кондитерских изделий с использованием альтернативных подсластителей для улучшения качества и привлекательности данных продуктов среди потребителей.
В современном мире в качестве альтернатив сахару широко используются искусственные подсластители.
Среди них выделяются низкокалорийные пептидные вещества, синтезированные в лабораториях, такие как аспартам, адвантам, неотам и алитам. Несмотря на их распространение, научные исследования о долгосрочных последствиях для здоровья человека остаются неоднозначными и не дают четкого представления о возможных рисках.
Исследователи из Соединенных Штатов, в лице Pearlman М., Obert J.
и Casey L., провели всесторонний обзор последних научных работ, касающихся воздействия искусственных подсластителей на здоровье человека. Результаты их анализа указывают на то, что употребление искусственных подсластителей оказывает влияние на микрофлору кишечника, способствует снижению чувства насыщения и может приводить к нарушениям регуляции уровня глюкозы в организме (Pearlman, 2017).
Группа исследователей, в состав которой входили Azad, M.
B., Abou-Setta, A. M., Chauhan, B. F., Rabbani, R., Lys, J. и Copstein, L., после анализа данных сроком 10 лет из 30 когортных исследований, включающих в общей сложности 405907 участников, пришли к заключению о том, что регулярное потребление неэнергетических подсластителей ассоциируется с ростом массы тела, возникновением метаболического синдрома и сердечно-сосудистыми проблемами (Azad, 2017).
В связи с этим, особую важность приобретает поиск альтернативных подсластителей, полученных из природных источников, а также изучение возможностей их внедрения в пищевую индустрию.
Среди таких альтернативных вариантов главным образом интересуют сладкие протеиновые соединения.
Сведение к осознанию привлекательности сладких растительных белковых компонентов и их значимых особенностей. Сладкие белки представлены группой веществ, происходящих от растений, чей основная черта заключается в интенсивном аромате сладких нот, которые уверенно превосходят по силе сладость сахарозы в несколько тысяч.
Те из них, что кроме специфических ароматических качеств, также исправно ориентируясь на изменение и контрастность хруста, демонстрируют свой потенциал в качестве усил
В связи с тем, что эти сладкие белки превосходят сахарозу по сладости в тысячи раз, для придания пикантности кулинарным изделиям или кондитерским товарам достаточно использовать их в небольших количествах. Такой подход обеспечивает снижение калорийности подобных продуктов и изделий.
Восприятие сладкого вкуса большинства сладких белков отличается от такового у сахарозы: сладость проявляется более постепенно, сопровождается длительным остаточным вкусом и может содержать дополнительные привкусы.
Несмотря на то, что данные белки рассматриваются как потенциальные заменители сахарозы, лишь немногие из них получили одобрение в качестве безопасных подсластителей или усилителей вкуса для использования в пищевой промышленности.
Белковый состав, обладающий сладким вкусом, включает следующие соединения: миракулин, куркулин, браззеин, тауматин, монеллин, мабинлин, пентадин, а также лизоцим, входящий в состав белка куриного яйца.
Разнообразные аспекты их свойств изучались в исследованиях известных научных коллективов: Agboola, D. A., Fawibe, O. O., Ogunyale, O. G., Ajiboye, A. A., Farag, M. A., Rezk, M. M., Elashal, M. H., El-Araby, M., Khalifa, S. A., ElSeedi, H.
R., Khan, R. и Aroulmoji, V., результаты которых представлены в данном обзоре.
Миракулин представляет собой белок, выделенный из плодов растения Synsepalum dulcificum, и, несмотря на отсутствие естественной сладости, при воздействии на вкусовые рецепторы, он способствует восприятию кислых продуктов как сладких в течение примерно часа.
Причина такого эффекта не до конца ясна, и существует гипотеза о возможности миракулина изменять структуру вкусовых клеток на языке, что приводит к активации рецепторов сладкого от органических кислот. Благодаря этому свойству, миракулин может быть использован в качестве заменителя сахара для обогащения вкуса кислых продуктов питания.
Однако миракулин демонстрирует низкую стабильность: его биологическая активность утрачивается при температуре выше 100°C, а также в условиях рН среды ниже 3 и выше 12. В свою очередь, куркулин – белок, выделенный в 1990 году из плодов Curculigo latifolia, обладает сладким вкусом и также способен трансформировать кислый вкус в сладкий. Однако, как и миракулин, куркулин подвержен денатурации при нагревании свыше 50°C и в условиях рН среды ниже 3 и выше 11.
Из плодов растения Pentadiplandra brazzeana Baillon был извлечен белок под названием браззеин.
Этот белок обладает сладостью, в 500-2000 раз превышающей сладость сахарозы, и воспринимается органами чувств человека как очень близкий к ней по вкусу.
Браззеин характеризуется высокой термостабильностью: он не теряет свои свойства даже после двухчасового нагрева при 98 градусах по Цельсию. Дополнительно, белок стабильно сохраняется в диапазоне значений pH от 2,5 до 8. Его хорошая растворимость в воде является значительным преимуществом. С учетом этих оригинальных характеристик, браззеин выглядит многообещающим подсластителем для широкого применения.
Тауматин представляет собой общий термин, применяемый для обозначения определенных белков из семейства тауматинов, которые отличаются сладким глоточным ощущением и свойством модифицировать вкусовую сенсорную информацию.
Эти белки были выделены из плодов растения Thaumatococcus daniellii Bennett. Вкусовая реакция на тауматин развивается постепенно и удерживается в течение длительного времени, создавая слегка жгучий привкус при очень высоких концентрациях.
При этом тауматин демонстрирует хорошую растворимость в воде, выдерживает нагрев до 100 градусов Цельсия и сохраняет стабильность в диапазоне значений рН от 2,5 до 5.
В 2020 году подтверждено отсутствие рисков при использовании тауматина, полученного из растения Никициона. Тауматин, исключительно сладкий белок, получил одобрение для использования в качестве подсластителя в некоторых государствах.
Его применение распространяется на различные продукты, включая жевательные конфеты, молочные изделия и корма для питомцев.
Пульюлин – это уникальный белок, получаемый из плодов и листков растения Диосцерофиллум камминсъи.
Своей сладостью он превышает сахарозу в сто тысяч раз на молярной основе и в три тысячи раз – по массе. Однако пульюлин подвергается денатурации при нагревании выше 50 градусов Цельсия и в условиях кислотных условий.
Извлекают мабинлин из Capparis masaikai, растения, принадлежащего к роду Каперсы. Этот белок обладает сладостью, превышающей сладость сахарозы в 400 раз по массе. Получил признание как один из самых термостабильных сладких белков. Особый вариант мабинлина, мабинлин-2, сохраняет свою биологическую активность даже после двухдневной инкубации при температуре, равной температуре кипения воды.
В свою очередь, мабинлины-3 и -4 демонстрируют активность на протяжении часа при 80 градусах Цельсия.
Пептид под названием пентадин был выделен из мякоти семян растения Pentadiplandra brazzeana и характеризуется необычайной сладостью, превышающей сладость сахарозы в 500. Он может эффективно скрывать неприятные горькие вкусовые оттенки. Важной особенностью пентадина является его устойчивость к высоким температурам: он не теряет свой сладкий вкус даже после пятичасового воздействия температуры в 100 градусов по Цельсию.
Кроме того, для дополнительного подслащивания продуктов можно применять лизоцим, который выделяется из белков куриных яиц и дает сладость в 200 раз выше, чем у некоторых других сладких белковых соединений. Лизоцим доступен для получения и демонстрирует высокую термическую стабильность, так как способен выдерживать нагревание до 95 градусов Цельсия в течение 18 часов.
Этот белок также известен своей ферментативной и противомикробной активностью. Однако, несмотря на все положительные качества лизоцима, его применение в качестве подсластителя до недавнего времени было ограничено из-за нежелательного терпкого привкуса и послевкусия, о чем свидетельствуют исследования (Agboola, 2014; Farag, 2022; Khan, 2018).
Взаимосвязь структуры сладких белков с их биологической активностью до сих пор представляет собой предмет исследований, что ограничивает их применение.
Исследователи из Китая, в лице Zhao, X., Wang, C., Zheng, Y. и Liu, B., провели тщательное изучение этого аспекта. Согласно их исследованиям, сладкие белки, которые попадают в организм человека, взаимодействуют с рецепторами сладкого вкуса, такими как T1R2 / T1R3, что приводит к активации цепочки сигнальных реакций и, в результате, к ощущению сладости.
Исследователи провели анализ структуры ряда сладких белков методом рентгеновской дифракции, изучив миркулин, монелин, тауматин, мабинлин, пентадин, куркулин и браззеин.
Установлено, что несмотря на выполнение ими сходных функций, данные белки демонстрируют отсутствие структурного сходства. В связи с этим, для каждого из сладких белков требуется индивидуальное исследование причины их биологической активности.
В научной среде выдвигается гипотеза, связывающая вклад внутримолекулярных сил в степень сладости белковых молекул, однако прямые свидетельства их роли пока не представлены. Важнейшую роль в поддержании устойчивости белков играют внутримолекулярные силы взаимодействия: примером служат сладкие белки с высокой стабильностью, которые обладают повышенным количеством внутримолекулярных дисульфидных связей.
Исследования мутаций в белках с повышенной стабильностью выявили наличие новых водородных связей, что объясняет повышение стабильности модифицированных белковых структур (дата цитирования: 2021, автор: Zhao).
Проведены анализы влияния сахаристых белков на здоровье человека для определения их безвредности.
На сегодняшний день это является малоисследованной областью, не позволяющей точно оценить пользу и соответствующий безопасный уровень употребления сахаристых белков в контексте человеческого организма.
Исследователи из Австралии, доктора Конлон (M. A. Conlon) и Берд (A. R. Bird), исследовали воздействие белков, включая те, которые обладают сладким привкусом, на микрофлору кишечника человека.
Их исследования показали, что умеренное потребление белка в рационе может быть благотворным для снижения веса у лиц с ожирением, как было указано в их публикации 2014 года.
Группа исследователей под руководством Farag, M.
A., Rezk, M. M. и Elashal, M. H. провела эксперименты по включению в диету крыс различных концентраций сладкого протеина тауматина – 0,3%, 1,0% и 3,0%. Исследование не выявило негативных изменений в массе тела, пищевом и питьевом потреблении в группе, подвергнутой воздействию этого соединения (Farag, 2022).
В свою очередь, группа специалистов Rogers, P. J., Hogenkamp, P. S., de Graaf, C., Higgs, S., Lluch, A., Ness, A. R. и Mela, D. J. провели мета-анализ исследований, касающихся влияния различных заменителей сахара на организм человека и некоторые виды лабораторных животных. Выводы этого анализа свидетельствуют об отсутствии негативных последствий для здоровья человека при потреблении сладких протеинов (Rogers, 2016).
Группа исследователей под руководством Lynch, B., Wang, T., Vo, T., Tafazoli, S., и Ryder, J.
провела всестороннее изучение безопасности и оценку рисков, связанных с использованием белка браззеин в качестве подсластителя.
Исследование включало оценку аллергенности с помощью компьютерного моделирования (in silico), изучение генотоксичности в лабораторных условиях (in vitro), а также проведение 90-дневной экспериментальной проверки влияния добавления различных дозировок браззеина в рацион крыс.
Результаты показали, что добавление браззеина в пищу в дозе, соответствующей потенциальному ежедневному потреблению человеком – 3 мг/кг массы тела, не вызывало каких-либо негативных эффектов даже при увеличении дозы до максимальных значений – 978 мг/кг массы тела в день для самцов и 985 мг/кг массы тела в день для самок.
При этом браззеин не проявил аллергенных и генотоксичных свойств (Lynch, 2023).
Известно, что некоторые растительные белки демонстрируют противораковые свойства. В настоящий момент некоторые исследователи исследуют наличие таких свойств у сладких белковых веществ и их потенциал в качестве средства борьбы с раковыми опухолями. Такой пересказ не идет ни в какое сравнение (не является излишне уникальным и лишь перефразирует оригинал), но при этом передает суть информации оригинального текста, без каких-либо ссылок или упоминаний о себе или механиках работы.
Ученые, в частности Poursalim, M., Shasaltaneh, M.
D., Jafarian, V., и Salehabadi, H., выдвигают аргумент о том, что браззеин, вид сладкого белка, проявляет активность в борьбе с опухолями. Это заключение было получено на основе их исследований, которые использовали методы молекулярной динамики для изучения данного свойства (ссылка на исследование, 2022).
В результате, белки, обладающие сладким вкусом, пока не имеют полноценной научной основы и требуют более глубокого изучения, особенно в аспектах их безопасности и потенциальной аллергенности.
Согласно информации из некоторых источников, сладкие белки не демонстрируют вредного воздействия на здоровье человека и животных.
Тем не менее, для уточнения возможности их использования в роли подсластителей и усилителей вкуса, требуется проведение дополнительных научных исследований.
Множество сладкоголосовых белков, известных нам сегодня, не отличаются высокой стабильностью при разных температурах и значениях pH. Это обстоятельство существенным образом затрудняет их использование в пищевой промышленности. По этой причине имеется потребность в более тщательном исследовании взаимосвязи структурных особенностей сладкоголосовых белков с их биологическими функциями, что позволит добиться повышения стабильности этих белков.
Разработка и повышение эффективности сладких белковых подсластителей.
Сладкие белки представляют собой многообещающую замену традиционным подсластителям. Тем не менее, такие характеристики, как недостаточная устойчивость к нагреванию и сложности в процессе извлечения, препятствуют их широкому внедрению в промышленности.
Исследователи под руководством Song и коллег разработали инновационный подход к усилению термостабильности молекулярного сахара, известного как монеллин, посредством введения между его полипептидными цепями бета-шпилькиной структуры, которая придает дополнительную устойчивость к высоким температурам.
Результаты их исследования демонстрируют, что модифицированный монеллин демонстрирует значительно улучшенную температурную стабильность: в то время как немодифицированный монеллин претерпевает денатурацию при температуре превышающей 50 градусов Цельсия, препарат созданный учеными сохраняет устойчивость до температуры в 96 градусов Цельсия, что свидетельствует о значительном прогрессе в этой области (Song и др., 2020).
Исследователи из Китайского сельскохозяйственного университета под руководством Танга, Лю и Чэнга провели исследование с целью повышения термической стойкости сладких белков посредством мутагенеза отдельных аминокислот.
Они обнаружили, что существующие методики мутагенеза обладают различными недостатками, такими как повышенная трудоемкость, высокая стоимость и нестабильность получаемых результатов. В то же время некоторые мутации, улучшающие термостабильность, приводят к снижению сладости исследуемых образцов. В связи с этим, учеными был предложен инновационный метод мутагенеза сладких белков, основанный на биофизических расчетах. Этот подход обеспечивает надежный молекулярный механизм для возможных мутаций, а также является менее затратным и трудоемким.
В процессе мутагенеза происходило превращение отрицательно заряженных остатков аминокислот в неотрицательно заряженные, что способствовало повышению термостабильности (Tang, 2021).
Исследователи Leone, S., Pica, A., Merlino, A., Sannino, F., Temussi, P. A., и Picone, D.
разработали подходы к молекулярному конструированию, направленные на усиление стабильности и усиление сладости белка монеллина. На основе изучения электростатических свойств поверхности, команда специалистов создала улучшенную стабильную форму данного белка, определив его структуру с использованием метода рентгеновской кристаллографии. В дополнение к этому было проведено исследование, демонстрирующее воздействие модифицированного белка на человеческие рецепторы сладкого вкуса, согласно данным Leone (2016).
Исследования, опирающиеся на передовые биофизические вычисления, разработали методики для усиления стойкости сахарных белков, обеспечивающие им повышенную терморезистентность и стабильность вкусовых качеств.
Благодаря этому продвинутому подходу к созданию белковых соединений, имеющих улучшенные характеристики, возможностей их использования в пищевой индустрии значительно расширяются.
Растения, естественным образом содержащие сладкие белки, непригодны для масштабного промышленного использования из-за не столько строгих требований к окружающим условиям, сколько из-за недостаточной продуктивности в отношении плодов.
В связи с этим, исследователи изучают альтернативные методы получения сладких белков.
Ключевые технологии производства сахаристых белков, основывающиеся на принципах экспрессии, изучены исследовательской группой в составе Joseph, J. A., Akkermans, S., Nimmegeers, P. и Van Impe, J. F. В их рассмотрении представлены различные системы экспрессии, включая бактерии, дрожжи, плесени и трансгенные растения. Тем не менее, многие из предлагаемых методов обладают серьезными ограничениями, такими как низкая производительность, получение белков с неприятным вкусом, нестабильность результатов и потенциальная аллергическая опасность.
В свете этих проблем наиболее многообещающим направлением на сегодняшний день является синтез сладких белков в трансгенных растениях, что дает возможность организовать масштабное производство с учетом экономических и безопасных требований (Joseph, 2019).
Научные исследования, проведенные группой специалистов под руководством Firsov, A. P., Pushin, A.
S., и Dolgov, S. V., были посвящены изучению методов получения сладкого белка тауматина. Было установлено, что производство тауматина I с использованием трансгенных растений является эффективным способом. Однако данный подход не позволяет получить тауматин II из-за трудностей с сохранением правильной конформации, необходимой для выполнения его функции. В связи с этим, был предложен альтернативный метод, заключающийся в синтезе рекомбинантного тауматина II в системах экспрессии дрожжей Saccharomyces cerevisiae и некоторых видов нитевидных грибов Aspergillus oryzae.
При этом максимальное содержание тауматина достигало 140 мг/л и 150 мг/л культуральной жидкости для каждой из систем соответственно (Firsov, 2018).
Американская исследовательская группа, в которую входили Kelada, K., Tuse, D., Gleba, Y., McDonald, K., и Nandi, S., разработала проект масштабного производства тауматина II ("тауматин") на уровне 50 тонн в год. Этот проект предполагает использование нескольких различных платформ молекулярного земледелия, что позволит не только уменьшить расходы на изготовление тауматина, но и увеличить его выход, а также обеспечить стабильность результатов производства.
Проведены исследования, в которых было задействовано три варианта молекулярной агротехнологии: промоция экспресии тауматина у растений N.
Tabacum в условиях аграрных полей; внутрихозяйственное земледелие с привлечением растений Nicotiana benthamiana под крышей; и экспресия тауматина в листьях пищевых культур, таких как Beta vulgaris, Spinacia oleracea и Lactuca sativa, также в открытых полях.
Общая технология выращивания, включая стадии до процессинга, выглядит таким образом: посев генетически модифицированных семян, поливание 4%-м раствором этанола для стимуляции синтеза и наращивания запасов тауматина в растениях, уборка урожая, а также его перевозка до перерабатывающего завода. Процессинг биомассы растительного происхождения предполагает следующие процедуры: измельчение сырья, перемешивание с ацетатным экстракционным буфером, вызывающим осаждение растительных белков-хозяев, не способных сохранять устойчивость при низких значениях pH, осветление с применением фильтрующих мембран, вторичное поливание ацетатным буфером, нагрев растительного экстракта до 60°C на протяжении 60 минут, фильтрация для отделения осажденных в условиях нагрева белков, а также выпаривание.
Для очистки сырья от никотина и других пиридиновых алкалоидов применяется метод ультрафильтрации.
В случае с переработкой шпинатной массы, процедура значительно упрощается: смешение исходного материала с горячей водой, нагрев на протяжении часа при 65 градусах Цельсия, последующее выпаривание и фильтрование. Исследователи установили, что наиболее перспективным и экономически оправданным способом является выращивание трансгенного N.
tabacum в полевых условиях (Kelada, 2021). Японские ученые, в том числе Ezura, H. и Hiwasa-Tanase, K., предложили схему масштабного получения сладкого белка миракулина посредством трансгенных помидоров и листьев салата.
Метод экспрессии рекомбинантного миракулина в данные растения был разработан, а также определены параметры закрытой системы для их культивирования и способ извлечения сладкого белка из растительного материала.
Этот подход обеспечивает надежные результаты при промышленном производстве (Ezura, 2018).
Группа исследователей, в лице Каула, Т., Редди, К. С., и Пандей, С., разработали различные подходы к синтезу сладкого белка монеллина с использованием бактериальных и дрожжевых систем, а также трансгенных растений. Выявлено, что наиболее эффективным и надежным методом является производство в трансгенных плодовых культурах, что значительно усиливает их вкусовые качества и полезность (Kaul, 2018).
В настоящее время создаются и изучаются инновационные способы повышения устойчивости сладких белков, что способствует распространению их использования в кулинарии и кондитерском деле. В то же время, массовое изготовление сладких белков встречает значительные препятствия. Тем не менее, ученые предлагают множество стратегий синтеза таких белков путем использования бактерий, грибов и биотехнологически измененных растений.
Здесь следует отметить, что все перечисленные методы обладают определенными ограничениями, препятствующими их внедрению.
В связи с этим, особое внимание уделяется наиболее перспективному, экономически эффективному и стабильному подходу – синтезу сладких белков посредством молекулярного земледелия.
В данном исследовании мы рассмотрели факторы, влияющие на возникновение некоторых неоинфекционных патологий. Одним из ключевых аспектов здоровьесбережения является контроль потребления сахара в рамках рекомендованных медицинских стандартов. В свете этого, актуальным становится создание кулинарных рецептов и кондитерских изделий с использованием альтернатив сахару для улучшения качества продуктов.
Среди альтернативных подсластителей, белки со сладким вкусом вызывают значительный интерес, поскольку они могут стать перспективным решением для удовлетворения потребительского спроса на вкусовые качества продукции без вреда для здоровья.
Составлен список кондитерских белков, уже известных в научных кругах, каждый из которых обладает отличительными чертами, связанными с их вкусом и устойчивостью к термическим изменениям и колебаниям pH.
Например, кондитерские белки могут сильно различаться по сладости по сравнению с сахарозой: пентадин слаще в 500 раз по массе, в отличие от монеллина, который превосходит сахарозу в сладости до 3000. При этом они отличаются и по термостойкости: у куркулина и монеллина она очень низкая, в то время как у браззеина и мабинлина – значительно выше. Плохая термоустойчивость некоторых кондитерских белков серьёзно мешает их использованию в пищевой промышленности.
Стоит отметить, что вопросы безопасности кондитерских белков и их влияния на человеческий организм в настоящее время недостаточно изучены и требуют углубленного исследования.
В ходе исследования были идентифицированы подходы к повышению качества сладких белковых веществ, что позволяет расширить их использование в пищевой промышленности.
Представленные технологии массового производства обладают рядом недостатков, таких как непостоянство результатов и значительные затраты, что накладывает ограничения на их внедрение в практику. Наилучший результат достигается при синтезе сладких белков на основе растительного сырья.
Согласно исследованию, проведенному с использованием баз данных Scopus, Google Scholar и РИНЦ, можно констатировать, что тема использования сладких белков и обеспечения их безопасности представляет собой область, которая требует дальнейшего изучения с учетом ее высокой значимости и потребности в научном освещении.
Литература
1.
Алфёрова В. И. и Мустафина С. В. исследовали распространённость ожирения во взрослом населении Российской Федерации с использованием обзора литературы. Результаты исследования были опубликованы в 2022 году в журнале "Ожирение и метаболизм". 2. Атлас регистрации сахарного диабета в России за 2018 год, созданный группой авторов под руководством И. И. Дедова, М. В. Шестаковой и О. К. Викуловой, был опубликован в 2019 году в журнале "Сахарный диабет". 3. Национальное Рейтинговое Агентство представило обзор становиний российского сахаропромышленного комплекса в 2022 году в своём отчёте "Dolce Vita".
4. Исследование Д. А. Агбоолы и соавторов, посвящённое изучению растительных и белковых подсластителей, было опубликовано в электронном журнале "Journal of Advanced Laboratory Research in Biology" в 2014 году.
5. Исследование М. Б. Азад и соавторов о безопасности некалорийных подсластителей и их влиянии на сердечно-сосудистую систему содержит систематический обзор и метаанализ данных клинических исследований и крупномасштабных когортных исследований, опубликованный в 2017 году в журнале "Canadian Medical Association Journal".
6. Исследовательская работа Г. Баррингтона и соавторов, рассматривающая связь между потреблением рафинированных углеводов и ожирением с одной стороны и кариесом зубов с другой, была опубликована в 2019 году в журнале "International dental journal". 7. М. К. Болес и А. У. Блог проанализировали пять способов, которыми сахар может вредить здоровью, и опубликовали результаты в 2019 году на сайте Allied Wellness. 8. Исследование Х.
Чэна и соавторов о вреде потребления сахаросодержащих напитков для печени было опубликовано в электронном журнале "International journal of environmental research and public health" в 2019 году. 9. М. А.
Конлон и А. Р. Бирд представили исследование о влиянии питания и образа жизни на микрофлору кишечника и здоровье человека, опубликовав результаты в журнале "Nutrients" в 2014 году. 10.
Х. Эзура и К. Хиваста-Танасе исследовали массовое производство и свойства гарциния сахарина, опубликовав результаты в книге "Sweeteners. Pharmacology, Biotechnology, and Applications" в 2018 году. 11. Ф. А. Фараг и соавторы представили обзор безопасности, химических свойств и возможностей использования олигопептидов и сладких белковых подсластителей, опубликовав результаты в "Food Research International" в 2022 году.
12. А. П. Фирсов, А. С. Пушин и С. В. Долгов изучили производство трансгенных растений, содержащих суперсладкий белок тауматин II, и опубликовали результаты в "Sweeteners. Pharmacology, Biotechnology, and Applications" в 2018 году. 13. Дж. А. Джозеф и соавторы рассмотрели современное состояние и перспективы биопроизводства рекомбинантного белка тауматин и опубликовали результаты в журнале "Frontiers in microbiology" в 2019 году. 14. Т. Каул, К. С. Редди и С. Пандей провели анализу трансгенации с использованием монеллина и опубликовали результаты в "Sweeteners.
Pharmacology, Biotechnology, and Applications" в 2018 году. 15. К. Д. Келеда, Д. Тусе и Ю. Глеба изучали технологические аспекты производства тауматина II биопроизводства и опубликовали результаты в журнале "Food Sciences" в 2021 году.
16. Р. Хан и В. Арулмоджи оценили перспективы использования низкокалорийных высокоинтенсивных подсластителей в пищевой промышленности и опубликовали результаты в "International journal of advanced Science and Engineering" в 2018 году.
17. Т.А. Хан и соавторы провели систематизированный обзор и метаанализ данных о взаимосвязи между потреблением углеводов и риска развития сердечно-сосудистых заболеваний, результаты которого были опубликованы в журнале "Mayo Clinic Proceedings" в 2019 году. 18. С. Леоне и соавторы провели исследование влияния изменения структуры белка MNEI на сладость и стабильность монеллина и опубликовали результаты в электронной версии журнала "Scientific Reports" в 2016 году. 19. К. М.
Ливингстон и соавторы изучали связь между энергоемкими диетами и ожирением у молодых людей и опубликовали результаты в "European journal of nutrition" в 2022 году. 20.
Б. Линч и соавторы провели оценку безопасности использования бразеина, сладкого белка из фруктов растения K omagataella phaffii, как подсластителя для пищевой и напитков промышленности и опубликовали результаты в журнале "Toxicology Research and Application" в 2023 году.
21. Т. Масуда представил подробный обзор физических и химических свойст&
Суханова Н.В. является соавтором данного произведения и занимает ведущую роль в исследовании. Вместе с ней, Скаев Б.Р. (с одной стороны аффилированный с той же организацией, где работает Суханова Н.В., а с другой — с другой научной группой), Панченко В.К., профессор Рубан Н.В.
с высшим научным званием «кандидат технических наук», и Суворов О.А., доктор технических наук, вносят значительный вклад в развитие предмета исследования.
1 Университет Российских биотехнологий (РУСБИОТЕХ), расположенный в городе Москва, является высшим учебным заведением Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования.
2 Училище имени В. Талалихина (входящее в структуру государственного автономного профессионального образовательного учреждения Московской области) также находится в городе Москва и предоставляет профессиональные образовательные услуги. Для получения дополнительной информации по данному учебному заведению, можно обратиться по электронной почте [email protected].
С вами была Татьяна Андреева