Білкові гідролізати в харчуванні тварин Промислове виробництво, біоактивні пептиди та функціонал

Анотація

Передумови

Білок - це макромолекула, яка зазвичай складається з двадцяти різних амінокислот (АА), зв’язаних пептидними зв’язками. Селенопротеїни містять селеноцистеїн як рідкісний АА, але вільного селеноцистеїну в клітинах тварин немає. Білок є основним компонентом тканин тварин (наприклад, скелетних м'язів, молочних залоз, печінки та тонкої кишки) та продуктів (наприклад, м'яса, молока, яєць та вовни). Наприклад, вміст білка в скелетних м’язах вирощуваної м’ясної худоби або свиней становить приблизно 70% на основі сухої речовини [1]. Таким чином, адекватне споживання дієтичних білків має важливе значення для максимального зростання, показників виробництва та ефективності годівлі худоби, птиці та риби. Після вживання тваринами в їжу білки, що містяться в кормових інгредієнтах (наприклад, кров’яна, м’ясо-кісткова мука, порошок слизової оболонки кишечника, рибне борошно, соєве борошно, арахісове борошно та бавовняне борошно) гідролізуються до дрібних пептидів - і трипептиди) та вільні АА протеазами та олігопептидазами тонкої кишки [2]; однак типи отриманих пептидів можуть сильно відрізнятися залежно від фізіологічних умов тварин та складу їх раціону. Для послідовного виробництва пептидів з білків тваринних та рослинних джерел перед годуванням використовувались надійні хімічні, ферментативні або мікробні методи для поліпшення їх харчових якостей та зменшення будь-яких пов'язаних з цим факторів анти-нутріції [3, 4]. Останні два методи можуть також поліпшити розчинність, в'язкість, емульгування та гелеутворення пептидів.

У тваринництві високоякісний білок не гідролізується як кормові добавки. Гідролізуються лише побічні продукти тваринного походження, побічні продукти пивоваріння та рослинні інгредієнти, що містять протипоживні фактори, з отриманням пептидів для кормів тварин. Протеази, виділені з різних джерел (включаючи бактерії, рослини та дріжджі), використовуються для ферментативного методу, тоді як інтактні мікроорганізми використовуються для культури при мікробному підході. На сьогоднішній день білкові гідролізати застосовуються в таких різноманітних галузях, як медицина, харчування (включаючи харчування тварин) та біотехнології [5]. Основними цілями цієї статті є висвітлення ферментних та ферментаційних методів промислового приготування білкових гідролізатів та обговорення харчової та функціональної значимості їх біоактивних пептидів у годівлі тварин.

Визначення амінокислот, пептидів та білка

Амінокислоти - це органічні речовини, що містять як аміно-, так і кислотні групи. Всі протеїногенні АА мають α-аміногрупу і, за винятком гліцину, зустрічаються як L-ізомери у тварин та кормів. Пептид визначається як органічна молекула, що складається з двох або більше залишків АА, пов'язаних пептидними зв'язками [2]. Утворення одного пептидного зв’язку призводить до видалення однієї молекули води. У більшості пептидів типові пептидні зв’язки утворюються з α-аміно- та α-карбоксильних груп сусідніх АА. Пептиди можна класифікувати за кількістю залишків АА. Олігопептид складається з 2-20 залишків АА. Ті олігопептиди, що містять ≤ 10 залишків АА, називаються малими олігопептидами (або малими пептидами), тоді як ті олігопептиди, що містять від 10 до 20 залишків АА, називаються великими олігопептидами (або великими пептидами). Пептид, який містить ≥ 21 залишку АА і не має тривимірної структури, називають поліпептидом [6]. Білок складається з одного або декількох високомолекулярних поліпептидів.

білкові

Чотири порядки білкових структур. Білок має (1): первинну структуру (послідовність АА уздовж поліпептидного ланцюга; (2) вторинну структуру (конформація поліпептидного кістяка); (3) третинну структуру (тривимірна структура білка) і (4) четвертинну структуру (просторове розташування поліпептидних субодиниць). Первинна послідовність АА у білку визначає його вторинну, третинну та четвертинну структури, а також біологічні функції

Трихлороцтова кислота (TCA; кінцева концентрація 5%) або хлорна кислота (PCA; кінцева концентрація 0,2 моль/л) можуть повністю осаджувати білки, але не пептиди, з тканин тварин, клітин, плазми та інших фізіологічних рідин (наприклад, рубці, алантоїсні, амніотичні, кишково-просвітні рідини та дигеста) [9, 10]. Етанол (кінцева концентрація 80%) може ефективно осаджувати як білки, так і нуклеїнові кислоти з водних розчинів [11]. Цей метод може бути корисним для видалення водорозчинних неорганічних сполук (наприклад, алюмінію) з білкових гідролізатів. Слід зазначити, що 1% вольфрамова кислота може осаджувати як білки, так і пептиди з ≥ 4 залишками АА [10]. Таким чином, PCA або TCA можна використовувати разом з вольфрамовою кислотою для розрізнення малих та великих пептидів.

Промислове виробництво білкових гідролізатів

Загальні міркування щодо гідролізу білка

Загальні процедури виробництва пептидів із тваринних і рослинних білків. Пептиди (включаючи біоактивні пептиди) можуть бути отримані з білків, що містяться в продуктах тваринного походження (включаючи побічні продукти) або в сировині з рослинних джерел (наприклад, соя та пшениця), шляхом хімічного, ферментативного або мікробного гідролізу. Ці загальні процедури, можливо, доведеться модифікувати для виробництва пептидів залежно від джерел білка та технічних характеристик продукту

Ступінь гідролізу

Білкові гідролізати включають вільні АА, малі пептиди та великі пептиди. Пропорції цих продуктів змінюються залежно від джерел білків, якості води, типу протеаз та виду мікробів. Ступінь гідролізу, тобто ступінь гідролізу білка, вимірюється кількістю розщеплених пептидних зв’язків, поділеною на загальну кількість пептидних зв’язків у білку і помноженою на 100 [3]. Кількість розщеплених пептидних зв'язків вимірюється молями вільних АА плюс молями ТЦА- або РСА-розчинних пептидів. Через відсутність стандартів для всіх пептидів, що утворюються в результаті гідролізу білків, технічно складно визначити кількісні показники пептидів, що виділяються з тваринних, рослинних або мікробних джерел білків. Відсоток АА у вільній формі або пептидній формі розраховується наступним чином:

Коли катаболізм АА обмежений (як при ферментативному гідролізі), відсоток АА у пептидах обчислюється як (загальний вміст АА у вільних від білків АА)/загальний вміст АА у білку х 100%. Високоефективна рідинна хроматографія (ВЕРХ) широко використовується для визначення вільних АА [12]. ВЕРХ та інші аналітичні методи (наприклад, ядерно-магнітно-резонансна спектроскопія, матрична допоміжна лазерна десорбція, час іонізації польоту, мас-спектрометрія, картування пептидів та іонообмінна хроматографія) часто застосовуються для характеристики пептидів у білкових гідролізатах [13, 14]. Коли стандарти доступні, ВЕРХ можна використовувати для аналізу пептидів.

Методи гідролізу білка

Кислотний гідроліз білків

Про кислотний гідроліз білка (желатин) при високій температурі вперше повідомив французький хімік Х. Браконно в 1920 р. Зараз встановлено, що повний гідроліз білка в 6 моль/л HCl відбувається при 110 ° С протягом 24 годин [ 12]. Для отримання пептидів використовується набагато коротший проміжок часу (наприклад, від 2 до 6 год) [3]. Після гідролізу продукт випаровують, пастеризують і сушать розпиленням. Більшість кислотних білкових гідролізатів використовуються як підсилювачі смаку (наприклад, ароматизатори, такі як гідролізований рослинний білок) [5]. Метод кислотного гідролізу білка пропонує перевагу в низькій вартості. Однак цей процес призводить до повного знищення триптофану, часткової втрати метіоніну та перетворення глутаміну в глутамат і аспарагіну в аспартат [5].