Доклад за тенденцията в химията на храните

Резюме

При окисляването на протеините интерес представляват не само механизмите и реакционните продукти, но и как те влияят върху функционалните и сензорни свойства на храните. Мас спектрометрията все повече замества неспецифичната UV и флуоресцентна спектроскопия. И с насочени протеомични подходи, не само могат да се определят отделни окислени аминокиселини, но и селективно окислени триптични пептиди.

Животът в кислородна атмосфера носи със себе си нежелани окисления, които променят структурата и функционалността на биомолекулите. Тези реакции се предизвикват от реактивни кислородни видове (ROS), които включват супероксидния радикал, водородния пероксид и особено реактивния хидроксилен радикал. В живите клетки антиоксидантните ензими като каталаза или супероксиддисмутаза правят ROS безвредни, така че има баланс между образуването и разграждането на ROS. Ако балансът се измести в полза на образуването на ROS, се говори за оксидативен стрес. 1)

Храната е изложена на условия, които се отклоняват от физиологичната норма по отношение на температурата, стойността на рН или околната среда. Следователно, при преработката и съхранението на храни възникват реакции, много от които все още са неизвестни. Познаването им може да помогне да се разберат предизвиканите от окисляването функционални промени в протеините. В допълнение, структурно-ефектните връзки могат да бъдат разпознати по този начин.

Възникват радикали

Както при липидната пероксидация, реакциите на стартиране на веригата могат да бъдат определени за радикално окисление на протеини, при което се образуват протеинови радикали (Фигура 1). 2) В алифатните странични вериги кислородът може да се добави към такива радикали, образувайки пероксилни радикали, които допълнително реагират, образувайки хидропероксиди. По време на размножаването радикалите могат да се прехвърлят в протеина. Хидропероксидите са стабилни до няколко часа, но в крайна сметка се разграждат до хидрокси или кето съединения (Фигура 2).

Хидрокси съединенията също се образуват по време на окисляването на ароматни аминокиселинни странични вериги, като във фенилаланин, тирозин или триптофан. Димеризацията на протеиновите радикали води до омрежване. В допълнение към радикалите се осъществяват 2 - електронни окисления, например върху метионин, при което се образуват метионин сулфоксид и метионин сулфон (Фигура 2). 2) Някои окислени аминокиселини се срещат като междинни продукти в биохимично значими метаболитни пътища, като ароматната аминокиселина кинуренин, метаболитен междинен продукт при разграждането на триптофан.

През последните години работата върху отделни продукти се фокусира върху омрежването, предизвикано от окисляване, като структури като омрежващия продукт на хистидин, показан на фигура 2, са получени предимно от масови спектрометрични данни. 3) Синтезът и характеристиката на веществата все още се очакват. В допълнение са описани нови реакционни пътища, като каталитичната роля на метионин в реакциите на разцепване на пептиди, при които тиоетерната група предава окислително увреждане на протеиновия скелет (Фигура 3). 4)

Ефекти от окисляването на протеини в храните

Храните, увредени от липидната пероксидация, могат да бъдат разпознати по техните сензорни свойства: Те имат вкус на гранясване. Продуктите на окисление на протеини са много по-малко забележими за сетивата, но те също могат да променят аромата. Например, млякото и бирата имат вкус на светлина, когато тези храни са изложени на слънчева светлина. Фотоокисляването на метионин освобождава междинни тиилови радикали, които могат да се димеризират до диметил дисулфид (Фигура 4). 5) В бирата летливият 3-метилбут-2-ен-1-тиол може да се образува след реакция с продуктите от разграждането на горчиви вещества от хмел. 5)

В някои страни от ЕС, но не и в Германия, рибите и домашните птици могат да бъдат третирани с йонизиращо лъчение, за да се запазят. Това създава диметилтрисулфид, който се образува при разграждането на съдържащите сяра аминокиселини. 6) Издава миризма, описана като "гнилостна".

В допълнение към аромата, функционалните свойства се променят поради окисляване на протеините: Окислителното омрежване, главно поради цистина, намалява чувствителността и сочността на мускулното месо. 7)

Ензимните системи с антиоксидантен ефект обикновено са много по-малко активни в храната, отколкото в живите системи или се инактивират чрез обработка (термична обработка, промени в pH). По този начин протеините в преработените храни са по-податливи на окислително разграждане, отколкото при физиологични условия. За да се инхибира липидната пероксидация, се предлагат антиоксиданти, които поради сходните си структури реагират с ROS толкова бързо, колкото липидите и образуват мезомерно стабилизирани радикали. Тъй като обаче някои елементи от структурата на протеините, като тиол или тиоетерни групи, реагират по-бързо с ROS, отколкото предимно мастноразтворимите антиоксиданти, 9) антиоксидантите за липиди не могат да предотвратят окисляването на протеините.

Поради ниските сензорни ефекти на протеиновото окисление в сравнение с липидната пероксидация, тези реакции могат да бъдат полезни: Индуцираните от окисляване реакции на омрежване, които са нежелани в месните продукти, имат емулсионен и гел стабилизиращ ефект в храни като кисело мляко. Например, окисляването на протеини подобрява структурата на веган и вегетариански продукти на базата на протеини. 10)

Окисляване на протеини: разградете се и се усъвършенствайте

Налични са малко данни за концентрациите на продукти от протеиново окисление в храната. От няколко години се наблюдава нарастващ интерес към отделните окислени аминокиселини и групи вещества в храната, като методите от анализа на протеиновото окисление in vivo се прехвърлят върху тях. Досега отделните структури са регистрирани предимно само с малък брой проби. 11,12) За надеждни оценки на експозицията ще е необходимо разширяване на базата данни.

Методът на преработка е определящ за информативната стойност на анализите на окисляване на протеини. За да се анализират отделни окислени аминокиселини, е необходимо те да бъдат отстранени от протеиновия сбор чрез хидролиза (Фигура 5). Това обикновено се прави с помощта на ензимна или хидролиза на солна киселина.

Особено при прилагане на методи от физиологична химия към тестове за храна, методите за съответните матрици трябва да бъдат валидирани. Това е особено трудно при изследване на храни със силно различаващи се матрични влияния. Например хранителните протеини, които се обработват при високи температури и алкални стойности на рН, са склонни да се ковалентно омрежват. Тук ензимната хидролиза достига своите граници.

Някои продукти на окислението не са киселинно стабилни, така че стандартните процеси като хидролиза на солна киселина не са подходящи за тези продукти. Хидролизата на солна киселина може да подведе вашите продукти на реакцията, като метионин сулфоксид от метионин.

Измерете протеиновите карбонили

В миналото протеиновите карбонили се определяха, без да се отчитат в достатъчна степен границите на техния анализ. Определянето на протеиновите карбонили се основава на реакцията на 2,4 - динитрофенилхидразин (DNPH) с карбонилни групи върху протеина; това са главно продуктите ализин и γ - глутамилсемиалдехид (Фигура 2, стр. 55). 13) Решаващо предимство на карбонилационния анализ: Не е необходимо да се хидролизира протеинът, който може да причини артефакти. В анализа обаче се включват само разтворими протеини, а анализът на карбонилирането обхваща само някои от промените, които се случват в протеините поради окислението. Не всички окислени аминокиселини всъщност имат карбонилна структура (Фигура 2).

Поради това авторите на последните публикации все по-често записват отделни окислени аминокиселини в храните. 11,14) Общото съдържание на отделни аминокиселини се определя след хидролиза на протеина и се идентифицират отделни окислени странични вериги, които лесно се окисляват.

Както показва анализът на отделните окислени аминокиселини, метионин сулфоксидът е доминиращата окислена аминокиселина в храните; Окислението на метионин е значително по-ниско при физиологични условия. 11.14)

До три четвърти от остатъците на метионин в храните и фуражите могат да бъдат окислени. 2.12) При физиологични условия метионин сулфоксид редуктазите намаляват натрупването на метионин сулфоксид. Вероятно поради такива ензими и поради условията, на които хранителните протеини са изложени по време на обработката, спектърът на окислените аминокиселини в храната се различава значително от този в живите системи.

Протеомика

Друг начин за анализ на отделни съединения е използването на базирани на протеомика методи. Протеините се хидролизират ензимно до пептиди, например с трипсин, разделени чрез течна хроматография и идентифицирани с масова спектрометрия с висока разделителна способност. Степента на окисление на пептидите може да се определи с помощта на биоинформатичен софтуер за оценка, както и положението на окислението и по този начин отделната окислена аминокиселина в спектрите на фрагментация. 15)

Този метод се използва най-вече за мляко, млечни продукти, месо и месни продукти. Доказано е, че спектърът на окислените аминокиселини в храната е значително по-голям, отколкото беше определен преди пълната хидролиза на протеините. 15)

Най-новото развитие в окислително-редукционната протеомика съчетава маркирането на карбонилни групи и селективното изолиране на реакционните продукти с мас-спектрометрични методи с висока разделителна способност. В допълнение, окисляването на отделни протеини може да бъде открито, ако първо се разделят електрофоретично и след това се прехвърлят в мембрана, използвайки техниката Western blot. След това те реагират с динитрофенилхидразин и получените хидрозони, свързани с протеини, могат да бъдат открити визуално или имунохимично.

Ефекти върху хората

Както при много химически реакции в храната, окисляването на протеини също се обсъжда дали то представлява риск за здравето. Някои учени твърдят, че поглъщането на продукти от окисляване на протеини от храната е „тиха заплаха за човешкото здраве“. 18)

Оксидираните диетични протеини може да не са напълно смилаеми и да пренесат оксидативното увреждане на хората. 2.18) За да се установят взаимоотношения между структура и активност тук, е необходимо да се установи колко хора са изложени на отделните окислени протеини и аминокиселини. Това трябва да включва реакции на окисление, които протичат само в храносмилателния тракт.