Что такое гидролизат белка?

Гидролизаты белков (ГБ) – это смеси отдельных белковых компонентов (пептидов и свободных аминокислот), образуемые в результате реакции гидролиза белка, происходящей с поглощением воды (от греческого: «гидро» – вода + «лизис» – разложение). Полученный состав легче усваивается организмом и имеет высокую питательную ценность. Если говорить о медицинском применении, особенно важное значение ГБ имеют в изготовлении продуктов энтерального лечебного питания.

Преимущества гидролиза белка

В процессе гидролиза белковая молекула расщепляется на фрагменты меньшего размера. При этом образовавшаяся гидролизованная смесь  приобретает ряд новых полезных качеств.

Гидролиз белков является отработанным в течение уже многих десятилетий методом модификации их функциональных особенностей: растворимости, вязкости, эмульгирующих и пенообразующих свойств. И, что особенно важно, повышения их биологической ценности в результате расщепления белка на фрагменты разной молекулярной массы¹.

ГБ обладают следующими преимуществами:

• оказывают меньшую нагрузку на органы пищеварения для переваривания перед усвоением;
• быстро и с высокой эффективностью усваиваются организмом после приема;
• доступны для питания людей с заболеваниями, из-за которых им трудно переваривать обычные белки;
• не содержат нативных белков, способных вызвать аллергию;
• имеют лучшую растворимость, термоустойчивость и высокую устойчивость к осаждению кислотами и ионами металлов².

Три способа получения  гидролизатов

Белок может быть гидролизован при помощи кислот или щелочей (химический гидролиз) либо протеолитических ферментов (ферментативный гидролиз)².

Химический (кислотный и щелочной) гидролиз с трудом поддается регулированию. В результате химического гидролиза получается ГБ с ухудшенными питательными и биологическими свойствами.

При химическом гидролизе возможно разрушение L-форм аминокислот, образование D-форм аминокислот и формирование ряда токсичных веществ, таких как дипептид лизиналанин.

Зато ферментативный гидролиз протекает в мягких условиях: при атмосферном давлении, рН 6–8 (кислотность среды близка к нейтральной), температуре 25–50 °С, – что исключает возникновение условий, при которых происходят разрушение и трансформация аминокислот и другие нежелательные побочные реакции.

Для сравнения заметим, что кислотный гидролиз с применением в качестве катализатора соляной или серной кислоты происходит при нагреве до 100–130 °С и давлении в 2-3 атмосферы.

Аминокислотный состав в ГБ, полученном методом ферментативного гидролиза, идентичен аминокислотному составу исходного белка. То есть содержит полноценный набор аминокислот в оптимальном соотношении, что является особенно важным для производства продуктов энтерального лечебного и диетического питания, в том числе для пациентов с нутритивной недостаточностью¹.

В качестве ферментов применяют следующие вещества:

• пищеварительный панкреатин, трипсин, химотрипсин: они особенно эффективны при обработке молока, наиболее часто используемого сырья для получения гидролизатов с медицинскими целями;
• растительные соединения: фицин, папаин, бромелин;
• бактериальные ферменты: протосублитин, рапидоза;
• вещества, синтезированные при помощи грибковых культур: протооризаны и другие.

Из каких белков производят ГБ?

Свойства гидролизата в значительной степени зависят от вида белкового сырья (животных или растительных белков), используемого для получения такого продукта, которое содержит разные наборы аминокислот.

Белки коровьего молока в силу их высокой питательной ценности и оптимального аминокислотного состава наиболее часто используются для производства ГБ, предназначенных для лечебного и диетического питания. Долгое время основным источником белка для производства таких продуктов служили глубокие гидролизаты казеина.

Однако сегодня, благодаря особенностям аминокислотного профиля, для изготовления медицинских продуктов все чаще используются   сывороточные белки².

Преимущества сывороточных ГБ:

• они содержит больше, чем казеин, аминокислот с разветвленной цепью (ВСАА) лейцина, изолейцина и валина, которые являются эффективными стимуляторами синтеза белка в мышцах. В результате происходит интенсивный набор веса за счет прироста мышечной массы, что особенно важно, например, для больных с раковой кахексией;
• сывороточный протеин содержит иммуноглобулины, повышающие силу иммунного ответа, оказывающие антиоксидантное действие, выступающие в роли транспортных белков по отношению, например, к витамину А².

Как контролируется степень гидролиза белка

Для обеспечения требуемых свойств ГБ и стандартизации их качества процесс гидролиза белка необходимо контролировать.

Наиболее часто используемыми критериями обширности и специфики гидролиза являются:

• степень гидролиза;
• молекулярно-массовое распределение продуктов гидролиза.

В США для характеристики глубины гидролиза белка в соответствии

с требованиями FDA используют отношение количества аминного азота (AN)* в гидролизате к количеству общего азота (TN). ГБ с соотношением AN : TN > 0,62, классифицируют как «гидролизаты  с высокой степенью гидролиза», а ГБ с соотношением AN : TN < 0,62 называют «гидролизаты с низкой степенью гидролиза» или «частичные гидролизаты»³.

(*Показатель AN отражает количество всех аминогрупп в ГБ или в белке, включая свободные аминогруппы аминокислот, пептидов и белков).

Чем обширнее расщепление белка, тем выше степень гидролиза. Для изготовления продуктов лечебного питания оптимальными являются  гидролизаты с высокой степенью гидролиза³.

Наиболее точная характеристика гидролизата

Для изготовления современных продуктов лечебного питания показатель степени гидролиза уже нередко оказывается недостаточным для точной характеристики свойств ГБ в плане содержания в нем отдельных белковых веществ. Более современным и более чувствительным показателем, причем уже не только степени гидролиза, но и других характеристик этого процесса, стал так называемый профиль молекулярно-массового распределения (ММР) в гидролизате сывороточных белков.

Для измерения подобного распределения обычно используют жидкостную хроматографию высокого давления или гельфильтрацию.

ММР выражают в виде доли площади (%), занимаемой определенной азотистой фракцией в общей площади хроматограммы. Содержание азотистых фракций при этом выражается в определенных диапазонах (например, < 500; 500–1000 Да (дальтон) и так далее.

Но есть и недостаток

К сожалению, у белковых добавок в форме ГБ есть недостаток, ограничивающий их применение. И это несмотря на такое важное преимущество этих продуктов, как их легкое и быстрое усвоение в ЖКТ, что делает ГБ  фактически уже частично переваренными  белками,  предпочтительными для пациентов с нарушениями работы кишечника и рядом иных патологий.

В отличие от других протеиновых продуктов – концентратов и изолятов сывороточного белка – гидролизаты белка имеют самую высокую стоимость, поскольку технология их изготовления наиболее сложная и трудоемкая. В то же время в мире идет усовершенствование такой технологии, поэтому можно надеяться, что постепенно ГБ будут становиться более доступными в медицинском и других направлениях использования.    

Литература

1. C l e m e n t e, A . E n z y m a t i c protein hyd r o l ysates in human nutrition / A. Clemente // Trends in Food Science & Technology. – 2000. – № 11. – 254–262.
2. Ю.Я. Свириденко и др. Научно-методические подходы к развитию технологии белковых гидролизатов для специального питания // Пищевая промышленность. № 5. 2017. С. 45.
3. United States Department of Agriculture Food Safety and Inspection Service. Labeling and Consumer Protection. Proprietary Mixture Suppliers and Manufacturers Questions and Answers (March 17, 1995). [Электронный ресурс] – Режим доступа: https: // www.fsis.usda.gov / OPPDE / larc / Ingredients / PMC_QA. htm#PROTEIN%20HYDROLYSATES.
4. Doucet, D. Enzyme-Induced Gelation of Extensively Hydrolyzed Whey Proteins by Alcalase: Peptide Identification and Determination of Enzyme Specificity / D. Doucet [et al] // J. Agric. Food Chem. – 2003. – № 51. –P. 6300–6308.