Белковый гидролизат как источник биоактивных пептидов в пищевой продукции диабетического питания

Белковые гидролизаты являются перспективным активным компонентом в специализированных продуктах питания. Благодаря наличию в их составе биоактивных пептидов с ингибирующей ферменты активностью, белковые гидролизаты проявляют различные физиологические эффекты. Целью исследований является установление потенциальной гипогликемической активности белкового гидролизата желудков цыплят-бройлеров в молочной сыворотке, а также разработка на его основе напитка для больных сахарным диабетом. Методом УВЭЖХ в сочетании с масс-спектрометрией была проведена оценка белковых гидролизатов, полученных из микробной ферментации мышечных желудков цыплят-бройлеров в молочной сыворотке. При помощи базы данных BioPep определялось молекулярно-массовое распределение пептидов в гидролизатах, а также были выявлены биоактивные пептиды, проявляющие ингибирующую активность в отношении ферментов дипептидилпептидазы‑4 и амилазы. На основе полученных гидролизатов в программе Excel были смоделированы рецептуры напитков для пациентов с сахарным диабетом с учетом рекомендаций по питанию для данной группы населения. По полученным рецептурам в лабораторных условиях были изготовлены напитки и оценен их вкус. Исследовано влияние напитка на снижение глюкозы в крови у лабораторных животных при однократном введении дозировки 1,3 мл перорально перед основным приемом пищи. Результаты исследований пептидного состава белковых гидролизатов показали наличие в них биоактивных пептидов с подтвержденной по базе BioPep ингибирующей ферменты дипептидилпептидазу‑4 и альфаглюкозидазу активностью — SY, VW, SW. В белковом гидролизате, полученном ферментацией сырья пропионовокислыми бактериями, суммарно оказалось наибольшее количество указанных биоактивных пептидов — 37,1 мг/100 г гидролизата. Напиток, изготовленный на основе белкового гидролизата и лимонного сока, оказался по вкусу более приемлемым для потребителей, чем напиток со вкусом какао. Результаты испытаний in vivo показали, что напиток на основе белкового гидролизата эффективен для снижения сахара в крови как здоровых, так и больных сахарным диабетом крыс. Уровень сахара в крови у здоровых животных в группе Г1 (без использования напитка) повышался на 151% относительно начальных значений, что является более высоким показателем по сравнению с группой Г2 (с использованием напитка), где повышение составило 87%. У больных животных в группе Г3 (без использования напитка) также наблюдался более значительный рост уровня сахара в крови — 61% относительно начальных значений, в то время как в группе Г4 (с использованием напитка) это повышение составило 46%. Таким образом, результаты исследований показали перспективность применения белковых гидролизатов из желудков цыплят-бройлеров в сыворотке в качестве активного гипергликемического компонента в напитках для людей, больных сахарным диабетом, однако необходимо проведение более глубоких исследований, в том числе на репрезентативной группе пациентов.

1. Rivero-Pino, F., Espejo-Carpio, F.J., Guadix, E.M. (2021). Identification of dipeptidyl peptidase IV(DPP-IV) inhibitory peptides from vegetable protein sources. Food Chemistry, 354, Article 129473. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.129473

2. Vaskovsky, A.M., Chvanova, M.S., Rebezov, M.B. (2020). Creation of digital twins of neural network technology of personalization of food products for diabetics. Conference Proceedings — 4th Scientific School on Dynamics of Complex Networks and their Application in Intellectual Robotics, DCNAIR, 251–253, Article 9216776. https://doi.org/10.1109/DCNAIR50402.2020.9216776

3. Тутельян, В.А., Шарафетдинов, Х.Х., Лапик, И.А., Воробьева, И.С., Суханов, Б.П. (2014). Приоритеты в разработке специализированных пищевых продуктов оптимизированного состава для больных сахарным диабетом 2 типа. Вопросы питания, 83(6), 41–51. https://doi.org/10.24411/0042-8833-2014-00060

4. Шарафетдинов, Х.Х., Плотникова, О.А., Назарова, А.М., Кондратьева, О.В. (2017). Специализированные пищевые продукты с модифицированным углеводным профилем в коррекции метаболических нарушений при сахарном диабете 2 типа. Вопросы питания, 86(6), 56–66. https://doi.org/10.24411/0042-8833-2017-00006

5. Кочеткова, А.А., Воробьева, И.С., Воробьева, В.М., Шарафетдинов, Х.Х., Плотникова, О.А., Пилипенко, В.В. и др. (2018). Специализированные пищевые продукты с модифицированным углеводным профилем для диетической коррекции рациона больных сахарным диабетом 2 типа. Вопросы питания, 87(6), 76–88. https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10069

6. Hemker, A.K., Nguyen, L.T., Karwe, M., Salvi, D. (2020). Effects of pressureassisted enzymatic hydrolysis on functional and bioactive properties of tilapia (Oreochromis niloticus) by-product protein hydrolysates. LWT, 122, Article 109003. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2019.109003

7. Sanchez, A., Vazquez, A. (2017). Bioactive peptides: A review. Food Quality and Safety, 1(1), 29–46. https://doi.org/10.1093/fqs/fyx006

8. Bhandari, D., Rafiq, S., Gat, Y., Gat, P., Waghmare, R., Kumar, V. (2020). A review on bioactive peptides: Physiological functions, bioavailability and safety. International Journal of Peptide Research and Therapeutics. 26, 139–150. https://doi.org/10.1007/s10989-019-09823-5

9. Elam, E., Feng, J., Lv, Y.-M., Ni, Z.-J., Sun, P., Thakur, K. et al. (2021). Recent advances on bioactive food derived anti-diabetic hydrolysates and peptides from natural resources. Journal of Functional Foods, 86, Article 104674. https://doi.org/10.1016/j.jff.2021.104674

10. Chen, F., Jiang, H., Lu, Y., Chen, W., Huang, G. (2019). Identification and in silico analysis of antithrombotic peptides from the enzymatic hydrolysates of Tenebrio molitor larvae. European Food Research and Technology, 245, 2687–2695. https://doi.org/10.1007/s00217-019-03381-2

11. Рязанцева, К.А., Агаркова, Е.Ю., Кручинин, А.Г. (2019). Гидролизаты молочной сыворотки как ингредиенты для повышения функциональных свойств молочных продуктов. Молочная река, 4(76), 26–28.

12. Рязанцева, К.А. (2020). Гидролизаты сывороточного белка как источник биологически активных пептидов для включения в функциональные продукты питания. Актуальные вопросы молочной промышленности, межотраслевые технологии и системы управления качеством, 1(1), 475–480. https://doi.org/10.37442/978-5-6043854-1-8-2020-1-475-480

13. Chen, R., Chen, G. (2022). Personalized nutrition for people with diabetes and at risk of diabetes has begun. Journal of Future Foods, 2(3), 193–202. https://doi.org/10.1016/j.jfutfo.2022.06.001

14. Kapoor, M.P., Ishihara, N., Okubo, T. (2016). Soluble dietary fibre partially hydrolysed guar gum markedly impacts on postprandial hyperglycaemia, hyperlipidaemia and incretins metabolic hormones over time in healthy and glucose intolerant subjects. Journal of Functional Foods, 24, 207–220. https://doi.org/10.1016/j.jff.2016.04.008

15. Salas-Salvadó, J., Becerra-Tomás, N., Papandreou, C., Bullo, M. (2019). Dietary patterns emphasizing the consumption of plant foods in the management of type 2 diabetes: A narrative review. Advances in Nutrition, 10(Suppl 4), S320-S331. https://doi.org/10.1093/advances/nmy102

16. Xu, R., Bu, Y.-G., Zhao, M.-L., Tao, R., Luo, J., Li, Y. (2020). Studies on antioxidant and α-glucosidase inhibitory constituents of chinese toon bud (Toona sinensis). Journal of Functional Foods, 73, Article 104108. https://doi.org/10.1016/j.jff.2020.104108

17. Akinyede, A.I., Ayibiowu, E.O., Fakologbon, T., Awolu, O.O., Fagbemi, T.N. (2023). Nutritional assessment, glycemic indices and anti-diabetic potentials of dough meal generated from optimized blends of matured plantain, soya cake and wheat bran flours. Journal of Future Foods, 3(4), 374–382. https://doi.org/10.1016/j.jfutfo.2023.03.008

18. Oyedemi, S.O., Oyedemi, B.O., Ijeh, I.I., Ohanyerem, P.E., Coopoosamy, R.M., Aiyegoro, O.A. (2017). Alpha-amylase and antioxidative inhibition capacity of some anti-diabetic plants used by the traditional healers in Southeastern Nigeria. The Scientific World Journal, 2017, Article 3592491. https://doi.org/10.1155/2017/3592491

19. Wang, C. Y., Zheng, L., Su, G.., Zeng, X.-A., Sun, B., Zhao, M. (2020). Evaluation and exploration of potentially bioactive peptides in casein hydrolysates against liver oxidative damage in STZ/HFD induced diabetic rats. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 68(8), 2393–2405. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.9b07687

20. Wang, Q., Chen, R., Zhang, C., Inam-U-LIah, Piao, F., Shi, X. (2019). NGF protects bone marrow mesenchymal stem cells against 2,5-hexanedione-induced apoptosis in vitro via Akt/Bad signal pathway. Molecular and Cellular Biochemistry, 457(1–2), 133–143. https://doi.org/10.1007/s11010-019-03518-7

21. Lunt, H., Carr, A.C., Heenan, H.F., Vlasiuk, E., Zawari, M., Prickett, T. et al. (2023). People with diabetes and hypovitaminosis C fail to conserve urinary vitamin C. Journal of Clinical and Translational Endocrinology, 31, Article 100316. https://doi.org/10.1016/j.jcte.2023.100316

22. Рябцева, С.А., Храмцов, А.Г., Будкевич, Р.О., Анисимов, Г.С., Чукло, А.О., Шпак, М.А. (2020). Физиологические эффекты, механизмы действия и применение лактулозы. Вопросы питания, 89(2), 5–20. https://doi.org/10.24411/0042-8833-2020-10012

23. Табаторович, А.Н., Резниченко, И.Ю. (2019). Разработка и оценка качества диабетического желейного мармелада «Каркаде», обогащенного янтарной кислотой. Техника и технология пищевых производств, 49(2), 320–329. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2019-2-320-329

24. Zinina, O., Merenkova, S., Galimov, D. (2021). Optimization of microbial hydrolysis parameters of poultry by-products using probiotic microorganisms to obtain protein hydrolysates. Fermentation, 7(3), Article 122. https://doi.org/10.3390/fermentation7030122

25. Khvostov, D.V., Vostrikova, N.L., Chernukha, I.M. (2022). Methodology for the identification of bioactive and marker peptides in the organs of cattle and pigs. Theory and Practice of Meat Processing, 7(2), 118–124. https://doi.org/10.21323/2414-438X-2022-7-2-118-124

26. Tsugawa, H., Nakabayashi, R., Mori, T., Yamada, Y., Takahashi, M., Rai, A. et al. (2019). A cheminformatics approach to characterize metabolomes in stable-isotope-labeled organisms. Nature Methods, 16, 295–298. http://doi.org/10.1038/s41592-019-0358-2

27. Karkischenko, V.N., Skvortsova, V.I., Gasanov, M.T., Fokin, Y.V., Nesterov, M.S., Petrova, N.V. et al. (2021). Inhaled [D-Ala2]-Dynorphin 1–6 prevents hyperacetylation and release of high mobility group Box 1 in a mouse model of acute lung Injury. Journal of Immunology Research, 2021, Article 4414544. https://doi.org/10.1155/2021/4414544

28. Minkiewicz, P., Iwaniak, A., Darewicz, M. (2019). BIOPEP-UWM database of bioactive peptides: Current opportunities. International Journal of Molecular Sciences, 20(23), Article 5978. https://doi.org/10.3390/ijms20235978

29. PeptideRanker. Retrieved from http://distilldeep.ucd.ie/PeptideRanker/ Accessed November 17, 2022

30. Можейко, Л.А. (2013). Экспериментальные модели для изучения сахарного диабета Часть I. Аллоксановый диабет. Журнал Гродненского государственного медицинского университета, 3(43), 26–29.

31. Smith, K., Taylor, G.S., Brunsgaard, L.H., Walker, M., Davies, K.A.B., Stevenson, E. J. (2022). Thrice daily consumption of a novel, premeal shot containing a low dose of whey protein increases time in euglycemia during 7 days of free-living in individuals with type 2 diabetes. BMJ Open Diabetes Research and Care, 10(3), Article e002820. https://doi.org/10.1136/bmjdrc*2022-002820

32. Горячева, М.А., Макарова, М.Н. (2016). Особенности проведения глюкозотолерантного теста у мелких лабораторных грызунов (мыши и крысы). Международный вестник ветеринарии, 3, 155–159.

33. Агаркова, Е.Ю., Рязанцева, К.А., Кручинин, А.Г. (2020). Противодиабетическая активность белков молочной сыворотки. Техника и технология пищевых производств, 50(2), 306–318, https://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-2-306-318

34. Du, X., Jing, H., Wang, L., Huang, X., Wang, X., Wang, H. (2022). Characterization of structure, physicochemical properties, and hypoglycemic activity of goat milk whey protein hydrolysate processed with different proteases. LWT, 159, Article 113257. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2022.113257

35. Yagi, M., Uenaka, S., Ishizaki, K., Sakiyama, C., Takeda, R., Yonei, Y. (2020). Effect of the postprandial blood glucose on lemon juice and rice intake. Glycative Stress Research, 7(2), 174–180. https://doi.org/10.24659/gsr.7.2_174

36. Avila, F., Jimenez-Aspee, F., Cruz, N., Gomez, C., Gonzalez, M. A., Ravello, N. (2019). Additive effect of maqui (Aristotelia chilensis) and lemon (Citrus x limon) juice in the postprandial glycemic responses after the intake of high glycemic index meals in healthy men. NFS Journal, 17, 8–16. https://doi.org/10.1016/j.nfs.2019.09.001