Исследование свойств белковых гидролизатов, полученных из желудков цыплят-бройлеров, как потенциального компонента биоактивных пленочных покрытий

Белковые гидролизаты являются перспективным активным компонентом при получении биоактивных пленочных покрытий для продуктов питания. Некоторые биополимеры способны проявлять биологическую активность, однако чаще для придания пленкам этих свойств необходимо подбирать биологически активные вещества. С другой стороны, не все компоненты позволяют формировать пленки с необходимыми свойствами, в связи с чем возникает необходимость исследования отдельных технологических характеристик используемых компонентов. Целью исследований является установление антиоксидантных и технологических свойств белковых гидролизатов, полученных микробной ферментацией субпродуктов птицы в молочной сыворотке в присутствии бифидобактерий, пропионовокислых бактерий и ацидофильной палочки, как потенциального компонента биоактивных пленочных покрытий для продуктов питания. В качестве контрольного образца использовали гидролизат, полученный ферментацией без добавления указанных видов бактерий. У белковых гидролизатов оценивали функциональные свойства: антиоксидантную способность методом кулонометрического титрования на кулонометре «Эксперт-006» с использованием аскорбиновой кислоты в качестве эталона, антирадикальную активность методом DPPH на спектрофотометре Jenway 6405 UV/Vis с определением величины IC₅₀. Также выявляли технологические свойства, растворимость, влагоудерживающую, жироудерживающую и жироэмульгирующую способности гравиметрическим методом. Кроме того, определяли средний гидродинамический диаметр частиц в белковых гидролизатах на анализаторе размера частиц Microtrac FLEX. Результаты исследований антиоксидантных свойств показали, что антирадикальная активность DPPH в опытных образцах гидролизатов, полученных ферментацией бифидобактериями, была на 14,7% выше по сравнению с контролем; антиоксидантная способность в образцах гидролизатов, полученных ферментацией пропионовокислыми бактериями, на 29,6% превышала аналогичный показатель в контрольном образце. Значение показателя IC₅₀ оказалось наиболее высоким у контрольного образца гидролизата — 2,994 мг/мл, что на 45,5–53,3% выше, чем у опытных образцов гидролизатов. Результаты определения технологических свойств показали, что у белковых гидролизатов, полученных ферментацией разными видами бактерий, они значительно отличаются. Так, наиболее высокие значения жироудерживающей и жироэмульгирующей способностей оказались у гидролизата, полученного ферментацией с бифидобактериями — 351,1% и 61% соответственно, что показывает его потенциал для внесения в состав биокомпозита в виде белково-масляной эмульсии. Высокая растворимость опытных образцов гидролизатов (от 90,1 до 91,4%) позволяет предположить их равномерное распределение в водной фазе при составлении биокомпозита пленки. Таким образом, результаты исследований показали перспективность использования белковых гидролизатов из желудков цыплят-бройлеров в сыворотке в качестве активного компонента биоактивных пленочных покрытий. Антиоксидантные свойства белковых гидролизатов позволяют замедлять процессы окисления основных пищевых нутриентов, что внесет вклад в увеличение сроков хранения продуктов питания, упакованных в биоактивные пленки с данным компонентом.

1. Зинина, О. В., Николина, А. Д., Хвостов, Д. В., Ребезов, М. Б., Завьялов, С. Н., Ахмедзянов, Р. В. (2023). Белковый гидролизат как источник биоактивных пептидов в пищевой продукции диабетического питания. Пищевые системы, 6(4), 440-448. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2023-6-4-440-448

2. Lima, K. O., de Quadros, C. D. C., da Rocha, M., de Lacerda, J. T. J. G., Juliano, M. A., Dias, M. et al. (2019). Bioactivity and bioaccessibility of protein hydrolyzates from industrial byproducts of Stripped weakfish (Cynoscion guatucupa). LWT, 111, 408–413. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2019.05.043

3. Tkaczewska, J. (2020). Peptides and protein hydrolysates as food preservatives and bioactive components of edible films and coatings — A review. Trends in Food Science and Technology, 106, 298–311. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2020.10.022

4. Chaari, M., Elhadef, K., Akermi, S., Akacha, B.B., Fourati, M., Mtibaa, A. C. et al. (2022). Novel active food packaging films based on gelatin-sodium alginate containing beetroot peel extract. Antioxidants, 11, Article 2095. https://doi.org/10.3390/antiox11112095

5. Tanjung, M. R., Rostini, I., Ismail, M. R., Pratama, R. I. (2020). Characterization of edible film from catfish (Pangasius sp.) surimi waste water with the addition sorbitol as plasticizer. World News of Natural Sciences, 28, 87–102.

6. Firouz, S. M., Mohi-Alden, K., Omid, M. (2021). A critical review on intelligent and active packaging in the food industry: Research and development. Food Research International, 141, Article 110113. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2021.110113

7. Rebezov, M., Chughtai, M. F. D., Mehmood, T., Khaliq, A., Tanweer, S., Semenova, A. et al. (2022). Novel techniques for microbiological safety in meat and fish industries. Applied Sciences, 12(1), Article 319. https://doi.org/10.3390/app12010319

8. Huang, T., Qian, Y., Wei, J., Zhou, C. (2019). Polymeric antimicrobial food packaging and its applications. Polymers, 11(3), Article 560. https://doi.org/10.3390/polym11030560

9. 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

10. Matemu, A., Nakamura, S., Katayama, S. (2021). Health benefits of antioxidative peptides derived from legume proteins with a high amino acid score. Antioxidants, 10(2), Article 316. https://doi.org/10.3390/antiox10020316

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

12. Lorenzo, J. M., Munekata, P. E. S., Gómez, B., Barba, F. J., Mora, L., Pérez-Santaescolástica, C. et al. (2018). Bioactive peptides as natural antioxidants in food products — A review. Trends in Food Science and Technology, 79, 136–147. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2018.07.003

13. Loi, C. C., Eyres, G. T., Birch, E. J. (2019). Effect of milk protein composition on physicochemical properties, creaming stability and volatile profile of a protein-stabilised oil-in-water emulsion. Food Research International, 120, 83–91. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2019.02.026

14. Alves, S. G. T., Prudêncio-Ferreira, S. H. (2002). Functional properties of collagenous material chicken feet. Archivos Latinoamericanos de Nutrición, 52(3), 289–293.

15. Sousa, S. C., Fragoso, S. P., Penna, C. R. A., Arcanjo N. M. O., Silva F. A. P., Ferreira V. C. S. et al. (2017). Quality parameters of frankfurter-type sausages with partial replacement of fat by hydrolyzed collagen. LWT-Food Science and Technology, 76(Part B), 320–325. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2016.06.034

16. Mora, L., Reig, M., Toldrá, F. (2014). Bioactive peptides generated from meat industry by-products. Food Research International, 65(Part C), 344–349. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2014.09.014

17. Moraes, M. C., Cunha, R. L. (2013). Gelation property and water holding capacity of heat-treated collagen at different temperature and pH values. Food Research International, 50(1), 213–223. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2012.10.016

18. Li, Z., Wang, B., Chi, C., Gong, Y., Luo, H., Ding, G. (2013). Influence of average molecular weight on antioxidant and functional properties collagen hydrolysates from Sphyrna lewini, Dasyatis akajei and Raja porosa. Food Research International, 51(1), 283–293. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2012.12.031

19. Vichare, R., Hossain, C. M., Ali, K. A., D. Dutta, Sneed, K., Biswal, M. R. (2021). Collagen-based nanomaterials in drug delivery and biomedical applications. Chapter in a book: Biopolymer-Based Nanomaterials in Drug Delivery and Biomedical Applications. Academic Press. 2021. https://doi.org/10.1016/B978-012-820874-8.00008-7

20. Achilli, M., Mantovani, D. (2010). Tailoring mechanical properties of collagenbased Scaffolds for vascular tissue engineering: The effects of pH, temperature and ionic strength on gelation. Polymers, 2(4), 664–680. https://doi.org/10.3390/polym2040664

21. Zareie, Z., Yazdi, F. T., Mortazavi, S. A. (2020). Development and characterization of antioxidant and antimicrobial edible films based on chitosan and gamma-aminobutyric acid-rich fermented soy protein. Carbohydrate Polymers, 244, Article 116491. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116491

22. Wang, L., Ding, J., Fang, Y., Pan, X., Fan, F., Li, P. et al. (2020). Effect of ultrasonic power on properties of edible composite films based on rice protein hydrolysates and chitosan. Ultrasonics Sonochemistry, 65, Article 105049. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2020.105049.

23. Al-Hilifi, S. A., Al-Ibresam, O. T., Al-Hatim, R. R., Al-Ali, R. M., Maslekar, N., Yao, Y. et al. (2023). Development of Chitosan/Whey Protein Hydrolysate Composite Films for Food Packaging Application. Journal of Composites Science, 7(3), Article 94. https://doi.org/10.3390/jcs7030094

24. Меренкова, С.П., Зинина, О.В. (2023). Исследование структуры и микробиологических показателей ферментированных растительных напитков. Ползуновский вестник, 1, 58-64. https://doi.org/10.25712/ASTU.20728921.2023.03.008

25. Hasanzati Rostami, A., Motamedzadegan, A., Hosseini, S. E., Rezaei, M., Kamali, A. (2017). Evaluation of plasticizing and antioxidant properties of silver carp protein hydrolysates in fish gelatin film. Journal of Aquatic Food Product Technology, 26, 457–467. https://doi.org/10.22092/ijfs.2022.127951

26. 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 22. https://doi.org/10.3390/fermentation7030122

27. Brand-Williams, W., Cuvelier, M., Berset C. (1995). Use of a free radical method to evaluate antioxidant activity. LWTFood Science and Technology, 28(1), 20–30. https://doi.org/10.1016/S0023-6438(95)80008-5

28. Assaad, H. I., Zhou, L., Carroll, R. J., Wu, G. (2014). Rapid publication-ready MS-Word tables for one-way ANOVA. Springer Plus, 3, Article 474. https://doi.org/10.1186/2193-1801-3-474

29. Giménez, B., Gómez-Estaca, J., Alemán, A., Gómez-Guillén, M. C., Montero, M. P. (2009). Improvement of the antioxidant properties of squid skin gelatin films by the addition of hydrolysates from squid gelatin. Food Hydrocolloids, 23(5), 1322–1327. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2009.04.005

30. Sathivel, S., Smiley, S., Prinyawiwatkul, W., Bechtel, P. J. (2005). Functional and nutritional properties of red salmon (Oncorhynchus nerka) enzymatic hydrolysates. Journal of Food Science, 70(6), 401–406. http://doi.org/10.1111/j.1365-2621.2005.tb11437.x

31. Riahi, Z., Priyadarshi, R., Rhim, J.-W., Lotfali, E., Bagheri, R., Pircheraghi, G. (2022). Alginate-based multifunctional films incorporated with sulfur quantum dots for active packaging applications. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 215, Article 112519. http://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2022.112519

32. Oliveira Filho, J. G., Rodrigues, J. M., Valadares, A. C. F., de Almeida, A. B., de Lima, T. M., Takeuchi, K. P. et al. (2019). Active food packaging: Alginate films with cottonseed protein hydrolysates. Food Hydrocolloids, 92, 267–275. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2019.01.052

33. Fan, X., Han, Y., Sun, Y., Zhang, T., Tu, M., Du, L. et al. (2023). Preparation and characterization of duck liver-derived antioxidant peptides based on LC–MS/MS, molecular docking, and machine learning. LWT, 175, Article 114479. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2023.114479

34. Sun, J., Zhou, C., Cao, J., He, J., Sun, Y., Dang, Y. et al. (2022). Purification and characterization of novel antioxidative peptides from duck liver protein hydrolysate as well as their cytoprotection against oxidative stress in HepG2 cells. Frontiers in Nutrition, 9, Article 848289. https://doi.org/10.3389/fnut.2022.848289

35. Hu, Z., Cao, J., Liu, G., Zhang, H., Liu, X. (2020). Comparative transcriptome profiling of skeletal muscle from black Muscovy duck at different growth stages using RNA-seq. Genes, 11(10), Article 1228. https://doi.org/10.3390/genes11101228

36. Zhang, C., Wang, Z., Li, Y., Yang, Y., Ju, X., He, R. (2019). The preparation and physiochemical characterization of rapeseed protein hydrolysate-chitosan composite films. Food Chemistry, 272, 694–701. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.08.097

37. da Rocha, M., Alemán, A., Romani, V. P., López-Caballero, M. E., Gómez-Guillén, M. C., Montero, P. et al. (2018). Effects of agar films incorporated with fish protein hydrolysate or clove essential oil on flounder (Paralichthys orbignyanus) fillets shelf-life. Food Hydrocolloids, 81, 351–363. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2018.03.017

38. Kruk, J., Tkaczewska, J., Szuwarzyński, M., Mazur, T., Jamróz, E. (2023). Influence of storage conditions on functional properties of multilayer biopolymer films based on chitosan and furcellaran enriched with carp protein hydrolysate. Food Hydrocolloids, 135, Article 108214. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2022.108214

39. Abdelhedi, O., Salem, A., Nasri, R., Nasri, M., Jridi, M. (2022). Food applications of bioactive marine gelatin films. Current Opinion in Food Science, 43, 206–215. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2021.12.005

40. Salgado, P. R., Fernández, G. B., Drago, S., Mauri, A. N. (2011). Addition of bovine plasma hydrolysates improves the antioxidant properties of soybean and sunflower protein-based films. Food Hydrocolloids, 25(6), 1433–1440. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2011.02.003