Свойства и молекулярно-структурные особенности ферментативно-гидролизованных белков горохового изолята и вторичного крахмало-белкового продукта

В ходе исследований изучены функциональные характеристики и молекулярная структура ферментативно-гидролизованного горохового изолята и вторичного крахмало-белкового продукта, полученных методом ферментативной экстракции муки с применением отечественных карбогидраз и протеазы. Установлена взаимосвязь между структурными особенностями белков, их функциональными свойствами и биодоступностью. Изолят содержал 94 % белка, имел светло-кремовый цвет и слабый привкус гороха. По сравнению с изолятом, полученным традиционной щелочной экстракцией, он отличался повышенными показателями растворимости (на 23,40 %), пенообразующей способности (на 35,56 %), жиросвязывающей способности (на 33,48 %), перевариваемости in vitro (на 11,79 %) и увеличенным содержанием β-изгибов в структуре белка (в 2,32 раза). Активность уреазы, в сравнении с исходной гороховой мукой, в исследуемом изоляте снизилась в 5 раз. Увеличение пенообразующей способности белков изолята и снижение стабильности пены связано с высоким содержанием β-структур и со снижением количества α-спиралей. Повышенная пористость частиц белков исследуемого изолята способствовала увеличению растворимости его в воде и атакуемости ферментами желудочно-кишечного тракта, в сравнении с изолятом, полученным традиционным способом. Крахмало-белковый продукт содержал около 75 % крахмала и 10 % белка, обладал молочным цветом, мучнистым вкусом со слабым привкусом гороха. Также в сравнении с мукой продукт имел расщепленную структуру, увеличенные показатели перевариваемости белков in vitro (на 2,81 %), содержания в белке α-спиралей (на 67,90 %), β-изгибов (в 2,37 раза) со снижением количества β-слоя (в 10,12 раза) и активности уреазы. С учетом достигнутых результатов гороховый изолят, полученный ферментативной экстракцией российскими ферментами, целесообразно рекомендовать в качестве белкового ингредиента при изготовлении напитков на растительной основе и продуктов питания с пенной системой, а крахмало-белковый продукт — в технологии изготовления экструзионных снеков.

1. Урубков, С. А., Королёв, А. А., Смирнов, С. О. (2022). Разработка рецептур каш и крупяных продуктов для диетического профилактического питания. Техника и технология пищевых производств, 52(3), 536–544. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2380

2. Ismail, B. P., Senaratne-Lenagala, L., Stube, A., Brackenridge, A. (2020). Protein demand: Review of plant and animal proteins used in alternative protein product development and production. Animal Frontiers, 10(4), 53–63. https://doi.org/10.1093/af/vfaa040

3. Webber, J. (2023). How many CO2 emissions does the meat industry actually produce? Plant based news. Retrieved from: https://plantbasednews.org/opinion/the-long-read/emissions-meat-industry Accessed March 28, 2025.

4. Экспертно-аналитический центр агробизнеса «АБ-Центр». (2024). Прогноз сборов гороха в России в 2024 году. Электронный ресурс: https://abcentre.ru/news/prognoz-sborov-goroha-v-rossii-v-2024-godu?ysclid=m8sn6qjq9e598121550 Дата обращения: 28.03.2025.

5. Куликов, Д. С., Королев, А. А. (2025). Аспекты ферментативной модификации растительных белков. Пищевые системы, 8(1), 22–28. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2024-8-1-22-28

6. Вебер, А. Л., Леонова, С. А. (2024). Изменения биологической и пищевой ценности зерна гороха и фасоли в результате его биоактивации. Вестник МГТУ. Труды Мурманского государственного технического университета, 27(3), 282–293. https://doi.org/10.21443/1560-9278-2024-27-3-282-293

7. Samtiya, M., Aluko, R. E., Dhewa, T. (2020). Plant food anti-nutritional factors and their reduction strategies: an overview. Food Production, Processing and Nutrition, 2, Article 6. https://doi.org/10.1186/s43014-020-0020-5

8. Khodaei, D., Noci, F., Ryan, L. (2025). Optimizing protein bars with whey protein isolate, pea protein isolate, and blue whiting (Micromesistius poutassou) fish protein hydrolysate: A simplex-centroid mixture design study. Food Science and Nutrition, 13, Article e4701. https://doi.org/10.1002/fsn3.4701

9. Leiva-Castro, B., Mamani-Benavente, L., Elías-Peñafiel, C., Comettant-Rabanal, R., Silva-Paz, R., Olivera-Montenegro, L. et. al. (2025). Andean pseudocereal flakes with added pea protein isolate and banana flour: Evaluation of physical — chemical, microstructural, and sensory properties. Foods, 14, Article 620. https://doi.org/10.3390/foods14040620

10. Öztürk, Z., Lille, M., Rosa-Sibakov, N., Sozer, N. (2024). Impact of heat treatment and high moisture extrusion on the in vitro protein digestibility of sunflower and pea protein ingredients. LWT, 214, Article 117133. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2024.117133

11. Wójcik, M., Różyło, R., Schönlechner, R., Berger, M.V. (2021). Physico-chemical properties of an innovative gluten-free, low-carbohydrate and high protein-bread enriched with pea protein powder. Scientific Reports, 11(1), Article 14498. https://doi.org/10.1038/s41598-021-93834-0

12. Nguyen, N. P. M., Marzec, A. (2024). Effect of microwave–vacuum drying and pea protein fortification on pasta characteristics. Processes, 12(11), Article 2508. https://doi.org/10.3390/pr12112508

13. Bustillos, M. A., Jonchère, C., Garnier, C., Réguerre, A. L., Valle, G. D. (2020). Rheological and microstructural characterization of batters and sponge cakes fortified with pea proteins. Food Hydrocolloids, 101, Article 105553. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2019.105553

14. Колпакова, В. В., Куликов, Д. С., Гулакова, В. А., Уланова, Р. В., Бессонов, В. В. (2024). Кисломолочный продукт функционального назначения с гороховым концентратом. Пищевая промышленность, 6, 126–132. https://doi.org/10.52653/PPI.2024.6.6.026

15. Plattner, B. J., Hong, S., Li, Y., Talavera, M. J., Dogan, H., Plattner, B. S. et al. (2024). Use of pea proteins in high-moisture meat analogs: physicochemical properties of raw formulations and their texturization using extrusion. Foods, 13(8), Article 1195. https://doi.org/10.3390/foods13081195

16. Hanley, L., Dobson, S., Stobbs, J., Marangoni, A. G. (2025). Physicochemical and functional characterization of plant protein isolates and their influence on plant-based mozzarella cheese performance. Food Hydrocolloids, 164, Article 111222. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2025.111222

17. Колпакова, В. В., Уланова, Р. В., Куликов, Д. С., Гулакова, В. А., Семенов, Г. В., Шевякова, Л. В. (2022). Показатели качества гороховых и нутовых белковых концентратов. Техника и технология пищевых производств. 52(4), 650–664. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-4-2394

18. Ma, K., Greis, M., Lu, J., Nolden, A., McClements, D., Kinchla, A. (2022). Functional performance of plant proteins. Foods, 11, Article 594. https://doi.org/10.3390/foods11040594

19. Shevkani, K., Singh, N., Chen Y., Kaur, A., Yu, L. (2019). Pulse proteins: Secondary structure, functionality and applications. Journal of Food Science and Technology, 56, 2787–2798. https://doi.org/10.1007/s13197-019-03723-8

20. Nasrabadi, M. N., Doost, A. S., Mezzenga, R. (2021). Modification approaches of plant-based proteins to improve their techno-functionality and use in food products. Food Hydrocolloids, 118, Article 106789. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.106789

21. Lu, Z. X., He, J. F., Zhang, Y. C., Bing, D. J. (2020). Composition, physicochemical properties of pea protein and its application in functional foods. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 60(15), 2593–2605. https://doi.org/10.1080/10408398.2019.1651248

22. Kravchenko, I. V., Furalyov, V. A., Kostyleva, E. V., Sereda, A. S., Kurbatova, E. I., Tsurikova, N. V. et. al. (2024). Effect of different classes of proteases on the techno-functional properties of pea protein isolates. Applied Biochemistry and Microbiology, 60, 106–117. https://doi.org/10.1134/S0003683824010083

23. Kravchenko, I. V., Furalyov, V. A., Pshennikova, E. S., Kostyleva, E. V., Sereda, A. S., Kurbatova, E. I. et. al. (2024). The effect of various domestically produced proteolytic enzyme preparations on the organoleptic properties of pea protein isolates. Applied Biochemistry and Microbiology, 60(4), 656–662. https://doi.org/10.1134/S0003683824604335

24. Колпакова, В. В., Фан, К. Ч., Гайворонская, И. С., Чумикина, Л. В. (2023). Свойства и структурные особенности белков нативных и модифицированных концентратов из белого и коричневого риса. Пищевые системы, 6(3), 317–328. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2023-6-3-317-328

25. Дегтярев, И. А., Гаравири, М., Фоменко, И. А., Вострикова, Н. Л., Машенцева, Н. Г. (2025). Сравнение функционально-технологических свойств и аминокислотного состава изолятов белка растительного происхождения. Вестник Крас-ГАУ, 2(215), 202–215. https://doi.org/10.36718/1819-4036-2025-2-202-215

26. Василевская, Е. Р., Арюзина, М. А., Ахремко, А. Г. (2022). Биоконверсия in vitro: сравнение мультиферментных систем INFOGEST 2.0 и протокола Покровского-Ертанова. Все о мясе, 6, 44–49. https://doi.org/10.21323/2071-2499-2022-6-44-49

27. Zhao, H., Shen, C., Wu, Z., Zhang, Z., Xu, C. (2020). Comparison of wheat, soybean, rice, and pea protein properties for effective applications in food products. Journal of Food Biochemistry, 44, Article e13157. https://doi.org/10.1111/jfbc.13157

28. Lv, T., Wang, Y., Pan, D., Cao, J., Zhang, X., Sun, Y., et. al. (2017). Effect of trypsin treatments on the structure and binding capacity of volatile compounds of myosin. Food Chemistry, 214, 710–716. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2016.07.115

29. Jeong, M.-S., Cho, S.-J. (2024). Effect of pH-shifting on the water holding capacity and gelation properties of mung bean protein isolate. Food Research International, 177, Article 113912. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2023.113912

30. Stawoska, I., Wesełucha-Birczyńska, A., Skoczowski, A., Dziurka, M., Waga, J. (2021). FT-Raman spectroscopy as a tool to study the secondary structures of wheat gliadin proteins. Molecules, 26(17), Article 5388. https://doi.org/10.3390/molecules26175388

31. Wiercigroch, E., Szafraniec, E., Czamara, K., Pacia, M. Z., Majzner, K., Kochan, K. et al. (2017). Raman and infrared spectroscopy of carbohydrates: A review. Spectrochimica Acta. Part A, Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 185, 317–335. https://doi.org/10.1016/j.saa.2017.05.045

32. Volant, C., Gilet, A., Beddiaf, F., Collinet-Fressancourt, M., Falourd, X., Descamps, N. et al. (2020). Multiscale structure of starches grafted with hydrophobic groups: A new analytical strategy. Molecules, 25(12), Article 2827. https://doi.org/10.3390/molecules25122827

33. Hunt, N. T. (2024). Using 2D-IR spectroscopy to measure the structure, dynamics, and intermolecular interactions of proteins in H2O. Accounts of Chemical Research, 57(5), 685–692. https://doi.org/10.1021/acs.accounts.3c00682

34. Yu, D., Zhang, X., Zou, W., Tang, H., Yang, F., Wang, L. et al. (2021). Raman spectroscopy analysis of the effect of electrolysis treatment on the structure of soy protein isolate. Journal of Food Measurement and Characterization, 15, 1294–1300. https://doi.org/10.1007/s11694-020-00716-6

35. Guo, J., Jiang, S., Lu, B., Zhang, W., Zhang, Y., Hu, X. et al. (2025). Exploring the potential of microscopic hyperspectral, Raman, and LIBS for nondestructive quality assessment of diverse rice samples. Plant Methods, 21(1), Article 25. https://doi.org/10.1186/s13007-025-01345-0

36. Kuhar, N., Sil, S., Umapathy, S. (2021). Potential of Raman spectroscopic techniques to study proteins. Spectrochimica Acta. Part A, Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 258, Article 119712. https://doi.org/10.1016/j.saa.2021.119712

37. Nawrocka, A., Krekora, M., Niewiadomski, Z., Szymańska-Chargot, M., Krawęcka, A., Sobota, A., Miś, A. (2020). Effect of moisturizing pre-treatment of dietary fibre preparations on formation of gluten network during model dough mixing — A study with application of FT-IR and FT-Raman spectroscopy. LWT, 121, Article 108959. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2019.108959

38. Fernández Sosa, E. I., Chaves, M. G., Quiroga, A. V., Avanza, M. V. (2021). Comparative study of structural and physicochemical properties of pigeon pea (Cajanus cajan L.) protein isolates and its major protein fractions. Plant Foods for Human Nutrition, 76, 37–45. https://doi.org/10.1007/s11130-020-00871-7

39. Wang, D., Du, H., Dang, X., Zhao, Y., Zhang, J., Liu, R. et al. (2024). Enzymatic hydrolysis processing of soybean meal altered its structure and in vitro protein digestive dynamics in pigs. Frontiers in Veterinary Science, 11, Article1503817. https://doi.org/10.3389/fvets.2024.1503817

40. Parmar, N., Singh, N., Kaur, A., Virdi, A., Shevkani, K. (2017). Protein and microstructure evaluation of harder-to-cook and easy-to-cook grains from different kidney bean accessions. LWT-Food Science and Technology, 79, 487–495. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2017.01.027