Термическим способам приготовления пищи, таким как жарка, выпечка, запекание, гриль и фритюр, свойственно образование ряда токсичных соединений. Самым известным из них является акриламид — потенциальный канцероген и нейротоксин. Избыточное его потребление в составе термически обработанных продуктов повышает риск развития рака.
Наибольшее содержание акриламида обнаружено в чипсах, обжаренном кофе, картофеле фри, выпечке и снеках. Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН предложили способ снижения содержания акриламида в термически обработанных продуктах для повышения их безопасности. Полученные результаты показали высокую эффективность в лабораторных условиях. статье, опубликованной в журнале Foods.
Реакция Майяра – важный процесс в пищевой химии. Происходит она между аминокислотами и редуцирующими сахарами при высоких температурах. Именно благодаря ей получаются хрустящая корочка и характерный аромат жареных и выпеченных продуктов, что существенно влияет на их вкус и запах. Но есть и обратная сторона – реакция Майяра может давать токсичные соединения, в том числе потенциально канцерогенный акриламид, который образуется из аминокислоты аспарагина и сахаров при температуре свыше 120 градусов. оC.
Учёные из Финансового института биотехнологии Российской академии наук и Института биомедицинской химии имени Ореховича предложили использовать фермент микроорганизма. Thermococcus sibiricus, Он предотвращает образование акриламида в пище, разлагая аспартагин.
Мы изучали возможности использования термофильного фермента – L-аспарагиназы для наших целей. Thermococcus Сibiricus эффективно снижает содержание акриламида в пище. В процессе реакции Майяра акриламид образуется при высоких температурах из взаимодействия аминокислоты аспарагина с редуцирующими сахарами. Два подхода предотвращают его образование: создание условий, неблагоприятных для реакции Майяра, и воздействие на исходные соединения для синтеза акриламида. Первая стратегия ограничена: реакция Майяра при термической обработке пищи придает ей вкус, вид и аромат, от которых мы отказываться не готовы. В работе мы использовали второй подход и попытались блокировать синтез акриламида в пище с помощью гипертермофильного фермента, расщепляющего аспарагин до аспарагиновой кислоты и аммиака. — делится ведущий автор работы Мария Думина, кандидат биологических наук, научный сотрудник группы генетической инженерии грибов ФЦ Биотехнологий РАН.
Thermococcus sibiricus Микроорганизм, выделенный из нефтяного месторождения в Западной Сибири, способен расти при повышенных температурах до 80 градусов. оС. В настоящее время представители рода Thermococcus Считаются одними из самых перспективных экстремофильных микроорганизмов с практической точки зрения. Являются источником важных для биотехнологии ферментов, проявляющих высокую активность и стабильность в широком диапазоне условий. Именно возможность применения в высокотемпературных процессах и стабильность стали определяющими при выборе для исследований L-аспарагиназы из микроорганизма. Thermococcus sibiricus.
Исследователи экспрессировали ген L-аспарагиназы Thermococcus sibiricus В клетках, быстро размножающихся в лабораторных условиях, бактерии. Escherichia coli Исследование выделенного фермента выявило его большую активность при температуре в 90 градусов. оИсследователи изучали возможность применения фермента для уменьшения содержания акриламида в пище. Для этого использовалась упрощенная система: «лабораторное тесто» с глюкозно-фруктозным сиропом, аспарагином и крахмалом (вместо муки) выпекалось в силиконовых формочках при 190 градусах. оК опытным образцам добавляли фермент, а контрольным образцам фермента не добавляли.
Включение в выпекаемые образцы термостабильной L-аспарагиназы снизило содержание акриламида на 98,9% по сравнению с контрольными значениями — до 3,52–3,76 мкг/кг. Thermococcus sibiricus Эффективно снижал содержание акриламида при его синтезе как из L-формы аспарагина (главного субстрата фермента), так и из его D-формы. Обратите внимание, что L-аспарагиназа не влияла на синтез меланоидинов, также образуемых в реакции Майяра, поэтому аромат и привлекательный золотисто-коричневый цвет выпечки остались неизменными.
Эффективность фермента пока исследована на упрощённой пищевой системе. Такой подход удобен для анализа влияния различных условий применения: концентрации, температуры, длительности обработки и их комбинаций для достижения высокой эффективности снижения акриламида. Это начало для дальнейших исследований термофильной L-аспарагиназы. — прокомментировал соавтор исследования Станислав Калинин, младший научный сотрудник группы генетической инженерии грибов ФИЦ Биотехнологии РАН.
Среди методов снижения содержания акриламида в пище обработка L-аспарагиназой считается одной из самых эффективных. Её можно применять к разным продуктам и различным видам тепловой обработки – выпечке, жарению, стерилизации и так далее. Термостабильные L-аспарагиназы особенно интересны для этого применения. Поэтому учёные продолжают изучать фермент на реальных продуктах и надеются на будущий успех.
Пресс-служба ФИЦ Биотехнологии РАН предоставила информацию и фотографии.
Источник изображений: фотобанк Freepik и ФЦБИТ РАН.