Біологічні
науки/6. Мікробіологія
Національний університет харчових
технологій, Україна
Мікробна аспарагіназа для зниження канцерогенного акриламіду у харчових
продуктах
Основні напрями
розвитку біотехнології охоплюють широке коло задач, в тому числі одержання біологічно активних речовин для
різних галузей
промисловості. Метаболіти фітопатогенних бактерій можуть застосовуватися у харчовій промисловості [1], так, одним із напрямків їх використання є зниження токсичних сполук у
продуктах харчування.
Останнім часом
велика увага приділяється харчуванню та здоров'ю людини, оскільки неухильно
зростає частка населення, яке потерпає від хвороб, набутих в результаті
неправильного харчування. Їжа – фактор зовнішнього середовища, за допомогою
якого людський організм вступає в тісний контакт з усіма хімічними речовинами
рослинного і тваринного походження [2].
Застосування в
харчовій промисловості сучасних інтенсивних технологій досить часто пов'язане
зі зниженням якості продуктів, а іноді призводить до ризику нанесення
продуктами харчування прямої шкоди організму людини. Це стосується інтенсивних
технологій виробництва сировинних компонентів і самих продуктів із
застосуванням хімічних, гормональних і анаболічних препаратів. Деякі з них не
нейтралізуються за термічної обробки, і, потрапляючи в організм людини,
зумовлюють порушення функціонування органів і систем, утворення ракових пухлин [2, 3].
Одним з джерел
канцерогенів є продукти, які піддаються термічній обробці. Продукти, що містять
вуглеводи, при смаженні виділяють токсичну сполуку акриламід, яка викликає
низку мутацій в ДНК, порушує функціонування нервової системи, печінки і нирок.
У промисловості акриламід використовується для виготовлення пластмас, клею,
фарб, його застосовують для очищення водогінної води від вапна [2].
Дослідження показали, що у жінок, які споживають в день всього лише 40 мкг
акриламіду, а саме стільки його міститься в одній пачці звичайних хлібних
сухариків, приблизно в 2 рази збільшується ризик захворювання на рак матки [4].
Експериментальні дослідження показали, що акриламід має як канцерогенну, так і
тератогенну дію [5].
Акриламід – це
хімічна сполука, яка утворюється природним шляхом при термічній обробці у процесі
приготування таких продуктів, як кава, шоколад, мигдаль, картопля фрі, крекери,
чіпси, каші і хліб, а також при варінні деяких фруктів і овочів. Акриламід
присутній в їжі давно – з тих самих пір, як людина почала її термічну обробку,
але відомо про це стало тільки в квітні 2002 року. Тоді група шведських
вчених опублікувала результати дослідження, яке виявило наявність акриламіду в
деяких печених і смажених стравах. Раніше подібних аналізів не здійснювали,
оскільки ця речовина не є кулінарним інгредієнтом, і ніхто не
припускав, що вона може
міститися в продуктах харчування. В основі утворення
акриламіду
–
хімічна взаємодія редукуючих цукрів (наприклад, глюкози) з вільним аспарагіном
в процесі реакції потемніння [6].
Добове споживання
акриламіду в різних країнах не однакове і залежить від традиційного місцевого
раціону та кулінарних звичок. В західних країнах завдяки широкому поширенню
смажених і печених продуктів із картоплі, печива, хрустких хлібців і кави,
тобто продуктів з високим вмістом акриламіду, він споживається в досить високих
кількостях. За оцінкою JECFA середнє добове споживання акриламіду становить 1 мг/кг маси тіла, а за
даними FDA – 0,4 мкг/кг маси тіла. Для
порівняння – за даними ВОЗ вміст акриламіду в питній воді не повинен перевищувати
0,1-0,5 мкг/л [7].
Вченими названі
продукти харчування, які містять акриламід (рис. 1), а їх споживання також є
одним з факторів розвитку серцевих захворювань, причиною якого є зміна
показників окисленого ліпопротеїну низької щільності і антиоксидантів, якими
надається допомога у виведенні з організму людини акриламіду.
Рис.1.
Вміст акриламіду в продуктах за даними ВОЗ (мкг/кг) [8].
Оскільки видалити
акриламід з харчових продуктів практично неможливо, єдиним шляхом зниження його
концентрації – це мінімізація його утворення. Способи можуть бути різними і
залежать від типу харчового продукту і вмісту в ньому акриламіду. Існує два
методи зниження акриламіду, один з яких – це використання ферменту аспарагінази
(L-аспарагін амідогідролаза, ЕС 3.5.1.1), який каталізує гідролітичне
відщеплення амідної групи в боковому ланцюзі
L-аспарагіну з утворенням аспарагінової кислоти та аміаку. В меншій мірі
каталізує гідроліз L-глутаміну (L-Gln) в L-глутамату (L-Glu), тобто її
спорідненість з L-аспарагіном суттєво вища [9].
Аспарагіназа широко
розповсюдженні в живих організмах – тваринах, рослинах та мікроорганізмах. Для
промислового синтезу цього ферменту використовують різні мікроорганізми,
зокрема фітопатогенні бактерії Pectobacterium carotovorum та Erwinia chrysanthemi. Відомо, що багато ферментів, які мають
аспарагіназну активність, досить специфічні по відношенню до аспарагіну, але
одночасно вони проявляють слабку активність і в реакції з глутаміном, який
будовою дуже схожий із аспарагіном. Дослідження виявили, що аспарагіназа із P.carotovorum та
має нижчу глутаміназну активність (2,6 %) порівняно з аспарагіназою від E. chrysanthemi (10 %) [10].
Аспарагіназа ефективно знижує/запобігає
утворенню канцерогену акриламіду (до 90%) в борошняних кондитерських виробах,
снеках і каві без впливу на їх органолептичні показники. Так, аспарагіназа
сприяє природному зниженню акриламіду: в хрустких хлібцях – до 90%, в печиві –
до 90%, в крекері – до 75%, в картопляних чіпсах, сухих сніданках та ін.) [1].
Проте широкому використанню в харчовій
промисловості перешкоджає висока вартість цього ферменту та малі об'єми його
виготовлення. Так, для біотехнологів постає можливість створення дешевого та
ефективного засобу для зниження канцерогенного акриламіду у харчових продуктах використовуючи при цьому фітопатогенні бактерії.
Література:
1. Krishnapura P.R., Belur
P.D., Subramanya S. A critical review on properties and
applications of microbial l-asparaginases // Crit. rev. in microbiol. – 2015. – № 1. – Р. 1-18.
2. Калинина И. В., Руськина А. А. Современные
подходы в технологии безопасной снэковой продукции //Вестник Южно-Уральского
государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. – 2014. – Т. 2.
– №. 3. – С. 29-36.
3. Лытова С. Ф., Карпова Т. В.
Кулинарные канцерогены пищи //Наука, техника и образование. – 2015. – №. 2 (8).
– C. 7-10.
4. Голинько О. Н., Левицкая Н. П. Проблемы безопасности и
качества хлебобулочных продуктов //Проблеми харчування. – 2013. – №. 1. – С.
16-26.
5. Яглова Н. В., Яглов В. В. Эндокринные
дизрапторы новое направление исследований в эндокринологии //Вестник Российской
академии медицинских наук. – 2012. – №. 3. – С. 56-61.
6. http://www.acrylamidefacts.org/russian/FAQs.htm
7. Уайтхерст Р. Дж., ван Оорт (ред.) Ферменты
в пищевой промышленности /Р. Дж. Уайтхерст, М. ван Оорт (ред.) – Пер. с англ
д-ра хим. наук С. В. Макарова. – СПб: Профессия, 2013. – 408 с.
8. Lineback D. R., Coughlin
J. R., Stadler R. H. Acrylamide in foods: a
review of the science and future considerations //Annual review of food science
and technology. – 2012. – Т. 3. – P. 15-35.
9. Pourhossein M., Korbekandi
H. Cloning, expression, purification and characterisation
of Erwinia carotovora L-asparaginase
in Escherichia coli // Adv.
Biomed. res. – 2014. – Т. 3. – №
81. – Р. 256-259.
10. Deokar V. D., Vetal M. D., Rodrigues L.
Production of intracellular L-asparaginase from Erwinia carotovora and its statistical optimization using response
surface methodology (RSM) // Int. J.
Chem. Sci. Appl. – 2010. – Т. 1. – № 1. – Р. 25-26.