Процессам термического приготовления пищи, таким как жарка, выпечка, запекание, приготовление на гриле и во фритюре, сопутствует синтез ряда токсичных соединений. Наиболее известным среди них является акриламид, потенциальный канцероген и нейротоксин. Его чрезмерное употребление в составе термически обработанных продуктов повышает риск развития рака. Наиболее высокое содержание акриламида обнаружено в чипсах, обжаренном кофе, картофеле фри, выпечке и всевозможных снеках. Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН предложили способ снижения содержания акриламида в термически обработанных продуктах для повышения их безопасности, который показал высокую эффективность в лабораторных условиях. О своей работе они рассказали в статье, опубликованной в журнале Foods.
Реакция Майяра является одной из ключевых в пищевой химии. Реакция протекает между аминокислотами и редуцирующими сахарами при высоких температурах. Именно она отвечает за появление хрустящей аппетитной корочки при жарке и выпечке, характерный аромат термически обработанных продуктов, оказывая тем самым огромное влияние на их органолептические характеристики. Тем не менее есть и ложка дегтя. Реакция Майяра является источником ряда токсичных производных, в частности, потенциального канцерогена акриламида, который образуется преимущественно из аминокислоты аспарагина и сахаров при температуре выше 120оC.
Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН и Института биомедицинской химии им. Ореховича предложили использовать фермент микроорганизма Thermococcus sibiricus, который за счет расщепления аспарагина блокирует образование акриламида в пище.
«В своей работе мы исследовали возможность гипертермофильного фермента – L-аспарагиназы из Thermococcus sibiricus – эффективно снижать содержание акриламида в пище. В процессе протекания реакции Майяра акриламид образуется при высоких температурах в результате взаимодействия между аминокислотой аспарагином и редуцирующими сахарами. Есть два подхода, чтобы предотвратить его образование. Первый заключается в том, чтобы создать такие условия, которые неблагоприятны для протекания реакции Майяра. Второй связан с воздействием на содержание исходных соединений для синтеза акриламида. Первая стратегия имеет очень много ограничений: реакция Майяра, протекающая при термической обработке пищи, придает ей вкус, аппетитный вид и аромат, который мы любим, к которому мы привыкли и вряд ли готовы отказаться. В своей работе, используя второй подход, мы попробовали блокировать синтез акриламида в пище с помощью гипертермофильного фермента, расщепляющего аспарагин до аспарагиновой кислоты и аммиака», — рассказывает ведущий автор работы Мария Думина, к.б.н., научный сотрудник группы генетической инженерии грибов ФИЦ Биотехнологии РАН.
Thermococcus sibiricus — микроорганизм, выделенный из нефтяного месторождения в Западной Сибири. Он характеризуется способностью расти при повышенных температурах порядка 80оС. В настоящее время представители рода Thermococcus считаются одними из самых перспективных экстремофильных микроорганизмов с прикладной точки зрения. Они 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 растущей в лабораторных условиях бактерии Escherichia coli (кишечной палочки). Изучение полученного таким образом фермента показало его высокую активность при 90оС, а также способность сохранять ее в течение длительного времени. Изучение потенциала применения фермента для снижения акриламида в пище проводилось с использованием упрощенной системы. «Лабораторное тесто», содержащее глюкозно-фруктозный сироп, аспарагин и крахмал в качестве заменителя муки, выпекали в специальных силиконовых формочках при 190оС. К опытным образцам добавляли фермент, контрольные образцы не обрабатывались ферментом.
Добавление к выпекаемым образцам термостабильной L-аспарагиназы позволило снизить уровень акриламида на 98,9% по сравнению с контрольными значениями — до 3,52–3,76 µг/кг. При этом фермент из Thermococcus sibiricus эффективно снижал содержание акриламида при его синтезе не только из L-формы аспарагина (основного субстрата фермента), но и из его D-формы. Следует отметить, что L-аспарагиназа не влияла на синтез меланоидинов, также образуемых в реакции Майяра, поэтому аромат и привлекательный золотисто-коричневатый цвет выпечки остались неизменными.
«На данный момент эффективность фермента изучена на упрощенной пищевой системе. Она удобна для анализа влияния различных условий его применения – концентрации, температуры, длительности обработки, а также их комбинации для достижения высокой эффективности в снижении акриламида. Это отправная точка для дальнейших исследований изучаемой термофильной L-аспарагиназы», — прокомментировал соавтор работы Станислав Калинин, младший научный сотрудник группы генетической инженерии грибов ФИЦ Биотехнологии РАН.
По сравнению с другими способами снижения содержания акриламида в пище, обработка L-аспарагиназой выступает одним из наиболее эффективных на данный момент. Она может быть применима для различных видов продуктов и различных видов термической обработки – выпекание, жарка, стерилизация, т.д. Термостабильные L-аспарагиназы представляют наибольший интерес для этого направления применения. Поэтому ученые продолжают исследования фермента теперь уже на реальных продуктах и рассчитывают на дальнейший успех.
Информация и фото предоставлены пресс-службой ФИЦ Биотехнологии РАН
Источник иллюстраций: фотосток Freepik и ФИЦ Биотехнологии РАН
