Во всем мире растет интерес к безопасности привычной еды: именно термическая обработка – выпечка, жарка, приготовление во фритюре и на гриле – приводит к образованию вредных соединений. Одним из таких веществ стал акриламид, который вызывает немалую тревогу в научном сообществе. Этот токсин обладает канцерогенными и нейротоксичными свойствами и способен накапливаться именно в любимых всеми хрустящих продуктах — чипсах, картофеле фри, обжаренном кофе, сдобной выпечке и разнообразных снеках.
Команда из ФИЦ Биотехнологии РАН предложила инновационный биотехнологический метод, который значительно снижает концентрацию акриламида в продуктах с помощью фермента из уникального микроорганизма Thermococcus sibiricus. Исследования под руководством Марии Думиной и Станислава Калинина показали заметные успехи в решении этой важной задачи.
Ключевая реакция — польза и вред Майяра
Бесценный вкус, аппетитная корочка и аромат, которые мы так любим в выпечке и жареных блюдах, появляются благодаря известной реакции Майяра. Эта химическая реакция происходит на стыке аминокислот и сахаров при повышенных температурах. Но из-за нее образуется акриламид, особое внимание к которому связано с негативным влиянием на здоровье человека. Главным «виновником» этой ситуации является именно аминокислота аспарагин, подвергающаяся превращениям при нагревании выше 120°C в сочетании с сахаром.
Биотехнологии на службе безопасности: роль Thermococcus sibiricus
Современная наука ищет пути снизить образование акриламида, не жертвуя вкусом и внешним видом традиционных угощений. Специалисты ФИЦ Биотехнологии РАН совместно с Институтом биомедицинской химии им. Ореховича предложили использовать природный биокатализатор — фермент L-аспарагиназа, выделенный из гипертермофила Thermococcus sibiricus. Этот микроорганизм способен расщеплять аспарагин, что эффективно блокирует путь образования акриламида в продуктах.
«Мы сосредоточили наше исследование на ферменте, который устойчив к экстремальным температурам и чрезвычайно эффективен в расщеплении аспарагина до безвредной аспарагиновой кислоты и аммиака. Такой фермент можно внедрять в процессы промышленного приготовления пищи, существенно снижая риск попадания акриламида на стол потребителя, — отмечает Мария Думина, ведущий научный сотрудник ФИЦ Биотехнологии РАН. — Если подавлять образование акриламида не путем изменения рецептуры или отказа от любимых методов готовки, а благодаря точечной биотрансформации компонентов, мы сохраняем гастрономическое удовольствие и заботимся о здоровье».
Почему фермент из Thermococcus sibiricus уникален?
Thermococcus sibiricus — это экзотический представитель архей, обитающий в экстремальных условиях высоких температур. Его фермент L-аспарагиназа проявляет необычайную стабильность даже при интенсивной термической обработке, что делает его идеальным для пищевой промышленности. Ученые смогли вставить ген фермента в клетки Escherichia coli для масштабного производства, открывая путь к широкому практическому применению.
Разработка такого фермента означает, что производители смогут обрабатывать тесто или полуфабрикаты перед выпечкой или жаркой, снижая образование опасных веществ в итоговом продукте. Всё это происходит без изменения привычных нам вкуса, цвета и аромата.
Современная тенденция на защиту здоровья
Разработка российских специалистов может стать новым стандартом для производителей хлебобулочных и кондитерских изделий, снековой продукции и прочих термически обработанных товаров. Благодаря открытию L-аспарагиназы из Thermococcus sibiricus теперь можно сохранить любимые вкусы, не подвергая потребителя излишнему риску.
Особенно важна эта технология для пищевой промышленности, стремящейся снизить содержание вредных веществ в продуктах массового потребления. Такой биотехнологический подход соответствует мировым тенденциям здорового питания, когда минимизация потенциально опасных компонентов идет рука об руку с сохранением гастрономических достоинств.
Шаг в будущее: инновации во благо
Команда ученых под руководством Станислава Калинина и Марии Думиной демонстрирует, что современные биотехнологии способны решать острейшие задачи безопасности питания. Новый фермент — L-аспарагиназа из Thermococcus sibiricus — уже успешно применяется в лабораторных условиях, и вскоре его внедрение на пищевых предприятиях может стать реальностью.
Таким образом, такая инновация от российских ученых не только позволит наслаждаться любимыми блюдами без опасений, но и задает новый перспективный ориентир для всей мировой пищевой индустрии.
Thermococcus sibiricus – уникальный микроорганизм, обнаруженный в глубинах Западной Сибири, который способен активно развиваться при экстремально высоких температурах, достигающих 80°C. Благодаря своим исключительным свойствам, такие представители рода Thermococcus заслужили признание среди специалистов как одни из самых перспективных для промышленного и научного применения. Эти микроорганизмы вырабатывают ферменты, которые отличаются завидной устойчивостью и высокой активностью даже в непростых условиях, что делает их незаменимыми в ряде биотехнологических процессов. Особое внимание ученых было уделено L-аспарагиназе, выделенной из Thermococcus sibiricus, ведь сочетание термоустойчивости и эффективности открывает новые возможности для оптимизации технологических процессов с применением высоких температур.
Биотехнологический потенциал Thermococcus sibiricus
Открытия, связанные с Thermococcus sibiricus, не перестают вдохновлять исследователей на поиск инновационных решений. Его L-аспарагиназа представляется настоящей находкой благодаря тому, что сохраняет стабильную активность даже при нагревании до 90°C и способна работать в агрессивных средах, где другие ферменты быстро разрушаются. Для получения этого уникального белка в необходимых масштабах, ученые внедрили ген L-аспарагиназы Thermococcus sibiricus в бактериальные клетки Escherichia coli, известные своей быстрым ростом и простотой культивирования в лаборатории. Итоги экспериментов удивили даже опытных специалистов: фермент проявил отличную работоспособность и не терял активности длительное время даже во время высокотемпературных экспериментов.
Вклад в снижение акриламида в пище
Одной из актуальных задач современной пищевой промышленности является сокращение содержания акриламида – вещества, которое формируется при термической обработке богатых крахмалом продуктов и может неблагоприятно влиять на организм человека. Исследователи опробовали L-аспарагиназу Thermococcus sibiricus в условиях, приближенных к реальным, используя специально разработанную лабораторную модель "теста", где вместо привычной муки применялись крахмал, глюкозно-фруктозный сироп и аспарагин. Во время выпекания при температуре 190°C добавление фермента к тесту дало потрясающий результат: уровень акриламида снизился практически до минимума — на 98,9% относительного контрольных образцов, составив всего 3,52–3,76 мкг/кг.
Не менее важно, что фермент успешно перерабатывал не только L-форму аспарагина, которая и так является основным субстратом, но и его D-изомер, расширяя тем самым спектр своего действия. При этом вкус, аромат и аппетитный золотисто-коричневый оттенок, столь востребованные у выпечки, оставались неизменными — этому не мешало даже активное воздействие фермента, ведь он никак не влиял на образование меланоидинов, отвечающих за цвет и ароматную корочку.
Гибкость применения и перспективы развития
Технология использования термостабильной L-аспарагиназы выгодно отличается от традиционных методов снижения акриламида. Применение этого фермента возможно для самых разнообразных продуктов и широкого спектра тепловых процессов: от традиционной выпечки до обжаривания и стерилизации. Именно такие термостабильные ферменты интересны как пищевой, так и биотехнологической отраслям, поскольку обеспечивают безопасность конечной продукции без потери привычных органолептических свойств.
По словам Станислава Калинина, младшего научного сотрудника ФИЦ Биотехнологии РАН, лабораторные тесты с упрощёнными системами позволяют тщательно изучить влияние разных факторов: температуры, дозировки фермента и длительности обработки. Это служит прочной основой для последующих экспериментов, которые с каждой новой стадией всё ближе приближают учёных к внедрению инновационного решения в реальные производственные условия.
Выход на путь инноваций
В свете высокой результативности фермента Thermococcus sibiricus команда исследователей продолжает расширять эксперименты, переключаясь от лабораторных образцов "теста" к реальным продуктам питания. Учитывая, что новые подходы к снижению акриламида становятся всё более востребованными во всем мире, успех разработки обещает благоприятные перемены для предприятий пищевого сектора и широкой публики. Возможности термостабильных L-аспарагиназ, доказавших свою эффективность и универсальность, открывают путь к созданию более безопасных и полезных для здоровья продуктов без ущерба для вкуса и качества.
Исследование и полученные результаты были представлены и опубликованы пресс-службой ФИЦ Биотехнологии РАН.
Новые открытия для улучшения качества выпечки и жареных блюд
В последние годы учёные уделяют всё больше внимания вопросам здорового питания. Особый акцент делается на снижение вредных соединений, образующихся при приготовлении хлеба, выпечки и жареных продуктов. Эти блюда традиционно присутствуют в рационе большинства людей и во многом влияют на здоровье.
Недавние исследования показали, что можно значительно уменьшить количество нежелательных веществ благодаря использованию уникальных ферментов. Инновация заключается в применении фермента, полученного из специфического сибирского микроорганизма. При добавлении его в процесс приготовления, значительно снижается образование акриламида — вещества, которое считается потенциально опасным при частом употреблении.
Здоровое питание — это просто
Применение новых биотехнологических решений позволяет не только снизить вредный эффект любимых продуктов, но и сохранить их превосходный вкус и аппетитный аромат. Благодаря этому можно не отказываться от любимых лакомств, сохраняя заботу о своём здоровье. Использование современного фермента открывает широчайшие перспективы для пищевой промышленности и домашних кулинаров, которые хотят сделать свою еду полезнее.
Сегодня эти разработки продолжают совершенствоваться, а применение таких технологий помогает выиграть «вкусную битву» за здоровье. Впереди нас ждут новые открытия, которые позволят наслаждаться любимой выпечкой и жареными блюдами без вреда для организма.
Источник: scientificrussia.ru
