Raport privind tendințele chimiei alimentelor - Hellwig - 2020 - Știri despre chimie - Biblioteca online Wiley
Abstract
În oxidarea proteinelor, nu numai mecanismele și produsele de reacție sunt de interes, ci și modul în care acestea afectează proprietățile funcționale și senzoriale ale alimentelor. Spectrometria de masă înlocuiește din ce în ce mai mult spectroscopia nespecifică UV și fluorescență. Și cu abordări proteomice direcționate, nu numai că pot fi determinați aminoacizi oxidați individuali, ci și peptide triptice selectiv oxidate.
A trăi într-o atmosferă de oxigen aduce cu sine oxidări nedorite care schimbă structura și funcționalitatea biomoleculelor. Aceste reacții sunt declanșate de speciile reactive de oxigen (ROS), care includ radicalul superoxid, peroxidul de hidrogen și radicalul hidroxil deosebit de reactiv. În celulele vii, enzimele antioxidante precum catalaza sau superoxidul dismutază fac ROS inofensiv, astfel încât există un echilibru între formarea și degradarea ROS. Dacă echilibrul se schimbă în favoarea formării ROS, se vorbește de stres oxidativ. 1)
Alimentele sunt expuse unor condiții care se abat de la norma fiziologică în ceea ce privește temperatura, valoarea pH-ului sau mediul înconjurător. Prin urmare, reacțiile apar în procesarea și depozitarea alimentelor, dintre care multe sunt încă necunoscute. Cunoașterea lor poate ajuta la înțelegerea modificărilor funcționale ale proteinelor induse de oxidare. În plus, relațiile structură-efect pot fi recunoscute în acest fel.
Radicalii apar
Ca și în cazul peroxidării lipidelor, reacțiile de pornire în lanț pot fi definite pentru oxidarea radicală a proteinelor, în care se formează radicalii proteici (Figura 1). 2) În lanțurile laterale alifatice, oxigenul se poate adăuga la astfel de radicali, formând radicali peroxil care reacționează în continuare pentru a forma hidroperoxizi. În timpul propagării, radicalii pot fi transferați în proteină. Hidroperoxizii sunt stabili timp de până la câteva ore, dar sunt în cele din urmă degradate în compuși hidroxi sau ceto (Figura 2).
Compușii hidroxi se formează, de asemenea, în timpul oxidării lanțurilor laterale de aminoacizi aromatici, cum ar fi fenilalanina, tirozina sau triptofanul. Dimerizarea radicalilor proteici duce la reticulare. În plus față de radicali, au loc oxidări de 2 - electroni, de exemplu pe metionină, formându-se metionină sulfoxid și metionină sulfonă (Figura 2). 2) Unii aminoacizi oxidați apar ca intermediari în căile metabolice relevante din punct de vedere biochimic, cum ar fi aminoacidul aromatic kinurenină, un intermediar metabolic în defalcarea triptofanului.
În ultimii ani, lucrările asupra produselor individuale s-au concentrat pe reticularea indusă de oxidare, structuri precum produsul de reticulare histidină prezentat în Figura 2 derivând în principal din datele spectrometrice de masă. 3) Sinteza și caracterizarea substanțelor sunt încă în așteptare. În plus, sunt descrise noi căi de reacție, cum ar fi rolul catalitic al metioninei în reacțiile de scindare a peptidelor, în care gruparea tioeter transmite daune oxidative la coloana vertebrală a proteinei (Figura 3). 4)
Efectele oxidării proteinelor în alimente
Alimentele deteriorate de peroxidarea lipidelor pot fi recunoscute prin proprietățile lor senzoriale: au gust rânced. Produsele de oxidare a proteinelor sunt mult mai puțin vizibile pentru simțuri, dar și ele pot schimba aroma. De exemplu, laptele și berea au gust de lumină atunci când aceste alimente sunt expuse la lumina soarelui. Fotooxidarea metioninei eliberează radicali tiil ca intermediari, care se pot dimeriza la dimetil disulfură (Figura 4). 5) În bere, volatilul 3-metilbut-2-en-1-tiol se poate forma după reacția cu produse de degradare a substanțelor amare de hamei. 5)
În unele țări ale UE, dar nu și în Germania, peștii și păsările de curte pot fi tratați cu radiații ionizante pentru a le conserva. Acest lucru creează dimetil trisulfură, care se formează atunci când aminoacizii care conțin sulf sunt descompuși. 6) Emite un miros descris ca „putrid”.
În plus față de aromă, proprietățile funcționale se schimbă prin oxidarea proteinelor: reticularea indusă de oxidare, în principal datorită cistinei, reduce sensibilitatea și suculența cărnii musculare. 7)
Sistemele enzimatice cu efect antioxidant sunt de obicei semnificativ mai puțin active în alimente decât în sistemele vii sau sunt inactivate prin procesare (tratament termic, modificări ale pH-ului). Astfel, proteinele din alimentele procesate sunt mai susceptibile la degradarea oxidativă decât în condiții fiziologice. Pentru a inhiba peroxidarea lipidelor, sunt disponibili antioxidanți care, datorită structurilor lor similare, reacționează cu ROS la fel de repede ca lipidele și formează radicali stabilizați mezomeric. Cu toate acestea, din moment ce unele elemente substructurale ale proteinelor, cum ar fi grupările tiol sau tioeter, reacționează mai repede cu ROS decât antioxidanții preponderent solubili în grăsimi, 9) antioxidanții lipidelor nu pot preveni oxidarea proteinelor.
Datorită efectelor senzoriale scăzute ale oxidării proteinelor în comparație cu peroxidarea lipidelor, aceste reacții pot fi utile: Reacțiile de reticulare induse de oxidare, care sunt nedorite în produsele din carne, au un efect de stabilizare a emulsiei și gelului în alimente precum iaurtul. De exemplu, oxidarea proteinelor îmbunătățește textura produselor pe bază de proteine vegane și vegetariene. 10)
Oxidarea proteinelor: descompuneți-vă și lucrați
Există puține date despre concentrațiile produselor de oxidare a proteinelor din alimente. De câțiva ani, există un interes crescând pentru aminoacizii oxidați individuali și grupurile de substanțe din alimente, folosind în principal metode din analiza oxidării proteinelor in vivo. Până în prezent, structurile individuale au fost în mare parte înregistrate doar cu un număr mic de eșantioane. 11,12) O extindere a bazei de date ar fi necesară pentru estimări de expunere fiabile.
Metoda de procesare este decisivă pentru valoarea informativă a analizelor de oxidare a proteinelor. Pentru a analiza aminoacizii oxidați individuali, este necesar să îi eliminați din ansamblul proteinelor prin hidroliză (Figura 5). Acest lucru se face de obicei folosind hidroliza enzimatică sau acid clorhidric.
Mai ales atunci când se aplică metode de la chimia fiziologică la testele alimentare, metodele trebuie validate pentru matricile respective. Acest lucru este deosebit de dificil atunci când se examinează alimentele cu influențe matrice puternic divergente. De exemplu, proteinele alimentare procesate la temperaturi ridicate și valorile pH-ului alcalin tind să se încrucișeze covalent. Aici își atinge limitele hidroliza enzimatică.
Unele produse de oxidare nu sunt stabile la acid, astfel încât procesele standard precum hidroliza acidului clorhidric nu sunt potrivite pentru aceste produse. Hidroliza acidului clorhidric poate induce în eroare produsele sale de reacție, cum ar fi metionina sulfoxidă din metionină.
Măsurați carbonilii proteici
În trecut, carbonilii proteinelor au fost determinați fără a lua în considerare suficient limitele analizei lor. Determinarea carbonililor proteici se bazează pe reacția 2,4 - dinitrofenilhidrazinei (DNPH) cu grupările carbonilice pe proteină; acestea sunt în principal produsele alisină și γ - glutamilsemialdehidă (Figura 2, p. 55). 13) Un avantaj decisiv al analizei carbonilării: nu este necesară hidrolizarea proteinei, care poate provoca artefacte. Cu toate acestea, numai proteinele solubile sunt incluse în analiză, iar analiza carbonilării acoperă doar unele dintre modificările care apar în proteine din cauza oxidării. Nu toți aminoacizii oxidați au de fapt structură carbonilică (Figura 2).
Autorii publicațiilor recente înregistrează, prin urmare, din ce în ce mai mult aminoacizi oxidați individuali în alimente. 11,14) Conținutul total de aminoacizi individuali se determină după hidroliza proteinei și se identifică lanțuri laterale oxidate individuale care se oxidează ușor.
După cum arată analiza aminoacizilor oxidați individuali, metionina sulfoxidă este aminoacidul oxidat dominant în alimente; Oxidarea metioninei este semnificativ mai mică în condiții fiziologice. 11.14)
Până la trei sferturi din reziduurile de metionină din alimente și furaje pot fi oxidate. 2.12) În condiții fiziologice, metionina sulfoxid reductază reduce acumularea de metionină sulfoxid. Probabil din cauza acestor enzime și din cauza condițiilor la care sunt expuse proteinele alimentare în timpul procesării, spectrul aminoacizilor oxidați din alimente diferă semnificativ de cel al sistemelor vii.
Proteomica
O altă modalitate de a analiza compușii individuali este utilizarea metodelor bazate pe proteomică. Proteinele sunt hidrolizate enzimatic în peptide, de exemplu cu tripsină, separate prin cromatografie lichidă și identificate cu spectrometrie de masă de înaltă rezoluție. Gradul de oxidare al peptidelor poate fi determinat utilizând un software de evaluare bioinformatică, precum și poziția oxidării și, astfel, aminoacidul oxidat individual în spectrele de fragmentare. 15)
Această metodă este utilizată în principal pentru lapte, produse lactate, carne și produse din carne. S-a demonstrat că spectrul aminoacizilor oxidați din alimente este semnificativ mai mare decât s-a determinat anterior după hidroliza totală a proteinelor. 15)
Cea mai recentă dezvoltare în proteomica redox combină etichetarea grupărilor carbonil și izolarea selectivă a produselor de reacție cu metode spectrometrice de masă de înaltă rezoluție. 16,17) În plus, oxidarea proteinelor individuale poate fi detectată dacă sunt mai întâi separate electroforetic și apoi transferate într-o membrană folosind tehnica Western blot. Acolo ele sunt apoi reacționate cu dinitrofenilhidrazină, iar hidrazonele rezultate legate de proteine pot fi detectate vizual sau imunochimic.
Efecte asupra oamenilor
La fel ca în cazul multor reacții chimice din alimente, oxidarea proteinelor este, de asemenea, dezbătută dacă prezintă riscuri pentru sănătate. Unii oameni de știință susțin că ingerarea produselor de oxidare a proteinelor din alimente este o „amenințare tăcută pentru sănătatea umană”. 18)
Proteinele dietetice oxidate pot să nu fie complet digerabile și pot transfera leziuni oxidative la om. 2.18) Pentru a stabili relații structură-activitate aici, este necesar să aflăm cât de mulți oameni sunt expuși la proteinele și aminoacizii oxidați individuali. Aceasta include reacții de oxidare care au loc numai în tractul digestiv.