vestichИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series1561-83312524-2342The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8331-2025-61-3-227-236vestich-968Research ArticleБИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯBIOORGANIC CHEMISTRYБиокаталитическое превращение белков молока в низкомолекулярные пептидыBiocatalytic conversion of milk proteins into low molecular peptideshttps://orcid.org/0000-0001-5348-4350ЛеонтьевВ. Н.LeontievV. N.

Леонтьев Виктор Николаевич – кандидат химических наук, доцент, заведующий кафедрой

ул. Свердлова, 13а, 220006, Минск

Leontiev Viktor N. – Ph. D. (Chemistry), Associate Professor, Head of the Department

13a, Sverdlov Str., 220006, Minsk

leontiev@belstu.byhttps://orcid.org/0009-0006-0919-3736ЛазовскаяО. И.LazovskayaO. I.

Лазовская Олеся Илгамовна – магистр химических наук, ассистент

ул. Свердлова, 13а, 220006, Минск

Lazovskaya Olesya I. – M. Sc. (Chemistry), Research Assistant

13a, Sverdlov Str., 220006, Minsk

lazovskaya@belstu.byПопеняA. Р.PopenyaA. R.

Попеня Анна Руслановна – студент

ул. Свердлова, 13а, 220006, Минск

Popenya Anna R. – Student

13a, Sverdlov Str., 220006, Minsk

popenyaa@mail.ruБелорусский государственный технологический университетBelarusian State Technological University202529082025613227236Copyright © Леонтьев В.Н., Лазовская О.И., Попеня A.Р., 20252025Леонтьев В.Н., Лазовская О.И., Попеня A.Р.Leontiev V.N., Lazovskaya O.I., Popenya A.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestichem.belnauka.by/jour/article/view/968

Проведен сравнительный анализ эффективности гидролиза белков молока трипсином и нейтральной протеазой при различных способах их внесения. Установлено, что протеолиз трипсином (фермент-субстратное соотношение 1 : 40) при температуре 37 °С и pH 8,0 приводит к образованию 81,2 ± 5,5 % пептидов с молекулярной массой менее 3,0 кДа, а при гидролизе белков нейтральной протеазой (фермент-субстратное соотношение 1 : 20) в тех же условиях образуется 86,6 ± 4,7 % низкомолекулярных пептидных фракций. Показано, что последовательное применение трипсина и нейтральной протеазы позволяет получить в среднем 94,9 % коротких пептидов по сравнению с совместным внесением (91,3 ± 1,1 % низкомолекулярных пептидов). Применение только одного фермента обеспечивает получение частичных гидролизатов, которые могут быть использованы в рецептурах функциональных продуктов питания с пониженной аллергенностью, в то время как последовательное и совместное внесение трипсина и нейтральной протеазы приводит к образованию глубоких гидролизатов, которые считаются идеальными ингредиентами в создании гипоаллергенных пищевых продуктов.

A comparative analysis of the efficiency of milk protein hydrolysis by trypsin and neutral protease using different methods of their addition was conducted. It was found that proteolysis by trypsin (enzyme-substrate ratio 1 : 40) at a temperature 37 °C and pH 8.0 leads to the formation of 81.2 ± 5.5 % of peptides with molecular mass less than 3.0 kDa, while protein hydrolysis by neutral protease (enzyme-substrate ratio 1 : 20) under the same conditions produces 86.6 ± 4.7 % of low molecular weight peptide fractions. It was shown that sequential application of trypsin and neutral protease allows obtaining, on average, 94.9 % of short peptides in comparison with the joint addition (91.3 ± 1.1 % of low molecular weight peptides). The application of the single enzyme provides the production of partial hydrolysates that can be used in the formulation of functional foods with reduced allergenicity, while the sequential and joint addition of trypsin and neutral protease generates extensive hydrolysates, which are considered optimal ingredients in the creation of hypoallergenic food products.

ферментативный катализтрипсиннейтральная протеазабелки молоканизкомолекулярные пептидыenzymatic catalysistrypsinneutral proteasemilk proteinslow molecular weight peptidesReferencesБелковый гидролизат как источник биоактивных пептидов в пищевой продукции диабетического питания / О. В. Зинина, А. Д. Николина, Д. В. Хвостов [и др.] // Пищевые системы. – 2023. – Т. 6, № 4. – С. 440–448. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2023-6-4-440-448Zinina O. V., Nikolina A. D., Khvostov D. V., Rebezov M. B., Zavyalov S. N., Akhmedzyanov R. V. Protein hydrolysate as a source of bioactive peptides in diabetic food products. Pishchevye sistemy = Food Systems, 2023, vol. 6, no. 4, pp. 440–448 (in Russian). https://doi.org/10.21323/2618-9771-2023-6-4-440-448Investigation of functional, antioxidant, anti-inflammatory, and antidiabetic properties of legume seed protein hydrolysates / T. S. Adewole, M. C. Bieni, G. E. Ogundepo [et al.] // Food Hydrocolloids for Health. – 2024. – Vol. 5. – Art. ID 100175. – 12 p. https://doi.org/10.1016/j.f hfh.2023.100175Adewole T. S., Bieni M. C., Ogundepo G. E., Odekanyin O. O., Kuku A. Investigation of functional, antioxidant, antiinflammatory, and antidiabetic properties of legume seed protein hydrolysates. Food Hydrocolloids for Health, 2024, vol. 5, art. ID 100175. https://doi.org/10.1016/j.fhfh.2023.100175Protein hydrolysates in animal nutrition: industrial production, bioactive peptides, and functional significance / Y. Hou, Z. Wu, Z. Dai [et al.] // Journal of Animal Science and Biotechnology. – 2017. – Vol. 8, № 1. – Art. ID 24. https://doi.org/10.1186/s40104-017-0153-9Hou Y., Wu Z., Dai Z., Wang G., Wu G. Protein hydrolysates in animal nutrition: industrial production, bioactive peptides, and functional significance. Journal of Animal Science and Biotechnology, 2017, vol. 8, art. ID 24. https://doi.org/10.1186/s40104-017-0153-9Влияние нетрадиционных источников белка на продуктивность бройлеров и микрофлору кишечника / И. А. Егоров, Т. В. Егорова, Г. Ю. Лаптев [и др.] // Птицеводство. – 2014. – № 11. – С. 2–6.Egorov I. A., Egorova T. V., Laptev G. Yu., Novikova N. I., Nikonov I. N., Il’ina L. A. The influence of unconventional protein sources on meat productivity and intestinal microflora in broilers. Ptitsevodstvo = Aviculture, 2014, no. 11, pp. 2–6 (in Russian).Effects of replacing fish meal with fermented soybean meal on the growth performance, intestinal microbiota, morphology and disease resistance of largemouth bass (Micropterus salmoides) / H. Yang, Y. Bian, L. Huang [et al.] // Aquaculture Reports. – 2022. – Vol. 22. – Art. ID 100954. https://doi.org/10.1016/j.aqrep.2021.100954Yang H., Bian Y., Huang L., Lan Q., Ma L., Li X., Leng X. Effects of replacing fish meal with fermented soybean meal on the growth performance, intestinal microbiota, morphology and disease resistance of largemouth bass (Micropterus salmoides). Aquaculture Reports, 2022, vol. 22, art. ID 100954. https://doi.org/10.1016/j.aqrep.2021.100954Милентьева, И. С. Подбор рабочих параметров для проведения направленного протеолиза казеина с целью получения биопептидов / И. С. Милентьева, Н. И. Давыденко, А. Н. Расщепкин // Техника и технология пищевых производств. – 2020. – Т. 50, № 4. – С. 726–735. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-4-726-735Milentyeva I. S., Davydenko N. I., Rasshchepkin A. N. Casein proteolysis in bioactive peptide production: optimal operating parameters. Tekhnika i tekhnologiya pishchevykh proizvodstv = Food Processing: Techniques and Technology, 2020, vol. 50, no. 4, pp. 726–735 (in Russian). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-4-726-735Исследование процесса гидролиза белков молока с использованием ферментных препаратов отечественного производства / Е. С. Семенова, Е. С. Симоненко, С. В. Симоненко [и др.] // Пищевые системы. – 2023. – Т. 6, № 2. – С. 224–232. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2023-6-2-224-232Semenova E. S., Simonenko E. S., Simonenko S. V., Zorin S. N., Petrov N. A., Mazo V. K. Study of parameters of milk proteins hydrolysis with the help of Russian-produced enzyme preparations. Pishchevye sistemy = Food Systems, 2023, vol. 6, no. 2, pp. 224–232 (in Russian). https://doi.org/10.21323/2618-9771-2023-6-2-224-232Просеков, А. Ю. Анализ состава и свойств белков молока с целью использования в различных отраслях пищевой промышленности / А. Ю. Просеков, М. Г. Курбанова // Техника и технология пищевых производств. – 2009. – Т. 15, № 4. – С. 68a–71.Prosekov A. U., Kurbanova M. G. Analysis of the composition and properties of milk proteins for use in various branches of the food industry. Tekhnika i tekhnologiya pishchevykh proizvodstv = Food Processing: Techniques and Technology, 2009, vol. 15, no. 4, pp. 68a–71 (in Russian).Химический состав и технологические свойства различных видов молочной сыворотки / И. В. Плотникова, Е. С. Шенцова, К. К. Полянский, Д. С. Писаревский // Сыроделие и маслоделие. – 2020. – № 3. – С. 43–45. https://doi.org/10.31515/20734018-2020-3-43-45Plotnikova I. V., Shentsova E. S., Polyanskii K. K., Pisarevskii D. S. Chemical composition and technological properties of various types of whey. Syrodelie i maslodelie = Cheese and buttermaking, 2020, no. 3, pp. 43–45 (in Russian). https://doi.org/10.31515/2073-4018-2020-3-43-45Использование протеолитических ферментов для получения белковых гидролизатов пищевого назначения из вторичного сырья / Е. В. Костылева, А. С. Середа, И. А. Великорецкая [и др.] // Вопросы питания. – 2023. – Т. 92, № 1. – С. 116–132. https://doi.org/10.33029/0042-8833-2023-92-1-116-132Kostyleva E. V., Sereda A. S., Velikoretskaya I. A., Kurbatova E. I., Tsurikova N. V. Proteases for obtaining of food protein hydrolysates from proteinaceous by-products. Voprosy pitaniya = Problems of Nutrition, 2023, vol. 92, no. 1, pp. 116–132 (in Russian). https://doi.org/10.33029/0042-8833-2023-92-1-116-132Головач, Т. Н. Гидролиз белков молока ферментными препаратами и протеолитическими системами молочнокислых бактерий / Т. Н. Головач, В. П. Курченко // Труды БГУ. Серия: Физиологические, биохимические и молекулярные основы функционирования биосистем. – 2012. – Т. 7, № 1–2. – С. 106–126.Golovach T. N., Kurchenko V. P. Hydrolysis of milk proteins by enzyme preparations and proteolytic systems of lactic acid bacteria. Trudy BGU. Seriya: Fiziologicheskie, biokhimicheskie i molekulyarnye osnovy funktsionirovaniya biosistem = Proceedings of the BSU. Series of Physiological, Biochemical and Molecular Biology Sciences, 2012, vol. 7, no. 1–2, pp. 106–126 (in Russian).Перспективы использования гидролизатов сывороточных белков в технологии кисломолочных продуктов / О. В. Королёва, Е. Ю. Агаркова, С. Г. Ботина [и др.] // Молочная промышленность. – 2013. – № 7. – С. 66–68.Koroleva O. V., Agarkova E. Yu., Botina S. G., Nikolaev I. V., Ponomareva N. V., Mel’nikova E. I., Kharitonov V. D., Prosekov A. Yu., Krokhmal’ M. V., Rozhkova I. V. Prospects for the use of whey protein hydrolysates in fermented milk product technology. Molochnaya promyshlennost’ = Dairy Industry, 2013, no. 7, pp. 66–68 (in Russian).Rutherfurd, S. M. Methodology for determining degree of hydrolysis of proteins in hydrolysates: a review / S. M. Rutherfurd // Journal of AOAC International. – 2010. – Vol. 93, № 5. – P. 1515–1522. https://doi.org/10.1093/jaoac/93.5.1515Rutherfurd S. M. Methodology for determining degree of hydrolysis of proteins in hydrolysates: a review. Journal of AOAC International, 2010, vol. 93, no. 5, pp. 1515–1522. https://doi.org/10.1093/jaoac/93.5.1515Butre, C. I. Influence of water availability on the enzymatic hydrolysis of proteins / C. I. Butre, P. A. Wierenga, H. Gruppen // Process Biochemistry. – 2014. – Vol. 49, № 11. – P. 1903–1912. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2014.08.009Butre C. I., Wierenga P. A., Gruppen H. Influence of water availability on the enzymatic hydrolysis of proteins. Process Biochemistry, 2014, vol. 49, no. 11, pp. 1903–1912. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2014.08.009Rao, P. S. Impact of sequential enzymatic hydrolysis on antioxidant activity and peptide profile of casein hydrolysate / P. S. Rao, R. Bajaj, B. Mann // Journal of Food Science and Technology. – 2020. – Vol. 57, № 12. – P. 4562–4575. https://doi.org/10.1007/s13197-020-04495-2Rao P. S., Bajaj R., Mann B. Impact of sequential enzymatic hydrolysis on antioxidant activity and peptide profile of casein hydrolysate. Journal of Food Science and Technology, 2020, vol. 57, no. 12, pp. 4562–4575. https://doi.org/10.1007/s13197-020-04495-2Whitaker, J. R. Handbook of food enzymology / J. R. Whitaker, A. G. J. Voragen, D. W. S. Wong. – Boca Raton: CRC Press, 2002. – 1128 p. https://doi.org/10.1201/9780203910450Whitaker J. R., Voragen A. G. J., Wong D. W. S. Handbook of Food Enzymology. Boca Raton, CRC Press, 2002. 1128 p. https://doi.org/10.1201/9780203910450S. Covalent chromatography for chymotrypsin-like proteases using a diphenyl 1-amino-2-phenylethylphosphonate derivative / Ono, J. Murai, S. Furuta [et al.] // Journal of Biological Macromolecules. – 2013. – Vol. 13, № 3. – P. 78–85. https://doi.org/10.14533/jbm.13.78Ono S., Murai J., Furuta S., Doike K., Manzaki F., Yoshimura T., Kuroda H., Umezaki M., Oyama H. Covalent chromatography for chymotrypsin-like proteases using a diphenyl 1-amino-2-phenylethylphosphonate derivative. Journal of Biological Macromolecules, 2013, vol. 13, no. 3, pp. 78–85. https://doi.org/10.14533/jbm.13.78. Ферментативный гидролиз соевого белка / Д. В. Соколов, Б. А. Болхонов, С. Д. Жамсаранова [и др.] // Техника и технология пищевых производств. – 2023. – Т. 53, № 1. – С. 86–96. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2023-1-2418Sokolov D. V., Bolkhonov B. A., Zhamsaranova S. D., Lebedeva S. N., Bazhenova B. A. Enzymatic hydrolysis of soy protein. Tekhnika i tekhnologiya pishchevykh proizvodstv = Food Processing: Techniques and Technology, 2023, vol. 53, no. 1, pp. 86–96 (in Russian). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2023-1-2418Исследование процессов взаимодействия трипсина с ионообменными волокнами и хитозаном / С. М. Панкова, Ф. А. Сакибаев, М. Г. Холявка [и др.] // Биоорганическая химия. – 2021. – Т. 47, № 3. – С. 400–412. https://doi.org/10.31857/S0132342321030143Pankova S. M., Sakibaev F. A., Holyavka M. G., Vyshkvorkina Y. M., Lukin A. N., Artyukhov V. G. Studies of the processes of the trypsin interactions with ion exchange fibers and chitosan. Russian Journal of Bioorganic Chemistry, 2021, vol. 47, pp. 765–776 (in Russian). https://doi.org/10.1134/s1068162021030146Trypsin from pyloric caeca of Asian seabass: purification, characterization, and its use in the hydrolysis of acid-soluble collagen / U. Patil, K. A. Baloch, S. H. Nile [et al.] // Foods. – 2023. – Vol. 12. – Art. ID 2937. https://doi.org/10.3390/foods12152937Patil U., Baloch K. A., Nile S. H., Kim J. T., Benjakul S. Trypsin from pyloric caeca of Asian seabass: purification, characterization, and its use in the hydrolysis of acid-soluble collagen. Foods, 2023, vol. 12, art. ID 2937. https://doi.org/10.3390/foods12152937Characterization of yeast protein hydrolysate for potential application as a feed additive / J. H. Min, Y. J. Lee, H. J. Kang [et al.] // Food Science of Animal Resources. – 2024. – Vol. 44, № 3. – P. 723–737. https://doi.org/10.5851/kosfa.2024.e33Min J. H., Lee Y. J., Kang H. J., Moon N. R., Park Y. K., Joo S. T., Jung Y. H. Characterization of yeast protein hydrolysate for potential application as a feed additive. Food Science of Animal Resources, 2024, vol. 44, no. 3, pp. 723–737. https://doi.org/10.5851/kosfa.2024.e33

The authors declare that there are no conflicts of interest present.