مقاله فرآیند فسفوریلاسیون و اثرات آن بر پروتئین های غذایی

بخشی از مقاله

چکیده:

فسفوریلاسیون روش مفیدی برای بهبود خصوصیات پروتئین های غذایی می باشد. در این مقاله، روش های مختلف فسفوریلاسیون بررسی شده و روش جدید فسفوریلاسیون توسط حرارت دهی خشک نیز معرفی می گردد. بعلاوه، برخی از خصوصیات گروه های فسفات، تاثیر فسفوریلاسیون بر تغییرات ساختاری، ویژگی های کاربردی و خصوصیات فیزیولوژیک پروتئین های غذایی مورد بررسی قرار می گیرد.

طی فرآیند فسفوریلاسیون، اتصالات فسفات و فسفوپپتیدها و ساختار فضایی نسبتا بازٌ در پروتئین های فسفوریله شده تغییر می یابد. فسفوریلاسیون پروتئین های غذایی باعث بهبود برخی از ویژگی های کاربردی آنها مانند پایداری حرارتی، خصوصیات امولسیون کنندگی، کف کنندگی، تشکیل ژل، ظرفیت جذب آب و روغن می گردد. همچنین، خصوصیات کاربردی و ضد التهابی پروتئین آلفالاکتالبومین و قابلیت هضم اووآلبومین به کمک فسفوریلاسیون افزایش می یابد.

.1مقدمه:

در طی سی سال گذشته، اصلاحات و تغییرات عمده مربوط به پروتئین های غذایی به منظور تغییر در ویژگی های آن ها به عنوان یک حوزه تحقیقاتی بطور فزاینده ای محبوب شده است. اصلاحات و تغییرات دارای اهداف متعددی می باشد. اصلاح و تغییر ممکن است وسیله ای برای حذف مواد سمی نامطلوب و/ یا ویژگی های ضد تغذیه ای برخی پروتئین ها یا سایر ترکیبات، افزایش یا کاهش حلالیت پروتئین ها، تغییر ویژگی های کاربردی پروتئین ها، بهبود خواص تغذیه ای توسط اتصالات کوالانسی آمینواسیدهای ضروری محدود و حفاظت از پروتئین ها علیه تغییرات ناشی از فرایندهایی نظیر گلیکاسیون، آسیلاسیون، سوکسینیلاسیون، تغییرات آنزیمی، فسفوریلاسیون و غیره باشد.

در میان این اصلاحات و تغییرات، فسفوریلاسیون به عنوان روش مهم و کارامد برای بهبود ویژگی های کاربردی پروتئین های غذایی به اثبات رسیده است Matheis - و همکاران، . - 1983 علاوه بر این فسفو پروتئین ها عملکردهای فیزیولوژیکی متعددی نظیر افزایش جذب کلسیم Akai - ، - 1989 ، آنتی اکسیدان فعال برای چربی ها و عملکرد تنظیم ایمنی را نشان می دهد

بر این اساس انتظار می رود که در کنار ویژگی های کاربردی، برخی کاربرد های فیزیولوژیکی پروتئین های غذایی توسط فرایند فسفریلاسیون بهبود یابد. برای مقایسه روش های مختلف فسفریلاسیون پروتئین های غذایی کمبود قابل توجهی از اطلاعات علمی وجود دارد. بنابر این در این بررسی خلاصه ای از این روش های مختلف آورده شده است. علاوه بر این پیشرفت های جدید در فسریلاسیون پروتئین های غذایی توسط خشک کردن انجمادی معرفی شده است.

.2 روش های فرآیند فسفریلاسیون

.2.1 فسفریلاسیون شیمیایی:

فسفریلاسیون شیمیایی پروتئین های غذایی با استفاده از مواد شیمیایی مختلفی قابل دستیابی است: اکسی کلرید فسفر Matheis - - POCl3 - و همکاران، - 1983، پنتا اکسید فسفر محلول در فسفریک اسید، فسفریک اسید به همراه تری کلرواستونیتریل به عنوان عامل اتصال، مونوفنیل فسفو دی کلرید و تری سدیم تری متا فسفات chen - وهمکاران، . - 1983 ویژگی های کاربردی تعدادی از پروتئین های فسفریله شده به طریقه شیمیایی مورد مطالعه قرار گرفته است.

ویژگی های امولسیون کنندگی پرونئین های غذایی بوسیله فسفریلاسیون با استفاده از اکسی کلرید فسفر بهبود پیدا کردند Woo - و همکاران، . - 1982 افزایش توانایی اتصال به کلسیم کازئین فسفریله شده شیمیایی و بتالاکتوگلوبولین - -La - ظاهرا بدلیل گروه های موسوم به فسفات می باشد. با این حال پروتئین های فسفریله شده به طریقه شیمیایی بدلیل شرایط سخت واکنش، مواد شیمیایی غیر اختصاصی و مشکل حذف معرف غیر قابل واکنش از محصول نهایی برای کاربردهای غذایی و نیز مصرف کنندگان به سادگی قابل پذیرش نمی باشند

.2.2 فسفریلاسیون آنزیمی:

با توجه به بحث ایمنی مواد غذایی، مطلوب ترین روش برای پروتئین های غذایی فسفریلاسیون آنزیمی می باشد. زیرا واکنش های آنزیمی نه تنها اختصاصی تر عمل کرده بلکه در شرایط ملایم تر محصولی یکنواخت نیز تولید می کنند. گزارش شده است که پروتئین های سویا توسط پروتئین کیناز فسفریله شده است Feeney - ، Ros . - 1975 و - 1989 - Bhatnagar پروتئین های ایزوله سویا را با بکارگیری پروتئین کیناز مورد بررسی قرار دادند و مشاهده کردند پروتئین فسفریله شده حاصله دارای افزایش حجم بهتر و پایداری امولسیونی بالاتر بود و نیز برخی ویژگی های کاربردی پروتئین ها با بکارگیری فسفریلاسیون آنزیمی بهبود پیدا کردند. با این حال این روش موجب ایجاد بیش از چند گروه فسفات برای سوبسترا می شود. علاوه بر این آدنوزین تری فسفات برای فسفریلاسون - ATP - برای فسفریلاسیون آنزیمی لازم و ضروری است. اما به نظر می رسد بکارگیری این روش برای تولید در مقیاس صنعتی با توجه به هزینه های بالای ATP و آنزیم مقرون به صرفه نمی باشد.

.2.3 فسفریلاسون بوسیله ترکیب شدن با گلوکز--6فسفات:

با بکارگیری واکنش میلارد، برخی از پروتئین های غذایی نظیر اوآلبومین، پروتئین آب پنیر شیر و پروتئین ماهی بوسیله ترکیب شدن با گلوکز--6 فسفات با موفقیت فسفریله شدند Akai - و همکاران، . - 1997 پروتئین های ترکیبی آماده شده با گلوکز--6فسفات حاوی >1 g/100 g protein فسفر بوده و از ویژگی های کاربردی بی نظیری شامل پایداری حرارتی و فعالیت امولسیون کنندگی بالایی برخوردار بودند. علاوه بر این توانایی حل کردن کلسیم فسفات پروتئین با ترکیب شدن با گلوکز--6فسفات بهبود پیدا کرد. با این حال قهوه ای شدن که در نتیجه واکنش میلارد می باشد، هنوز هم بصورت یک مشکل حل نشده باقی مانده است. از سوی دیگر بالا بودن هزینه های گلوکز--6فسفات عامل مهم دیگری است که مانع استفاده از پروتئین های اصلاح شده در مواد غذایی می گردد

.3 فسفریلاسیون بوسیله حرارت دهی خشک:

Tarelli و - 1994 - Wheeler گزارش کردند که ساکاریدها و پروتئین ها چنانچه در حضور بافر فسفات خشک شوند می توانند توسط گروه های هیدروکسیل فسفریله شوند. بر اساس نظر Tarelli و - 1994 - Wheeler فسفریلاسیون پروتئین های مواد غذایی بواسطه حرارت دهی خشک گسترش پیدا کرده است. این بررسی اطلاعاتی در مورد فسفریلاسیون پروتئین های مواد غذایی از طریق حرارت دهی خشک را به خود اختصاص داده است.

.3.1 فسفریلاسیون:

مقدار فسفر موجود ارائه شده که بر اساس تفاوت مقدار فسفر آلی اصلی و کل پروتئین های مواد غذایی برآورد شده است در جدول 2 نشان داده شده است. با کاهش میزان pH از 7 به 3 و افزایش زمان حرارت دهی از 1 به 5 روز و با استفاده از فرایند حرارت دهی خشک در حضور فسفات، فسفریلاسیون افزایش پیدا کرد

مقدار فسفر پروتئین سفیده تخم مرغ، پروتئین محلول در آب سویا، اوالبومین و اووترانسفرین با استفاده از حرارت دهی خشک در دمای 85 درجه سانتی گراد و pH=4 طی مدت زمان 5 روز و در حضور پیروفسفات به بیشتر از 0/8 g/100g افزایش پیدا کرد که بالاتر از مقدار فسفر کازئین بود و برای بهبود ویژگی های کاربردی پروتئین های مواد غذایی در نظر گرفته شد

با این حال مقدار پایین فسفر برخی پروتئین های فسفریله شده به طریق شیمیایی، نظیر کازئین، پروتئین آب پنیر و بوین سرم آلبومین احتمالا بدلیل محتوای قند کمتر بود. به منظور بهبود بهری وری فسفریلاسیون، پروتئین آب پنیر و بوین سرم آلبومین توسط ترکیب شدن با مالتوپنتاز گلیکولیزه شده و سپس در حضور فسفات و حرارت دهی خشک فسفریله شدند. همانطور که انتظار می رفت فسفریلاسیون بوین سرم آلبومین و پروتئین آب پنیر بعد از گلیکولیزه شدن بهبود یافت.

در pH=5/5 و بیشتر، ارتوفسفات آنیونی بصورت آنیون تک ظرفیتی H2PO4- ظاهر می شود که با افزایش مقدار آن منطقی است که تشکیل فسفواستر بین هیدروکسیل و H2PO4- مطلوب تر از بین هیدروکسیل و H2PO42- است. علاوه بر این، پروتئین های غذایی توسط حرارت دهی خشک در حضور پیروفسفات نسبت به حضور ارتوفسفات راحت تر فسفریله شدند. بنابراین فسفریلاسیون پروتئین های مواد غذایی با استفاده از حرارت دهی خشک در حضور پیروفسفات توصیه می گردد

.3.2 ویژگی پیوندی فسفات:

ماهیت پیوندهای بین فسفات و پروتئین ها با روش هایی نظیر - 1 - پایداری در برابر pH پیوندهای فسفات - 2 - پایداری پیوندهای فسفات در دمای بالای 120 درجه سانتی گراد - 3 - دفسفریلاسیون توسط فسفاتاز مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از این روش ها، فسفر می تواند به هیدروکسیل اکسیژن و نیتروژن آمینه متصل شود. پایداری گروه های فسفات در pH=2-10 و دمای 120 درجه سانتی گراد Li - و همکاران، - 2003 نشان می دهد که پروتئین فسفریله شده را می توان در سیستم های غذایی با pH نرمال یا دمای بالا نیز مورد استفاده قرار داد. برخی محققین فسفریلاسیون پروتئین های غذایی را مورد مطالعه قرار داده و در مورد برخی ویژگی های پیوندی فسفات توضیحاتی ارائه نمودند. با این حال در گزارشات آنها جایگاه مشخصی برای فسفریلاسیون پروتئین های غذایی شناسایی نشده است.

.3.3 ویژگی پروتئین های فسفریله شده:

تحرک پروتئین ها - پروتئین سفیده تخم مرغ و ایزوله پروتئین آب پنیر - پس از فسفریلاسیون افزایش یافت که این موضوع توسط الکتروفورز ژل پلی اکریل آمید مورد بررسی قرار گرفت. نتایج HPLC نشان داد اگرچه پروتئین های پلیمریزه شده بواسطه حرارت دهی خشک تشکیل شده اند، اما تفاوت های معنی دار اندکی بین پروتئین فسفریله شده و غیر فسفریله شده وجود دارد. حلالیت پروتئن های غذایی بعد از حرارت دهی خشک در غیاب فسفات کاهش یافت. این امر ممکن است بدلیل حلالیت پیوند کوالانسی گروه های فسفات باشد Li - و همکاران، . - 2004 با این حال در ارتباط با فسفریلاسیون، بسیاری از پروتئین های فسفریله شده کاهش حلالیت را نشان داده اند که ممکن است بدلیل پلیمریزاسیون بیشتر پروتئین ها باشد.

.3.4 تاثیر فسفریلاسیون بر ساختار پروتئین های غذایی:

تاثیر فسفریلاسیون بر ساختار پروتئین های موادغذایی - اوآلبومین و بوین سرم آلبومین - مورد مطالعه قرار گرفته است. این مطالعات نشان داد که تغییرات در ساختار ثانویه این پروتئین های توسط فسفریلاسیون با حرارت دهی خشک، ملایم و کم بود Li - و Hayashi، . - 2005 با این وجود مشاهده شد که پس از فسفریلاسیون واکنش بین گروه های سولفیدریل و دی سولفید افزایش و شدت فلورسانس تریپتوفان کاهش یافت. علاوه براین، افزایش آبگریزی سطح بوسیله فسفریلاسیون با حرارت دهی خشک نیز مشاهده شد.

این امر ممکن است به این دلیل باشد که باقی مانده عوامل آبگریز بوسیله دفع بارهای منفی گروه های فسفات در سطح پروتئین ها قرار گرفته اند Li - و همکاران، . - 2004 این نتایج اشاره دارد که ساختار پروتئین های تشکیل شده توسط فسفریلاسیون با حرارت دهی خشک تا حدودی گشوده شده اند. این ساختار گشوده شده احتمالا ممکن است با پیشرفت تشکیل تجمعات محلول از طریق واکنش بین مولکولی گسترده منجر به تشکیل ژل های سخت تر و یکنواخت تری گردد که نقش مهمی برای ژله ای شدن در طول حرارت دهی ایفا می کند. در مقابل به نظر می رسد که ساختار دوم و سوم پروتئین های غذایی به راحتی توسط فسفریلاسیون شیمیایی تحت تاثیر قرار می گیرند. به عبارت دیگر فسفریلاسیون شیمیایی ساختار اصلی پروتئین ها را راحت تر از حرارت دهی خشک مختل می سازد

.3.5 ویژگی های کاربردی پروتئین های فسفریله شده:

ویژگی های کاربردی پروتئین های فسفریله شده از طریق فسفریلاسیون با حرارت دهی خشک مورد مطالعه قرار گرفته است. پایداری حرارتی پروتئین های غذایی فسفریله شده با حرارت دهی خشک در حضور فسفات بهبود یافت. بهبود ویژگی های ژله ای شدن شامل سختی، حالت ارتجاعی، تراکم پذیری و ظرفیت نگهداری آب پروتئین سفیده تخم مرغ فسفریله شده ممکن است بوسیله حضور شبکه یکنواخت ژلی ایجاد شده در اثر حرارت و حضور گروه های فسفات شرح داده شود

علاوه بر این با وجود سفید و کدر بودن ژل های حرارتی پروتئین سفیده تخم مرغ فسفریله نشده، ژل های پروتئین های سفیده تخم مرغ فسفریله شده شفاف بودند. گروه های فسفات در پروتئین سفیده تخم مرغ فسفریله شده با حرارت دهی خشک باعث افزایش ظرفیت امولسیون کنندگی و کف کنندگی پروتئین گشت.

Kato و همکاران - 1989 - گزارش کردند که بهبود ویژگی های امولسیون کنندگی را می توان با افزایش آب گریزی سطح تسهیل داد و این موضوع ممکن است بدلیل تعادل آمفی فیلیک بهتر و جلوگیری از تجمع قطرات روغن بوسیله نیروی دافعه الکترواستاتیک بارهای منفی گروه های فسفات باشد Li - و Hayashi، . - 2005 برهمین اساس انتظار می رود که می رود که استفاده از پروتئین سفیده تخم مرغ فسفریله شده موجب بهبود ویژگی های بافتی محصولات ژله ای نظیر سوریمی، سوسیس و ماکارونی می گردد.

.4 نتیجه گیری:

پروتئین های مواد غذایی بطور موفقیت آمیزی توسط حرارت دهی خشک در حضور فسفات فسفریله شدند. برخی ویژگی های کاربردی شامل حلالیت، پایداری حرارتی، امولسیون کنندگی، کف کنندگی و ویژگی های ژله ای شدن پروتئین های مواد غذایی با فسفریلاسیون بهبود پیدا کردند.

علاوه بر این عملکرد فیزیولوژیکی پروتئین های فسفریله شده نظیر عملکرد ایمنی و ضد التهابی نیز برای پروتئین ها قابل انتظار است. فسفریلاسیون با استفاده از حرارت دهی خشک در میان روش های مختلف اصلاح و تغییر دارای اولویت می باشد زیرا - 1 - پیروفسفات به عنوان یک افزودنی غذایی مجاز شمرده می شود و به عنوان ماده ایمن توسط سازمان غذا و داروی آمریکا شناخته شده است - 2 - تکنولوژی حرارت دهی خشک مورد استفاده در صنعت غذا به عنوان یک تکنولوژی امن شناخته شده است