Wpływ masy cząsteczkowej, temperatury i pH na aktywność przeciwutleniającą hydrolizatu izolatu białka serwatkowego oraz jego zastosowanie do wzbogacania makaronu

Zdrowsze comfort food

Makaron to podstawowy produkt na stołach na całym świecie, ale pod względem odżywczym ma pewne braki: jest stosunkowo ubogi w niektóre niezbędne aminokwasy i niewiele oferuje w zakresie ochrony przed stopniowymi uszkodzeniami wywoływanymi przez codzienną oksydację w organizmie. W tym badaniu sprawdzono, czy produkt uboczny produkcji sera — białko serwatkowe — można przekształcić w drobne fragmenty białkowe o silnym działaniu ochronnym, a następnie dyskretnie włączyć do ciasta makaronowego, tworząc bardziej prozdrowotną wersję znanego produktu.

Przekształcanie mlecznych pozostałości w przydatne składniki

Serwatka to ciecz pozostająca po przetworzeniu mleka na ser i jest bogata w wysokiej jakości białko. Naukowcy wykorzystali dwa powszechne składniki serwatki — koncentrat białka serwatkowego i izolat białka serwatkowego — i rozbili ich białka na mniejsze fragmenty zwane peptydami przy użyciu enzymu dopuszczonego do stosowania w żywności. Regulowali ilość zastosowanego enzymu i mierzyli, jak daleko zaszło rozkładanie białek w czasie. Następnie testowali, jak dobrze powstałe mieszanki neutralizują reaktywne cząsteczki (jako miarę aktywności przeciwutleniającej) oraz wiążą jony metali, które mogą inicjować reaktywne procesy w żywności i w organizmie.

Dlaczego rozmiar i kształt fragmentów białkowych mają znaczenie

Nie wszystkie mieszaniny peptydowe zachowywały się tak samo. Hydrolizaty uzyskane z izolatu białka serwatkowego konsekwentnie wykazywały silniejszą aktywność przeciwutleniającą niż te z koncentratu, nawet gdy były rozłożone w podobnym stopniu. Gdy hydrolizat izolatu poddano dalszemu rozdziałowi według rozmiaru, bardzo małe peptydy (poniżej 2 kilodaltonów) wyróżniały się w jednym teście skwidowania rodników, podczas gdy znacznie większe peptydy (powyżej 10 kilodaltonów) lepiej radziły sobie w innym teście i w wiązaniu jonów żelaza. Analiza chemiczna wykazała, że te grupy różniły się balansem aminokwasów hydrofilowych i hydrofobowych, co pomaga wyjaśnić, dlaczego w odmienny sposób wchodziły w interakcje z różnymi rodnikami i metalami.

Przetrwanie ciepła i kwasowości

Aby składnik był praktyczny w rzeczywistej żywności, musi znosić obróbkę cieplną i procesowanie. Zespół zbadał, jak aktywność przeciwutleniająca najobiecującego hydrolizatu z izolatu zmieniała się w zakresie temperatur przypominających gotowanie i różnych poziomów pH. Jego zdolność do unieszkodliwiania rodników najlepiej utrzymywała się w warunkach lekko kwaśnych do neutralnych i w umiarkowanym cieple, zaś wydajność spadała w bardzo wysokich temperaturach i w silnie zasadowych warunkach. Aktywność wiązania metali była najsilniejsza w niższym pH. Te wzorce sugerują, że struktury peptydów i sposób, w jaki ich kluczowe aminokwasy niosą ładunek elektryczny, zmieniają się w ekstremalnych warunkach w sposób osłabiający efekty ochronne — istotna uwaga przy projektowaniu nowych produktów spożywczych.

Tworzenie lepszego talerza makaronu

W oparciu o te wyniki badacze wymieszali wybrany hydrolizat izolatu z semoliną z pszenicy durum, aby otrzymać makaron zawierający do 1,5 grama hydrolizatu na 100 gramów suchej masy. Porównali te partie z makaronem zwykłym pod kątem wartości odżywczej, zachowania podczas gotowania, tekstury, koloru, zdolności przeciwutleniającej i smaku. W miarę wzrostu poziomu hydrolizatu zawartość białka i minerałów w makaronie nieznacznie wzrosła, natomiast udział węglowodanów zmalał. Czas gotowania skrócił się nieco, a do wody wydostało się więcej substancji, co odzwierciedla nieco słabszą strukturę wewnętrzną. Badania instrumentalne wykazały, że makaron stawał się bardziej miękki wraz ze wzrostem ilości hydrolizatu, a jego barwa przesunęła się w stronę ciemniejszego, bardziej żółtego odcienia.

Równowaga smaku i korzyści

Pomimo tych zmian, wzbogacony makaron przyniósł wyraźne korzyści funkcjonalne. Wszystkie poziomy dodanego hydrolizatu istotnie zwiększyły zdolność makaronu do neutralizowania rodników i wiązania żelaza, nawet po ekstruzji, suszeniu i gotowaniu. W niektórych testach aktywność przeciwutleniająca wzrosła ponad trzykrotnie w porównaniu z makaronem zwykłym, co pokazuje, że wiele delikatnych peptydów przetrwało warunki przetwarzania. Panel degustacyjny stwierdził, że makaron o niskim do umiarkowanego wzbogaceniu (do 1 grama hydrolizatu na 100 gramów mąki) był ogólnie tak samo akceptowalny jak próbka kontrolna, z podobnym wyglądem, smakiem i aromatem. Dopiero przy najwyższym poziomie dodania tekstura i zapach zaczęły wyraźnie się pogarszać.

Co to oznacza dla codziennego jedzenia

Badanie sugeruje, że odpowiednio przetworzona serwatka, wcześniej postrzegana głównie jako produkt uboczny z zakładów serowarskich, może zostać przekształcona w skoncentrowane źródło peptydów ochronnych i dyskretnie wpleciona do codziennych produktów spożywczych, takich jak makaron. Stosowana w umiarkowanych ilościach, taka substancja może znacząco zwiększyć zdolność posiłku do przeciwdziałania utlenianiu i nieznacznie poprawić profil białkowy, nie zmuszając konsumentów do zmiany zwyczajów żywieniowych ani sposobu gotowania. Po dalszym dopracowaniu mającym na celu ochronę tekstury i koloru, wzbogacony makaron mógłby stanowić prosty sposób, by sprawić, że comfort food będzie pracował nieco mocniej na rzecz zdrowia w długim okresie.

Cytowanie: Mohammadi, M., Ahmadi Gavlighi, H., Amini Sarteshnizi, R. et al. Effect of molecular weight, temperature, and pH on antioxidant activity of whey protein isolate hydrolysate and its application in pasta fortification. Sci Rep 16, 14246 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45308-4

Słowa kluczowe: funkcjonalny makaron, białko serwatkowe, peptydy o działaniu przeciwutleniającym, wzbogacanie żywności, hydrolizat białkowy