Datblygu dull hydrolysis protein i gynyddu buddion maethol cig a physgod wedi'u paratoi'n ffres.

Papur cymorth gwyddonol gan Dr Adrian Hewson-Hughes | Cynghorydd Maeth, Diogelwch Bwyd ac Arloesi, GA Pet Food Partners.

Cyflwyniad.

Mae'r cynnwys protein anifeiliaid wedi'i hen sefydlu fel hanfod bwydydd o ansawdd premiwm ar gyfer cŵn a chathod, ac mae llawer o berchnogion anifeiliaid anwes yn cydnabod bod yr ymadrodd “ansawdd dros nifer” yn berthnasol yma. Yn ôl y cwmni ymchwil marchnad Mintel, mae 59% o berchnogion cathod a 57% o berchnogion cŵn yn dweud bod ansawdd y cig yn bwysicach na chynnwys cig cyffredinol mewn bwyd anifeiliaid anwes (MINTEL, 2017).

GA Pet Food Partners wedi cydnabod hyn ers tro. Ers cyflwyno Freshtrusion®, mae GA wedi arwain y ffordd wrth ddatblygu a gweithgynhyrchu dietau sy'n cynnwys symiau cynyddol o ffynonellau protein cig a physgod wedi'u paratoi'n ffres. Mae anifeiliaid anwes a'u perchnogion yn gwerthfawrogi manteision defnyddio ffynonellau cig a physgod ffres yn hytrach na chig a physgod wedi'u rendro, gan gynnwys gwell blas a threuliadwyedd cynyddol.

Ymdrechu i gynnig cynnyrch hyd yn oed yn well i'n Partneriaid.

Mae'r farchnad bwyd anifeiliaid anwes yn ddeinamig iawn ac er bod tynnu sylw at yr union gyfran uchel o gig/pysgod/dofednod mewn cynhyrchion yn gam doeth, mae hyn yn dod yn ddisgwyliad sylfaenol yn hytrach na'r ansawdd dymunol ar gyfer y cynhyrchion hyn gan berchnogion anifeiliaid anwes. Yma yn GA, rydym yn ymdrechu’n barhaus am ffyrdd o gynnig cynnyrch hyd yn oed yn well i Bartneriaid, a dyna pam yr aethom ati i wneud yr hyn sy’n ymddangos yn amhosibl – meddyliwch am ffordd o goginio ein cynhwysion cig a physgod ffres i’w gwneud hyd yn oed yn well i anifeiliaid anwes. .

Y syniad yw cynyddu gwerth maethol y protein o fewn ein cynhwysion cig a physgod ffres trwy drawsnewid y protein yn peptidau bach, sy'n cael eu hamsugno'n haws gan yr anifeiliaid anwes sy'n ei fwyta (rydym yn ei alw'n 'HDP' - Protein Treuliadwy Iawn). Er mwyn ein helpu yn y cwest hwn, fe wnaethom nodi arbenigwyr yn Nofima, sefydliad ymchwil blaenllaw ar gyfer ymchwil bwyd cymhwysol yn Norwy, i wneud y gorau o amodau ar gyfer treuliad enzymatig o ddeunyddiau crai cig a physgod dethol a'u dadansoddi i ddangos y gallem gyflawni'r hyn yr oeddem ei eisiau. .

Treulio Protein - sef Proteolysis neu Hydrolysis

Mae proteinau yn foleciwlau mawr sy'n cynnwys 'blociau adeiladu' unigol a elwir yn asidau amino. Ar ôl bwyta bwyd sy'n cynnwys protein, mae'r broses o proteolysis yn dechrau wrth i ensymau a ryddhawyd mewn gwahanol rannau o'r llwybr gastroberfeddol ei dorri i lawr yn asidau amino a pheptidau bach. Mae hyn yn galluogi'r blociau adeiladu hyn i gael eu hamsugno i'r corff, lle gellir eu hailgyfuno i adeiladu proteinau newydd (fel cyhyrau, croen, gwallt, gwrthgyrff, ensymau, hormonau, ac ati).

Mae hefyd yn bosibl i ffynonellau protein fynd trwy broses proteolysis ensymatig wedi'i rheoli fel rhan o'u paratoadau i'w cynnwys mewn bwydydd gweithgynhyrchu a chynhyrchion maethol. Er enghraifft, mae hydrolysadau protein wedi cael eu defnyddio ers degawdau mewn maeth dynol, yn fwyaf nodedig wrth gynhyrchu fformiwlâu llaeth babanod hypoalergenig ar gyfer babanod/plant sydd ag alergedd i brotein llaeth buwch.

Hydrolysis Ensymatig neu Gemegol

Gellir cyflawni hydrolysis protein - torri bondiau peptid sy'n uno asidau amino â'i gilydd trwy ychwanegu dŵr - trwy ddulliau gwahanol: yn gemegol gan ddefnyddio asidau neu fasau (alcalin) neu'n ensymatig (y dull yr ydym yn canolbwyntio arno). Er bod y dulliau hydrolysis asid ac alcalïaidd o broteinau yn cynnig y fantais o gost isel, mae canlyniadau negyddol o ran ansawdd maethol yr hydrolysadau a gynhyrchir. Mae hydrolysis asid yn arwain at ddinistrio'r tryptoffan asid amino hanfodol yn llwyr, yn ogystal â cholli methionin, cystin a cystein yn rhannol. (Pasupuleki a Braun, 2010). Yn yr un modd, mae hydrolysis alcalïaidd yn arwain at ddinistrio'r rhan fwyaf o asidau amino yn llwyr, er y gall tryptoffan oroesi'n gyfan. (Dai, et al., 2014), (Ho, et al., 2017).

O'i gymharu â hydrolysis asid ac alcalïaidd, prif fanteision hydrolysis ensymatig proteinau yw:

  1. Mae'r amodau hydrolysis megis tymheredd a pH yn ysgafn ac nid ydynt yn arwain at unrhyw golled hysbys o asidau amino.
  2. Mae'r defnydd o ensym(au) proteas yn fwy penodol a manwl gywir wrth reoli graddau hydrolysis a maint peptidau.
  3. Mae'n hawdd dadactifadu'r symiau bach o ensym a ddefnyddir (ee gwresogi i 80 - 85ºC am o leiaf 3 munud) i atal yr adwaith hydrolysis. (Ho, et al., 2017).

Buddion maethol protein wedi'i hydroleiddio'n ensymatig: treuliadwyedd ac amsugno protein.

Yn ogystal â'r dull hydrolysis protein a ddefnyddir, fel yr amlinellwyd yn flaenorol, mae gwerth maeth hydrolysadau protein yn dibynnu ar gyfansoddiad asidau amino rhydd, peptidau bach (yn nodweddiadol di- a thri-peptidau) a pheptidau mawr sy'n bresennol. Yn hanesyddol credid mai dim ond asidau amino rhydd oedd yn cael eu hamsugno o'r llwybr gastroberfeddol gan gludwyr asidau amino penodol. Mae hyn yn digwydd, ond cydnabyddir bellach bod y mwyafrif o asidau amino yn cael eu hamsugno fel deu- a thri-peptidau gan y cludwr peptid manylder eang PepT1 (Fei, et al., 1994). Mae'n bosibl y gall PepT1 gludo pob un o'r 400 deu-peptid ac 8,000 o dri-peptidau sy'n deillio o gyfuno'r 20 asid amino dietegol gwahanol. (Daniel, 2004). Felly byddai disgwyl y byddai llyncu hydrolysad protein sy'n cynnwys cyfrannau uchel o deu- a thri-peptidau yn hwyluso treuliad ac amsugno protein, gan arwain at fwy o dreuliadedd a bio-argaeledd asid amino.

Yn amlwg, mae sefydlu'r amodau ensym a hydrolysis gorau yn hanfodol i allu creu hydrolysadau protein gyda'r proffiliau maint peptid terfynol a ddymunir. Gellir pennu dosbarthiad maint peptid gan ddefnyddio techneg o'r enw cromatograffaeth eithrio maint. Mae cromatograffaeth allgáu maint (SEC) yn dechneg cemeg ddadansoddol lle mae cymysgeddau o foleciwlau (fel proteinau neu beptidau) sydd wedi hydoddi mewn hydoddiant yn cael eu gwahanu gan eu maint (fel yr amlinellir yn ffigwr 1).

FFIGUR 1. Trosolwg syml o wahanu moleciwlau o wahanol feintiau mewn hydoddiant yn ôl cromatograffaeth eithrio maint (SEC). Rhoddir yr hydoddiant ar golofn sy'n llawn resin o gleiniau sfferig mandyllog (sfferau llwyd). Ni fydd moleciwlau mawr (cylchoedd coch) yn gallu mynd i mewn i fandyllau (tyllau) y gleiniau ac felly'n pasio'r golofn i lawr yn gymharol gyflym a byddant yn cael eu canfod yn gyntaf. Gall moleciwlau llai o fewn y sampl fynd i mewn i'r mandyllau i raddau amrywiol yn dibynnu ar eu maint. Bydd moleciwlau 'canolig' (cylchoedd gwyrdd) yn gallu mynd i mewn i rai gleiniau ond nid eraill ac felly bydd yn cymryd mwy o amser i basio trwy'r golofn, tra bydd y moleciwlau lleiaf (cylchoedd glas) yn gallu mynd i mewn i'r holl fandyllau a bydd yn cymryd yr hiraf i basio trwy'r golofn.

Dulliau

Deunyddiau crai – Roedd samplau ffres o garcas cyw iâr, carcas hwyaid a fframiau eog wedi'u lleihau o ran maint, eu homogeneiddio'n bast trwchus a'u rhewi. Roedd iau cig oen ffres wedi'i rewi'n gyfan. Anfonwyd y defnyddiau i Nofima, Ås, Norwy, ar gyfer proteolysis a dadansoddi.

Proteolysis – Ar gyfer pob deunydd crai (cyw iâr, hwyaden, eog a chig oen), cymysgwyd sampl 500g â dŵr distyll 990ml mewn llestr adwaith gwydr a'i droi am 300rpm. Ar gyfer pob deunydd crai, profwyd tri ensymau proteas gwahanol mewn dau grynodiad gwahanol a dau bwynt amser gan arwain at 48 sampl hydrolysad i'w dadansoddi.

Cromatograffaeth Gwahardd Maint - Pennwyd dosbarthiad pwysau moleciwlaidd y ffracsiwn protein sy'n hydoddi mewn dŵr o'r hydrolysadau gan gromatograffaeth eithrio maint gan ddefnyddio system cromatograffaeth hylif perfformiad uchel Shimadzu LC-20AT (HPLC) gyda synhwyrydd arae photodiode (SPD M20A) wedi'i osod ar 214nm.

Cynnwys Peptid Collagen - Mae hydroxyproline yn asid amino wedi'i addasu, y mae ei bresenoldeb wedi'i gyfyngu'n bennaf i golagen. Gellir defnyddio cynnwys hydroxyproline mewn hydrolysadau protein fel mesur anuniongyrchol o faint o peptidau colagen/colagen sy'n bresennol. Cynhaliwyd dadansoddiad asid amino llawn (gan gynnwys hydroxyproline) o bob deunydd crai gan Nofima Biolab; yn ogystal, pennwyd cynnwys hydroxyproline mewn labordy achrededig (ALS, Norwy) yn y ffracsiwn sy'n hydoddi mewn dŵr o'r hydrolysadau.

Canlyniadau

Maint Peptid Dosbarthiad Hydrolysadau – Yn gyffredinol, ar gyfer pob ensym a brofwyd, arweiniodd deori pob deunydd crai gyda chrynodiad uwch o ensym ac am gyfnod hirach at newid 'buddiol' ym mhroffil maint peptid yr hydrolysadau (hy cynnydd yn y gyfran o beptidau llai). ). Amlygir hyn yn Ffigur 2, sy'n dangos canlyniadau ar gyfer pob deunydd crai gan ddefnyddio'r ensym 'gorau' ar grynodiad a hyd 'an-optimaidd' o gymharu â chrynodiad a hyd 'optimaidd'. Gydag amodau wedi'u optimeiddio, canfuom fod 100% o peptidau yn ≤3 kDa, a mwy na 75% yn <0.5 kDa (Ffigur 2).

Yn seiliedig ar dystiolaeth gyfunol sawl astudiaeth mewn nifer o rywogaethau (e.e. llygoden fawr, mochyn, ci, dynol; gw (Zhangi a Matthews, 2010) ar gyfer trosolwg, derbynnir yn gyffredinol y canlynol:

  • Mae amsugno peptidau yn well o'i gymharu â phrotein cyfan.
  • Mae amsugno peptidau yn well nag asidau amino rhydd.
  • Mae amsugno peptidau bach yn well na pheptidau mawr.

Yn ffisiolegol, mae mwyafrif yr asidau amino yn cael eu hamsugno fel peptidau bach sy'n cynnwys 2 neu 3 asid amino wedi'u cysylltu â'i gilydd (di- a thri-peptidau, yn y drefn honno). Felly byddai disgwyl y byddai llyncu hydrolysad protein sy'n cynnwys cyfrannau uchel o deu- a thri-peptidau yn hwyluso treuliad ac amsugno protein, gan arwain at fwy o dreuliadedd a bio-argaeledd asid amino. Pwysau moleciwlaidd cyfartalog asid amino yw 110 Daltons (Da), felly byddai gan deu- a thri-peptidau bwysau moleciwlaidd o tua 220-330 Da (0.2-0.3 kDa). Mae ein canlyniadau wrth gyflawni hydrolysadau protein gyda mwy na 75% o beptidau yn llai na 0.5 kDa (hy hyd at ~ 5 asid amino) yn golygu y byddai'r protein yn ein cebi yn hynod dreuliadwy ac yn cael ei amsugno'n hawdd gan yr anifeiliaid anwes sy'n ei fwyta. Bwriedir dangos hyn trwy astudiaeth fwydo mewn cydweithrediad â Chyfadran Meddygaeth Filfeddygol, Prifysgol Ghent.

Yn ogystal, mae cyflawni 100% o beptidau o 3 kDa neu lai yn lleihau'r risg o ysgogi adwaith alergaidd i'r ffynonellau protein ac felly gellir ei ystyried yn hypoalergenig.

Ffigur 2.

Dosbarthiad maint (kDa) peptidau yng nghyfnod dŵr hydrolysadau pob deunydd crai wedi'i ddeor â'r un ensym o dan amodau 'heb ei optimeiddio' ac 'optimeiddio' o ran crynodiad ensymau a hyd hydrolysis. Sylwch yn benodol sut mae canran y peptidau rhwng 1.0-3.0 kDa yn gostwng a pheptidau <0.5 kDa yn cynyddu, gan symud o amodau 'nad ydynt wedi'u optimeiddio' i amodau 'optimized'.

Hwyaden (heb ei optimeiddio)

Hwyaden (optimeiddio)

Eog (heb ei optimeiddio)

Eog (optimeiddio)

Cyw iâr (heb ei optimeiddio)

Cyw iâr (optimeiddio)

Cig Oen (heb ei optimeiddio)

Cig Oen (optimeiddio)

Cynnwys Peptid Collagen

Ar gyfer pob deunydd crai a brofwyd, perfformiodd ensymau A ac C yn 'well' yn gyffredinol (o ran adennill canran uwch o hydroxyprolin yng nghyfnod dŵr yr hydrolysadau) nag ensym B wrth gymharu hyd penodol o hydrolysis a chrynodiad ensymau (e.e. gweler canlyniadau ar gyfer eog yn ffigur 3).

Gan nad yw protein colagen 'cyflawn' yn hydawdd mewn dŵr, mae presenoldeb hydroxyproline (ein marciwr o 'colagen') yn y cyfnod dŵr yn dangos bod y protein colagen wedi'i dreulio yn peptidau colagen (sy'n hydoddi mewn dŵr). Mae ein canlyniadau'n dangos ein bod yn gallu defnyddio proteolysis ensymatig i greu deunyddiau crai sy'n gallu dod â buddion swyddogaethol posibl megis cefnogi iechyd ar y cyd, iechyd croen, ac iechyd perfedd trwy'r peptidau colagen sy'n bresennol ynddynt.

FFIGUR 3. Canran yr hydroxyproline (asid amino a geir bron yn gyfan gwbl mewn colagen) a adferwyd yng nghyfnod dŵr eog wedi'i hydroleiddio gyda thri ensym gwahanol (A, B neu C) wedi'u deor â'r deunydd crai (eog) mewn dau grynodiad gwahanol (C1 neu C2) ar gyfer dau gyfnod amser gwahanol (T1 neu T2).

Casgliad

Mae'r canlyniadau cadarnhaol hyn yn cyflwyno cyfleoedd i gael gwerth ychwanegol o bresenoldeb naturiol colagen o fewn rhai deunyddiau crai trwy greu peptidau colagen gyda'r potensial i gyflwyno buddion swyddogaethol megis cynnal cymalau iach mewn anifeiliaid anwes egnïol a gwella symudedd a hyblygrwydd cymalau mewn anifeiliaid anwes hŷn, er enghraifft.

Gyda'r ganran uchel (>75%) o beptidau bach (<0.5kDa) a gynhyrchir o dan amodau 'optimeiddio' yn seiliedig ar yr ymchwil hwn, mae rhan gyntaf ein HDP nod yn cael ei gyflawni. Y cam pwysig nesaf yw dangos bod y kibble a wneir gyda'r HDP hwn yn wir yn fwy treuliadwy a bio-ar gael na'n cynhyrchion presennol sydd wedi'u paratoi'n ffres - rydym yn brysur yn cyflawni hyn mewn astudiaeth fwydo gyda'r Prifysgol Ghent Ysgol milfeddyg. Gwyliwch y gofod hwn!

Lawrlwythwch ein Adroddiad HDP

Cyfeiriadau

  1. Cave, N., 2006. Deietau protein hydrolyzed ar gyfer cŵn a chathod. Clinigau Milfeddygol Ymarfer Anifeiliaid Bach, Cyfrol 36, tt. 1251-1268.
  2. Dai, Z., Wu, Z., Jia, S. & Wu, G., 2014. Dadansoddiad o gyfansoddiad asid amino mewn proteinau meinweoedd anifeiliaid a bwydydd fel deilliadau o-phthaldialdehyde cyn-golofn gan HPLC gyda chanfod fflworoleuedd. Cromatograffaeth B, Cyfrol 964, tt. 116-127.
  3. Daniel, H., 2004. Ffisioleg foleciwlaidd ac integreiddiol trafnidiaeth peptid berfeddol. Adolygiad Blynyddol o Ffisioleg, Cyfrol 66, tt. 361-384.
  4. Fei, Y. et al., 1994. Clonio mynegiant cludwr oligopeptide cypledig proton mamalaidd.. Natur, Cyfrol 7, tt. 563-566.
  5. Hanaoka, K. et al., 2019. Nodweddu proteinau a pheptidau pwysau moleciwlaidd yn ystod gweithgynhyrchu palatants bwyd anifeiliaid anwes. [Ar-lein] Ar gael yn: https://www.diana-petfood.com/emea-en/publications/
  6. Hou, Y. et al., 2017. Hydroysadau protein mewn maeth anifeiliaid: Cynhyrchu diwydiannol, peptidau bioactif, ac arwyddocâd swyddogaethol. Journal of Animal Science and Biotechnology, tt. 24-36.
  7. Knights, R., 1985. Prosesu a gwerthuso hydrolysadau protein. Yn: Maeth ar gyfer Anghenion Arbennig. Efrog Newydd: Marcel Dekker, tt. 105-115.
  8. MINTEL, 2017. Mwy o dryloywder o ran protein mewn bwyd anifeiliaid anwes, sl: ADRODDIADAU MINTEL.
  9. Pasupuleki, VK, Braun, S, 2010. Gweithgynhyrchu hydrolysadau protein o'r radd flaenaf. Yn: Hydrolysates Protein mewn Biotechnoleg. Efrog Newydd: Springer, tt. 11-32.
  10. Zhangi, B. & Matthews, J., 2010. Pwysigrwydd ffisiolegol a mecanweithiau amsugno hydrolysad protein. Yn: Hydrolysates Protein mewn Biotechnoleg. Efrog Newydd: Springer, tt. 135-177.