Сладкие белки, или Что бы такое съесть, чтобы похудеть

В объединенном центре генетических технологий национального исследовательского университета (НИУ) БелГУ в рамках программы «Приоритет-2030» и в научно-образовательном центре «Инновационные решения в АПК» реализуется проект по созданию трансгенных кроликов, в молоке которых содержатся рекомбинантные природные белки с высокоинтенсивным сладким вкусом. Такая прорывная технология — важный шаг на пути создания животных—продуцентов сладкого белка с молоком, что, в свою очередь, может стать эффективным подспорьем в борьбе с глобальной проблемой ожирения и сахарного диабета 2-го типа.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Современную пищевую промышленность невозможно представить без многочисленных стабилизаторов, усилителей вкуса, красителей и модификаторов. Особое место в их числе занимает сахар. Вкус сладкого наряду с соленым, кислым, горьким и пикантным (умами) определяет наше восприятие пищи. И именно сладкий вкус не связан с «опасными» горькими и кислыми сигналами. Чистый соленый вкус также не ассоциируется с чем-то съедобным.

Между тем природа на много тысячелетий раньше появления современной технологии пищевых производств научилась подстраиваться под любовь к сладкому наших предков. Некоторые фрукты для того, чтобы казаться нам сладкими, не запасают энергозатратные углеводы, а синтезируют небольшие белки, которые взаимодействуют с рецепторами, отвечающими за восприятие сладкого вкуса, и таким образом легко поднимаются в цепочке пищевых предпочтений приматов и человека.

На сегодняшний день обнаружено шесть таких белков с высокоинтенсивным сладким вкусом: монеллин (открыт в 1969 году), тауматин (1972), пентадин (1989), мабинлин (1983), куркулин (1990) и браззеин (1994). Они пока не нашли широкого применения в пищевой промышленности, хотя некоторые из них зарегистрированы в качестве пищевых добавок и используются, например, при производстве жевательных резинок.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Выделять сладкие белки из растений чрезвычайно неэффективно и экономически бессмысленно, и только некоторые из них нашли промышленное применение в своей «дикой», природной форме. Но современная биотехнология и генетические технологии открывают совершенно новые горизонты для революции в пищевой промышленности.

На первом этапе биотехнологии сладких белков было предложено производить их в культурах бактериальных клеток или дрожжей, этим путем пошла компания «Эфко», которая реализует проект как резидент научно-образовательного центра мирового уровня «Инновационные решения в АПК» по получению сладкого белка браззеина в культуре клеток дрожжей.

Следующим, еще более прорывным шагом может стать создание животных—продуцентов сладкого белка с молоком. Ведь главное ограничение всех биотехнологий — сложные процедуры выделения и очистки белков, производимых в биореакторах, что определяет себестоимость продукции таких белков примерно в $100 (или 6 тыс. руб.) за 1 г. Если же представить себе, что корова начинает производить молоко, в котором с самого начала содержится такой сладкий белок, его не нужно дополнительно выделять и очищать, чтобы добавить в рецептуру молочных продуктов, то понятны все выгоды этого. Он стоит не дороже того молока, в котором содержится!

Животные продуценты могут производить 3–10 г рекомбинантного белка в 1 л молока, породистая корова производит не менее 10 тыс. л молока в год, сладкий белок браззеин в 2 тыс. раз слаще сахарозы, а значит, всего одна корова в год может производить до 100 кг браззеина, что эквивалентно 200 т сахара. Такое молоко можно смешивать с обычным или использовать в рецептуре молокосодержащих продуктов (даже в виде сухого молока). Благодаря своей устойчивости к относительно высоким температурам белок может выдержать процесс пастеризации молока, а также выделения и очистки для дальнейшего использования.

Уже созданы модельные мыши, в молоке которых содержится браззеин, доказано, что при таком способе продукции он сохраняет свои вкусовые свойства, в рамках программы «Приоритет-2030» в НИУ БелГУ проводятся работы по созданию генетически модифицированных кроликов—продуцентов браззеина (до 21 л молока, или до 210 г браззеина, в год от одной крольчихи, что эквивалентно 420 кг сахара).

Очевидно, что наибольшую потребность в промышленном получении сладких белков испытывает не столько пищевая, сколько медицинская сфера. 11 октября по инициативе Всемирной организации здравоохранения отмечается Всемирный день борьбы с ожирением. Широко известно, что отказ от избыточного потребления простых углеводов является одной из основных мер профилактики и лечения сахарного диабета и связанных с ним заболеваний.

Тем не менее нетрудно представить, почему отказ от сладкого является сложнейшей задачей, с которой непросто справиться любому пациенту.

Сладкие фрукты составляли основу рациона наших далеких предков, эволюция очень надежно закрепила в нашем мозге мотивацию к поиску и потреблению сладкого. Но эволюционный отбор не способствовал формированию сдерживающих механизмов, которые могли бы регулировать избыточное потребление сахаросодержащих продуктов, в первую очередь потому, что источников питания было всегда мало. В этой связи «обман» вкусовых рецепторов является одной из наиболее логичных стратегий борьбы с диабетом.

Однако, несмотря на наличие широкого спектра сахарозаменителей, внедрение веществ, способных имитировать вкусовую рецепцию сладкого, не решило одну из ключевых проблем диетологии. В первую очередь ограничением возможности перехода на сахарозаменители является неудовлетворительный профиль их переносимости. Среди прочего, потребление подсластителей ассоциировано с развитием таких побочных эффектов, как нарушение нормальной моторики кишечника, дисбактериоз, заболевания желчного пузыря и др.

Все эти побочные эффекты связаны с тем, что сахарозаменители не являются инертными веществами и оказывают влияние не только на вкусовые рецепторы, но и на течение ряда физиологических процессов. В этом отношении сладкие белки представляются наиболее безопасными сахарозаменителями, поскольку, как любые другие вещества белковой природы, разрушаются до безопасных аминокислот уже при попадании в желудочно-кишечный тракт.

Возможно, как раз сейчас мы стоим на пороге удивительных перемен, когда с использованием природоподобных технологий мы сможем перейти на здоровое питание, не меняя наших привычек.

Алексей Дейкин, кандидат биологических наук, НИУ БелГУ

Растительные белки, которые в тысячи раз слаще сахара

Монеллин

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Обнаружен в плодах западноафриканского кустарника, известного как ягода серендипити (Dioscoreophyllum cumminsii). Белок был назван в 1972 году в честь Центра химических ощущений Монелла в Филадельфии, США, где он был выделен и охарактеризован. Монеллин воспринимается людьми и некоторыми приматами как сладкий, но другие млекопитающие не чувствуют его сладким. В зависимости от эталона сладости, по которому он оценивается, монеллин в 0,8–2 тыс. раз слаще сахарозы. При этом монеллин имеет медленное начало сладости и продолжительное послевкусие, если говорить языком дегустаторов. Нагрев выше 50°C при низком pH денатурирует белки монеллина, вызывая потерю сладости. Извлечение монеллина из плодов обходится дорого, а растение трудно выращивать.

Монеллин успешно экспрессируется в дрожжах (Candida utilis) и синтезируется твердофазным методом. Было обнаружено, что синтетический монеллин, производимый дрожжами, в 4 тыс. раз слаще сахарозы (эталон сравнения — 0,6-процентный раствор сахара). Монеллин не имеет юридического статуса в Европейском союзе или США, но в Японии он одобрен как пищевая добавка.

Тауматин (также известный как талин)

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Низкокалорийный подсластитель и модификатор вкуса. Белок часто используется в первую очередь из-за его модифицирующих вкус свойств, а не исключительно в качестве подсластителя. Тауматины были впервые обнаружены в виде смеси белков, выделенных из плодов катемфе (Thaumatococcus daniellii) из Западной Африки. Хотя вкус тауматина очень сладкий, он заметно отличается от вкуса сахара.

Сладость тауматина нарастает очень медленно. Восприятие длится долго, оставляя лакричное послевкусие при высоких концентрациях. Тауматин взаимодействует с человеческим рецептором TAS1R3, придавая сладкий вкус. Взаимодействующие с рецептором участки белка специфичны для обезьян и людей, только они могут воспринимать его как сладкое. Тауматин представляет собой белок с очень сладким вкусом — по молярной основе примерно в 100 тыс. раз слаще сахарозы.

Тауматин хорошо растворим в воде, стабилен при нагревании и в кислых условиях. Тауматин был одобрен в качестве подсластителя в Европейском союзе (E957), Израиле и Японии. В США он признан безопасным в качестве ароматизатора (FEMA GRAS 3732), но не в качестве подсластителя.

Пентадин

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Белок со сладким вкусом, был обнаружен и выделен в 1989 году в плодах убли (Pentadiplandra brazzeana Baillon), вьющегося кустарника, произрастающего в некоторых тропических странах Африки. Плоды употребляются в пищу обезьянами и местным населением. Ягоды растения невероятно сладкие, в 500 раз слаще сахарозы (если сравнивать по весу), при этом его сладость имеет медленное начало и замедленное снижение, как у монеллина и тауматина.

Браззеин

Также обнаружен в плодах убли (Pentadiplandra brazzeana Baillon). Как и другие сладкие белки, обнаруженные в растениях, он чрезвычайно сладкий по сравнению с обычно используемыми подсластителями (в 0,5–2 тыс. раз слаще сахарозы). Плод кажется сладким людям, обезьянам и бонобо, но у горилл есть мутации в их рецепторах сладости, так что они не находят браззеин сладким и не обманываются на счет его энергетической ценности. Сладкое восприятие браззеина больше похоже на сахарозу, чем на тауматин, с чистым сладким вкусом, затяжным послевкусием и небольшой задержкой (дольше, чем у аспартама) в равносладком растворе. Браззеин стабилен в широком диапазоне рН от 2,5 до 8 и термостабилен при 98°С в течение двух часов.

Куркулин, или неокулин

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Выделен из плодов куркулиго (Curculigo latifolia семейства Hypoxidaceae), растения из Малайзии. Куркулин проявляет модифицирующую вкус активность, однако он сам по себе обладает сладким вкусом. После употребления куркулина вода и кислые растворы становятся сладкими на вкус. Куркулин считается высокоинтенсивным подсластителем, относительная сладость которого в 430–2070 раз слаще сахарозы по весу. При температуре 50°C белок начинает разлагаться и теряет свои «сладкие» и «модифицирующие вкус» свойства, поэтому он не подходит для использования в горячих или обработанных пищевых продуктах. Куркулин в настоящее время не имеет юридического статуса в Европейском союзе и США, в Японии он одобрен как пищевая добавка.