Антиоксидантная система молока

 q DOI:                       Обзорная статья/Review article

Важная роль в жизнедеятельности организма принадлежит антиоксидантам. Основная их функция заключается в блокировании свободных радикалов, которые являются причиной разрушения клеточных структур. Вследствие разрушения последних происходит гибель клеток или их перерождение. Неконтролируемая активность свободных радикалов может привести к окислительным стрессам с последующим распадом жизненно важных биохимических соединений, таких как липиды, белки, ДНК. Деструкция этих соединений является причиной ускорения канцерогенеза, нарушений иммунной системы, сердечно-сосудистых заболеваний, неврологических расстройств, дегенеративных изменений

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License

организма, катаракты. Активность антиоксидантной системы организма тесно связана с полноценным питанием и адекватным поступлением в организм необходимых нутриентов [1, 2]. С целью повышения биологической ценности продуктов питания, производится обогащение их ингредиентами, обладающими выраженными антиоксидантными свойствами [3, 4]. В последние годы во всем мире неуклонно растет спрос на продукты питания, содержащие природные антиоксиданты. Антиокислители являются не только физиологически значимыми компонентами пищи, но и играют важную технологическую роль, так как позволяют сохранить цвет и вкус продуктов, повысить их хранимо-способность [5]. Основной причиной химической порчи молока и молочных продуктов являются окислительные процессы жира. Антиокислитель-ная стабильность является важной проблемой в молочной промышленности. Антиоксиданты являются своеобразными индикаторами биологической ценности продукта. В связи с этим, изучение антиоксидантной системы молока является актуальной проблемой.

Основная часть

Вследствие присутствия в составе молочного жира полиненасыщенных кислот, происходит быстрое его окисление кислородом воздуха. Окисление липидов протекает в несколько стадий. В первую очередь окисляются полиненасыщенные жирные кислоты, которые содержатся в фосфолипидах оболочек жировых шариков и свободном жире. Происходят глубокие химические изменения триглицеридов молочного жира и фосфолипидов. Основными первичными продуктами окисления жира являются гидроперекиси жирных кислот, поэтому процесс называют перекисным окислением жирных кислот. Первичные продукты переокисления жирных кислот быстро превращаются в различные вторичные продукты окисления, в том числе, перексиды, альдегиды, кетоны, оксикокислоты, которые не только изменяют вкус, запах и цвет молока, но и, некоторые из них являются токсичными веществами [6,7,8].

Антиоксидантная система молока представлена комплексом биологически активных компонентов, такими как, витамины А, С, Е, каротиноиды, флавоноиды, ферментные системы, белки, пептиды, серосодержащие аминокислоты, гормоны, небелковые вещества [6,8,9].

Витамин С. Аскорбиновая кислота – один из самых сильных и наименее токсичных природных антиоксидантов. Это основной водорастворимый антиоксидант, присутствующий в молоке, свободнорадикальная активность которого обусловлена его низким окислительновосстановительным потенциалом. Аскорбиновая

Аскорбиновая кислота легко окисляется до дегидроаскорбиновой кислоты, особенно при щелочном рН. Дегидроаскорбиновая кислота может быть либо дополнительно окислена, либо вновь превращена в аскорбиновую кислоту с помощью реакции, катализируемой ферментом. При некоторых условиях аскорбиновая кислота может выступать в качестве прооксиданта, регенерируя перферрильный радикал при инициации перекисного окисления липидов. Окисление аскорбиновой кислоты зависит от температуры, воздействия света, кислорода и количества катализаторов [7, 8].

Витамин С является важным водорастворимым антиоксидантом и взаимодействует в комплексе с железом и жирорастворимыми антиоксидантами. При добавлении аскорбиновой кислоты и токоферола в молоке достигается высокая органолептическая и фотоокислительная стабильность по сравнению с образцами молока, не содержащими этих компонентов [10].

Витамины А, Е. Витамины А и Е считаются первичными жирорастворимыми антиоксидантами, и основная работа этих витаминов заключается в защите полиненасыщенных жирных кислот и связанных с ними биохимических соединений от перекисного окисления [5,6,8].

Витамин Е может непосредственно поглощать свободные радикалы, а также, ингибировать активность плазмина – протеолитического фермента. Витамин Е представляет собой группу соединений, включающую токоферолы и то-котриенолы, каждый из которых делится на альфа, бета, гамма и дельта витамеры. Среди токоферолов α-токоферол является одним из важнейших жирорастворимых антиоксидантов в молоке и считается основным поглотителем свободных радикалов. Образовавшийся токоферолокси-радикал относительно стабилен и может быть вновь превращен в токоферол путем восстановления его аскорбиновой кислотой. Альфа-токоферол является самой биологически активной формой витамина Е. Антиоксидантная активность β -, γ-и δ-токоферолов на 80–90% меньше, чем у α-токоферола [11]. γ-токоферол имеет высокую функциональную ценность, поскольку он может улавливать оксиды азота [6, 11].

Каротиноиды. Каротиноиды являются жирорастворимыми соединениями, и их концентрация зависит от общей концентрации жира в молоке. Они действуют как поглотители синглетного кислорода и могут, также, реагировать с другими активными формами кислорода [6, 12].

Каротиноиды являются липофильными молекулами с тенденцией накапливаться в мембране или липопротеинах. Оболочка жировых шариков является самым активным местом для автоокисления. β-каротин рассматривается, как профилактический антиоксидант, так как он может гасить высокотоксичный синглетный кислород. Бета-каротин способен ингибировать фотоокисление липидов, так как он поглощает свет, который в противном случае был бы поглощен рибофлавином, что привело бы к ухудшению качества молока [7, 8, 12].

Флавоноиды. Антиокислительные свойства флавоноидов проявляются в их способности поглощать свободные радикалы, а, также, выступать в качестве соединений, связывающих ионы металлов. Флавоноиды проявляют свою активность, как в липидной, так и в водной фазе [6–8].

Белки молока. Антиоксидантная активность молочных белков обусловлена, в первую очередь, антиокислительными свойствами сывороточных белков, в частности хелатированием железа лактоферрином и связыванием свободных радикалов серосодержащими аминокислотам [9, 13]. Сывороточные белки, кроме того, повышают уровень глутатионпероксидазы, которая является одним из наиболее значимых водорастворимых компонентов антиоксидантной системы [9, 14].

Лактоферрин – это железо связывающий гликопротеин. Лактоферрин выполняет несколько биохимических важных функций, в том числе: связывание железа, поглощение железа; проявление бактериостатического и бактерицидного действия, а также, выполнение функции фактора роста [9, 14, 15].

Связывание лактоферрином железа ингибирует превращение перекиси водорода в гидроксильный радикал. Антиоксидантные свойства лактоферрина проявляются, также, в способности его связывать липополисахариды, ограничивая, при этом, образование ими свободных радикалов [13]. Кроме того, лактоферрин активирует некоторые ферментов антиокисли-тельной системы [14, 17].

Казеин . Казеиновые фракции белков молока проявляют менее выраженную антиоксидантную активность и выступают, в основном, в качестве поглотителей активных форм кислорода. Наряду с этим, остатки фосфосерина, соединенные с молекулами казеина и неорганическим фосфатом, могут связывать негемовое железо. Казеин способен, также, ингибировать катализируемое липоксигеназой аутоокисление липидов [6,8,18].

Ферменты. Ферменты молока, составляющие антиоксидантную систему, отличаются по принципу своего действия. Некоторые ферменты предотвращают образование радикалов или нейтрализуют их действие. Другие ферменты катализируют синтез или регенерацию неферментативных антиоксидантов [19, 20].

Ксантиноксидаза окисляет различные альдегиды и пуриновые основания (ксантин и др.) до соответствующих кислот. Данный фермент обладает, также, способностью восстанавливать нитраты в нитриты [21–23].

Ксантиноксидаза представляет собой сложный молибдофлавофермент, который выделяется клетками молочной железы. Является основным белковым компонентом оболочек жировых шариков и находится на их внутренней поверхности [24,25]. В оболочках жировых шариков сосредоточено порядка 80% ксанти-ноксидазы от общего количества ее в сыром молоке [23, 26, 27].

Сульфгидрилоксидаза. Антиоксидантные свойства фермента проявляются в способности катализировать в присутствии кислорода окисление сульфгидрильных групп в L, D-цистеине, в восстановленном глутатионе и в денатурированных белках [8, 19]. Является нативным ферментом молока, большая часть которого (около 55%) находится в глобулиновой фракции, около 23% фермента связано с оболочками жировых шариков и около 21% связано с казеином [19, 20].

Лактопероксидаза – катализирует окисление тиоцианата с помощью – перекиси водорода с образованием тиоцианогена, который затем гидролизуется до гипотиоцианата [7, 14, 28]. Лактопероксидаза является вторым по распространенности ферментом в молоке и его основная роль заключается в защите молочной железы и кишечника младенцев от бактериальных инфекций. Может ингибировать рост и метаболизм различных видов микроорганизмов [29, 30]. Антимикробный эффект лактопероксидазной системы обусловлен ее способностью катализировать в присутствии перекиси водорода окисление тиоцианата с получением гипотиоциа-ната и гипотиоциановой кислоты; и окисление йода с получением гипойодита и гипойодной кислоты. Эти соединения вступают в реакцию с микробными сульфгидрильными группами, ингибируя различные клеточные функции. Лактопероксидаза катализирует инактивацию широкого спектра микроорганизмов [31, 32].

Каталаза окисляет пероксид водорода. В результате реакции образуются вода и молекулярный кислород. Каталаза – это крупный фермент, содержащий гем-связанное железо в своем активном участке. Каталаза обладает очень высокой способностью разрушать Н 2 О 2 , и с точки зрения количества молекул Н 2 О 2 , разлагающихся в минуту на молекулу фермента, она является одним из самых активных известных ферментов [6, 8].

Глутатионпероксидаза удаляет Н 2 О 2 и другие пероксиды с высокой скоростью. Данный фермент является одной из биологически активных форм селена в коровьем молоке [8, 20]. Его селеногруппа окисляется перекисью, а затем восстанавливается глутатионом, который превращается в окисленный глутатион. Селен специфически включается в белки в виде селеноцистеина [6, 7]. Он также может быть включен в качестве селенометионина. Селеноцистеин входит в состав активного центра глутатионпероксидазы. Активность глутатионпероксидазы значительно коррелирует с концентрацией селена. Глутатионпероксидаза в молоке существует в сложной форме, прикрепленной к высокомолекулярным белкам внутри казеиновой фракции [6, 20].

Концентрация данного фермента в коровьем молоке колеблется от 12 до 30 ед./мл и его активность, в основном, зависит от концентрации селена. Антиоксидантная активность и содержание селена снижаются с прогрессированием лактации [8, 19].

Церулоплазмин разрушает супероксидра-дикал кислорода, предотвращая активацию перекисного окисления полиеновых кислот [6,19]. Представляет собой металлогликопротеин, обладающий антиоксидантными свойствами и оксидазной активностью. Церулоплазмин рассматривают как специфический переносчик меди. Медь в молоке присутствует в недиализуе-мой форме и 75–80% ее входит в состав фермента. Церулоплазмин – уникальный источник меди для новорожденных, когда они еще не способны самостоятельно поддерживать баланс меди в организме [8, 20, 33].

Лимонная кислота. Лимонная кислота не проявляют выраженных антиоксидантных свойств, но способна повышать антиокислитель-ную активность более «сильных» антиокислителей за счет хелатирования поливалентных металлов. Такие вещества называются синергистами антиокислителей [7, 10].

Гормоны. Антиоксидантные свойства проявляют, также некоторые эндогенные гормоны (кортикостероиды, эстрогеныи прогестерон), выполняющие важные функции в регуляции метаболических процессов в организме животного [6, 8, 34].

Мочевая кислота. Представителем небелковых азотистых соединений в молоке является мочевая кислота, которая выполняет функции антиоксиданта путем ингибирования активных форм кислорода. Кроме того, мочевая кислота способна связывать переходные металлы, такие как железо. Проявляет свойства синергиста в композиции с токофероллом и аскорбиновой кислотой [7, 8, 10].

Заключение

Антиоксидантная система молока выполняет важную биохимическую функцию, ингибируя свободнорадикальное перекисное окисление липидов и способствуя сохранению нативных свойств молока. Определение общей антиоксидантной активности молока может быть биомаркером его биологической ценности, что позволит выбирать перспективные направления переработки молока в промышленности и прогнозировать его хранимоспособность.