DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2024.1371401
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38510712
تاريخ النشر: 2024-03-06
المؤلف: Kangyi Zhang وآخرون
الموضوع الرئيسي: البروتينات في نظم الغذاء
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة عامة على التفاعلات بين البروتينات والبوليفينولات في النظام الغذائي البشري، مع التأكيد على أهميتها في قوام الطعام، والنكهة، والقدرة الحيوية. يتم تصنيف التفاعلات إلى أنواع غير تساهمية وتساهمية، حيث تكون الأخيرة غير قابلة للعكس وأكثر تأثيرًا. تلخص المراجعة بشكل منهجي التقدمات الحديثة في فهم آليات التفاعلات التساهمية أثناء معالجة الطعام، وتأثيرات طرق المعالجة المختلفة على هذه التفاعلات، وتقنيات التوصيف للمجمعات التساهمية.
بالإضافة إلى ذلك، يتم مناقشة آثار التفاعلات التساهمية على بنية البروتين، ووظيفته، وقيمته الغذائية، جنبًا إلى جنب مع إمكانية توافر البوليفينولات حيويًا. يتم تسليط الضوء على الفوائد الصحية المرتبطة بهذه المجمعات التساهمية، مثل الخصائص المضادة للأكسدة، وتأثيرات خفض السكر في الدم، وتعديل الميكروبيوم المعوي وردود الفعل التحسسية. تستكشف المراجعة أيضًا التطبيقات المحتملة في صناعة الطعام، بما في ذلك استخدام هذه المجمعات كعوامل رغوية، ومستحلبات، ومواد نانوية. أخيرًا، تتناول التحديات الحالية واتجاهات البحث المستقبلية المتعلقة بتفاعلات البروتينات والبوليفينولات في أنظمة الطعام وخصائصها الصحية في الجسم الحي.
مقدمة
تسلط مقدمة الورقة الضوء على أهمية البوليفينولات كمركبات نشطة حيويًا في النظام الغذائي البشري، المعروفة بخصائصها المضادة للأكسدة والمصنفة كـ “المغذيات السابعة”. تم تحديد أكثر من 8000 مركب بوليفينولي، توجد بشكل رئيسي في أطعمة مثل النبيذ، والشاي، والمكسرات، والتوت. يمكن تصنيف هذه المركبات، التي تتميز بمجموعة هيدروكسيل فينولية متعددة وحلقة عطرية واحدة على الأقل، إلى أنواع مختلفة، بما في ذلك الفلافونويدات والأحماض الفينولية. تظهر البوليفينولات فوائد صحية عديدة، بما في ذلك التأثيرات المضادة للالتهابات، والمضادة للبكتيريا، والمضادة للسرطان، وتأثيرات الحماية القلبية الوعائية، مما أدى إلى زيادة الاهتمام بتطبيقها في الأطعمة الوظيفية.
تتواجد البروتينات الغذائية والبوليفينولات معًا بشكل شائع في مختلف المنتجات الغذائية، مثل حليب الصويا وحليب الفواكه. يمكن أن تؤثر التفاعلات بين هذين العنصرين بشكل كبير على الهيكل، والطعم، والقيمة الغذائية للطعام. تتفاعل البوليفينولات مع البروتينات من خلال روابط تساهمية وغير تساهمية، حيث تكون التفاعلات التساهمية أقوى وأكثر استقرارًا، مما يعزز النشاط المضاد للأكسدة للبوليفينولات. فهم هذه التفاعلات أمر بالغ الأهمية للحفاظ على وظيفة وجودة مجمعات البروتين-بوليفينول أثناء معالجة الطعام وتخزينه. تهدف هذه المراجعة إلى استكشاف منهجي لآليات تكوين المجمعات التساهمية بين البروتينات والبوليفينولات، وطرق توصيفها، وخصائصها الوظيفية، مما يوفر إطارًا نظريًا للاستخدام عالي القيمة لهذه المركبات في صناعة الطعام.
طرق
في قسم الطرق، تناقش الأبحاث استخدام مجمعات البروتين-بوليفينول التساهمية كمواد نانوية، مع تسليط الضوء على طبيعتها الأمفيباثية التي تسمح لها بالارتباط بكل من المواد المحبة للماء والماء الكارهة. تضع هذه الخاصية هذه المجمعات كحاملات واعدة للمركبات النشطة حيويًا غير المستقرة، بما في ذلك المركبات الفينولية، والأحماض الدهنية، والهرمونات، وأدوية أخرى محبة للدهون. من الجدير بالذكر أن Ge وآخرين أظهروا أن جزيئات النانو من بروتين الذرة وقشرة بذور فول الصويا تعزز الاستقرار الأكسدي للبوليفينولات وتخفف من إطلاق الأحماض الدهنية الحرة أثناء الهضم المعوي المحاكي.
بالإضافة إلى ذلك، استكشف Lau وآخرون إمكانية مجمعات البروتين-بوليفينول للتوصيل الفموي لمكونات غذائية نشطة متنوعة، باستخدام هذه المجمعات في كبسولات ميكروية ذات أغشية متعددة الطبقات. تشير الدراسات إلى أن الارتباط التساهمي للبوليفينولات والبروتينات يمكن أن يحدث دون عوامل ربط كيميائية، مما يؤدي إلى خصائص وظيفية متفوقة مقارنةً بالمستحلبات البروتينية الفردية في أنظمة التوصيل. وبالتالي، تشير النتائج إلى أن المجمعات التساهمية للبوليفينول-بروتين تحمل وعدًا كبيرًا كحاملات وظيفية في تطبيقات الطعام، كما هو موضح في التمثيل التخطيطي المرافق.
مناقشة
تركز قسم المناقشة في ورقة البحث على التفاعلات التساهمية بين البوليفينولات والبروتينات أثناء معالجة الطعام، مع تسليط الضوء على تأثير طرق المعالجة المختلفة مثل المعالجة الحرارية، والمعالجة الإنزيمية، والألتراساونيك على هذه التفاعلات. يتم بدء الروابط التساهمية بين البوليفينولات والبروتينات بشكل أساسي من خلال تكوين الجذور الكينونية أو شبه الكينونية، والتي يمكن أن تؤدي إلى تغييرات هيكلية في البروتينات، مما يعزز خصائصها الوظيفية. على سبيل المثال، أظهرت المعالجات الحرارية، وخاصة معالجة درجة الحرارة العالية جدًا (UHT)، أنها تزيد من الارتباط التساهمي بين بروتينات الحليب والأحماض الفينولية، مما يحسن من جودتها الغذائية والحسية. وبالمثل، يمكن أن تعزز المعالجة الإنزيمية من الارتباط التساهمي للبوليفينولات بالبروتينات، مما يقلل من الحساسية ويحسن من الخصائص الوظيفية.
تناقش القسم أيضًا دور الرقم الهيدروجيني في تعديل تفاعلات البوليفينول-بروتين، مشيرةً إلى أن مستويات الرقم الهيدروجيني المختلفة يمكن أن تؤثر بشكل كبير على affinities الربط. على سبيل المثال، تختلف قدرة الربط للإيبيغالاكتوكاتشين غالات (EGCG) مع β-lactoglobulin (β-LG) باختلاف الرقم الهيدروجيني، مما يشير إلى أن بنية البروتين وتفاعل البوليفينول يتأثران بحموضة أو قلوية البيئة. علاوة على ذلك، فإن توصيف المجمعات التساهمية للبوليفينول-بروتين أمر ضروري لفهم خصائصها وتطبيقاتها المحتملة. يتم استخدام تقنيات تحليلية متنوعة، بما في ذلك مطيافية الكتلة والكهربية، لتوضيح الخصائص الهيكلية والوظيفية لهذه المجمعات. بشكل عام، تؤكد النتائج على تعقيد تفاعلات البوليفينول-بروتين وآثارها على معالجة الطعام، والقيمة الغذائية، والفوائد الصحية المحتملة. هناك حاجة إلى مزيد من البحث لاستكشاف القدرة الحيوية وقابلية الهضم لهذه المجمعات، فضلاً عن ملفات الأمان الخاصة بها في تطبيقات الطعام.
DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2024.1371401
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38510712
Publication Date: 2024-03-06
Author(s): Kangyi Zhang et al.
Primary Topic: Proteins in Food Systems
Overview
This section provides an overview of the interactions between proteins and polyphenols in the human diet, emphasizing their significance in food texture, flavor, and bioaccessibility. The interactions are categorized into non-covalent and covalent types, with the latter being irreversible and more impactful. The review systematically summarizes recent advancements in understanding the mechanisms of covalent interactions during food processing, the effects of various processing methods on these interactions, and the characterization techniques for covalent complexes.
Additionally, the implications of covalent interactions on protein structure, function, and nutritional value are discussed, alongside the potential bioavailability of polyphenols. Health benefits associated with these covalent complexes, such as antioxidant properties, hypoglycemic effects, and modulation of intestinal microbiota and allergic reactions, are highlighted. The review also explores potential applications in the food industry, including the use of these complexes as foaming agents, emulsifiers, and nanomaterials. Finally, it addresses current challenges and future research directions regarding the interactions of proteins and polyphenols in food systems and their health properties in vivo.
Introduction
The introduction of the paper highlights the significance of polyphenols as bioactive compounds in the human diet, recognized for their antioxidant properties and classified as the “seventh nutrient.” Over 8,000 polyphenolic compounds have been identified, predominantly found in foods such as wine, tea, nuts, and berries. These compounds, characterized by multiple phenolic hydroxyl groups and at least one aromatic ring, can be categorized into various types, including flavonoids and phenolic acids. Polyphenols exhibit numerous health benefits, including anti-inflammatory, antibacterial, anti-cancer, and cardiovascular protective effects, which has led to increased interest in their application in functional foods.
The coexistence of dietary proteins and polyphenols is common in various food products, such as soy milk and fruit milk. The interactions between these two components can significantly affect the structure, taste, and nutritional value of food. Polyphenols interact with proteins through both covalent and noncovalent bonds, with covalent interactions being stronger and more stable, thus enhancing the antioxidant activity of polyphenols. Understanding these interactions is crucial for maintaining the functionality and quality of protein-polyphenol complexes during food processing and storage. This review aims to systematically explore the mechanisms of covalent complex formation between proteins and polyphenols, their characterization methods, and their functional properties, providing a theoretical framework for the high-value utilization of these compounds in the food industry.
Methods
In the section on methods, the research discusses the utilization of protein-polyphenol covalent complexes as nanomaterials, highlighting their amphipathic nature which allows them to bind both hydrophilic and hydrophobic substances. This characteristic positions these complexes as promising carriers for unstable bioactive compounds, including phenolic compounds, fatty acids, hormones, and other lipophilic drugs. Notably, Ge et al. demonstrated that corn protein-soybean seed coat polyphenol nanoparticles enhance the oxidative stability of polyphenols and mitigate the release of free fatty acids during simulated gastrointestinal digestion.
Additionally, Lau et al. explored the potential of protein-polyphenol complexes for the oral delivery of various active food-derived ingredients, utilizing these complexes in multilayer membrane microcapsules. The studies indicate that covalent binding of polyphenols and proteins can occur without chemical cross-linking agents, resulting in superior functional properties compared to single protein emulsions in delivery systems. Thus, the findings suggest that polyphenol-protein covalent complexes hold significant promise as functional carriers in food applications, as illustrated in the accompanying schematic representation.
Discussion
The discussion section of the research paper focuses on the covalent interactions between polyphenols and proteins during food processing, highlighting the influence of various processing methods such as heat treatment, enzymatic processing, and ultrasonication on these interactions. Covalent bonds between polyphenols and proteins are primarily initiated through the formation of quinone or semi-quinone radicals, which can lead to structural changes in proteins, enhancing their functional properties. For instance, heat treatments, particularly ultra-high temperature (UHT) processing, have been shown to increase covalent binding between milk proteins and phenolic acids, improving their nutritional and sensory qualities. Similarly, enzymatic processing can enhance the covalent attachment of polyphenols to proteins, thereby reducing allergenicity and improving functional properties.
The section also discusses the role of pH in modulating polyphenol-protein interactions, noting that different pH levels can significantly affect binding affinities. For example, the binding capacity of epigallocatechin gallate (EGCG) to β-lactoglobulin (β-LG) varies with pH, indicating that protein structure and polyphenol reactivity are influenced by the acidity or alkalinity of the environment. Furthermore, the characterization of polyphenol-protein covalent complexes is essential for understanding their properties and potential applications. Various analytical techniques, including mass spectrometry and electrophoresis, are employed to elucidate the structural and functional characteristics of these complexes. Overall, the findings underscore the complexity of polyphenol-protein interactions and their implications for food processing, nutritional value, and potential health benefits. Further research is warranted to explore the bioaccessibility and digestibility of these complexes, as well as their safety profiles in food applications.