Актуальность использования рыбных белковых гидролизатов в технологии пищевых продуктов

Введение. Проблема белкового дефицита особенно остро проявляет себя в последнее время в виду того, что увеличение численности населения обуславливает увеличение вылова морских биоресурсов. Нерациональный подход в освоении ценного белкового сырья приводит к образованию большого количества отходов, отбросов на фоне невостребованности непромысловых видов рыб, например, бычков или керчаков. В статье представлены данные об актуальности использования рыбных белковых гидролизатов (РБГ), получаемых из вторичного сырья, современных проблемах в рыбообрабатывающей промышленности, приведена информация о свойствах РБГ, показана возможность их применения в пищевой промышленности. Гидролизаты проявляют различные функциональные свойства, что расширяет горизонты их практического применения, следовательно, частично может реализоваться потребность в комплексной переработке сырья. В статье приведены научные подтверждения о необходимости дальнейших исследований гидролизатов, полученных при воздействии ферментов различного происхождения.

Цель. Провести аналитический обзор современной научной литературы, показать актуальность использования рыбных гидролизатов в технологии пищевой продукции и перспективность исследований в этом направлении.

Материалы и методы. На основании изучения современных отечественных и зарубежных научных данных проведен теоретический, системный и сравнительный анализ существующих разработок в области пищевого использования РБГ. Поиск зарубежных научных трудов проводился в библиографических базах, индексируемых Google Scholar, Scopus, Web of Science, ResearchGate, издательстве Elsevier, MDPI, системе Science Direct по ключевым словам.

Результаты и их применение. Научные изыскания в области получения источников незаменимых аминокислот, полноценных белков продолжаются довольно длительное время. В начале 60-х годов прошлого столетия рыбные гидролизаты рассматривались исключительно как добавка к животному корму или сырье для получения рыбного жира. В настоящее время установлено, что рыбные гидролизаты в зависимости от молекулярной массы пептидов могут проявлять различные функциональные свойства, положительно влиять на лечение диабета, уменьшать уровень стресса, улучшать вкус готового продукта, использоваться в качестве эмульгаторов и пенообразователей, повышать биологическую и пищевую ценность. Многие закономерности проявления биологических свойств гидролизатов до конца не изучены, поэтому дальнейшие исследования в этом направлении актуальны и перспективны.

1. Андриянова, Е. В. (2011). Логистизация работы с отходами гидробион-тов как фактор ресурсосбережения на предприятиях рыбной промышленности. РИСК, (1), 111- 118.

2. Бредихина, О. В., & Зарубин, Н. Ю. (2019). Разработка комплексной технологии переработки органических отходов рыбоперерабатывающих пред-приятий на коллагенсодержащие гидролизаты пищевого назначения. Труды ВНИРО. Технология переработки водных биоресурсов, 176, 109-121.

3. Зарубин, Н. Ю., Литвинова, Е. В., Фролова, Ю. В., & Бредихина О. В. (2016). Новые данные об использовании коллагеновых гидролизатов в техно-логии рыбных полуфабрикатов. Пищевая промышленность, (12), 21-24.

4. Клещевский, О. Н., Николаева, М. А., & Рязанова, О. А. (2017). Совре-менное состояние и перспективы развития рынка рыбы и рыбных товаров в России. Вестник Кемеровского государственного университета. Серия: По-литические, социологические и экономические науки, (3), 34–42.

5. Расулов, Э. М. (2006). Разработка технологии продуктов функциональ-ного питания на основе использования белковых рыбных гидролизатов [Кан-дидатская диссертация, Кубанский государственный технологический универ-ситет]. Краснодар, Россия.

6. Соколов, А. В. (2019). Современное состояние и тенденции развития рыбохозяйственного комплекса России. Технологии пищевой и перерабатыва-ющей промышленности АПК - продукты здорового питания, (4), 36-48.

7. Хелинг, A., Гримм, Т., Волков, В. В., & Мезенова, Н. Ю. (2016). Иссле-дования различных способов гидролитического процесса вторичного рыбного сырья консервного производства. Вестник Международной академии холода, (1), 3–8. https://doi.org/10.21047/1606-4313-2016-16-1-3-8

8. Югай, А. В. (2009). Обоснование пищевого использования бычков се-мейства Cottidae. Известия ТИНРО, 156, 341-347.

9. Югай, А. В., & Ковалева, Е. А. (2014). Современные технологии в ком-плексной переработке гидробионтов. Фундаментальные исследования, (11-8), 1713-1716.

10. Ahmed, M., Verma, A. K., & Patel, R. (2020). Сollagen extraction and recent biological activities of collagen peptides derived from sea-food waste: a re-view. Sustainable Chemistry and Pharmacy, 18, 100315. https://doi.org/10.1016/j.scp.2020.100315

11. Ahuja, I., Dauksas, E., Remme, J. F., Richardsen, R., & Løes, A. K. (2020). Fish and fish waste-based fertilizers in organic farming - With status in Norway: A review. Waste management (New York, N.Y.), 115, 95-112. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2020.07.025

12. Akıllıoğlu, H.G., & Yalçın, E. (2010) Tahıl protein hidrolizatlarının antioksi-dan aktiviteleri [Antioxidant activities of cereal protein hydrolysates], Gıda, 35(3), 227-233.

13. Alahmad, K., Xia, W., Jiang, Q., & Xu, Y. (2022). Effect of the degree of hydrolysis on nutritional, functional, and morphological characteristics of protein hydrolysate produced from bighead carp (Hypophthalmichthys nobilis) using ficin enzyme. Foods, 11, 1320. https://doi.org/10.3390/ foods11091320

14. Bazhenov, E. A., Baydalinova L. S., & Grimm T. (2023). Technology of pro-teolytic enzymes production from the digestive organs of fish of coastal fisheries in the North-Western region. Journal of International Academy of Refrigeration, (1), 66-77. https://doi.org/10.17586/1606‑4313‑2023‑22‑1-66-77

15. Belhaj, N., Desor, F., Gleizes, C., Denis, F.M., Arab-Tehrany, E., Soulimani, R., & Linder, M. (2013). Anxiolytic-like effect of a salmon phospholipopeptidic complex composed of polyunsaturated fatty acids and bioactive peptides. Marine. Drugs, (11), 4294-4317. https://doi.org/10.3390/md11114294

16. Bernet, F., Montel, V., Noël, B., & Dupouy, J. P. (2000). Diazepam-like ef-fects of a fish protein hydrolysate (Gabolysat PC60) on stress responsiveness of the rat pituitary-adrenal system and sympathoadrenal activity. Psychopharmacology, 149, 34-40. https://doi.org/10.1007/s002139900338

17. Binsi, P. K., Viji P., Satyen K. P., Suseela M., Zynudheen, A. A., & Rav-ishankar, C. N. (2016). Characterization of hydrolysates prepared from engraved catfish (Nemapteryx caelata) roe by serial hydrolysis. Journal of Food Science and Technology, 53(1),158-70. https://doi.org/10.1007/s13197-015-1998-6

18. Bucci, L., & Unlu, L. (2000). Proteins and amino acids in exercise and sport. In J. Driskell & I. Wolinsky (eds.) Energy-yielding macronutrients and energy me-tabolism in sport nutrition. CRC-Press.

19. Chel-Guerrero, L., Estrella-Millán, Y., Betancur-Ancona, D., Aranda-González, I., Castellanos-Ruelas, A. & Gallegos-Tintoré, S. (2020). Antioxidant, chelating, and angiotensin-converting enzyme inhibitory activities of peptide frac-tions from red lionfish (Pterois volitans L.) muscle protein hydroly-sates. International Food Research, 27, 224-233. https://doi.org/10.9755/ejfa.2020.v32.i1.2060

20. Chi, C., Wang, B., Hu, F., Wang, Y., Zhang, B., & Deng, S. (2015). Purifi-cation and identification of three novel antioxidant peptides from protein hydrolysate of bluefin leatherjacket (Navodon septentrionalis) skin. Food Research Internation-al, 73, 124-129. https://doi.org/10.1016/j.jff.2015.09.003

21. Derkach, S. R., Voron’ko, N. G., Kuchina, Y. A., & Kolotova, D. S. (2020). Modified fish gelatin as an alternative to mammalian gelatin in modern food tech-nologies. Polymers (Basel), 12(12), 3051. https://doi.org/10.3390/polym12123051

22. Espe, M., Ruohonen, K., Bjornevik, M., Froyland, L., Nortvedt, R., & Kiessling, A. (2004). Interactions between ice storage time, collagen composition, gaping and textural properties in fanned salmon muscle harvested at different times of the year. Aquaculture, 240, 489-504. https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2004.04.023

23. Espinoza, D., & Castillo, A. (2022). Avances tecnológicos en la obtención, identificación y producción de hidrolizados proteicos de residuos de pescado por ac-ción enzimática: propiedades bioactivas y tecnofuncionales, aplicación en alimentos, mercado y regulación [Technological advances in the obtaining, identification and production of protein hydrolysates from fish waste by enzymatic action: bioactive and technofunctional properties, application in food, market and regulation]. Scien-tia Agropecuaria, 13(2), 135-148. https://doi.org/10.17268/sci.agropecu.2022.012

24. Fernandes, P. (2016). Enzymes in fish and seafood processing. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, (4), 59. https://doi.org/10.3389/fbioe.2016.00059. https://doi.org/10.3389/fbioe.2016.00059

25. Freeman, H. J., Sleisinger, M. H., & Kim, Y. S. (1983). Human protein di-gestion and absorption: normal mechanisms and protein energy malnutrition. Journal of Clinical Gastroenterology, 12, 357-378. https://doi.org/10.1016/0002-9343(79)90645-4

26. Freret, T., Largilliere, S., Nee, G., Coolzaet, M., Corvaisier, S., & Boulouard, M. (2021). Fast anxiolytic-like effect observed in the rat conditioned defensive bury-ing test, after a single oral dose of natural protein extract products. Nutrients, 13, 2445. https://doi.org/10.3390/nu13072445

27. Gao, R., Yu, Q., Shen, Y., Chu, Q., & Chen, G., Fen, S., Yang, M., Yuan, L., McClements, D. J., & Sun, Q. (2021). Production, bioactive properties, and po-tential applications of fish protein hydrolysates: Developments and challenges. Trends in Food Science & Technology, 110, 687-699. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.02.031

28. Gómez-Guillén, M. C., Pérez-García, S., Alemán, A., López-Caballero, M. E., Sotelo, C. G., & Montero, M. P. (2023). Development of a ready-to-eat fish product enriched with fish oil entrapped in a κ-carrageenan egg white fish protein hydrolysate dry powder. Foods, 12, 2272. https://doi.org/10.3390/ foods12112272

29. Ha, N. C., Hien, D. M., Thuy, N. T., Nguyen, L. T., & Devkota, L. (2017). Enzymatic hydrolysis of catfish (Pangasius hypophthalmus) by-product: kinetic analysis of key process parameters and characteristics of the hydrolysates ob-tained. Journal of Aquatic Food Product Technology, 26, 1070-1082. https://doi.org/10.1080/10498850.2017.1376027

30. Hadidi, M., Garcia, S. R., Ziogkas, D., Maclements, D. J., & Moreno, A. (2023). Cereal bran proteins: recent advances in extraction, properties, and applica-tions. Critical reviews in food science and nutrition, 1-25. https://doi.org/10.1080/10408398.2023.2226730

31. Halim, N. R. A., Azlan, A., Yusof, H. M, & Sarbon, N. M. (2018). Antioxi-dant and anticancer activities of enzymatic eel (monopterus sp) protein hydrolysate as influenced by different molecular weight. Biocatalysis and Agricultural Biotech-nology, (6), 10-16. https://doi.org/10. 1016/j.bcab.2018.06.006

32. Harnedy-Rothwell, P. A., Khatib, N., Sharkey, S., Lafferty, R. A., Gite, S., Whooley, J., O’Harte, F. P. M., & FitzGerald, R. J. (2021). Physicochemical, nu-tritional and in vitro antidiabetic characterisation of blue whiting (micromesistius poutassou) protein Hydrolysates. Marine. Drugs, 19, 383. https://doi.org/10.3390/https://doi.org/10.3390/ md19070383

33. Hartmann, R., & Meisel, H. (2007). Food-derived peptides with biological ac-tivity: from research to food applications. Current Opinion in Biotechnology, 18,163-169. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2007.01.013

34. Hassan, M. A., Deepitha, R. P., Xavier, K. A. M., Gupta, S., Nayak, B. B., & Balange, A. K. (2018). eEvaluation of the properties of spray dried visceral protein hydrolysate from pangasianodon hypophthalmus (sauvage, 1978) extracted by enzy-matic and chemical methods. Waste and Biomass Valorization, 9, 2547-2558. https://doi.org/10.1007/s12649-018-0302-1

35. Heffernan, S., Giblin, L., & O'Brien, N. (2021). Assessment of the biological activity of fish muscle protein hydrolysates using in vitro model systems. Food chemistry, 359, 129852. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.129852

36. Hordur G. Kristinsson & Barbara A. Rasco (2000). Fish protein hydrolysates: production, biochemical, and functional properties. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 40(1), 43-81. https://doi.org/10.1080/10408690091189266

37. Idowu, A. T., Benjakul, S., Sinthusamran, S., Sookchoo, P., & Kishimura, H. (2019). Protein hydrolysate from salmon frames: production, characteristics and an-tioxidative activity. Journal of Food Biochemistry, 43(2), e12734. https://doi.org/10.1111/jfbc.12734

38. Jeon, Y.-J., Byun, H.-G., & Kim, S.-K. (1999). Improvement of functional properties of cod frame protein hydrolysates using ultrafiltration membranes. Pro-cess Biochemistry, 35(5), 471-478. https://doi.org/10.1007/s11947-017-1876-5

39. Kim, S. K, & Wijesekara, I. (2010). Development and biological activities of marine-derived bioactive peptides: A Review. Journal of Functional Foods, 2(1),1-9. https://doi.org/10.1016/j.jff.2010.01.003

40. Kim, S.-R., & Byun, H.-G. (2012). The novel angiotensin i converting en-zyme inhibitory peptide from rainbow trout muscle hydrolysate. Fisheries and Aquatic Sciences, 15, 183-190. https://doi.org/10.1210/en.2004-0443

41. Kostyleva, E. V., Sereda, A. S., Velikoretskaya, I. A., Kurbatova, E. I., & Tsurikova, N. V. (2023). Proteases for obtaining of food protein hydrolysates from proteinaceous by-products. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition], 92(1),116-32. https://doi.org/10.33029/0042-8833-2023-92-1-116-132.

42. Kristinsson, H. G., & Rasco, B. A. (2000). Fish protein hydrolysates: produc-tion, biochemical and functional properties. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 40, 43-81. https://doi.org/10.1080/10408690091189266

43. Le Faouder, J., Arnaud, B., Lavigne, R., Lucas, C., Com, E., Bouvret, E., Di-nel, A.-L., & Pineau, C. (2022). Fish hydrolysate supplementation prevents stress-induced dysregulation of hippocampal proteins relative to mitochondrial metabolism and the neuronal network in mice. Foods, 11, 1591. https://doi.org/10.3390/ foods11111591.

44. Listrat, A., Lebret, B., Louveau, I., Astruc, T., Bonnet, M., Lefaucheur, L., Picard, B., & Bugeon, J. (2016). How muscle structure and composition influence meat and flesh quality. The Scientific World Journal, 1-14. https://doi.org/10.1155/2016/3182746

45. Mathew, P.T (2014). Fishery waste management problems and prospects. In A.A. Zynudheen, J. Bindu, G. Ninan, C.O. Mohan, R. Venkateswarlu (eds.) Devel-opment of nutraceuticals, health foods & fish feed from fish & shellfish processing discards. Central Institute of Fisheries Technology.

46. Messaoudi, M., Nejdi, A., Bisson, J.-F., Rozan, P., Javelot, H., & Lalonde, R. (2008). Anxiolytic and antidepressant-like effects of garum armoricum®(ga), a blue ling fish protein autolysate in male wistar rats. Current Topics in Nutraceutical Re-search, 6, 115-123.

47. Mo, W. Y., Man, Y. B., & Wong, M. H. (2018). Use of food waste, fish waste and food processing waste for China’s aquaculture industry: Needs and chal-lenge. Science of the Total Environment, 613, 635-643. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.08.321

48. Muhammad, U., Amna, S., Muhammad, I., Ubaid ur R., Aysha S., & Rana Muhammad, A. (2022) Gelatin extraction from fish waste and potential applications in food sector. International Journal of Food Science and Technology, 57, 154 163. https://doi.org/10.1111/ijfs.15286

49. Nemati, M., Javadian S.R., Ovissipour M. & Keshavarz, M., (2012). A study on the properties of Alosa (Alosa caspia) by-products protein hydrolysates using commercial enzymes. World Applied Sciences Journal, 18(7), 950-956.

50. Nesse, K. O., Nagalakshmi, A. P., Marimuthu, P., Singh, M., Bhetariya, P. J., Ho, M., & Simon, R. R. (2014). Safety evaluation of fish protein hydrolysate sup-plementation in malnourished children. Regulatory Toxicology and Pharmacology: RTP, 69(1), 1–6. https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2014.02.009

51. Phadke, G. G., Rathod, N. B., Ozogul, F., Elavarasan, K., Karthikeyan, M., Shin, K. H., & Kim, S. K. (2021). Exploiting of secondary raw materials from fish processing industry as a source of bioactive peptide-rich protein hydrolysates. Ma-rine. Drugs, 19(9), 480. https://doi.org/10.3390/md19090480

52. Raghavan, S., & Kristinsson, H. G. (2008). Antioxidative efficacy of alkali-treated tilapia protein hydrolysates: a comparative study of five enzymes. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 56, 1434-1441.

53. Ruthu, Murthy, P. S., Rai, A. K., & Bhaskar, N. (2014). Fermentative recov-ery of lipids and proteins from freshwater fish head waste with reference to antimi-crobial and antioxidant properties of protein hydrolysate. Journal of Food Science and Technology, 51(9), 1884-1892. https://doi.org/10.1007/s13197-012-0730-z

54. Ryu, B., Shin, K.-H., & Kim, S.-K. (2021). Muscle Protein Hydrolysates and Amino Acid Composition in Fish. Marine. Drugs, 19, 377. https:// doi.org/10.3390/md19070377

55. Salampessy, J., Reddy, N., Phillips, M., & Kailasapathy, K. (2017). Isolation and characterization of nutraceutically potential ACE-Inhibitory peptides from leath-erjacket (Meuchenia sp.) protein hydrolysates. LWT, 80, 430-436. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2017.03.004

56. Sen, D. P., Sripathy, N. V., Lahiry, N. L., Sreenivasan, A., & Subrahmanyan, V., (1962). Fish hydrolysates. I. Rate of hydrolysis of fish flesh with papain, Food Technology, (5), 80.

57. Siddik, M. A. B., Howieson, J., Fotedar, R., & Partridge, G. J. (2020). En-zymatic fish protein hydrolysates in finfish aquaculture: a review. Reviews in Aqua-culture, 13(1), 406-430. https://doi.org/10.1111/raq.12481

58. Skanderby, M., (1994). Protein hydrolysates: their functionality and applica-tions., European Food Research and Technology, (10), 141.

59. Souissi, N., Bougatef, A., Triki - Ellouz, Y. & Nasri, M., (2007). Biochemi-cal and functional properties of sardinella (Sardinella aurita) by-product hydroly-sates. Food Technology and Biotechnology, 45, 187-194.

60. Stevens, J. R., Newton, R. W., Tlusty, M., & Little, D. C. (2018). The rise of aquaculture by-products: Increasing food production, value, and sustainability through strategic utilization. Marine. Policy, 90, 115-124. https://doi.org/10.1016/j.marpol.2017.12.027

61. Suleria, H. A. R., Gobe, G., Masci, P., & Osborne, S. (2016). Marine bioac-tive compounds and health promoting perspectives; innovation pathways for drug discovery. Trends Food Science & Technology, 50, 44-55. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2016.01.019

62. Tacon, A. G. J., & Metian, M. (2017). Food Matters: Fish, Income, and Food Supply-A Comparative Analysis. Fisheries Science & Aquaculture, 26, 15-28. https://doi.org/10.1080/23308249.2017.1328659

63. Thawornchinsombut, S., & Park, J. W. (2007). Effect of NaCl on gelation characteristics of acid- and alkali-treated pacific whiting fish protein iso-lates. Journal of Food Biochemistry, 31, 427-455. https://doi.org/10.1111/j.1745-4514.2007.00121.x

64. Usman, M., Sahar, A., Inam-Ur-Raheem, M., Rahman, U., Sameen, A., & Aadil, R. M. (2022). Gelatin extraction from fish waste and potential applications in food sector. Food Science and Technology, 57, 154-163. https://doi.org/10.1111/ijfs.15286

65. Wangkheirakpam, R., Mahanand, S. S., Majumdar, R. K., Sharma, S., Hidangmayum, D. D. & Netam, S. (2019). Fish waste utilization with reference to fish protein hydrolysate - a review. Fishery Technology, 56, 169-178.

66. Wijesekara, I., Qian, Z.-J., Ryu, B., Ngo, D.-H., & Kim, S.-K. (2011). Puri-fication and identification of antihypertensive peptides from seaweed pipefish (Syngnathus schlegeli) muscle protein hydrolysate. Food Research International, 44, 703-707.

67. Yan, N., & Chen, X. (2015). Sustainability: don't waste seafood waste. Nature, 524, 155-157. https://doi.org/10.1038/524155a

68. Yarnpakdee, S., Benjakul, S., Kristinsson, H. G. (2012). Effect of pretreat-ments on chemical compositions of mince from Nile tilapia (Oreochromis niloticus) and fishy odor development in protein hydrolysate. International Aquatic Re-search,4(1), 7. https://doi.org/10.1186/2008-6970-4-7

69. Zamora-Sillero, J., Gharsallaoui, A., & Prentice, C. (2018). Peptides from fish by-product protein hydrolysates and its functional properties: An overview. Ma-rine Biotechnology, 20(2), 118-130. https://doi.org/10.1007/s10126-018-9799-3

70. Zeng, X., Xia, W., Jiang, Q., & Yang, F. (2013). Chemical and microbial properties of Chinese traditional low-salt fermented whole fish product Suan yu. Food Control, 30, 590-595. https://doi.org/10.1007/s13197-015-1944-7

71. Zhang, H., Li, Y., Xu, K., Wu, J., & Dai, Z. (2015). Microbiological changes and biodiversity of cultivable indigenous bacteria in sanbao larger yellow croaker (Pseudosciaena crocea), a Chinese salted and fermented seafood. Food Science & Technology, 80, 776. https://doi.org/10.1016/j.fbio.2020.100725