پپتید زیست‌فعال چیست؟

پروتئین‌ها از 20 اسید آمینه مختلف تشکیل شده‌اند که به شکل‌های مختلف مرتب شده‌اند و به هر مولکول پروتئین ساختار و عملکرد منحصر به فرد خود را می‌دهند. اسیدهای آمینه را می‌توان در مکان‌های خاصی روی پروتئین‌ها شکافت تا توالی‌های پپتیدی با اندازه‌های مختلف تولید شود. پپتیدهای زیست فعال ، قطعات پروتئینی در نظر گرفته می‌شوند که پس از هیدرولیز توسط آنزیم‌های پروتئولیتیک یا تخمیر، عملکردها یا شرایط مثبتی را ایجاد می‌کنند که بر سلامت انسان تأثیر می‌گذارد. فعالیت پپتیدها براساس ترکیب و توالی اسید آمینه ذاتی آن‌ها است. اندازه توالی‌های فعال ممکن است از دو تا بیست باقی مانده اسید آمینه متفاوت باشد و بسیاری از پپتیدها برای نشان دادن خواص چندعملکردی شناخته شده‌اند. پروتئین‌های شیر مهم‌ترین منبع پپتیدهای زیست فعال محسوب می‌شوند و در حال حاضر بیش از 200 توالی پپتید فعال بیولوژیکی از کازئین‌ها و پروتئین‌های آب پنیر اکثر حیوانات شیری شناسایی شده است. بهترین مشخصه‌ها شامل پپتیدهای ضد فشار خون، آنتی ترومبوتیک، ضدمیکروبی، آنتی‌اکسیدانی، تعدیل کننده ایمنی و پپتیدهای اپیوئیدی است.

پپتیدهای زیست‌فعال شیر

ارزش غذایی عالی و خواص عملکردی همه‌کاره پروتئین‌های شیر به خوبی ثابت شده است. بخش‌های پروتئینی اصلی شیر، کازئین‌ها و پروتئین‌های آب پنیر هستند که تفاوت‌های زیادی را از نظر ویژگی‌های عملکردی و فیزیولوژیکی نشان می‌دهند. در مقایسه با کازئین‌ها، پروتئین‌های آب پنیر از نظر بیوشیمیایی گروه متنوع‌تری هستند و شامل آلفالاکتالبومین، بتالاکتوگلوبولین، ایمونوگلوبولین‌ها، لاکتوفرین، لاکتوپراکسیداز و فاکتورهای رشد هستند. بیشتر این پروتئین‌ها به وفور در آغوز یافت می‌شوند که نشان‌دهنده اهمیت آن‌ها در رشد و نمو نوزاد تازه متولد شده است.

همه این ترکیبات امروزه می‌توانند در مقیاس صنعتی از آب پنیر آغوز گاوی یا آب پنیر حاصل از تولید پنیر، غنی و خالص‌سازی شوند.

سیستم‌های تولید

پپتیدهای زیست فعال به صورت غیرفعال در داخل توالی اسید آمینه مولکول پروتئین اصلی خود رمزگذاری می‌شوند و می‌توانند به روش‌های زیر آزاد شوند:
1- هیدرولیز توسط آنزیم‌های گوارشی
2- تخمیر شیر با کالچرهای آغازگر پروتئولیتیکی
3- پروتئولیز توسط آنزیم‌های میکروبی یا گیاهی

در بسیاری از مطالعات، این روش‌ها با موفقیت برای تولید پپتیدهای فراسودمند جدید بصورت ترکیبی به کار گرفته شده‌اند. نشان داده شده است که آنزیم‌های گوارشی پپسین، تریپسین، و کیموتریپسین تعداد زیادی پپتیدهای ضد فشار خون، فسفوپپتیدهای کازئین، پپتیدهای ضدباکتری، آنتی اکسیداتیو، تعدیل کننده ایمنی و پپتیدهای اپیوئیدی را از کازئین‌ها و پروتئین‌های آب پنیر آلفا-لاکتالبومین، بتا-لاکتوگلوبولین، و گلیکوماکروپپتید آزاد می‌کنند. همچنین، آنزیم‌های پروتئولیتیک تجاری مانند آلکالاز، فلاورزیم، ترمولیزین و سوبتیلیسین، و سایر پروتئازها، برای آزادسازی پپتیدهای زیست فعال مختلف از هر دو پروتئین کازئین و آب پنیر استفاده شده‌اند.

کالچرهای آغازگر پروتئولیتیکی 

بسیاری از باکتری‌های اسید لاکتیک و سویه‌های پروبیوتیک دارای فعالیت پروتئولیتیکی بالایی هستند و آزادسازی پپتیدهای زیست فعال مختلف از پروتئین‌های شیر با استفاده از تخمیر میکروبی اکنون به خوبی مستند شده است. پپتیدهای زیست فعال آزاد شده به سویه مورد استفاده و زمان و شرایط تخمیر بستگی دارد. تعداد زیادی از استارتر کالچرها و سویه‌های پروبیوتیک برای مطالعه آزادسازی چنین پپتیدهایی استفاده شده است، اما سویه‌های لاکتوباسیلوس هلویتیکوس (Lactobacillus helveticus) به طور خاص در آزادسازی پپتیدهای ضد فشار خون بسیار برجسته بوده‌اند. استارتر کالچرهای ماست، پنیر و باکتری‌های پروبیوتیک تجاری نیز نشان داده‌اند که پپتیدهای ضد فشار خون، آنتی‌اکسیدانی، ضد میکروبی و تعدیل‌کننده ایمنی را در شیر در طی تخمیر تولید می‌کنند.

بنابراین ارتقاء کیفیت سلامت غذاهای لبنی مایع یا نیمه جامد تخمیری ممکن است با افزودن پپتیدهای زیست فعال افزایش یابد. برای غنی‌سازی و جداسازی پپتیدهای زیست فعال از هیدرولیز پروتئین‌های شیر، سیستم‌های فیلتراسیون غشایی، روش‌های کروماتوگرافی، و رسوب انتخابی در سال‌های اخیر توسعه یافته‌اند، و بسیاری از شرکت‌ها اکنون کنسانتره‌های پپتیدی خاص را تولید می‌کنند.

وجود پپتیدهای زیست فعال در محصولات لبنی

اکنون به خوبی ثابت شده است که پپتیدهای زیست فعال در فرآیندهای تولید و دوره رسیدن محصولات لبنی تخمیری مختلف درنتیجه عمل پروتئولیتیک توسط استارترکالچرهای اضافه شده تشکیل می‌شوند. در مطالعات غربالگری، تنوع زیادی از پپتیدهای فعال زیستی در محصولات لبنی تخمیر شده، مانند ماست، شیر ترش، داهی، کفیر، کوارک و انواع مختلف پنیر، به عنوان مثال چدار، ادام، امنتال، گودا و بسیاری از انواع پنیرهای ایتالیایی یافت شده است. وجود، فعالیت خاص و مقدار پپتیدهای زیست فعال در محصولات لبنی تخمیری به عوامل زیادی مانند نوع استارتر مورد استفاده، نوع محصول، زمان تخمیر و شرایط نگهداری بستگی دارد.

پایداری پپتیدهای زیست‌فعال

تشکیل پپتیدها را می‌توان تا حدی توسط استارتر کالچرها و کالچرهای کمکی (Adjunct Cultures) تنظیم کرد، اما کنترل پایداری پپتیدهای مورد نظر در طول دوره نگهداری محصول لبنی دشوار به نظر می‌رسد. به عنوان مثال، فعالیت بازدارنده آنزیم مبدل آنژیوتانسین در دوره رسیدن پنیر افزایش می‌یابد، اما زمانی که پروتئولیز از حد معینی فراتر رود، کاهش می‌یابد. جدا از تولید در طی دوره رسیدن، احتمالاً پپتیدهای زیست فعال بیشتری در دستگاه گوارش با مصرف یک محصول لبنی تخمیر شده تشکیل می‌شوند.

کاربرد پپتیدهای زیست‌فعال

محصولات تجاری که حاوی پپتیدهای زیست فعال مشتق شده از پروتئین شیر هستند، اکنون در بسیاری از کشورها در دسترس هستند. این محصولات شامل نوشیدنی‌های لبنی و میوه‌ای، شیرینی، آدامس، پاستیل و کپسول است. ادعا می‌شود که آن‌ها دارای خواص ضد فشار خون، ضد پوسیدگی، اتصال به مواد معدنی یا کاهش استرس هستند.

بسیاری از آماده‌سازی‌ها مبتنی بر هیدرولیزهای کازئین برای اهداف مختلفی مانند مراقبت از دندان با نام Recaldent تجاری شده‌اند. از دیگر کاربردهای جالب پپتیدهای زیست فعال می‌توان به لاکتیوم، ویوینال آلفا و سیستئین پپتید اشاره کرد که ادعا می‌کنند اثرات کاهش استرس را ارائه می‌دهند. 

 PeptoProبرای بهبود عملکرد ورزشی و ریکاوری پس از تمرین بدنی هدف‌گذاری شده است. 
™Insulvital یک هیدرولیز کازئین است و ادعا می‌شود که به تنظیم اوج قند خون بعد از غذا در صورت مصرف همراه با غذا کمک می‌کند.
™Tegricel محصولی است که از پپتیدهای شیر و سایر مواد فعال زیستی شیر ساخته شده است و ادعا می‌شود که التهاب را کاهش می‌دهد و باعث بهبودی در دستگاه گوارش می‌شود.
 ™Immunel ترکیبی از پپتیدهای شیر است که برای حمایت و متعادل کردن ایمنی کلی پیشنهاد می‌شود.

سایر گزینه‌ها

به غیر از شیر گاو، پروتئین‌های زیست فعال یا پپتیدهای سایر حیوانات شیری اهلی در حال حاضر به صورت صنعتی به میزان بسیار محدودی مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرند. و دلیل آن این است که تحقیقات نسبتا کمی در مورد این اجزا انجام شده است و هیچ فناوری مناسبی برای جداسازی و خالص‌سازی این اجزا از آغوز یا شیر گونه‌های دیگر غیر از گاو وجود ندارد. انتظار می‌رود این وضعیت در آینده با افزایش تقاضا برای مواد زیست فعال مشتق شده از گونه‌های دیگر تغییر کند. به طور خاص، چنین کاربردهای ویژه‌ای را می‌توان در حوزه تغذیه بالینی و پزشکی، بیومدیکال و تغذیه ورزشی در نظر گرفت.

نتیجه‌گیری

علاقه جهانی فعلی به توسعه غذاهای فراسودمند فرصتی به موقع برای بهره برداری وسیع اجزای زیست فعال بومی شیر برای ارتقای تغذیه و سلامت انسان فراهم می‌کند. این رویکرد با افزایش سریع دانش در مورد خواص بیولوژیکی و مکانیسم عمل پروتئین‌های اصلی شیر، پپتیدهای زیست فعال و فاکتورهای رشد تسهیل شده است. کاربردهای تجاری مبتنی بر این مؤلفه‌ها را می‌توان با استفاده از تکنیک‌های تقسیم‌بندی و جداسازی صنعتی یا نیمه‌صنعتی پیشرفته‌تر توسعه داد. استخراج زیستی مولکول‌های خاص شیر و فروش آن‌ها، اکنون به عنوان یک تجارت پرسود جدید برای صنایع لبنی و صنایع زیستی تخصصی در حال ظهور است. نمونه‌هایی از توسعه محصول عبارتند از هیدرولیزهای خاص پروتئین کازئین و آب پنیر و محصولات غنی شده با LF یا پپتیدهای زیست فعال است. 

به غیر از گاو و آغوز، شیر سایر حیوانات، به عنوان مثال گاومیش، بز، گوسفند، مادیان و شتر، ممکن است منبع خوبی برای مواد تشکیل‌دهنده خاص با استفاده هدفمند برای ارتقای سلامت یا کاهش خطرات بیماری‌های خاص باشد. شیر مادیان به طور سنتی در برخی از کشورها به عنوان جایگزین شیر انسان یا معالجه بیمارانی که از مواردی مانند بیماری سل، زخم معده یا هپاتیت مزمن رنج می‌برند، استفاده می‌شود. یک زمینه تحقیقاتی جدید به نام nutrigenomics است که می‌تواند بر مطالعه اثرات پروتئین‌ها و پپتیدهای شیر بر روی عملکرد ژنوم حیوانات و انسان و حساسیت به بیماری‌ها تمرکز کند. تحقیقات در این زمینه ممکن است در آینده فرصت‌های جدیدی را برای بهره‌برداری بهینه از پروتئین‌های شیر از گونه‌های مختلف برای تغذیه و رفاه انسان باز کند.

منابع:

Nielsen, S.D.H., Liang, N., et al., 2023. Bioactive milk peptides: an updated comprehensive overview and database. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, pp.1-20.  DOI: 10.1080/10408398.2023.2240396
Park, Y.W. and Haenlein, G.F. eds., 2013. Milk and dairy products in human nutrition: production, composition and health. John Wiley & Sons.