Reducing the allergenicity of β-lactoglobulin by its thermal denaturation and enzymatic hydrolysis
Authors: Курченко В.П. , Головач Т.Н. , Чудновская Е.В. , Шрамко М.И. , Алиева Л.Р. , Лодыгин А.Д. , Евдокимов И.А. 
Published: April 2023

Белки сыворотки молока проявляют аллергенные свойства. Наибольшую способность инициировать синтез антител класса IgE вызывает β-лактоглобулин (бета-ЛГ). Снижение аллергенного потенциала молочных белков может быть достигнуто удалением β-ЛГ. Актуальной задачей является селективное выделение этого белка из молочной сыворотки, что снизит ее аллергенность. В качестве селективного сорбента для связывания β-ЛГ молочной сыворотки использован катионный полисахарид – хитозан. С использованием оригинального хитинсодержащего хроматографического сорбента из молочной сыворотки и концентрата сывороточных белков выделено до 95 % β-ЛГ. Выделенный β-ЛГ использовался для ферментативного протеолиза и получения гипоаллергенного продукта. Критическое конформационное изменение в молекуле β-ЛГ наступает при 63 °С, когда на 19 % уменьшается содержание β-складчатых слоев. При 80 °С под действием температуры происходит практически полное разворачивание молекулы и ведет к ее необратимым конформационным изменениям. При такой термической обработке сохраняются антигенные свойства β-ЛГ, что связано с линейными антигенными детерминантами. Для повышения глубины протеолиза β-ЛГ и получения низкомолекулярных пептидов он подвергался предварительной термической денатурации в температурном диапазоне от 60 до 99 °С. Термизированный при различных температурах денатурированный белок ферментировали алкалазой. По результатам электрофоретического анализа показано, что глубина гидролиза денатурированного β-ЛГ линейно увеличивается с ростом температуры его термодеструкции. Установлено, что степень протеолиза алкалазой нативного β-ЛГ составляет около 50 % и возрастает до 80 % в случае его предварительного нагревания до 80 °С. С использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) проведен сравнительный анализ состава пептидов ферментированных гидролизатов нативного β-ЛГ и термоденатурированного при 80 °С. По результатам ВЭЖХ анализа в полученном продукте содержится более 50 низкомолекулярных пептидов. Иммунореактивность гидролизата снижена на 4 порядка по отношению к нативному β-ЛГ. Благодаря этому он может быть использован в качестве гипоаллергенного компонента в функциональных продуктах питания.

Milk whey proteins exhibit allergenic properties. The greatest ability to initiate the synthesis of IgE class antibodies is caused by β-lactoglobulin. A decrease in the allergenic potential of milk proteins can be achieved by removing β-lactoglobulin. A crucial task is the selective isolation of this protein from whey, which will reduce its allergenicity. A cationic polysaccharide, chitosan, was used as a selective sorbent for binding β-lactoglobulin of whey. Up to 95% of β-lactoglobulin was isolated from whey and whey protein concentrate using an original chitin-containing chromatographic sorbent. The isolated β-lactoglobulin was used for enzymatic proteolysis and the production of a hypoallergenic product. A critical conformational change in the β-rg molecule occurs at 63 °C, when the content of β-pleated layers decreases by 19%. At 80°C, under the action of temperature, almost complete unfolding of the molecule occurs and leads to its irreversible conformational changes. With such heat treatment, the antigenic properties of β-lg are preserved, which is associated with linear antigenic determinants. To increase the depth of β-lactoglobulin proteolysis and obtain low molecular weight peptides, it was subjected to preliminary thermal denaturation in the temperature range from 60 to 99 °C. The denatured protein heat-treated at various temperatures was fermented with alkalase. According to the results of electrophoretic analysis, it is shown that the depth of hydrolysis of denatured β-lactoglobulin increases linearly with an increase in the temperature of its thermal degradation. It was found that the degree of proteolysis by alkalase of native β-lactoglobulin is about 50% and increases to 80% in the case of its preheating to 80 °C. A comparative analysis of the composition of peptides of fermented hydrolysates of native β-lactoglobulin and thermodenatured at 80 °C was carried out using high-performance liquid chromatography (HPLC). According to the results of HPLC analysis, the resulting product contains more than 50 low molecular weight peptides. The immunoreactivity of the hydrolysate is reduced by 4 orders of magnitude relative to the native β-lactoglobulin. Due to this, it can be used as a hypoallergenic component in functional foods.