Hygienic assessment and prospects for the use of protein-based sweeteners in food production

• Olga V. Bagryantseva
• Vladimir V. Bessonov
• Dmitry O. Bokov
• Zinaida G. Gureu
• Evgeniy V. Lyashenko

Abstract

The analysis of the morbidity in the population of the Russian Federation showed the presence of a significant number of people with chronic non-infection pathologies, including obesity, diabetes mellitus, whose diet should include food with reduced energy value. For this purpose, food containing sweeteners are widely used. At the same time, the range of sweeteners permitted for the usage in food industry does not always allow achieving the desired technological effect. In this regard, it is of interest to search for new types of sweeteners with the necessary organoleptic and technological properties. Such sweeteners include a number of proteins with a sweet taste.

The purpose of the study was to analyze the available data on the possibility of using protein-based sweeteners in the food industry and their human health safety.

Material and methods. The article presents an analysis and generalization of published data from Scopus, Web of Science, PubMed, RSCI, Cyberleninka, Google Scholar, as well as provisions of domestic and international regulatory and legislative documents.

Results. An analysis of the biological and technological properties of sweeteners based on sweet-tasting proteins (thaumatin, brazzein, curculin, manbilin, miraculin, monellin, pentadin) and their production methods has been carried out. Evidence is presented of the possibility of safe use in food, not only of thaumatin (E957), but also of such proteins as brazzein and monellin. Other sweet-tasting proteins are also of interest for their use as sweeteners and substances modifying food taste. It has been shown that at present the biological properties and mechanism of action of various types of sweet proteins on the human body have not been studied sufficiently. In addition, the use of only plant raw materials for the production of these proteins will not allow their wide application in food industry, which is a limitation for their use as food additives – sweeteners. There are reports on the possibility of including sweet proteins in the treatment protocol for various chronic non-infection diseases, including oncological diseases.

Conclusion. The conducted analysis of the properties of sweet taste proteins showed the prospects of their use in food industry as sweeteners, substances modifying food taste and bioactive substances. Due to the fact that an increase in the production of sweet proteins is possible only in the case of using biotechnological methods, producer strains and sweeteners obtained by microbial synthesis can be applied in food industry only after assessing the risks to human health and establishing regulations for their safe use.

Keywords: sweet proteins; sweeteners; microbial synthesis; GM-microorganisms; low-energy foods; risk assessment

В соответствии с имеющимися данными, с 2013 по 2018 г. в России увеличилась заболеваемость алиментарно-зависимыми заболеваниями, такими как болезни эндокринной системы, в том числе сахарный диабет 2 типа (на 4%) и расстройства пищеварения и нарушения обмена веществ (на 17%). На 14% выросла заболеваемость болезнями системы кровообращения, в том числе на 17% сердечно-сосудистыми патологиями¹. В этой связи приоритетным направлением государственной политики РФ в области здорового питания является снижение заболеваемости социально значимыми алиментарно-зависимыми неинфекционными патологиями². Решению этой задачи в большой степени способствует снижение калорийности рациона, в том числе за счет включения в состав пищевых продуктов подсластителей.

Вместе с тем использование подсластителей, разрешенных для применения в пищевой промышленности, ограничено тем, что ни один из них не соответствует органолептическому профилю сахара, а степень сладости ряда подсластителей значимым образом снижается при высоких температурах и изменении рН [1]. Это обстоятельство делает необходимым поиск новых видов подсластителей, соответствующих по своим технологическим свойствам требованиям безопасности и предпочтениям потребителей, производителей пищевой продукции. Наиболее перспективными являются натуральные подсластители нового вида на основе белков (браззеин, куркулин, мабинлин, миракулин, монеллин, пентадин) [2]. В соответствии с требованиями РФ и Евразийского экономического союза (ЕАЭС) применение пищевых добавок нового вида в пищевой промышленности возможно только после проведения установленных процедур оценок рисков здоровью человека^{3, 4}.

¹ О состоянии здорового питания в Российской Федерации: Доклад. Москва : Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 2020. 118 с.

² Стратегия повышения качества пищевой продукции в Российской Федерации до 2030 года. Утверждена распоряжением Правительства РФ от 29 июня 2016 г. №1364-р.

³ Р 2.1.10.3968-23 "Руководство по оценке риска здоровью населения при воздействии химических веществ, загрязняющих среду обитания" (утв. Федеральной службой по надзору в сфере здравоохранения от 5 сентября 2023 г.). Москва, 2023. 152 с.

⁴ Технический регламент Таможенного союза "Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов, технологических вспомогательных средств" (ТР ТС 029/2012).

Цель работы - анализ имеющихся данных о безопасности для здоровья человека и возможности применения в пищевой промышленности подсластителей на основе белков.

Материал и методы

В ходе исследования проведен анализ и обобщение данных, опубликованных в реферативных базах Scopus, Web of Science, PubMed, РИНЦ, Cyberleninka и электронных поисковых системах (академия Google), а также положений отечественных и международных нормативных и законодательных документов.

Результаты

Неуклонный рост количества людей с патологиями, вызванными избыточным потреблением сахара, стал угрозой для здоровья населения России. Для снижения калорийности рациона питания лиц с избыточной массой тела и сахарным диабетом достаточно часто используются пищевые добавки - подсластители [1]¹. В соответствии с утвержденными требованиями, подсластители должны применяться в пищевой продукции с пониженной энергетической ценностью (калорийностью) или без добавленных сахаров, в диетических продуктах, предназначенных для лиц, которым рекомендуется ограничивать (исключить) потребление сахара, в специализированной продукции с заданным химическим составом, а также для частичной или полной замены сахара^{2, 5}.

⁵ Технический регламент Таможенного союза "О безопасности пищевой продукции" (ТР ТС 021/2011).

В настоящее время большое внимание уделяется поиску и оценке рисков здоровью потребителя новых видов подсластителей, таких как пептиды (белки) сладкого вкуса. Такие белки могут быть получены из растений, и их сладость в значительной степени превосходит сладость сахарозы. Интерес к этим веществам обусловлен тем, что они позиционируются как натуральные подсластители [1, 3]. Вместе с тем, вследствие отсутствия возможности их получения из растительных источников в достаточном для пищевых производств объемах и высокой стоимости, в последние годы в качестве продуцентов таких белков используются технологические штаммы мутантных и/или генетически модифицированных (ГМ) микроорганизмов [3]. Данное обстоятельство делает необходимым проведение анализа влияния этих белков на метаболизм макроорганизма, а также рисков здоровью потребителей, связанных с применением технологических микроорганизмов и продуцируемой ими пищевой продукции нового вида.

Анализ опубликованных данных позволил оценить возможность использования в пищевой промышленности известных в настоящее время сладких белков (браззеин, куркулин, мабинлин, миракулин, монеллин, пентадин).

Тауматин

Тауматин - одноцепочечный полипептид, состоящий из 207 аминокислотных остатков с молекулярной массой 22 кДа. Относительная сладость тауматина растительного происхождения в 2000 раз выше, чем у сахарозы, в пересчете на молекулярную массу. Технологическое действие тауматина проявляется при его содержании в составе пищевой продукции в количестве 50 нмоль. Сладость белка сохраняется при кипячении при pH ниже 5,5 в течение 1 ч. Отмечено, что при этих значениях pH тауматин стабилен при высоких температурах. Этим объясняется его широкое применение при пастеризации и консервировании [4].

Подсластитель тауматин (Е957) разрешен для использования в пищевой промышленности РФ и ЕАЭС⁴. Учитывая, что предполагаемая допустимая суточная доза тауматина составляет порядка 2 мг на 1 кг массы тела в сутки, а также тот факт, что тауматин вносит незначительный вклад в потребление белка в составе рационов и входит в состав растений, используемых в питании человека, Международный комитет экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам (JECFA) принял решение утвердить регламент использования Е957 - допустимая суточная доза "не установлено" [5]. Такой регламент устанавливается для веществ с низкой токсичностью, если неблагоприятные эффекты не наблюдаются при их 5% содержании в суточном рационе.

В соответствии со спецификацией [6] тауматин получается путем водной экстракции из кожуры плодов произрастающего в Африке растения Thaumatococcus daniellii (Benth). Белок тауматин состоит из 2 субъединиц - тауматина I и II с небольшим количеством примеси растительных компонентов из исходного сырья в самом подсластителе. Качество такой продукции в значительной степени зависит от качества плодов.

Помимо того, что тауматин является низкокалорийным подсластителем и не вызывает кариеса, он может также использоваться в качестве модификатора вкуса в составе пищевой продукции. Уникальные свойства этого подсластителя делают его привлекательным ингредиентом для пищевой промышленности [1].

С целью получения больших количеств тауматина и производных этого подсластителя, более устойчивых к высоким температурам, проведен ряд исследований, направленных на разработку способа его получения с помощью ГМ-микроорганизмов и трансгенных растений [1, 2]. Наиболее перспективными из известных ГМ-микроорганизмов, используемых в производстве тауматина, являются Komagataella phaffii (Pichia pastoris) [7].

Браззеин

Браззеин - одноцепочечный полипептид с молекулярной массой 6,473 кДа, состоящий из 54 аминокислот. Браззеин в 500-2000 раз слаще сахарозы в пересчете на молекулярную массу [3, 7]. Природный источник браззеина - мякоть плодов пентадипландры (Pentadiplandra brazzeana Baill.) - древесного растения, произрастающего в тропических лесах Центральной Африки. Содержание браззеина в плодах пентадипландры невысоко, около 0,2%. Культивирование этого растения затруднено, а экстракция из растительных источников является сложной и дорогостоящей процедурой. Важным свойством браззеина из Р. brazzeana является его термостабильность, обусловленная наличием 4 дисульфидных мостиков между 8 остатками цистеина. Браззеин сохраняет сладкий вкус на протяжении 4 ч при 80 °С или 2 ч при 98 °С в диапазоне pH от 2,5 до 8. Сладость браззеина проявляется медленнее, чем у сахарозы, поэтому его целесообразнее использовать в сочетании с другими подсластителями [8, 9].

В настоящее время имеется ряд сообщений об успешном синтезе браззеина с использованием ГМ-микроорганизмов, таких как Е. coli, Komagataella phaffii (ранее Pichia pastoris), Lactococcus lactis, Bacillus licheniformis, а также ГМ-растений - салата (Lactuca sativa L.), риса (Oryza sativa L. var. Japonica) и кукурузы (Zea mays L.), моркови (Daucus carota L.), табака (Nicotiana tabacum L.). Показана возможность получения браззеина из молока трансгенных мышей [9, 10]. При этом сладкие белки, синтезируемые различными ГМ-микроорганизмами, растениями и животными, отличаются от браззеина, получаемого из Р. brazzeana, по степени сладости, устойчивости к температуре и влиянию на организм человека [9].

Анализ синтетической последовательности нуклеотидов векторной вставки в генотип K. phaffii CF-st401 с помощью методов in silico продемонстрировал, что она соответствовала на 70% и более молекулярной формуле белка браззеина, получаемого из плодов растения Р. brazzeana. Показано, что исследуемый штамм не способен к продукции токсинов, антибиотиков и аллергенов [11]. В экспериментах, проводимых ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии" с использованием мышей и крыс, ГМ-штамм-продуцент браззеина Komagataella phaffii CF-st401 показал отсутствие у него антибиотической активности, вирулентности, способности к диссеминации внутренних органов⁶. Исследование острой токсичности браззеина, получаемого с использованием K. phaffii (Р. pastoris), показало, что доза браззеина, вводимая внутрижелудочно самцам и самкам крыс и мышей, не вызывающая при однократном введении гибель животных, составила более 5000 мг на 1 кг массы тела. Результаты оценки субхронической токсичности браззеина с использованием морских свинок-альбиносов свидетельствуют о том, что браззеин не оказывал негативного действия на гематологические и биохимические показатели крови животных при ежедневном внутрижелудочном введении в дозах 2,17 и 21,7 мг на 1 кг массы тела в сутки в течение 21 сут. Оценка хронической токсичности браззеина, проводимая на крысах (самцах и самках) в течение 150 сут при внутрижелудочном поступлении в дозах 2,14 и 21,4 мг на 1 кг массы тела в сутки, также не выявила негативного действия этого подсластителя на подопытных животных (динамика прироста массы тела, массы внутренних органов, гематологические и биохимические показатели крови, диурез и биохимические показатели мочи, поведенческие реакции, результаты цитологических исследований органов животных). Браззеин также не проявил мутагенных свойств в тесте Эймса и способности к индукции хромосомных аберраций у клеток костного мозга мышей. Введение браззеина в дозах 4,64 и 46,4 мг на 1 кг массы тела не оказывало аллергического действия на организм морских свинок-альбиносов и беспородных мышей [12]. Введение конканавалина А мышам, получавшим браззеин с кормом, не вызывало развитие аллергической воспалительной реакции. Основываясь на этих результатах, сделан вывод об отсутствии токсического и аллергенного действия браззеина при его внутрижелудочном введении [12]. Браззеин также не оказывал выраженного действия на качественный и количественный состав микробиоценоза кишечника крыс, получавших его с рационом в количествах 2,14 и 21,4 мг на 1 кг массы тела в сутки в течение 150 дней [13].

⁶ Результаты, полученные в ходе выполнения исследований по Договору № 13/н от 19.06.2023 на проведение работ по Техническому заданию на токсикологические исследования генно-инженерно-модифицированного микроорганизма К. phaffii CF-st401 между ООО "Бирюч" и ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии".

Монеллин

Монеллин - белок, состоящий из 2 полипептидных цепей. Пептид А включает 44 аминокислотных остатка, а пептид В - 50. Данный белок был впервые получен из плодов произрастающего в Африке кустарника серендипити (Dioscoreophyllum cummins). Коэффициент сладости монеллина в 3000 раз превышает коэффициент сладости сахарозы. Сладость монеллина проявляется медленно, но имеет длительное послевкусие. Нагрев выше 50 °С при низких значениях pH способствует денатурации этого белка, что, в свою очередь, приводит к потере сладкого вкуса. Сладкий вкус монеллина могут чувствовать только человек и человекообразные обезьяны [3, 9].

Как и в случае с браззеином, производство монеллина растительного происхождения требует больших затрат. В этой связи были исследованы возможности получения путем микробного синтеза одноцепочечного рекомбинантного монеллина - полипептида из 94 аминокислотных остатков. Для этого была проведена экспрессия в генотип Е. coli синтетической последовательности нуклеотидов с использованием в качестве промотора фага Т7. Полученный белок характеризовался выраженным сладким вкусом, устойчивостью к изменениям pH и температуры. Так, температура, вызывающая денатурацию рекомбинантного монеллина, на 20 °С выше, чем у растительного белка. Проведены исследования по включению последовательности нуклеотидов, кодирующих монеллин в Candida utilis и Saccharomyces cerevisiae [9, 14-16].

Монеллин, продуцируемый K. phaffii, не вызывал гибели животных, изменений поведения животных и состояния внутренних органов при его однократном внутрижелудочном введении самцам и самкам крыс в дозе более 5000 мг на 1 кг массы тела. Внутрижелудочное введение с кормом монеллина морским свинкам в подостром эксперименте в течение 2,5 мес в дозах 1,45 и 14,5 мг на 1 кг массы тела в сутки не выявило негативного действия этого белка на организм подопытных животных. Оценка состояния получавших монеллин в составе общевиварного рациона в течение 150 дней самцов и самок крыс по морфологическим, гистологическим, гематологическим и биохимическим показателям также не выявила статистически значимых различий в состоянии животных опытных и контрольной группы [12]. В другом токсикологическом исследовании, проводимом в течение 90 дней, недействующая доза (NOAEL) для крыс монеллина, полученного из ГМ-микроорганизма K. phaffii, в генотип которого была экспрессирована синтетическая последовательность нуклеотидов, аналогичная последовательности из серендипити, составила 2000 мг на 1 кг массы тела в сутки [17].

Аллергенное действие моннелина изучалось на 2 видах лабораторных животных: самцах-альбиносах морских свинок в возрасте 3-4 мес со средней массой тела 250-300 г и самцах беспородных мышей в возрасте 2-2,5 мес с массой тела 18-20 г. Результаты кожных, назальных и конъюнктивальных тестов, непрямая реакция дегрануляции тучных клеток у морских свинок и отсутствие воспалительной реакции на конканавалин А у мышей свидетельствуют о том, что сладкий белок монеллин не обладает аллергенными свойствами [12, 17]. Отсутствие индуцированных хромосомных аберраций в клетках костного мозга мышей при различных режимах и дозах введения монеллина, а также отсутствие накопления микроядер в полихроматофильных эритроцитах популяций клеток костного мозга мышей, отрицательный тест Эймса позволяют сделать вывод о том, что монеллин из K. phaffii не проявляет цитогенетической и мутагенной активности [12]. Монеллин, так же как и браззеин, при внутрижелудочном введении в количествах 1,45 и 14,5 мг на 1 кг массы тела в сутки в течение 150 дней не оказывал значимого влияния на качественный и количественный состав микробиоценоза кишечника [13].

Куркулин

Куркулин - белок, состоящий из 114 аминокислотных остатков. Это димер с молекулярной массой 12 491 Да. Идентичные по аминокислотному составу полипептидные цепи, входящие в состав куркулина, связаны двумя дисульфидными мостиками. Сладость куркулина превышает коэффициент сладости сахарозы в 550 раз.

Куркулин получен из растения, произрастающего в Малайзии - Curculigo latifolia. Кроме придания сладкого вкуса, куркулин обладает способностью модифицировать вкус пищевых продуктов. Например, вода и кислые вещества вызывают сладкий вкус после потребления куркулина. Это делает куркулин наиболее привлекательным для использования в пищевой промышленности. Модифицирующие вкус свойства этого белка не изменяются при температуре 50 °C в течение 1 ч в диапазоне pH от 3 до 11 [7, 18, 19].

В экспериментах in vivo показано, что экстракты из листьев и клубней Curculigo latifolia оказывают доказанное антиоксидантное и антибактериальное действие. Антибактериальная активность экстрактов из этого растения может быть обусловлена наличием в них фенольных соединений, подавляющих рост как грампозитивных, так и грамнегативных микроорганизмов, а не самого куркулина [15]. Обсуждается вопрос использования куркулина в качестве антиокислителя при изготовлении муки [20]. Куркулиноподобный (маннозосвязывающий белок) лектин выявлен в составе ксилемного сока рапса (Brassica napus) [21].

References

1. Sayas-Barbera E., Paredes C., Salgado-Ramos M., Pallares N., Ferrer E., Navarro-Rodríguez de Vera C., et al. Approaches to enhance sugar content in foods: is the date palm fruit a natural alternative to sweeteners? Foods. 2024; 13 (1): 129. DOI: https://doi.org/10.3390/foods13010129
2. Saraiva A., Carrascosa C., Raheem D., Ramos F., Raposo A. Natural sweeteners: the relevance of food naturalness for consumers, food security aspects, sustainability and health impacts. Int J Environ Res Public Health. 2020; 17 (17): 6285. DOI: https://doi.org/10.3390/ijerph17176285
3. Randhir R., Shetty K. Biotechnology of non-nutritive sweeteners. Eds by K. Shetty, D. Sarkar. Functional Foods and Biotechnology. CRC Press, 2019: 218 p. DOI: https://doi.org/10.1201/9781003003830-11
4. Joseph J.A., Akkermans S., Nimmegeers P., Van Impe J.F.M. Bioproduction of the recombinant sweet protein thaumatin: current state of the art and perspectives. Front Microbiol. 2019; 10: 695. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00695
5. Evaluation of certain food additives and contaminants. Twenty-Ninth Report of the Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives. World Health Organ Tech Rep Ser. 1986; 733: 35–6.
6. Thaumatin. Prepared at the 53rd JECFA (1999) and published in FNP 52 Add 7 (1999), superseding tentative specifications prepared at the 51^st JECFA (1998), published in FNP 52 Add 6 (1998). ADI «not specified», established at the 29th JECFA in 1985. URL: https://www.fao.org/fileadmin/user_upload/jecfa_additives/docs/Monograph1/Additive-462.pdf
7. Ming D., Hellekant G. Brazzein, a new high-potency thermostable sweet protein from Pentadiplandra brazzeana B. FEBS Lett. 1994; 355 (1): 106–8. DOI: https://doi.org/10.1016/0014-5793(94)01184-2
8. Hellekant G., Danilova V. Brazzein a small, sweet protein: discovery and physiological overview. Chem Senses. 2005; 30 (suppl 1): i88–9. DOI: https://doi.org/10.1093/chemse/bjh127
9. Saraiva A., Carrascosa C., Ramos F., Raheem D., Pedreiro S., Vega A., et al. Brazzein and monellin: chemical analysis, food industry applications, safety and quality control, nutritional profile and health impacts. Foods. 2023; 12 (10): 1943. DOI: https://doi.org/10.3390/foods12101943
10. Neiers F., Belloir C., Poirier N., Naumer C., Krohn M., Briand L. Comparison of different signal peptides for the efficient secretion of the sweet-tasting plant protein brazzein in Pichia pastoris. Life (Basel). 2021; 11: 46. DOI: https://doi.org/10.3390/life11010046
11. Gureu Z.G., Bagryantseva O.V., Novikova D.S., Khotimchenko S.A. Analysis of the properties of Komagataella phaffii CF-st401 – a genetically modified producer of the sweet protein brazzein using in silico methods. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2024; 93 (4): 65–73. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2024-93-4-65-73 (in Russian)
12. Novik T.S., Koveshnikova E.I., Kotlobay A.A., Sycheva L.P., Kurochkina K.G., Averina O.A., et al. Sweet-tasting natural proteins brazzein and monellin: safe sugar substitutes for the food industry. Foods. 2023; 12 (22): 4065. DOI: https://doi.org/10.3390/foods12224065
13. Veselovsky V.A., Boldyreva D.I., Olekhnovich E.I., Klimina K.M., Babenko V.V., Zakharevich N.V., et al. Effect of the consumption of brazzein and monellin, two recombinant sweet-tasting proteins, on rat gut microbiota. Front Nutr. 2024; 11: 1362529. DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2024.1362529
14. Liu Q., Li L., Yang L., Liu T., Cai C., Bo Liu B. Modification of the sweetness and stability of sweet-tasting protein monellin by gene mutation and protein engineering. Biomed Res Int. 2016; 2016: 3647173. DOI: https://doi.org/10.1155/2016/3647173
15. Bilal M., Jib L., Xub S., Zhangb Y., Iqbal H.M.N., Cheng H. Bioprospecting and biotechnological insights into sweet-tasting proteins by microbial hosts – a review. Bioengineered. 2022; 13 (4): 9829. DOI: https://doi.org/10.1080/21655979.2022.2061147
16. Delfi M., Emendato A., Leone S., Lampitella E.A., Porcaro P., Cardinale G., et al. Super stable mutant of the plant protein monellin endowed with enhanced sweetness. Life. 2021; 11 (3): 236. DOI: https://doi.org/10.3390/life11030236
17. Freeman E.L., Ward R., Murphy M.M., Wang T., Ryder J. Comprehensive safety assessment of serendipity berry sweet protein produced from Komagataella phaffii. Regul Toxicol Pharmacol. 2024; 147: 105562. DOI: https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2024.105562
18. Kant R. Sweet proteins – potential replacement for artificial low calorie sweeteners. Nutr J. 2005; 4 (5): 1–6. DOI: https://doi.org/10.1186/1475-2891-4-5
19. Reza F., Taha R.M., Rashid K.A., Ahmed B.A., Danaee M., Rozali S.E. Preliminary screening of antioxidant and antibacterial activities and establishment of an efficient Callus induction in Curculigo latifolia Dryand (Lemba). Evid Based Complement Alternat Med. 2016; 2016: 6429652. DOI: https://doi.org/10.1155/2016/6429652
20. Karigidi O., Olaiya C.O. Effects of Curculigo pilosa supplementation on antioxidant and antidiabetic activities of yam flour. J Food Sci Technol. 2021; 58 (11): 4110–7. DOI: https://doi.org/10.1007/s13197-020-04872-x
21. Kehr J., Buhtz A., Giavalisco P. Analysis of xylem sap proteins from Brassica napus. BMC Plant Biol. 2005; 5: 11. DOI: https://doi.org/10.1186/1471-2229-5-11
22. Zhao X., Wang C., Zheng Y., Liu B. New insight into the structure-activity relationship of sweet-tasting proteins: protein sector and its role for sweet properties. Front Nutr. 2021; 8: 691368. DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2021.691368
23. Rahman M., Browne J.J., Van Crugten J., Hasan M.F., Liu L., Barkla B.J. In silico, molecular docking and in vitro antimicrobial activity of the major rapeseed seed storage proteins. Front Pharmacol. 2020; 11: 1340. DOI: https://doi.org/10.3389/fphar.2020.01340
24. Gomez de Cedron M., Wagner S., Reguero M., Menéndez-Rey A., Ramírez de Molina Miracle A. Berry as a potential supplement in the control of metabolic risk factors in cancer. Antioxidants (Basel). 2020; 9 (12): 1282. DOI: https://doi.org/10.3390/antiox9121282
25. Turck D., Castenmiller J., De Henauw S., Hirsch-Ernst K.I., Kearney J., Knutsen H.K., et al. Safety of dried fruits of Synsepalum dulcificum as a novel food pursuant to Regulation (EU) 2015/2283. EFSA J. 2021; 19 (6): e06600 DOI: https://doi.org/10.2903/j.efsa.2021.6600
26. Lopez-Plaza B., Gil A., Menendez-Rey A., Bensadon-Naeder L., Hummel T., Feliu-Batlle J., et al. Effect of regular consumption of a miraculin-based food supplement on taste perception and nutritional status in malnourished cancer patients: a triple-blind, randomized, placebo-controlled clinical trial – CLINMIR pilot protocol. Nutrients. 2023; 15 (21): 4639. DOI: https://doi.org/10.3390/nu15214639
27. Ono A., Hiwasa-Tanase K., Nonaka S., Ezura H. The accumulation of recombinant miraculin is independent of fruit size in tomato. Plant Biotechnol. 2021; 38 (1): 161–5. DOI: https://doi.org/10.5511/plantbiotechnology.20.0904a
28. Kajiura H., Hiwasa-Tanase K., Ezura H., Fujiyama K. Comparison of the N-glycosylation on recombinant miraculin expressed in tomato plants with native miraculin. Plant Biotechnol. 2018; 35 (4): 375–9. DOI: https://doi.org/10.5511/plantbiotechnology.18.1023a
29. Park Y.J., Han J.E., Lee H., Jung Y.‑J., Murthy H.N., Park S.Y. Large-scale production of recombinant miraculin protein in transgenic carrot callus suspension cultures using air-lift bioreactors. AMB Express. 2020; 10: 140. DOI: https://doi.org/10.1186/s13568-020-01079-3
30. Hellekant G. Neuroscience of taste: unlocking the human taste code. BMC Neurosci. 2024; 25: 19. DOI: https://doi.org/10.1186/s12868-024-00847-2
31. Leone S., Pica A., Merlino A., Sannino F., Temussi P.A., Picone D. Sweeter and stronger: enhancing sweetness and stability of the single chain monellin MNEI through molecular design. Sci Rep. 2016; 6 (1): 34045. DOI: https://doi.org/10.1038/srep34045
32. Masuda T., Kigo S., Mitsumoto M., Ohta K., Suzuki M., Mikami B., et al. Positive charges on the surface of thaumatin are crucial for the multi-point interaction with the sweet receptor. Front Mol Biosci. 2018; 5: 10. DOI: https://doi.org/10.3389/fmolb.2018.00010
33. O’Riordan N.M., Juric V., O’Neill S. K., Roche A.P., Young P.W. A yeast modular cloning (MoClo) toolkit expansion for optimization of heterologous protein secretion and surface display in Saccharomyces cerevisiae. ACS Synth Biol. 2024; 13 (4): 1246–58. DOI: https://doi.org/10.1021/acssynbio.3c00743
34. Lopez-Plaza B., Alvarez-Mercado A.I., Arcos-Castellanos L., Plaza-Diaz J., Ruiz-Ojeda F.J., Brandimonte-Hernandez M., et al. Efficacy and safety of habitual consumption of a food supplement containing miraculin in malnourished cancer patients: the CLINMIR pilot study. Nutrients. 2024; 16 (12): 1905. DOI: https://doi.org/10.3390/nu16121905
35. Younes M., Aggett P., Aguilar F., Crebelli R., Dusemund B., Filipič M., et al. Guidance on safety evaluation of sources of nutrients and bioavailability of nutrient from the sources (revision 1). EFSA J. 2021; 19 (3): e06552. DOI: https://doi.org/10.2903/j.efsa.2021.6552
36. Ricci A., Allende A., Bolton D. Chemaly M., Davies R., Girones R., et al. Update of the list of QPS-recommended biological agents intentionally added to food or feed as notified to EFSA 7: suitability of taxonomic units notified to EFSA until September 2017. EFSA BIOHAZ Panel (EFSA Panel on Biological Hazards). EFSA J. 2018; 16 (1): e05131. DOI: https://doi.org/10.2903/j.efsa.2018.5131

Литература

1. Sayas-Barbera E., Paredes C., Salgado-Ramos M., Pallares N., Ferrer E., Navarro-Rodríguez de Vera C. et al. Approaches to enhance sugar content in foods: is the date palm fruit a natural alternative to sweeteners? // Foods. 2024. Vol. 13, N 1. P. 129. DOI: https://doi.org/10.3390/foods13010129
2. Saraiva A., Carrascosa C., Raheem D., Ramos F., Raposo A. Natural sweeteners: the relevance of food naturalness for consumers, food security aspects, sustainability and health impacts // Int. J. Environ. Res. Public Health. 2020. Vol. 17, N 17. Article ID 6285. DOI: https://doi.org/10.3390/ijerph17176285
3. Randhir R., Shetty K. Biotechnology of non-nutritive sweeteners // Functional Foods and Biotechnology / eds K. Shetty, D. Sarkar. CRC Press, 2019. 218 p. DOI: https://doi.org/10.1201/9781003003830-11
4. Joseph J.A., Akkermans S., Nimmegeers P., Van Impe J.F.M. Bioproduction of the recombinant sweet protein thaumatin: current state of the art and perspectives // Front. Microbiol. 2019. Vol. 10. Р. 695. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00695
5. Evaluation of certain food additives and contaminants. Twenty-Ninth Report of the Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives // World Health Organ. Tech. Rep. Ser. 1986. Vol. 733. P. 35-36.
6. Thaumatin. Prepared at the 53rd JECFA (1999) and published in FNP 52 Add 7 (1999), superseding tentative specifications prepared at the 51st JECFA (1998), published in FNP 52 Add 6 (1998). ADI "not specified", established at the 29th JECFA in 1985. URL: https://www.fao.org/fileadmin/user_upload/jecfa_additives/docs/Monograph1/Additive-462.pdf
7. Ming D., Hellekant G. Brazzein, a new high-potency thermostable sweet protein from Pentadiplandra brazzeana B // FEBS Lett. 1994. Vol. 355, N 1. P. 106-108. DOI: https://doi.org/10.1016/0014-5793(94)01184-2
8. Hellekant G., Danilova V. Brazzein a small, sweet protein: discovery and physiological overview // Chem. Senses. 2005. Vol. 30, suppl. 1. P. i88-i89. DOI: https://doi.org/10.1093/chemse/bjh127
9. Saraiva A., Carrascosa C., Ramos F., Raheem D., Pedreiro S., Vega A. et al. Brazzein and monellin: chemical analysis, food industry applications, safety and quality control, nutritional profile and health impacts // Foods. 2023. Vol. 12, N 10. Article ID 1943. DOI: https://doi.org/10.3390/foods12101943
10. Neiers F., Belloir C., Poirier N., Naumer C., Krohn M., Briand L. Comparison of different signal peptides for the efficient secretion of the sweet-tasting plant protein brazzein in Pichia pastoris // Life (Basel). 2021. Vol. 11. P. 46. DOI: https://doi.org/10.3390/life11010046
11. Гурэу З.Г., Багрянцева О.В., Новикова Д.С., Хотимченко С.А. Анализ свойств Komagataella phaffii CF-st401 - генетически модифицированного продуцента сладкого белка браззеина с применением методов in silico // Вопросы питания. 2024. Т. 93, № 4. С. 65-73. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2024-93-4-65-73
12. Novik T.S., Koveshnikova E.I., Kotlobay A.A., Sycheva L.P., Kurochkina K.G., Averina O.A. et al. Sweet-tasting natural proteins brazzein and monellin: safe sugar substitutes for the food industry // Foods. 2023. Vol. 12, N 22. Article ID 4065. DOI: https://doi.org/10.3390/foods12224065
13. Veselovsky V.A., Boldyreva D.I., Olekhnovich E.I., Klimina K.M., Babenko V.V., Zakharevich N.V. et al. Effect of the consumption of brazzein and monellin, two recombinant sweet-tasting proteins, on rat gut microbiota // Front. Nutr. 2024. Vol. 11. Article ID 1362529. DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2024.1362529
14. Liu Q., Li L., Yang L., Liu T., Cai C., Bo Liu B. Modification of the sweetness and stability of sweet-tasting protein monellin by gene mutation and protein engineering // Biomed. Res. Int. 2016. Vol. 2016. Article ID 3647173. DOI: https://doi.org/10.1155/2016/3647173
15. Bilal M., Jib L., Xub S., Zhangb Y., Iqbal H.M.N., Cheng H. Bioprospecting and biotechnological insights into sweet-tasting proteins by microbial hosts - a review // Bioengineered. 2022. Vol. 13, N 4. Article ID 9829. DOI: https://doi.org/10.1080/21655979.2022.2061147
16. Delfi M., Emendato A., Leone S., Lampitella E.A., Porcaro P., Cardinale G. et al. Super stable mutant of the plant protein monellin endowed with enhanced sweetness // Life. 2021. Vol. 11, N 3. Article ID 236. DOI: https://doi.org/10.3390/life11030236
17. Freeman E.L., Ward R., Murphy M.M., Wang T., Ryder J. Comprehensive safety assessment of serendipity berry sweet protein produced from Komagataella phaffii // Regul. Toxicol. Pharmacol. 2024. Vol. 147. Article ID 105562. DOI: https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2024.105562
18. Kant R. Sweet proteins - potential replacement for artificial low calorie sweeteners // Nutr. J. 2005. Vol. 4, N 5. P. 1-6. DOI: https://doi.org/10.1186/1475-2891-4-5
19. Reza F., Taha R.M., Rashid K.A., Ahmed B.A., Danaee M., Rozali S.E. Preliminary screening of antioxidant and antibacterial activities and establishment of an efficient Callus induction in Curculigo latifolia Dryand (Lemba) // Evid. Based Complement. Alternat. Med. 2016. Vol. 2016. Article ID 6429652. DOI: https://doi.org/10.1155/2016/6429652
20. Karigidi O., Olaiya C.O. Effects of Curculigo pilosa supplementation on antioxidant and antidiabetic activities of yam flour // J. Food Sci. Technol. 2021. Vol. 58, N 11. Р. 4110-4117. DOI: https://doi.org/10.1007/s13197-020-04872-x
21. Kehr J., Buhtz A., Giavalisco P. Analysis of xylem sap proteins from Brassica napus // BMC Plant Biol. 2005. Vol. 5. P. 11. DOI: https://doi.org/10.1186/1471-2229-5-11
22. Zhao X., Wang C., Zheng Y., Liu B. New insight into the structure-activity relationship of sweet-tasting proteins: protein sector and its role for sweet properties // Front. Nutr. 2021. Vol. 8. Article ID 691368. DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2021.691368
23. Rahman M., Browne J.J., Van Crugten J., Hasan M.F., Liu L., Barkla B.J. In silico, molecular docking and in vitro antimicrobial activity of the major rapeseed seed storage proteins // Front. Pharmacol. 2020. Vol. 11. Article ID 1340. DOI: https://doi.org/10.3389/fphar.2020.01340
24. Gomez de Cedron M., Wagner S., Reguero M., Menéndez-Rey A., Ramírez de Molina Miracle A. Berry as a potential supplement in the control of metabolic risk factors in cancer // Antioxidants (Basel). 2020. Vol. 9, N 12. Article ID 1282. DOI: https://doi.org/10.3390/antiox9121282
25. Turck D., Castenmiller J., De Henauw S., Hirsch-Ernst K.I., Kearney J., Knutsen H.K. et al. Safety of dried fruits of Synsepalum dulcificum as a novel food pursuant to Regulation (EU) 2015/2283 // EFSA J. 2021. Vol. 19, N 6. Article ID e06600 DOI: https://doi.org/10.2903/j.efsa.2021.6600
26. Lopez-Plaza B., Gil A., Menendez-Rey A., Bensadon-Naeder L., Hummel T., Feliu-Batlle J. et al. Effect of regular consumption of a miraculin-based food supplement on taste perception and nutritional status in malnourished cancer patients: a triple-blind, randomized, placebo-controlled clinical trial - CLINMIR pilot protocol // Nutrients. 2023. Vol. 15, N 21. Article ID 4639. DOI: https://doi.org/10.3390/nu15214639
27. Ono A., Hiwasa-Tanase K., Nonaka S., Ezura H. The accumulation of recombinant miraculin is independent of fruit size in tomato // Plant Biotechnol. 2021. Vol. 38, N 1. P. 161-165. DOI: https://doi.org/10.5511/plantbiotechnology.20.0904a
28. Kajiura H., Hiwasa-Tanase K., Ezura H., Fujiyama K. Comparison of the N-glycosylation on recombinant miraculin expressed in tomato plants with native miraculin // Plant Biotechnol. 2018. Vol. 35, N 4. Р. 375-379. DOI: https://doi.org/10.5511/plantbiotechnology.18.1023a
29. Park Y.J., Han J.E., Lee H., Jung Y.‑J., Murthy H.N., Park S.Y. Large-scale production of recombinant miraculin protein in transgenic carrot callus suspension cultures using air-lift bioreactors // AMB Express. 2020. Vol. 10. P. 140. DOI: https://doi.org/10.1186/s13568-020-01079-3
30. Hellekant G. Neuroscience of taste: unlocking the human taste code // BMC Neurosci. 2024. Vol. 25. Article ID 19. DOI: https://doi.org/10.1186/s12868-024-00847-2
31. Leone S., Pica A., Merlino A., Sannino F., Temussi P.A., Picone D. Sweeter and stronger: enhancing sweetness and stability of the single chain monellin MNEI through molecular design // Sci. Rep. 2016. Vol. 6, N 1. Article ID 34045. DOI: https://doi.org/10.1038/srep34045
32. Masuda T., Kigo S., Mitsumoto M., Ohta K., Suzuki M., Mikami B. et al. Positive charges on the surface of thaumatin are crucial for the multi-point interaction with the sweet receptor // Front. Mol. Biosci. 2018. Vol. 5. P. 10. DOI: https://doi.org/10.3389/fmolb.2018.00010
33. O’Riordan N.M., Juric V., O’Neill S. K., Roche A.P., Young P.W. A yeast modular cloning (MoClo) toolkit expansion for optimization of heterologous protein secretion and surface display in Saccharomyces cerevisiae // ACS Synth. Biol. 2024. Vol. 13, N 4. Р. 1246-1258. DOI: https://doi.org/10.1021/acssynbio.3c00743
34. Lopez-Plaza B., Alvarez-Mercado A.I., Arcos-Castellanos L., Plaza-Diaz J., Ruiz-Ojeda F.J., Brandimonte-Hernandez M. et al. Efficacy and safety of habitual consumption of a food supplement containing miraculin in malnourished cancer patients: the CLINMIR pilot study // Nutrients. 2024. Vol. 16, N 12. Article ID 1905. DOI: https://doi.org/10.3390/nu16121905
35. Younes M., Aggett P., Aguilar F., Crebelli R., Dusemund B., Filipič M. et al. Guidance on safety evaluation of sources of nutrients and bioavailability of nutrient from the sources (revision 1) // EFSA J. 2021. Vol. 19, N 3. Article ID e06552. DOI: https://doi.org/10.2903/j.efsa.2021.6552
36. Ricci A., Allende A., Bolton D. Chemaly M., Davies R., Girones R. et al. Update of the list of QPS-recommended biological agents intentionally added to food or feed as notified to EFSA 7: suitability of taxonomic units notified to EFSA until September 2017. EFSA BIOHAZ Panel (EFSA Panel on Biological Hazards) // EFSA J. 2018. Vol. 16, N 1. Article ID e05131. DOI: https://doi.org/10.2903/j.efsa.2018.5131

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)

© GEOTAR-Media Publishing Group. The use of textual and illustrative content from this publication for the training of any artificial intelligence systems - including machine learning models and neural networks - is strictly prohibited without the prior written consent of the copyright holder.