เวย์โปรตีน แหล่งของเปปไทด์ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ (Biological activity)

เวย์โปรตีน แหล่งของเปปไทด์ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ (Biological activity)

ผู้ช่วยศาสตราจารย์ทศพร นามโฮง
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลสุวรรณภูมิ

เวย์ (Whey) คือส่วนของเหลวที่แยกออกมาหลังจากตกตะกอนน้ำนมและแยกเอาโปรตีนเคซีนออกไปในกระบวนการผลิตเนยแข็ง เวย์เป็นผลพลอยได้ที่มีปริมาณมากจากอุตสาหกรรมนม ซึ่งคิดเป็น 85-90% ของปริมาณน้ำนมทั้งหมด และมีสารอาหารอยู่ถึง 55% ของสารอาหารทั้งหมดที่มีในน้ำนม ในเวย์มีแลคโตส และโปรตีนที่ไม่ใช่โปรตีนเคซีน เดิมเวย์เป็นมลภาวะจากโรงงานอุตสาหกรรมนมเพราะว่ามีสารอินทรีย์เป็นองค์ประกอบอยู่มากและมีในปริมาณมาก ต่อมามีการค้นพบถึงสมบัติเชิงหน้าที่และสมบัติทางชีวภาพของเวย์ ดังนั้นเวย์จึงเป็นผลิตภัณฑ์หลักเพิ่มเติมนอกเหนือจากผลิตภัณฑ์เนยแข็ง ในอุตสาหกรรมทำเนยแข็ง
ถึงแม้เวย์จะมีคุณค่าทางอาหารสูง แต่การนำมาใช้ยังจำกัดเนื่องจากเสื่อมเสียง่าย และมีปริมาณน้ำสูง ดังนั้นจึงมีหลากหลายเทคโนโลยีที่พัฒนาขี้น เพื่อใช้ประโยชน์จากเวย์ให้ได้มากที่สุด จึงมีวิธีการที่ทำให้เวย์เข้มข้นขึ้นเช่นการระเหย การทำแห้งเป็นผง หรือการทำแห้งแบบเยือกแข็ง หรือโดยวิธี รีเวอร์สออสโมซิส การแยกด้วยเมมเบรนก็เป็นวิธีการหนึ่งที่นำมาใช้เพื่อแยกโปรตีนออกจากเวย์1
การทำโปรตีนไฮโดรไลเซทก็เป็นทางเลือกหนึ่งที่ใช้เพิ่มมูลค่าของเวย์ เอนไซม์โปรตีเอสถูกนำมาใช้ผลิตไฮโดรไลเซทที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพจากนม รวมถึงจากเวย์โปรตีนด้วย พบว่าโปรตีนไฮโดรไลเซทที่ได้จากเวย์ มีคุณสมบัติในการยับยั้งเอนไซม์ ACE (Angioten-sin I-converting enzyme) ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่เร่งความดันโลหิต การใช้น้ำย่อยจากลำไส้มาทำปฏิกิริยากับเวย์โปรตีนจะได้โปรตีนไฮโดรไลเซทที่มีฤทธิ์ในการต้านจุลินทรีย์2 เวย์มีศักยภาพที่เป็นแหล่งของเปปไทด์ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ เปปไทด์เหล่านี้ที่ได้จากการย่อยเวย์ด้วยเอนไซม์ซึ่งมีแนวโน้มเป็นอาหารใหม่หรือ novel food

ผลิตภัณฑ์ที่พัฒนาจากเวย์
การย่อยเวย์โปรตีนทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติการละลายได้ ความหนืด การเป็นอิมัลชั่นและการเกิดฟองเปลี่ยนไป เท่าๆกับเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีคุณค่าทางโภชนาการดีขึ้น เวย์โปรตีนที่ย่อยแล้วได้เป็นโปรตีนไฮโดรไลเซท ที่ส่วนใหญ่เป็นไดเปปไทด์และไตรเปปไทด์มีคุณสมบัติเหนือกว่าโปรตีนปกติในแง่ของการสร้างโปรตีนกล้ามเนื้อ2 เพราะการบริโภคผลิตภัณฑ์เหล่านี้ทำให้ดูดซึมกรดอมิโนได้เร็วกว่าโปรตีนปกติ เป็นการส่งผ่านสารอาหารเข้าสู่เนื้อเยื่อกล้ามเนื้อได้มากขึ้น
เวย์โปรตีนไฮโดรไลเซท นำมาใช้ผสมในสูตรอาหารที่ใช้แทนนมมารดา เนื่องจากมีคุณค่าทางอาหารสูง
มีความขมน้อย และมีความเป็นสิ่งแปลกปลอมต่ำ ( low antigenicity ) ปกติเวย์โปรตีนมักทำให้เกิดอาการแพ้เนื่องจากมีลำดับของ β –LG ในโปรตีน แต่การย่อยโปรตีนด้วยเอนไซม์โปรตีเอสจากแบคทีเรียเพื่อเป็นโปรตีนไฮโดรไลเซทจะช่วยลดการเกิดอาการแพ้ได้ พบว่าการใช้เอนไซม์ทริปซินร่วมกับปาเปนในการย่อยโปรตีนเวย์มีประสิทธิภาพที่สุดในการขจัด β –LG ในโปรตีนออกไป และทำให้ได้เปปไทด์โมเลกุลต่ำที่มีคุณสมบัติในการลดความเป็นสิ่งแปลกปลอมลง 3 เวย์โปรตีนสามารถถูกย่อยได้ด้วยเอนไซม์ในระบบย่อยอาหาร เอนไซม์โปรตีเอสจากพืชหรือจากจุลินทรีย์ และสามารถสร้างเปปไทด์ที่มีบทบาททางกายภาพได้หลายชนิดดังภาพที่ 1

ภาพที่ 1 ผลทางกายภาพของเปปไทด์ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพที่ได้จากเวย์โปรตีน ซี่งการย่อยเวย์โปรตีนทำได้หลายรูปแบบ
เพื่อปลดปล่อยเปปไทด์ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพออกมาและทำให้เกิดผลทางกายภาพหลายอย่าง

ปฏิกิริยาต้านอนุมูลอิสระ
การเกิดออกซิเดชั่นของไขมันในอาหารเป็นอีกสาเหตุหนึ่งทำให้คุณภาพอาหารเสื่อมเสียลง อายุการเก็บสั้นลง และทำให้อาหารแปรรูปได้รับการยอมรับลดลงด้วย การออกซิเดชั่นของไขมันทำให้เกิดอนุมูลอิสระซึ่งทำให้คุณค่าทางโภชนาการลดลง และอนุมูลอิสระยังทำให้เกิดกลิ่นรสที่ไม่น่าพอใจและเกิดสารพิษ4 ปฏิกิริยาของอนุมูลอิสระมีบทบาททางชีวภาพเช่นทำลายเซล ทำให้ DNA โปรตีนและโมเลกุลต่างๆ แปรเปลี่ยนไป ซึ่งมีบทบาทสำคัญทำให้เกิดโรคต่างๆเช่นโรคหลอดเลือดหัวใจ โรคเบาหวาน โรคระบบประสาทบกพร่อง และโรคอัลไซเมอร์5 ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องยับยั้งการเกิดออกซิเดชั่นของไขมันและการสร้างอนุมูลอิสระในอาหารที่มีไขมัน การใช้สารต้านอนุมูลอิสระสังเคราะห์เช่น Butylated hydroxytoluene (BHT) Butylated hydroxyanisole (BHA), Propyl gallate (PG) และ tert – butylhydroquinone (TBHQ) มีข้อจำกัดเพราะว่าเป็นพิษ ดังนั้นการใช้สารต้านอนุมูลอิสระหรือสารกันหืนตามธรรมชาติ เช่นเปปไทด์ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพจึงเป็นที่สนใจเพราะว่าปลอดภัยและมีคุณสมบัติที่กว้างขวาง6 มีรายงานว่าเปปไทด์จากโปรตีนไฮโดรไลเซททำหน้าที่เป็นสารต้านอนุมูลอิสระโดยผ่านกลไกของการยับยั้ง Reactive oxyden species (ROS), การกำจัดอนุมูลอิสระ, การยับยั้งการออกซิเดชั่นของไขมัน, การจับโลหะหรือการรวมกันของทุกๆวิธีที่กล่าว บทบาทนี้ขึ้นกับองค์ประกอบและลำดับของกรดอมิโนในเปปไทด์นั้น7 เปปไทด์ที่มีคุณสมบัติเป็นสารต้านอนุมูลอิสระปกติจะประกอบด้วยกรดอมิโน 5-11 ตัว ซึ่งรวมถึงกรดอมิโนที่ไม่ชอบน้ำ โพรลีน ฮิสตีดีน ไทโรซีน และ/หรือทริปโตแฟน8 การย่อยเวย์โปรตีนจะได้เปปไทด์ที่มีคุณสมบัติเป็นสารต้านอนุมูลอิสระ9 เวย์โปรตีนไฮโดรไลเซทที่ได้จากการย่อยด้วยเอนไซม์แอลคาเลส ( Alcalase ) มีปฏิกิริยาในการต้านอนุมูลอิสระสูงสุด10 Correa et.al ( 2014)11 ใช้เอนไซม์โปรตีเอสจาก Bacillus P7 ย่อยเวย์ที่ได้จากนมแกะ พบว่ามีปฏิกิริยาต้านอนุมูลอิสระถึง 51.3% เปปไทด์จากผลิตภัณฑ์เวย์ที่มีปฏิกิริยาต้านอนุมูลอิสระจะเป็นแนวโน้มใหม่ในการศึกษาเพื่อหาสารต้านอนุมูลอิสระจากธรรมชาติทดแทนสารสังเคราะห์ ทั้งนี้เพื่อประโยชน์ต่อสุขภาพ

ปฏิกิริยาในการต้านความดันโลหิตสูง
เปปไทด์มีปฏิกิริยาในการต้านความดันโลหิตสูงได้เพราะมีความสามารถในการยับยั้งเอนไซม์ ACE เอนไซม์ตัวนี้เป็นตัวเพิ่มความดันเลือดโดยเปลี่ยน Angiotensin I เป็น angiotensin II12 นักวิทยาศาสตร์ได้ให้ความสนใจเปปไทด์ที่ได้จากผลิตภัณฑ์นมซึ่งมีคุณสมบัติในการยับยั้งเอนไซม์ ACE นี้ ในปัจจุบันเวย์โปรตีนจากแพะและแกะเป็นแหล่งที่สำคัญของเปปไทด์ที่มีคุณสมบัติในการยับยั้งเอนไซม์นี้13 เปปไทด์นี้ประกอบด้วยกรดอมิโน 2-20 ตัว14 การย่อยเวย์โปรตีนโดยใช้เปปซิน ทริปซิน ไคโมทริปซิน และโปรตีเอสอื่นๆ มีปฏิกิริยาในการยับยั้ง ACE ในระดับสูงถึง 73-90% ดังนั้นเปปไทด์จากอาหารโปรตีนจึงควรนำมาใช้ในการรักษาอาการความดันโลหิตสูงเพื่อหลีกเลี่ยงการใช้ยาซึ่งอาจมีผลข้างเคียงที่ไม่น่าพอใจ

ปฏิกิริยาในการต้านจุลินทรีย์
เวย์โปรตีนเป็นแหล่งที่ดีของเปปไทด์ที่มีคุณสมบัติในการต้านจุลินทรีย์ การย่อยด้วยโปรตีเอส เช่น ทริปซิน ไคโมทริปซิน และเปปซินจะได้เวย์โปรตีนไฮโดรไลเซท และเปปไทด์ แล้วเมื่อนำมาทดสอบต่อผลการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ด้วยวิธี in vitro พบว่าสามารถยับยั้งการเจริญของ Escherichia coli XL1 และ Listeria innocua ลงได้ 22 % และ 16% ตามลำดับ15 ดังนั้นเวย์โปรตีนไฮโดรไลเซทและเปปไทด์จึงเปรียบเสมือนเป็นสารกันเสียทางธรรมชาติ

ปฏิกิริยาต้านเบาหวาน
เบาหวานประเภทที่ 2 เป็นอาการที่เนื่องจากการหลั่งอินซูลินโดย β cell ผิดปกติ และการต้านอินซูลินในเนื้อเยื่อ อาการเหล่านี้เป็นการพัฒนาขึ้นจากโรคหลายๆอย่างเช่น โรคความดันโลหิตสูง โรคหลอดเลือดหัวใจ ดังนั้นจึงมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นที่จะวิจัยและพัฒนาหาวิธีการรักษาภาวะน้ำตาลในเลือดสูงของบุคคล มีรายงานว่าการให้เวย์โปรตีนและไฮโดรไลเซทมีผลทางบวกต่อการควบคุมน้ำตาลในเลือดและการตอบสนองต่อการกระตุ้นอินซูลินในมนุษย์16 Nongonierma et.al 201317 ได้ศึกษาว่าเวย์โปรตีนไฮโดรไลเซทที่อุดมไปด้วยกรดอมิโนอิสระและเปปไทด์ชนิดที่ชอบน้ำสามารถเพิ่มการตอบสนองต่อการกระตุ้นอินซูลินของเซล BRIN-BD11 นอกจากนี้มีการศึกษาทาง in vivo ถึงผลของเวย์โปรตีนและไฮโดรไลเซทต่อภาวะน้ำตาลในเลือดพบว่ามีการปลดปล่อยเปปไทด์ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพและกรดอมิโนออกมา

สรุป
อุตสาหกรรมนมได้เวย์เป็นผลพลอยได้จำนวนมหาศาล ซึ่งเดิมเป็นของเสียที่ต้องกำจัดทิ้งและก่อให้เกิดมลภาวะ งานวิจัยการนำเวย์โปรตีนมาใช้ประโยชน์ไม่เพียงแต่ช่วยในเรื่องสิ่งแวดล้อม แต่ยังสร้างผลิตภัณฑ์สุขภาพมูลค่าเพิ่มอีกด้วย มีงานวิจัยหลากหลายที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนเวย์โปรตีนเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์โดยการใช้เอนไซม์ย่อย เพื่อให้ได้เปปไทด์ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ โดยศึกษาถึงชนิดเอนไซม์ที่ใช้ และปฏิกิริยาทางชีวภาพของเปปไทด์ ซึ่งชี้ให้เห็นว่าเวย์เป็นแหล่งที่ดีของเปปไทด์ที่มีประโยชน์เหล่านี้ การศึกษาต่อๆไปต้องเกี่ยวข้องกับการทดลองในมนุษย์ ประเมินในมุมต่างๆ เช่น ความเป็นพิษ ปริมาณที่ใช้ และผลข้างเคียง และการศึกษาต่อไปเป็นเรื่องของการผสมในสูตรอาหารอื่นๆ โดยที่ยังคงฤทธิ์ทางชีวภาพที่ต้องการไว้ได้ รวมถึงยังดูดซึมได้ดี ดังนั้นเปปไทด์เหล่านี้นอกจากเป็นอาหารฟังก์ชั่นยังเป็นแนวโน้มที่จะเป็นอาหารใหม่ได้ในอนาคต

เอกสารอ้างอิง
1.Brans,G.,Schron,CG.PH., van der Sman, R.G.M.,&Boom, R.M.2004 Membrane fractionation of milk : State of the art and challenge, Journal of Membrane Science, 243,263-272.
2.Almas,H., et al 2011 Antibacterial peptides derived from caprine whey proteins, by digestion with human gastrointestinal juice, British Journal of Nutrition ,106,896-905
3.Shin, H.S., et.al 2007 Production of low antigenic cheese whey protein hydrolysates using mixed protelytic enzymes. Journal of the Science of Food and Agriculture,87,2055-2060
4.Niki, E., et.al 2005 Lipid peroxidation: Mechanisms, inhibition and biological effects. Biochemical and Biophysical Research Communications, 338,668-676
5.Stadtman,E.R 2006 Protein oxidation and aging , Free Radicals Research, 40,1250-1258
6.Zhang, Q.X.,et.al 2009 Antioxidant activities of the rice endosperm protein hydrolysate ;Identification of the active peptide. European Food Research and Technology,229,709-719
7.Phelan, M., et.al 2009 Caesein-derived bioactive peptides: Biological effects, industrial uses, safety aspects and regulatory status. International Dairy Journal, 19.643-654
8.Zhou, D., et.al 2012 In vitro antioxidant activity of enzymatic hydrolysates prepared from abalone viscera. Food and Bioproducts Processing, 90,148-154
9.Sarnadi, B.H., et.al 2010 Antioxidative peptides from food proteins: A review Peptides,31,1949-1956
10.Zhang, Q.X., et .al 2013 Isolation and identification of antioxidant peptides derived from whey protein enzymatic hydrolysate by consecutive chromatography and Q-TQF MS.Journal of Dairy Research, 80,367-373
11.Correa, A.P.F., et al. 2014 Hydrolysates of sheep cheese whey as a source of bioactive peptides with antioxidant and angiotensin-converting enzyme inhibitory activities. Peptides,61,48-55
12.Petrillo, E.W., et.al 1982 Angiotensin converting enzyme inhibitors: Medicinal chemistry and biological actions. Medicinal Research Reviews, 2,1-41
13.Recio,I., et.al 2009 Bioactive components in sheep milk. In Y.W.Park (Ed) Bioactive components in milk and dairy products (pp.83-104) Chichester, Uk: Wiley-Blackwell.
14.Saito, T., et.al 2000 Isolation and structural analysis of antihypertensive peptides that exist naturally in Gouda cheese. Journal of dairy Science.83.1434-1440
15.Jrad, Z., et.al 2014 Effect of digestive enzymes on antimicrobial, radical scavenging and angiotensin I-converting enzye inhibitory activities of camel colostrum and milk proteins. Dairy Science & Technology 94,205-224
16.Jakubowicz,D., 2013 Biochemical and metabolicmechanisms by which dietary whey protein may combat obesity and type 2 diabetes. Journal of Nutritional Biochemistry,24,1-5
17.Nong0nierma, A.B., et.al 2013 Dipeptidyl peptidaseIV inhibitory properties of a whey protein hydrolysate: Influence of fractionation, stability to simulated gastrointestinal digestion and food-drug interaction. International Dairy Journal, 32,33-39