Визначення механізмів термодинамічної детоксикації та конформаційної інженерії RuBisCO з Lemna minor: зшивання пікерінг-броні in situ у кріорезистентних гібридних сирних моделях

Автор(и)

  • Юнфень Пан Сумський національний аграрний університет; Hezhou University, Україна https://orcid.org/0009-0003-6573-139X
  • Анна Олександрівна Геліх Сумський національний аграрний університет, Україна https://orcid.org/0000-0003-3769-1231
  • Андрій Михайлович Філон Національний університет "Чернігівський колегіум» імені Т. Г. Шевченка"; Сумський національний аграрний університет, Україна https://orcid.org/0000-0003-0237-2185

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.365023

Ключові слова:

альтернативні білки, апсайклінг біомаси, вилучення важких металів, багатофазна реологія, фіторемедіація

Анотація

Об’єктом дослідження є процес конструювання кріорезистентних буйволячих сирних моделей із заміщенням ліпідної фази емульсії Пікерінга на основі ізоляту RuBisCO з біомаси Lemna minor. Проблема, що вирішувалася, полягає в обмеженні апсайклінгу цього фіторемедіанту у сталі альтернативні білки через гіперакумуляцію важких металів при зборі сировини у забруднених військових та індустріальних біотопах. Показано, що протокол термодинамічної детоксикації (кислотний шок pH 3.0 та діаліз) біомаси знизив початковий вміст Pb (6.9 мг/кг) та Cd (0.6 мг/кг) до < 0.10 мг/кг (ефективність ≥ 98.5% та ≥ 83.3%), а Cu на ≥ 84.6%, забезпечивши отримання деконтамінованого ізоляту. Цей білок піддавали конформаційній інженерії (pH-зсув від 11.0 до 7.0) для формування наночастинок, що стабілізували вихідну емульсію Пікерінга. Після іонотропного гелеутворення емульсією об'ємно заміщували тваринний жир (до 75%). Інтеграція гелю істотно підвищила вологоутримувальну здатність системи (до 87%) та мінімізувала кріосинерезис (з 14% до 1.5%). У тесті Шрайбера (85°C) гібридна модель продемонструвала перехід зі стану в'язкопружного розплаву до термостабільного гелю із пригніченою ексудацією ліпідів. Ці макроскопічні ефекти пояснюються посиленою гідратацією полімерів, доннанівським осмотичним набуханням та просторовим обмеженням рухливості капілярної води. Цей структурний перехід та термостабільність, ймовірно, зумовлені синергічним міжфазним зшиванням Пікерінг-броні in situ, утворенням дисульфідних зв'язків та термічно індукованою макромолекулярною консолідацією з ознаками пізніх стадій реакції Майяра. Стабільність реологічної тест-системи підтверджує ефективність апсайклінгу фіторемедіантів для нехарчових цілей та доцільність екстраполяції протоколу на стандартну харчову сировину

Біографії авторів

Юнфень Пан, Сумський національний аграрний університет; Hezhou University

Аспірант, викладач

Кафедра технологій та безпечності харчових продуктів

Department of Food and Biological Engineering

Анна Олександрівна Геліх, Сумський національний аграрний університет

Кандидат технічних наук, доцент, старший науковий співробітник

Кафедра технологій та безпечності харчових продуктів

Андрій Михайлович Філон, Національний університет "Чернігівський колегіум» імені Т. Г. Шевченка"; Сумський національний аграрний університет

Аспірант, науковий співробітник, викладач

Кафедра хімії, технології та фармації

Кафедра технологій та безпечності харчових продуктів

Посилання

  1. Liu, Y., Helikh, A., Filon, A., Duan, Z. (2023). Sausage technology for food sustainability: recipe, color, nutrition, structure. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (11 (124)), 47–58. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.286323
  2. Helikh, A., Filon, A. (2025). Biochemical variability of vegetable juice powders: a key factor in modulating the physicochemical properties and safety profile of vegan fermented sausages. Technology Audit and Production Reserves, 4 (3 (84)), 52–59. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2025.334830
  3. Helikh, A., Filon, A. (2025). Nanocomposite Biopolymer Coating with β-Nanochitosan for Preserving Snail Fillets: A Synergistic Antimicrobial System with Monarda punctata Oil. 2025 IEEE 15th International Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP), MTFC12–1. https://doi.org/10.1109/nap68437.2025.11216270
  4. Muller, T., Bazinet, L. (2025). Water lentil (duckweed) protein purification by chemical (HCl) and electrochemical (Electrodialysis with bipolar membranes) acidification: Composition, structure and functional properties vs commercial protein isolates. Food Chemistry, 489, 144901. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.144901
  5. Müller, M., Holderer, O., Schwärzer, K., Wiese-Klinkenberg, A., Förster, B., Förster, S. et al. (2025). Proteins derived from green biomass: Alfalfa (Medicago sativa L.) and water lentil concentrate (Lemna minor L.) in the focus as stabilizers for emulsions. Food Hydrocolloids for Health, 8, 100233. https://doi.org/10.1016/j.fhfh.2025.100233
  6. Pérez-Vila, S., Fenelon, M. A., O’Mahony, J. A., Gómez-Mascaraque, L. G. (2022). Extraction of plant protein from green leaves: Biomass composition and processing considerations. Food Hydrocolloids, 133, 107902. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2022.107902
  7. Wang, X., Huang, J.-H., Meng, B., Mao, K., Zheng, M., Tan, A. et al. (2024). LmGSTF3 Overexpression Enhances Cadmium Tolerance in Lemna minor. Environmental Science & Technology, 59 (5), 2711–2721. https://doi.org/10.1021/acs.est.4c08749
  8. Zhytniakivska, O., Tarabara, U., Vus, K., Trusova, V., Gorbenko, G. (2024). Interaction of Heavy Metals with β-Lactoglobulin: Molecular Dynamics Study. East European Journal of Physics, 4, 511–517. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-4-60
  9. Takano, C., Shigemasa, Y., Aoki, K., Maulidin, I., Kawasaki, S., Nakashima, K. (2025). Protein- and Polysaccharide-Based Heavy Metal Removal Materials: Batch and Continuous Systems. ACS Sustainable Resource Management, 2 (11), 2095–2102. https://doi.org/10.1021/acssusresmgt.5c00270
  10. Sternke‐Hoffmann, R., Liu, C., Wang, X., Pupart, H., Sun, X., Dreiser, J. G.-H. et al. (2026). Protein‐Driven Copper Redox Regulation: Uncovering the Role of Disulphide Bonds and Allosteric Modulation. Angewandte Chemie International Edition, 65 (15). https://doi.org/10.1002/anie.202519673
  11. Helikh, A., Filon, A. (2025). Study of the amino acid profile of alternative proteins (Helix pomatia, Lissachatina fulica, Helix aspersa) and their potential application in a healthy diet: optimization of a modern brandade recipe. Technology Audit and Production Reserves, 2 (3 (82)), 71–79. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2025.326896
  12. Park, J. I., McClements, D. J., Choi, S. J. (2025). Impact of small molecule surfactant type and oil phase composition on Ostwald ripening in model food emulsions. Food Science and Biotechnology, 34 (13), 3067–3076. https://doi.org/10.1007/s10068-025-01954-4
  13. Geng, Q., Zhou, L., Gao, K., Yi, X., Wu, Z., Chen, H. (2026). pH-Shifting-Mediated Coassembly with Polyphenols Reduces Allergenicity and Maintains Functionality of Peanut Protein. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 74 (15), 12448–12460. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.6c00749
  14. Huang, G., Liu, G., Xu, Z., Jiang, L., Zhang, Y., Sui, X. (2023). Stability, rheological behavior and microstructure of Pickering emulsions co-stabilized by soy protein and carboxymethyl chitosan. Food Hydrocolloids, 142, 108773. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2023.108773
  15. Dobson, S., Marangoni, A. G. (2024). Fat stabilization techniques for the reduction of oil loss in high protein plant-based cheese. Food Hydrocolloids, 156, 110362. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2024.110362
  16. Yang, J., Monta, K., Ishikawa, D., Fujii, T. (2025). Analysis of syneresis phenomenon of surimi gel due to freezing and thawing. Food Science and Technology Research, 31 (3), 205–213. https://doi.org/10.3136/fstr.fstr-d-24-00189
  17. Zimmerman, B. K., Datta, B., Shi, R., Schulman, R., Nguyen, T. D. (2024). A reactive electrochemomechanical theory for growth and remodeling of polyelectrolyte hydrogels and application to dynamic polymerization of DNA hydrogels. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 186, 105568. https://doi.org/10.1016/j.jmps.2024.105568
  18. Cao, L., Lu, W., Mata, A., Nishinari, K., Fang, Y. (2020). Egg-box model-based gelation of alginate and pectin: A review. Carbohydrate Polymers, 242, 116389. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116389
  19. Fomich, M., Yuan, Y., Smith, M. D., Krishnan, H. B., Dia, V., Wang, T. (2025). Glycosylated peptides isolated from cheese whey have antifreezing activity. Food Chemistry, 469, 142530. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.142530
  20. Lin, X., Zhang, C., Hu, S., Chen, R. (2024). Heterogeneous ice nucleation of salt solution in porous media. The Journal of Chemical Physics, 160 (9). https://doi.org/10.1063/5.0190862
  21. Zhao, Q., Hong, X., Fan, L., Liu, Y., Li, J. (2023). Freeze-thaw stability and rheological properties of high internal phase emulsions stabilized by phosphorylated perilla protein isolate: Effect of tea saponin concentration. Food Hydrocolloids, 134, 108001. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2022.108001
  22. Anuar, M. N. B., Zuo, J. (2025). Enhancing Yellow Pea Protein Extraction and Purification Through Ultrafiltration. Membranes, 15 (11), 326. https://doi.org/10.3390/membranes15110326
  23. Tan, Y., Zhang, Z., McClements, D. J. (2023). Preparation of plant-based meat analogs using emulsion gels: Lipid-filled RuBisCo protein hydrogels. Food Research International, 167, 112708. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2023.112708
  24. Du, L., Ru, Y., Weng, H., Zhang, Y., Chen, J., Xiao, A., Xiao, Q. (2024). Agar-gelatin Maillard conjugates used for Pickering emulsion stabilization. Carbohydrate Polymers, 340, 122293. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122293
  25. El Hosry, L., Elias, V., Chamoun, V., Halawi, M., Cayot, P., Nehme, A., Bou-Maroun, E. (2025). Maillard Reaction: Mechanism, Influencing Parameters, Advantages, Disadvantages, and Food Industrial Applications: A Review. Foods, 14 (11), 1881. https://doi.org/10.3390/foods14111881
  26. Khan, M. A., Wani, G. A., Majid, H., Farooq, F. U., Reshi, Z. A., Husaini, A. M., Shah, M. A. (2020). Differential Bioaccumulation of Select Heavy Metals from Wastewater by Lemna minor. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 105 (5), 777–783. https://doi.org/10.1007/s00128-020-03016-3
  27. Syrpas, M., Valanciene, E., Augustiniene, E., Malys, N. (2021). Valorization of Bilberry (Vaccinium myrtillus L.) Pomace by Enzyme-Assisted Extraction: Process Optimization and Comparison with Conventional Solid-Liquid Extraction. Antioxidants, 10 (5), 773. https://doi.org/10.3390/antiox10050773
  28. Kratochvil, D., Volesky, B. (1998). Advances in the biosorption of heavy metals. Trends in Biotechnology, 16 (7), 291–300. https://doi.org/10.1016/s0167-7799(98)01218-9
  29. Mao, Y., Huang, W., Jia, R., Bian, Y., Pan, M.-H., Ye, X. (2023). Correlation between Protein Features and the Properties of pH-Driven-Assembled Nanoparticles: Control of Particle Size. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 71 (14), 5686–5699. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.3c00147
  30. Kazemipour, N., Salehi Inchebron, M., Valizadeh, J., Sepehrimanesh, M. (2016). Clotting characteristics of milk by Withania coagulans: Proteomic and biochemical study. International Journal of Food Properties, 20 (6), 1290–1301. https://doi.org/10.1080/10942912.2016.1207664
Визначення механізмів термодинамічної детоксикації та конформаційної інженерії RuBisCO з Lemna minor: зшивання пікерінг-броні in situ у кріорезистентних гібридних сирних моделях

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-06-30

Як цитувати

Пан, Ю., Геліх, А. О., & Філон, А. М. (2026). Визначення механізмів термодинамічної детоксикації та конформаційної інженерії RuBisCO з Lemna minor: зшивання пікерінг-броні in situ у кріорезистентних гібридних сирних моделях. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(11 (141), 63–72. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.365023

Номер

Том 3 № 11 (141) (2026): Технології та обладнання харчових виробництв

Розділ

Технології та обладнання харчових виробництв

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Yongfeng Pang, Anna Helikh, Andrii Filon

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.