Promjene u profilima aminokiselina i bioaktivnim spojevima čahura tajlandske svile na koje utječe ekstrakcija vodom 1. dio

Molimo kontaktirajteoscar.xiao@wecistanche.comza više informacija

Sažetak:Proteini svile imaju mnoge korisne komponente uključujući proteine ​​i pigmente. Proteini—sericin i fibroin—široko su proučavani za medicinsku primjenu zbog svojih dobrih fizikalno-kemijskih svojstava i bioloških aktivnosti. Različiti sojevi čahura pokazuju različite sastave kao što su profili aminokiselina i razine antioksidativne aktivnosti. Stoga su ciljevi ovog istraživanja bili pronaći prikladnu metodu ekstrakcije proteina svile za dobivanje proizvoda s kemijskim i biološkim svojstvima prikladnim kao funkcionalna hrana u dvije vrsteBombyxmori svilena čahura (Nangsew sojevi; žuta čahura) i Samia ricini svilena čahura (Eri sojevi; bijela čahura) ekstrahirana vodom na 100 stupnjeva tijekom 2, 4, 6 i 8 sati. Rezultati su pokazali da su Nangsew sojevi ekstrahirani tijekom 6 sati sadržavali najveće količine proteina, aminokiselina, ukupnih fenola (TPC) i ukupnih flavonoida (TFC), plus DPPH aktivnost hvatanja radikala, ABTS sposobnost hvatanja radikala i antioksidacijsku moć smanjenja željeza (FRAP ),protiv glikacije, -amilaza, i-glukozidazainhibicija. Dulje vrijeme ekstrakcije proizvelo je veće koncentracije aminokiselina, pridonoseći slatkom i umami okusu u oba soja svile. Činilo se da se gorčina smanjila kako se vrijeme ekstrakcije povećavalo, što je rezultiralo poboljšanjima u slatkoći i umamiju ekstrakata proteina svile.

Ključne riječi:ekstrakcija proteina svile;sericin; biološka svojstva; ekstrakcija vode;antioksidansi

Kliknite ovdje da saznate više

1. Uvod

Svila je prirodno proteinsko vlakno proizvedeno iz čahura svilene bube (Bombyx mori). Sastoji se od 70-80 posto vlaknastog proteina s dva snopa zvanog fibroin i 20-30 posto amorfne matrice globularnog proteina topljivog u vodi zvanog 'sericin koji djeluje kao guma za povezivanje dvaju fibroinskih filamenata [1]. Fibroin je protein netopljiv u vodi, koji se sastoji od slojeva antiparalelnih slojeva u prirodnim vlaknima [2], dvije nepolarne aminokiseline, glicin i alanin, glavne su aminokiselinske komponente fibroina. Funkcionalna svojstva fibroina korištena su u raznim područjima kao što su tekstil, tkivni inženjering, isporuka lijekova, slikanje i senzori za napredne primjene 13]. Sericin je obitelj proteina čahure koja se specifično sintetizira u srednjoj svilenoj žlijezdi svilene bube Bombyx mori; sericin čini oko 20-30 posto ukupne težine čahure. Poznato je da posjeduje biološke funkcije, poput antioksidativne i antitirozinazne aktivnosti [4-6]. S druge strane, pigmenti u svilenim čahurama imaju i antioksidativno djelovanje. Spojevi u tim pigmentima ovise o hrani koju uzimaju ličinke (lišće duda, lišće kasave, itd.) i o uključenoj vrsti svilene bube [7]. Uloženi su napori kako bi se utvrdilo može li uporaba proteina sericina ekstrahiranih iz čahure svilene bube biti korisna za ljudsku prehranu. Jedno od fizikalno-kemijskih svojstava sericina je njegovo antioksidativno djelovanje. Ljuske čahure razlikuju se po boji, tj. bijele, zelene, žute i crvene. Komponente boje koegzistiraju i nakupljaju se u sericinskom sloju čahura. Među različitim obojenim čahurama, žuto-zelene ljuske čahure sadrže različite spojeve flavanola s antioksidativnim djelovanjem [8].

Cistanche može poboljšati imunitet

Sericin je protein topiv u vodi. Kada se sericin otopi u polarnom otapalu, hidrolizira u kiselim ili alkalnim otopinama ili razgradi proteazom, veličina rezultirajućih molekula sericina ovisi o čimbenicima kao što su temperatura, pH i vrijeme obrade. Sericin se može ekstrahirati iz svile odvajanjem od fibroinskog dijela. U prošlosti se fibroin smatrao korisnijim od sericina u industriji svile. Stoga, prije predenja svile, sericin se mora ukloniti postupkom degumiranja; nastali sericin se odbacuje u efluent. Obnavljanje sericina iz tekućine za degumiranje može olakšati opterećenje u efluentu, čime se smanjuje opterećenje okoliša otpadom, a istovremeno osigurava vrijedan biopolimer s neopisivo profitabilnim svojstvima [9]. Tijekom posljednjeg desetljeća, sericin se pojavio kao vrijedan komercijalni resurs u mnogim industrijama, poput onih koje proizvode kozmetičku i farmaceutsku, prehrambenu, kao i u proizvodnji mnogih funkcionalnih biomaterijala [10]. Štoviše, pokazalo se da je sericin koristan kao razgradivi biomaterijal, biomedicinski materijal i polimerna osnova za izradu medicinskih proizvoda i funkcionalnih membrana. Stoga, obnavljanje sericina ne samo da može smanjiti utjecaj na okoliš, već također može stvoriti prihod kao prirodni materijal s dodanom vrijednošću u proizvodnji svile. Tajlandska tradicionalna metoda ekstrakcije za otapanje sericina iz svilene čahure uključuje kuhanje čahura u vrućoj vodi na 80-100 stupnjeva. Međutim, ovaj proces je dugotrajan. Stoga je potrebna odgovarajuća metoda ekstrakcije kako bi se povećao prinos i kvaliteta ekstrahiranog sericina, uz zadržavanje njegovih zdravstvenih svojstava s obzirom na razvoj funkcionalne hrane ili nutraceutika. U Tajlandu se uzgajaju brojne vrste svile, uglavnom u sjeveroistočnom Tajlandu. Može se klasificirati u dvije vrste, uključujući tajlandsku tradicionalnu žutu svilu (Bombyx mori; autohtoni soj) i uvezenu bijelu svilu (Samia ricini). Međutim, postoji nedostatak informacija o kemijskom sastavu i svojstvima koja promiču zdravlje ekstrakta tajlandske svilene čahure.

Stoga je cilj studije bio razviti poboljšanu metodu ekstrakcije proteina svile za sojeve Nangsew (žuti) i Eri (bijeli), uz zadržavanje kemijskih i bioloških svojstava ekstrahiranih proteina. Istraživanja su uključivala učinke različitih vremena ekstrakcije na profile aminokiselina, ukupni sadržaj fenola i flavonoida te biološka svojstva procijenjena različitim testovima. Dodatno, korelacije između tih bioaktivnih spojeva i bioloških aktivnosti proučavane su za svaki soj svile. Očekuje se da će ovo istraživanje pružiti informacije o važnim spojevima u prerađenom proteinu svile, razvijajući tako prirodni aditiv na bazi svile za funkcionalnu hranu i osiguravajući vrijedne nusproizvode za potrošnju.

2. Rezultati i rasprava

2.1. Učinak vremena ekstrakcije na sadržaj aminokiselina u ekstraktima proteina svile (SPE)

SPE dvaju sojeva svilene bube sastojao se od svih deset esencijalnih aminokiselina i osam neesencijalnih aminokiselina koje su prikazane u tablicama 1 i 2. Sadržaj ukupnih esencijalnih aminokiselina u sojevima Nangsew bio je viši nego u sojevima Eri (oko 3 posto , u usporedbi sa šest sati). Sastav i sadržaj aminokiselina poboljšani su s dužim vremenom ekstrakcije, osim nakon šest sati u oba soja. Sastav aminokiselina razlikovao se između sojeva. Tri glavne aminokiseline čahura svile bile su serin, glicin i treonin, kao što je pronađeno u sojevima Nangsew (pojeden je dudov list) i sojevima Eri (pojeden je list kasave). U listu duda bilo je glicina, alanina i serina. Ukupni sastav kiselih amino skupina (tj. asparaginske i glutaminske kiseline) u soju duda bio je veći od sastava bazičnih aminokiselina [11]. Ipak, svi se autori slažu da je najzastupljenija aminokiselina serin, a slijede ga asparaginska kiselina i glicin. Daljnji čimbenik odnosi se na organizaciju proteina između slojeva čahure: vanjskog, srednjeg i unutarnjeg. Vanjski sloj je najtopiviji, dok se umivaonik uz fibroin može ukloniti samo visokim tlakom, visokom temperaturom ili alkalnim spojevima [12]. Pod ovim tretmanima - slojne strukture se degradiraju i posljedično, protein se denaturira, čime se povećava njegova topljivost u vodi [13].

2.2. Učinak vremena ekstrakcije na sadržaj proteina

Duža vremena ekstrakcije dala su ekstrakte čahura s višim sadržajem proteina za oba soja. SPE sojeva Nangsew dao je veći sadržaj proteina u usporedbi s sojevima Eri (Tablice 1 i 2). Koncentracija proteina pokazala je očit porast s dužim vremenom ekstrakcije; najdulje vrijeme ekstrakcije od osam sati osiguralo je najviše koncentracije proteina. Na topljivost proteina utječu sastav i sekvenca aminokiselina, molekularna težina te konformacija i sadržaj polarnih i nepolarnih skupina aminokiselina. Važno je u potpunosti iskoristiti svoje znanje o sastavu aminokiselina i konformaciji proteina, uključujući hidrofobna i hidrofilna svojstva koja utječu na topljivost proteina. Na topljivost proteina također utječu čimbenici okoliša: ionska jakost, vrsta otapala, pH, temperatura i uvjeti obrade. Odnos između topljivosti proteina i strukture nije dokazan [14]. Interakcija protein-protein u vodenom mediju ubrzana je hidrofobnim interakcijama između nepolarnih skupina na proteinu. Kada se protein denaturira, sekundarne i tercijarne strukture se mijenjaju, ali peptidne veze primarne strukture između aminokiselina ostaju netaknute. Budući da sve strukturne razine proteina određuju njegovu funkciju, protein više ne može obavljati svoju funkciju nakon što je denaturiran. To je u suprotnosti s intrinzično nestrukturiranim proteinima, koji su razmotani u svom prirodnom stanju, ali su još uvijek funkcionalno aktivni i imaju tendenciju savijanja nakon vezanja na svoju biološku metu [15].

2.3. Učinak vremena ekstrakcije na doprinose aminokiselina okusu

Svaka aminokiselina ima svoj jedinstveni okus. Alanin, glicin i serin su slatkog okusa, dok su arginin, fenilalanin, histidin, valin, triptofan, izoleucin i leucin gorkog okusa, a glutaminska kiselina i asparaginska kiselina su umami[16]. Nalazi o sadržaju aminokiselina u tablicama 1 i 2 korišteni su za procjenu distribucije tri kategorije okusa SPE za oba soja svile, ukazujući na vrijednost distribucije prikazanu na slici 1. Dulje vrijeme ekstrakcije uzrokovalo je veće koncentracije doprinosi aminokiselina slatkom i umami okusu u oba soja svile. Čini se da se gorčina smanjuje kako se vrijeme ekstrakcije produljuje, što rezultira poboljšanjima u slatkoći i umamiju kada se uspoređuju sojevi Nangsew s sojevima Eri; Eri sojevi su imali jači slatki okus od Nangsew sojeva. Međutim, može biti potrebna odgovarajuća senzorska procjena ako se ova aplikacija koristi kao piće za ljude.

2.4. Učinak vremena ekstrakcije na ukupni sadržaj fenola i ukupni sadržaj flavonoida

Vrijeme ekstrakcije od šest sati proizvelo je najveći ukupni sadržaj fenola (TPC) i ukupni sadržaj flavonoida (TFC) u usporedbi s drugim vremenima, povećavajući se do šest sati, nakon čega je došlo do malog, ali značajnog smanjenja (Tablica 3). SPE sojeva Nangsew i sojeva Eri za vrijeme ekstrakcije od šest sati dao je TPC vrijednosti od 79 i 32, te TFC vrijednosti od 47 odnosno 13 mg GAE/g DW. Sadržaj TPC i TFC bio je najveći u sojevima Nangsew, vjerojatno objašnjavajući zašto sojevi Nangsew, posebno tip žute čahure, sadrže značajne količine pigmenata, koji su prvenstveno povezani s karotenoidima i flavonoidima. Ovi polifenolni spojevi najčešće su poznati po svojim antioksidativnim svojstvima i drugim različitim biokemijskim funkcijama, kao što su antitirozinazna, antialergijska ili protuupalna djelovanja [17]. Normalno, pigmenti koegzistiraju i nakupljaju se u slojevima čahure. Komponente koje daju boju čahurama svile povezane su s fenolnim spojevima iz lišća duda, jedinom hranom za ličinke B.mori, dok sadržaj komponenti boje čahura varira ovisno o sojevima svilene bube. U Tajlandu postoji nekoliko autohtonih sojeva dudova svilca s različitim bojama njihovih čahura. Najčešća izvorna tajlandska svila je Nangnoi (ljuska žute čahure), za koju je utvrđeno da sadrži nekoliko flavonoida kao što je c-prolinil kvercetin, dok druge čahure tajlandske svile imaju bijele i baršunastozelene ljuske [18]. Utvrđeno je da se vrste i količine flavonoida u čahurama svile genetski razlikuju [19].

2.5. Učinci na DPPH aktivnost uklanjanja radikala, ABTS plus i FRAP test

DPPH radikali naširoko se koriste za istraživanje aktivnosti antioksidativnih spojeva vezanih za radikale. Općenito, antioksidativne molekule djeluju kao donori H-atoma za stabilizaciju DPPH radikala. Aktivnost čišćenja SPE je naznačena postotkom inhibicije. Vrijeme ekstrakcije nakon šest sati ekstrakcije dalo je najveću aktivnost hvatanja DPPH radikala u usporedbi s ostalim vremenima; vrijednosti aktivnosti rasle su do šest sati, nakon čega su se smanjile (tablica 3). Najveći postotak inhibicije nađen je u sojevima Nangsew. Soj Nangsew jede lišće duda za hranu; ova bi dijeta mogla poboljšati svojstva antioksidativnog djelovanja zbog izvrsnih antioksidativnih aktivnosti lišća duda, uključujući spojeve slobodnih radikala kao što su karotenoidi, flavonoidi, moracini i drugi spojevi prisutni u lišću [20] i njihove TPC vrijednosti [21].

Metoda uklanjanja radikala, pomoću ABTS* plus, temelji se na smanjenju prethodno formiranog kationa radikala ABTS* dodatkom antioksidansa. Stupanj obezbojenosti ABTS kromofora, procijenjen pomoću spektrofotometra na 734 nm, daje mjeru antioksidativne aktivnosti uzorka [22]. Nalazi su slijedili isti trend kao i za DPPH aktivnost hvatanja radikala.

Uz to, FRAP test korišten je za ispitivanje sposobnosti antioksidansa da reduciraju Fe3 plus u Fe2 plus [23]. FRAP vrijednosti ekstrakata proteina svile pokazuju da ove dvije domaće tajlandske svile imaju podjednako najveću moć redukcije (tablice 3 i 4), ali da domaća tajlandska žuta svila (Nangsew sojevi) ima veći TPC i antioksidativni kapacitet od Eri svile. Ova razlika može biti posljedica udomaćene svile koja se sastoji od specifičnih pigmenata u svojim vlaknima. Glavne komponente pigmenata svile su karotenoidi i flavonoidi koji odgovaraju antioksidativnom djelovanju [24]. Razlike u TPC i antioksidativnoj aktivnosti kod nekih vrsta mogu ovisiti o čimbenicima kao što su biljka domaćin, okoliš, vrijeme i stanište.

2.6. Učinak inhibicijskih aktivnosti na enzime & -amilazu i -glukozidazu

SPE ima inhibitorne aktivnosti protiv enzima x-amilaze i -glukozidaze. Ova je aktivnost bila najveća za ekstrakciju vode u šest sati u usporedbi s drugim vremenima; povećavala se do 6 h nakon čega se smanjivala (Tablica 4). Enzimi -amilaza i -glukozidaza imaju važnu ulogu u kataliziranju hidrolize škroba u glukozu, što rezultira apsorpcijom glukoze iz tankog crijeva u krvotok, smanjujući stanje visokog šećera u krvi. Mnoge studije pokazuju da biljke s flavonoidnim spojevima i fenolnim spojevima iz mnogih ljekovitih biljaka imaju učinkovitu inhibiciju a-amilaze i -glukozidaze [25]. Neke slične tvari, poput miricetina, mogu se pronaći u lišću indijskog oraha. Stoga je značajno da osim toga, SPE (voda ili ekstrahirani enzim) iz sojeva Nangsew imaju ukupni sadržaj flavonoida od 49 odnosno 52 mg GAE/g DW, stoga mogu uzrokovati značajnu inhibitornu aktivnost protiv enzima -amilaze i -glucosidase.

2.7. Učinak aktivnosti stvaranja anti-AGEs

SPE ima sposobnost stvaranja anti-AGEs aktivnosti nakon ekstrakcije vode od šest sati; to je bilo najviše u usporedbi s drugim vremenima i povećavalo se do šest sati, a zatim se smanjivalo (Tablica 4). AGEs osiguravaju reakciju između šećera i proteina uzrokujući neobično ponašanje proteina kod nekih ljudi. Za osobe s dijabetesom koje imaju do 50 puta višu razinu šećera u krvi od normalnih ljudi, vjerojatnost visoke glikacijske reakcije uzrokuje kvar proteina, osobito u slučaju komplikacija kod pacijenata s dijabetesom [26]. Antiglikacijski kapacitet brojnih ljekovitih biljaka i prehrambenih biljaka usporediv je ili čak i jači od aminoguanidina. Nekoliko je studija pokazalo da je aktivnost protiv glikacije u značajnoj korelaciji sa sadržajem fenola u testiranim biljnim ekstraktima [27,28]. SPE sojeva Nangsew s vodenom ekstrakcijom nakon šest sati ima ukupni sadržaj flavonoida od 47 mg RE/g DW i također značajnu aktivnost stvaranja anti-AGE-a (22 posto inhibicije).

Ovaj je članak izvađen iz Molecules 2021, 26, 2033. https://doi.org/10.3390/molecules26072033 https://www.mdpi.com/journal/molecules