Zmeny v aminokyselinových profiloch a bioaktívnych zlúčeninách thajských hodvábnych zámotkov ovplyvnených extrakciou vody časť 1

Kontaktujteoscar.xiao@wecistanche.compre viac informácií

Abstraktný:Hodvábne proteíny majú mnoho výhodných zložiek vrátane bielkovín a pigmentov. Proteíny - sericín a fibroín - boli široko študované pre lekárske aplikácie kvôli ich dobrým fyziochemickým vlastnostiam a biologickým aktivitám. Rôzne kmene kokónov vykazujú rôzne zloženia, ako sú aminokyselinové profily a úrovne antioxidačnej aktivity. Cieľom tejto štúdie bolo preto nájsť vhodnú metódu extrakcie hodvábnych bielkovín na získanie produktov s chemickými a biologickými vlastnosťami vhodných ako funkčné potraviny v dvoch kmeňoch.Bombyxmori hodvábny zámotok (kmene Nangsew; žltý zámotok) a Samia ricini hodvábny zámotok (Kmene Eri; biely zámotok) extrahovaný vodou pri teplote 100 °C pre 2,4,6 a 8 h. Výsledky ukázali, že kmene Nangsew extrahované po dobu 6h obsahovali najvyššie množstvo bielkovín, aminokyselín, celkových fenolov (TPC) a celkových flavonoidov (TFC) plus aktivitu dpph na zachytávanie radikálov, schopnosť radikálneho zachytávania ABTS a antioxidačnú silu znižujúcu železičku (FRAP),anti-glycácia, α-amyláza aα-glukozidázainhibícia. Dlhšia doba extrakcie produkovala vyššie koncentrácie aminokyselín, čo prispelo k sladkej a umami chuti v oboch hodvábnych kmeňoch. Zdalo sa, že horkosť sa znížila so zvyšujúcim sa časom extrakcie, čo viedlo k zlepšeniu sladkosti a umami extraktov z hodvábnych bielkovín.

Kľúčové slová:extrakcia hodvábnych bielkovín;sericín; biologické vlastnosti; extrakcia vody;antioxidanty

Kliknite sem a dozviete sa viac

1. Úvod

Hodváb je prírodné proteínové vlákno vyrobené z kokónov priadky morušovej (Bombyx mori). Skladá sa zo 70-80% vláknitého proteínu s dvoma zväzkami nazývaného fibroín a 20-30% amorfnej matrice vo vode rozpustného globulárneho proteínu nazývaného "sericín", ktorý funguje ako žuvačka na spojenie dvoch vláknitých vlákien dohromady[ 1]. Fibroín je vo vode nerozpustný proteín pozostávajúci z vrstiev antiparalelβ-listov v prírodných vláknach [2], dve nepolárne aminokyseliny, glycín a alanín, sú hlavnými aminokyselinovými zložkami fibroínu. Funkčné vlastnosti fibroínu boli použité v rôznych oblastiach, ako je textil, tkanivové inžinierstvo, dodávanie liekov, zobrazovanie a snímanie pre pokročilé aplikácie 13]. Sericín je rodina kokónových proteínov špecificky syntetizovaných v strednej hodvábnej žľaze priadky morušovej Bombyx mori; sericín tvorí asi 20-30% celkovej hmotnosti kukly. Je známe, že má biologické funkcie, ako sú antioxidačné a anti-tyrozinázy aktivity [4-6]. Na druhej strane pigmenty v hodvábnych kuklách majú tiež antioxidačné aktivity. Zlúčeniny v týchto pigmentoch závisia od potravy prijatej larvami (listy moruše, listy manioku atď.) a príslušný kmeň priadky morušovej [7]. Vyvinulo sa úsilie na určenie, či využitie sericínových proteínov extrahovaných z kukly priadky morušovej môže byť prospešné pre ľudskú spotrebu. Jednou z fyzikálno-chemických vlastností sericínu je jeho antioxidačná aktivita. Zámokové škrupiny sa líšia farbou, tj bielou, zelenou, žltou a červenou. Farebné zložky koexistujú a akumulujú sa v sericínovej vrstve zámotkov. Medzi rôznymi farebnými kokónmi, žltozelené kukónové škrupiny obsahujú rôzne flavanolové zlúčeniny s antioxidačnou aktivitou [8].

Cistanche môže zlepšiť imunitu

Sericín je vo vode rozpustný proteín. Keď sa sericín rozpustí v polárnom rozpúšťadle, hydrolyzuje v kyslých alebo alkalických roztokoch alebo degraduje proteázou, veľkosť výsledných molekúl sericínu závisí od faktorov, ako je teplota, pH a čas spracovania. Sericín sa môže extrahovať z hodvábu oddelením od fibroínovej časti. V minulosti bol fibroín považovaný za užitočnejší ako serbín v hodvábnom priemysle. Preto pred pradením hodvábu musí byť sericín odstránený pomocou procesu odgumovania; výsledný sericín sa zlikviduje v odpadovej vode. Obnova sericínu z odgumovacieho likéru môže odľahčiť zaťaženie odpadových vôd, čím sa zníži zaťaženie environmentálnym odpadom a zároveň sa poskytne cenný biopolymér s nevýslovnými výnosnými vlastnosťami [9]. V poslednom desaťročí sa sericín ukázal ako cenný komerčný zdroj v mnohých priemyselných odvetviach, ako sú tie, ktoré vyrábajú kozmetiku a liečivá a potraviny, ako aj pri výrobe mnohých funkčných biomateriálov [10]. Okrem toho sa zistilo, že sericín je užitočný ako rozložiteľný biomateriál, biomedicínsky materiál a polymérny základ pre tvorbu lekárskych výrobkov a funkčných membrán. Preto obnova sericínu môže nielen znížiť vplyv na životné prostredie, ale môže tiež generovať príjmy ako prírodný materiál s pridanou hodnotou pri výrobe hodvábu. Thajská tradičná extrakčná metóda na rozpustenie sericínu z hodvábneho zámotku zahŕňa varenie kokónov v horúcej vode pri teplote 80-100 °C. Tento proces je však časovo náročný. Preto je potrebná vhodná metóda extrakcie na zvýšenie výnosu a kvality extrahovaného sericínu pri zachovaní jeho zdraviu prospešných vlastností s ohľadom na vývoj funkčných potravín alebo nutraceutík. V Thajsku sa pestuje množstvo hodvábnych kmeňov, väčšinou v severovýchodnom Thajsku. Možno ho rozdeliť do dvoch typov, vrátane thajského tradičného žltého hodvábu (Bombyx mori; domorodý kmeň) a dovážaného bieleho hodvábu (Samia ricini). Chýbajú však informácie o chemickom zložení a zdraviu prospešných vlastnostiach thajských hodvábnych kokónových extraktov.

Preto bolo cieľom štúdie vyvinúť zlepšenú metódu extrakcie hodvábnych bielkovín pre kmene Nangsew (žltá) a Eri (biela) pri zachovaní chemických a biologických vlastností extrahovaných proteínov. Výskum zahŕňal účinky rôznych časov extrakcie na aminokyselinové profily, celkový obsah fenolu a flavonoidov a biologické vlastnosti hodnotené rôznymi testami. Okrem toho sa skúmali korelácie medzi týmito bioaktívnymi zlúčeninami a biologickými aktivitami pre každý kmeň hodvábu. Očakáva sa, že tento výskum poskytne informácie o dôležitých zlúčeninách v spracovanom hodvábnom proteíne, čím sa vyvinie prírodná prísada na báze hodvábu pre funkčné potraviny a poskytne sa cenné vedľajšie produkty na spotrebiteľské použitie.

2. Výsledky a diskusia

Vplyv času extrakcie na obsah aminokyselín v extraktoch hodvábnych bielkovín (SPE)

SPE dvoch kmeňov priadky morušovej pozostávala zo všetkých desiatich esenciálnych aminokyselín a ôsmich neesenciálnych aminokyselín, ktoré sú uvedené v tabuľkách 1 a 2. Obsah celkových esenciálnych aminokyselín v kmeňoch Nangsew bol vyšší ako v kmeňoch Eri (asi 3% v porovnaní so šiestimi hodinami). Aminokyselinové zloženie a obsah sa zlepšili s dlhšími časmi extrakcie, s výnimkou šiestich hodín v oboch kmeňoch. Aminokyselinové kompozície sa líšili medzi kmeňmi. Tri hlavné aminokyseliny hodvábnych kokónov boli serín, glycín a treonín, ako sa nachádzajú v kmeňoch Nangsew (morušová lea bola zjedená) a kmeňoch Eri (list manioku bol zjedený). V liste moruše boli glycín, alanín a serín. Celkové zloženie kyslých aminokyselín (t. j. asparágových a glutámových kyselín)v kmeňu moruše bolo väčšie ako zloženie základných aminokyselín [11]. Napriek tomu sa všetci autori zhodujú, že serín je najhojnejšou aminokyselinou, po ktorej nasleduje kyselina asparágová a glycín. Ďalší faktor súvisí s organizáciou proteínov medzi vrstvami kukly: vonkajšie, stredné a vnútorné. Vonkajšia vrstva je najrozpustnejšia, zatiaľ čo laver susediaci s fibroínom môže byť odstránený iba vysokým tlakom, vysokou teplotou alebo alkalickými zlúčeninami [12]. Pri týchto ošetreniach sa degradujú štruktúryβ-plechu a následne sa proteín denaturuje, čím sa zvyšuje jeho rozpustnosť vo vode [13].

Vplyv času extrakcie na obsah bielkovín

Dlhšie extrakčné časy poskytovali kokónové extrakty s vyšším obsahom bielkovín pre oba kmene. SPE kmeňov Nangsew poskytovala vyšší obsah bielkovín v porovnaní s kmeňmi Eri (tabuľky 1 a 2). Koncentrácia bielkovín vykazovala zrejmý nárast s dlhšími časmi extrakcie; najdlhšia doba extrakcie osem hodín poskytovala najvyššie koncentrácie bielkovín. Rozpustnosť bielkovín je ovplyvnená zložením a sekvenciou aminokyselín, molekulovou hmotnosťou a konformitou a obsahom polárnych a nepolárnych skupín aminokyselín. Je dôležité plne využiť naše vedomosti o zložení aminokyselín a konformácii proteínov, vrátane hydrofóbnych a hydrofilných vlastností, ktoré ovplyvňujú rozpustnosť bielkovín. Rozpustnosť bielkovín je tiež ovplyvnená faktormi prostredia: iónovou silou, typom rozpúšťadla, pH, teplotou a podmienkami spracovania. Vzťah medzi rozpustnosťou bielkovín a štruktúrou nebol preukázaný [14]. Interakcia proteínov a bielkovín vo vodnom médiu je urýchlená hydrofóbnymi interakciami medzi nepolárnymi skupinami na proteíne. Keď je proteín denaturovaný, sekundárne a terciárne štruktúry sa menia, ale peptidové väzby primárnej štruktúry medzi aminokyselinami zostávajú nedotknuté. Keďže všetky štrukturálne hladiny proteínu určujú jeho funkciu, proteín už nemôže plniť svoju funkciu, akonáhle bol denaturovaný. To je v rozpore s vnútorne neštruktúrovanými proteínmi, ktoré sa rozvíjajú v rodnom stave, ale sú stále funkčne aktívne a majú tendenciu zložiť sa po väzbe na svoj biologický cieľ[ 15].

2.3. Vplyv času extrakcie na aminokyselinové príspevky k chuti

Každá aminokyselina má svoju jedinečnú chuť. Alanín, glycín a serín majú sladkú chuť, zatiaľ čo arginín, fenylalanín, histidín, valín, tryptofán, izoleucín a leucín majú horkú chuť a kyselina glutámová a kyselina asparágová sú umami[16]. Zistenia obsahu aminokyselín v tabuľkách 1 a 2 sa použili na vyhodnotenie rozdelenia troch chuťových kategórií SPE pre oba hodvábne kmene s uvedením distribučnej hodnoty, ako je znázornené na obrázku 1. Dlhšia doba extrakcie spôsobila vyššie koncentrácie aminokyselín, ktoré prispeli k sladkej a umami chuti v oboch hodvábnych kmeňoch. Zdá sa, že horkosť klesá so zvyšujúcim sa časom extrakcie, čo vedie k zlepšeniu sladkosti a umami pri porovnaní kmeňov Nangsew s kmeňmi Eri; Kmene Eri obsahovali väčšiu sladkú chuť ako kmene Nangsew. Ak sa však táto aplikácia používa ako nápoj pre ľudí, môže byť potrebné správne senzorické hodnotenie.

2.4. Vplyv času extrakcie na celkový fenolový obsah a celkový obsah flavonoidov

Doba extrakcie šesť hodín produkovala najvyšší celkový fenolový obsah (TPC) a celkový obsah flavonoidov (TFC) v porovnaní s inými časmi, pričom sa zvýšil až do šiestich hodín, po ktorých došlo k malému, ale významnému poklesu (tabuľka 3). SPE kmeňov Nangsew a kmeňov Eri na čas extrakcie po šiestich hodinách poskytla hodnoty TPC 79 a 32 a hodnoty TFC 47 a 13 mg GAE/g DW. TPC a TFCcontents boli najvyššie v kmeňoch Nangsew, čo pravdepodobne vysvetľuje, prečo kmene Nangsew, najmä žlto-kokónový typ, obsahujú značné množstvo pigmentov, ktoré sú primárne spojené s karotenoidmi a flavonoidmi. Tieto polyfenolické zlúčeniny sú najčastejšie známe svojimi antioxidačnými vlastnosťami a inými rôznymi biochemickými funkciami, ako je anti-tyrozináza, antialergické alebo protizápalové aktivity[ 17]. Za normálnych okolností pigmenty koexistujú a hromadia sa vo vrstvách kukly. Zložky, ktoré dávajú farbu hodvábnym zámotkom, sú spojené s fenolovými zlúčeninami z listov moruše, jedinej potravy pre larvy B.mori, zatiaľ čo obsah zložiek kukónovej farby sa líši v závislosti od kmeňov priadky morušovej. Existuje niekoľko pôvodných kmeňov priadky morušovej v Thajsku s rôznymi farbami ich zámokových škrupín. Najbežnejším pôvodným thajským hodvábom je Nangnoi (žltá kuklová škrupina), o ktorej sa zistilo, že obsahuje niekoľko flavonoidov, ako sú c-prolinyl quercetins, zatiaľ čo iné thajské hodvábne zámotky majú biele a vellow-zelené škrupiny [18]. Zistilo sa, že typy a množstvá flavonoidov v hodvábnych kuklách sa geneticky líšia [19].

2.5.Účinky na aktivitu DPPH Radical-Scavenging, ABTS+a FRAP Testsay

DPPH radikály sú široko používané na skúmanie radikálnej zachytávajúcej aktivity antioxidačných zlúčenín. Všeobecne platí, že antioxidačné molekuly pôsobia ako darcovia H-atómu na stabilizáciu dpph radikálov. Aktivita zachytávania SPE je indikovaná % inhibíciou. Doba extrakcie po šiestich hodinách extrakcie poskytla najvyššiu aktivitu dpph na zachytávanie radikálov v porovnaní s inými časmi; hodnoty aktivity sa zvyšovali až do šiestich hodín, po ktorých sa znížili (tabuľka 3). Najvyššia% inhibícia bola zistená v kmeňoch Nangsew. Kmeň Nangsew konzumuje listy moruše na jedlo; táto strava môže zlepšiť svoje antioxidačné vlastnosti aktivity vďaka vynikajúcim antioxidačným aktivitám listov moruše, vrátane zlúčenín voľných radikálov, ako sú karotenoidy, flavonoidy, moracíny a iné zlúčeniny prítomné v listoch [20] a ich hodnoty TPC [21].

Radikálna metóda zachytávania pomocou ABTS*+je založená na znížení vopred vytvoreného radikálneho katiónu ABTS* pridaním antioxidantu. Rozsah odfarbenia chromofóru ABTS, vyhodnotený pomocou spektrofotometra pri 734 nm, udáva mieru antioxidačnej aktivity vzorky [22]. Zistenia sledovali rovnaký trend ako v prípade aktivity DPPH na zachytávanie radikálov.

Okrem toho sa test FRAP použil na preskúmanie schopnosti antioxidantov znížiť Fe3+ na Fe2+ [23]. Hodnoty FRAP hodvábnych proteínov naznačovali, že tieto dva domestikované thajské hodváby mali najvyššiu redukčnú silu rovnako (tabuľky3 a 4), ale že domestikovaný thajský žltý hodváb (kmene Nangsew) mal vyššiu TPC a antioxidačnú kapacitu ako hodváb Eri. Tento rozdiel môže byť spôsobený domestikovaným hodvábom zloženým zo špecifických pigmentov v ich vláknach. Hlavnými zložkami hodvábnych pigmentov sú karotenoidy a flavonoidy, ktoré zodpovedajú antioxidačnej aktivite[ 24]. Rozdiely v TPC a antioxidačnej aktivite v niektorých typoch môžu závisieť od faktorov, ako je hostiteľská rastlina, prostredie, počasie a biotop.

2.6.Účinok inhibičných aktivít proti enzýmom & amyláza a α-glukozidáza

SPE má inhibičné aktivity proti enzýmom x-amyláza a α-glukozidáze. Táto aktivita bola najvyššia pri ťažbe vody po šiestich hodinách v porovnaní s inými časmi; zvyšovala sa až do 6 hodín, po ktorých sa znížila (tabuľka 4). Enzýmy α-amyláza a α-glukozidáza majú dôležitú úlohu pri katalyzovaní hydrolýzy škrobu do glukózy, čo vedie k absorpcii glukózy z tenkého čreva do krvného obehu, čím sa znižuje stav vysokej hladiny cukru v krvi. Mnohé štúdie uvádzajú, že rastliny s flavonoidnými zlúčeninami a fenolovými zlúčeninami z mnohých liečivých rastlín majú účinnú inhibíciu a-amylázy a α-glukozidázy [25]. Niektoré podobné látky, ako napríklad myricetín, sa nachádzajú v listoch kešu. Je teda dôležité, že SPE (extrahovaná voda alebo enzým) z kmeňov Nangsew majú celkový obsah flavonoidov 49 a 52 mg GAE/g DW, čo je schopné spôsobiť značnú inhibičnú aktivitu proti enzýmom α-amyláze a α-glukozidáze.

2.7.Účinok aktivity tvorby anti-AGE

SPE má schopnosť aktivity proti AGE po extrakcii vody v trvaní šiestich hodín; to bolo najviac v porovnaní s inými časmi a zvýšilo sa až na šesť hodín a potom sa znížilo (tabuľka 4). AGEs poskytujú reakciu medzi cukrom a bielkovinami, čo spôsobuje, že proteín sa u niektorých ľudí správa nezvyčajne. U ľudí s cukrovkou, ktorí majú až 50-krát vyššiu hladinu cukru v krvi ako normálni ľudia, pravdepodobnosť vysokej glykačnej reakcie spôsobuje poruchu proteínu, najmä v prípade komplikácií u pacientov s cukrovkou[ 26]. Antilykčná kapacita mnohých liečivých bylín a diétnych rastlín je porovnateľná alebo dokonca silnejšia ako kapacita aminoguanidínu. Niekoľko štúdií preukázalo, že antilykčná aktivita významne koreluje s fenolovým obsahom testovaných rastlinných extraktov [27,28]. SPE kmeňov Nangsew s extrakciou vody po šiestich hodinách má celkový obsah flavonoidov 47 mg RE/g DW a tiež značnú aktivitu proti AGE (22% inhibícia).

Tento článok je extrahovaný z Molekúl 2021, 26, 2033. https://doi.org/10.3390/molecules26072033 https://www.mdpi.com/journal/molecules