Функционалните свойства на протеините могат да бъдат подобрени чрез хидролиза от определени протеази

Моля свържете сеosar.xiao@wecistanche.comза повече информация

Резюме:За да се изследват методи за подобряване на обработката на свински отпадъци, свинската кожа беше хидролизирана с помощта на различни налични в търговската мрежа протеази (алкалаза, флаворзим, неутраза, бромелаин, протамекс и папаин) при няколко оптимални условия. След ензимна хидролиза, колагеновите хидролизати (CHs) се фракционират по молекулно тегло (3 kDa) чрез мембранна ултрафилтрация. CHS бяха анализирани за физични свойства (рН, възстановяване на протеин, съдържание на свободни аминогрупи, разпределение на молекулното тегло и амино състав), както и за функционални свойства (антиоксидантна активност и активност против стареене). Сред CHs, CHs, хидролизирани от Alcalase (CH-Alcalase), показват най-висока степен на хидролиза в сравнение с други CHs. Както "CH-алкалаза", така и "CH-алкалаза".<3 kda"="" fractions="" showed="" a="" considerably="" high="" antioxidant="" activity="" and="" collagenase="" inhibition="" activity.="" therefore,="" resulting="" bioactive="" have="" the="" potential="" for="" development="" as="" antioxidants="" and="" anti-aging="" ingredients="" in="" the="" food,="" cosmetics,="" and="" pharmaceuticals,="" from="" animal="">

Ключови думи:хидролиза; търговски протеази; колагенов хидролизат; антиоксидант; против стареене

Моля, щракнете тук, за да научите повече

1. Въведение

С увеличаването на продължителността на живота, процедурите против стареене на кожата получават много внимание. Колагенът, използван в продуктите за грижа за кожата като козмецевтична съставка против стареене, се използва широко на козметичния пазар. Колагенът е влакнест протеин с високо молекулно тегло от животински произход, намиращ се в изобилие в съединителната тъкан, кожата, сухожилията, хрущялите, ставните връзки, зъбите, ноктите и косата на хора и животни. Животновъдството остава основният източник на индустриален колаген [1l. Годишно големи количества странични животински продукти се изхвърлят в световен мащаб като отпадъци от хранително-вкусовата и месопреработвателната промишленост. Те обаче могат да бъдат използвани като важни протеинови ресурси за нови хранителни материали или превърнати в продукти с добавена стойност чрез хидролиза, която се прилага широко за подобряване и надграждане на функционалните и хранителните свойства на протеините [2,3].цистанче чингис ханКолагенът все повече се счита за източник на биоактивни пептиди, които са показали обещание като полезни съединения за използване в хранителни или фармацевтични приложения. Следователно, хидролизата на колаген може да играе важна роля за подобряване на неговата бионаличност и пригодност за използване в различни търговски процеси.

Физиологични активности на биоактивни пептиди, които обикновено съдържат 2-20 аминокиселинни остатъци (<6000 da),="" are="" based="" on="" the="" composition="" and="" sequence="" of="" their="" amino="" acids="" [2,4].="" due="" to="" their="" structural="" properties="" such="" as="" molecular="" weight,="" bioactive="" peptides="" may="" possess="" specific="" characteristics="" that="" affect="" numerous="" physiological="" processes="" related="" to="" antimicrobial,="" antioxidant,="" emulsifying,="" antihypertensive,="" antidiabetic,="" and="" immunomodulatory="" functions="" in="" organisms="" [1,5,6].="" generally,="" low="" molecular="" weight="" hydrolysates="" display="" lower="" viscosity,="" better="" dispersion,="" higher="" hydrophobicity,="" and="" smaller="" particle="" size="" [7].="" the="" degree="" of="" hydrolysis="" directly="" affects="" the="" molecular="" weight="" and="" amino="" acid="" composition="" of="" the="" hydrolysates="" [8].="" therefore,="" the="" hydrolysis="" process="" may="" be="" necessary="" for="" producing="" novel="" bioactive="">

Cistanche може да спре стареенето

Протеинова хидролиза, водеща до разцепване на пептидни връзки, може да се извърши чрез ензимни или химични процеси [9]. Химически процеси, включително алкална или киселинна хидролиза с използване на екстракции с разтворители, са вредни не само за околната среда, но и за хората, които консумират получените продукти [4,10]. Химични процеси, които са трудни за контролиране, дават продукти, съдържащи модифицирани аминокиселини [9]. За разлика от това, ензимната хидролиза може да се извърши при меки условия, като по този начин се избягват екстремни среди, които се изискват от химически обработки.Cistanche удължаване на животаОсвен това процесите нито предизвикват странични реакции, нито намаляват хранителната стойност на протеиновия източник [8]. Няколко протеази, включително алкалаза, пепсин, протамекс, трипсин и неутраза, обикновено се използват за хидролиза на протеини, което води до различни видове протеинови хидролизати и пептиди с различни биофункционални активности. Едно проучване съобщава за производство на колагенови хидролизати с антиоксидантна активност от желатин от свинска кожа, използвайки ензимна хидролиза от пепсин и панкреатин [11]. Страничните продукти от сьомга бяха хидролизирани за получаване на пептични хидролизати с помощта на различни протеази, където крайните пептиди показаха отлични антиоксидантни и противовъзпалителни свойства [12].

Целта на изследването беше: (a) да се идентифицират най-активните колагенови хидролизати, произведени чрез ензимна хидролиза, използвайки различни налични в търговската мрежа протеази (Alcalase, Flavorzyme, Neutrase, Protamex, Bromelain и Papain); (b) да се потвърди ефектът на фракциониране на колагенови хидролизати, получени от ензимна хидролиза, и (c) за определяне на техните in vitro антиоксидантни и против стареене дейности.

2. Резултати и дискусия

2.1. Ефект на ензимната хидролиза върху колагеновите хидролизати

2.1.1.pH

Функционалните свойства на протеините могат да бъдат подобрени чрез хидролиза от определени протеази. В това проучване шест различни протеази (Alcalase, Flavorzyme, Neutrase, Bromelain, Protamex и Papain) са използвани за хидролизиране на колаген от свинска кожа, за да се получат активни колагенови хидролизати с ниско молекулно тегло. Промяната на pH в колагеновите хидролизати (CH) е показана на Фигура 1. pH на колагеновата суспензия (5 процента смес от свинска кожа) първоначално беше 6.39-6.55 (при 0h). CH-Alcalase и CH-Flavorzyme достигат оптимално pH (pH 8.0) на 12 часа инкубация. CH-Protamex, CH-Bromelain и CH-Papain достигнаха оптимално pH (pH 7.0) на 6 часа инкубация, докато CH-Flavorzyme продължи да намалява от pH6,39 до pH 5,69 за 24 инкубации (Фигура 1 ). pH на протеиновия хидролизат е важен фактор, който регулира реакциите на ензимна хидролиза [13].цистанче нзСледователно, генерирането на колагенови хидролизати при условия на различно рН може да се дължи на рН-зависими промени в конформацията на ензима, които могат да повлияят на тяхното биоактивиране и физикохимични свойства.

2.1.2. Електрофореза с натриев додецил сулфат-полиакриламиден гел (SDS-PAGE)

Показани са профили на електрофореза с натриев додецилсулфат-полиакриламиден гел (SDS-PAGE) на CHs, третирани с различни протеази в продължение на 24 часа (Фигура 2). Пептидният профил на колагеновата суспензия (при 0 h) показва видима лента в диапазона от ниско до високо молекулно тегло. Резултатите показват бърза хидролиза в CH-алкалаза, CH-неутраза, CH-бромелаин и CH-протамекс, тъй като няма ленти след 3 часа инкубация. Лентите с високо молекулно тегло на CH-Alcalase, CH-Neutrase и CH-Protamex намаляват в зависимост от времето на инкубацията. Въпреки това, CH-Bromeline не варира с времето на инкубация, тъй като е напълно хидролизиран след само 1 час инкубация. Интересното е, че CHs напълно изчезнаха, когато пробата реагира с алкалаза или неутраза в продължение на 6 часа, което показва, че колагенът е действал като подходящ субстрат за някои от другите тествани ензими. Въпреки това, ивици на CH-Flavorzyme и CH-папаин се появяват в диапазона от ниско до високо молекулно тегло след 24 часа. Протеините могат да бъдат частично хидролизирани в пептиди или аминокиселини чрез ензимна хидролиза, в зависимост от типа протеаза, времето на инкубация и съотношението протеаза към субстрат (количество протеин) [14]. Процесът на ензимна хидролиза се определя главно от това дали участващият тип протеаза е ендопептидаза или екзопептидаза [15,16]. Тъй като Alcalase, Neutrase и Protamex са ендопептидази, техните процеси на хидролиза може да се очаква да разрушат пептидни връзки от нетерминални аминокиселини произволно, като по този начин улесняват по-нататъшната хидролиза на протеини. От друга страна, Flavorzyme е едновременно ендо- и екзопептидаза, която разрушава не- или N-края на пептидните вериги. В това проучване колагеновият протеин съдържа места на свързване, които са по-податливи на екзопептидазна активност, отколкото на ендопептидазна активност на Flavorzyme. По този начин, поради екзопептидазната активност, хидролизата на колагенови протеини от Flavorzyme включва поетапно разкъсване на пептидните връзки от N-края на аминокиселините, което забавя хидролизата на протеина.

2.1.3. Възстановяване на протеин и съдържание на свободни аминогрупи

Показано е възстановяване на протеини от CHs, получени чрез различни търговски протеази (Фигура 3A). Контролата (колагенова суспензия) има съдържание на възстановяване на протеин от 1,19 mg/mL. Възстановяването на протеин е параметър на ефективността на ензимната хидролиза. Ниското съдържание на възстановяване на протеини в CH е показателно за повишено разграждане на протеини. Освен това възстановяването на протеин корелира добре с разтворимостта на протеина. По-високата хидролитична активност може да бъде причинена от увеличаване на откритите хидрофобни странични вериги, което води до повишени хидрофобни взаимодействия между протеини и/или пептиди.размер на пениса cistancheТези хидрофобни странични вериги могат да доведат до намалена разтворимост на протеини, което води до увеличено възстановяване на протеини от хидролизати. В нашето проучване съдържанието на възстановяване на протеини беше добре свързано с промените в моделите на SDS-PAGE. Най-ниските и най-високите нива на съдържание на възстановяване на протеин са регистрирани съответно за хидролиза на Alcalase и Flavorzyme. За ефективността на хидролиза, свързана с времето на инкубация, CH-Alcalase, CH-Bromelain и CH-Protamex драстично намаляват в рамките на един час от инкубацията в сравнение с контролата. Намаляването на съдържанието на възстановяване на протеин в резултат на протеинова хидролиза показва обратна връзка със съдържанието на аминогрупа. Освен това, повечето CHs, с изключение на CH-Neutrase, показват ниско съдържание на протеин между 3 h и 12 h. След 24 часа инкубация тяхното протеиново съдържание се повишава отново в CH-Alcalase, CH-Flavorzyme, CH-Neutrase, CH-Bromeline, CH-Protamex и CH-Papain, както следва: 0.83 mg/mL, 1,29 mg/mL, 0.75 mg/mL, 0.97 mg/mL, 0.77 mg/ml и 1,11 mg/mL, съответно. Някои доклади показват, че оптималното време за хидролиза зависи от няколко фактора като избрания вид, суровината, използвания ензим, скоростта на суровината/ензима, концентрацията на ензима и преследваната степен на хидролиза и др. [16] ]. Някои доклади показват, че продължителната ензимна хидролиза (над 24 часа) може да доведе до намаляване на протеазната активност; следователно ензимната хидролиза трябва да се извърши в рамките на 24 часа след ензимната хидролиза [17,18].

The free amino group content of CH, which is an indicator of enzymatic hydrolysis efficiency, was estimated (Figure 3B). The expected outcome of protein breakdown is that protein may be hydrolyzed into shorter peptide products. The free amino group content of the control was initially 0.14 mg/mL. The free amino group content of all CHs dramatically increased with increasing incubation time. After 24 h incubation, the free amino group content by descending order was: CH-Alcalase(1.00 mg/mL)> CH-Protamex(0.70 mg/mL)> CH-Neutrase(0.68 mg/mL)>CH-Bromeline (0.67 mg/mL)>CH-Flavorzyme(0.53mg/mL)>CH-папаин (0.40mg/mL). Обикновено разликите в общия протеин или съдържанието на свободни аминогрупи на ензимно хидролизирани проби може да са свързани с ензимната специфичност. Зависи от свойствата на ензима по време на процеса на ензимна хидролиза [16,17].цистанче на прах,Например, алкалните протеази (като алкалаза) проявяват по-висока хидролитична активност в сравнение с киселинните или неутралните протеази.

Фигура 3. Промяна в възстановяването на протеин (A) и свободни амино групи (B) на колагенови хидролизати (CH) в зависимост от времето на инкубация. Данните са изразени като средно ± стандартно отклонение (SD). Данните, обозначени с различни букви (ad), показват статистически значими разлики в зависимост от времето на инкубация (p<>

Тази статия е извлечена от Molecules 2019, 24, 1104; doi:10.3390/molecules24061104 www.mdpi.com/journal/molecules