بررسی ویژگی‌های عملکردی و آنتی اکسیدانی پروتئین باقلای هیدرولیز شده‌ی به روش هیدرولیز ترکیبی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران

2 دانشیار-گروه علوم و صنایع غذایی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

3 دانشیار دانشکده علوم و صنایع غذایی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

4 عضو هیات علمی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

چکیده

سابقه و هدف: غذا نه تنها به عنوان منبع انرژی و ترکیبات اصلی برای رشد و سلامت بدن بلکه به عنوان منبع ترکیبات زیست فعال نیز محسوب می‌شود که می‌توانند اثرات مفیدی در انسان به جای بگذارد. پپتیدهای زیست فعال جزء ترکیبات عملکردی محسوب می‌شوند که اخیرا در مواد غذایی شناخته شده‌اند. هیدرولیز آنزیمی به منظور بهبود ویژگی‌های عملکردی پروتئین‌ها‌ی گیاهی مورد استفاده قرار گرفته است. یکی از ویژگی‌های پروتئین‌های هیدرولیز شده فعالیت آنتی‌اکسیدانی آن‌ها می‌باشد که امکان استفاده از آن‌ها را به عنوان ترکیبات ضد اکسایش در مدل‌های غذایی امکان پذیر می‌سازد. در این پژوهش اثر استفاده از آنزیم‌های مختلف و ترکیب آن‌ها در تولید پروتئین‌های هیدرولیز شده با ویژگی عملکردی مطلوب و ضداکسایشی بالا ممورد بررسی قرار گرفت.

مواد و روش‌ها: ایزوله‌ی پروتئین باقلا به وسیله‌ی آنزیم‌های تریپسین، آلکالاز و ترکیب آنزیم‌های تریپسین و آلکالاز در غلظت‌های 5/1 و 3 درصد در زمان واکنش 3 ساعت و دما و pH بهینه‌ی هر آنزیم به ترتیب دمای 37 و 50 درجه‌ی سانتی‌گراد و pH 7 و 5/8 تولید شد. پارامترهای حلالیت در ‌‌‌pHهای 2-12، کف کنندگی و پایداری کف در pH‌های 4، 6، 8 و 10، مهارکنندگی رادیکال DPPH و شلاته کنندگی یون آهن پروتئین‌های هیدرولیز شده مورد بررسی قرار گرفت.

یافته‌ها: نتایج نشان داد که هیدرولیز آنزیمی سبب افزایش حلالیت به ویژه در محدوده‌ی pH اسیدی شد. در pH 3 پروتئین هیدرولیز شده‌ی حاصل از آلکالاز و ترکیب آنزیم آلکالاز و تریپسین 3 درصد بیشترین حلالیت را دارا بودند (به ترتیب51/64 و 95/60 درصد). با افزایش pH از4 به 8 کف کنندگی افزایش یافت بیشترین کف کنندگی در pH 8 مشاهده شد اما در pH 10 در تمامی نمونه‌ها کف کنندگی کاهش یافت. هیدرولیز آنزیمی پروتئین سبب افزایش کف کنندگی پروتئین دانه باقلا شد. پایداری کف پس از زمان 60 دقیقه مورد بررسی قرار گرفت. ایزوله‌ی پروتئین در pH 4 پس از زمان 60 دقیقه فاقد کف بوده است. بیشترین پایداری کف در تمامی نمونه‌ها در pH 8 مشاهده شد. نتایج نشان داد که هیدرولیز پروتئین دانه یاقلا سبب افزایش معنی‌داری در پایداری کف گردید (p <0.05). در pH 8 نمونه‌های هیدرولیز شده توسط آنزیم تریپسین و ترکیب آنزیم تریپسین وآلکالاز در غلظت 5/1 درصد بیشترین پایداری کف را داشتند. هیدرولیز آنزیمی سبب افزایش قابل ملاحظه‌ای در فعالیت مهارکنندگی DPPH شد (p <0.05). بیشترین مهارکنندگی رادیکال DPPH در نمونه‌ی هیدرولیز شده توسط آنزیم آلکالاز مشاهده شد (41/75 درصد) که دارای تفاوت معنی‌داری با سایر پروتئین‌های هیدرولیز شده بوده است (p <0.05). فعالیت مهارکنندگی رادیکال DPPH در پروتئین‌های هیدرولیز شده‌ی تریپسین، ترکیب تریپسین و آلکالاز با غلظت‌های 5/1 و 3 درصد به ترتیب 54/72، 06/73 و 62/73 بوده است که تفاوت معنی‌داری بین این نمونه‌ها مشاهده نشد (P>0.05). هیدرولیز آنزیمی سبب افزایش معنی‌داری در شلاته کنندگی یون آهن نسبت به ایزوله‌ی پروتئین باقلا گشت (p <0.05). بیشترین فعالیت شلاته کنندگی در پروتئین هیدرولیز شده توسط ترکیب آنزیم تریپسین و آلکالاز در غلظت 5/1 و 3 درصد مشاهده شد که به ترتیب 72/92 و 68/88 درصد بوده است.

نتیجه‌گیری: نتایج نشان داد آنزیم‌های مختلف در شرایط هیدرولیز ثابت روی یک سوبسترای ثابت اثرات متفاوتی اعمال می‌کنند. اصلاح آنزیمی پروتئین سبب ایجاد یک منبع طبیعی آنتی‌اکسیدانی می‌گردد که می‌توان از آن در مدل‌های غذایی بهره برد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of functional and antioxidant properties of faba bean protein hydrolysates using combines hydrolysis

نویسندگان [English]

  • Seyedeh Parya Samaei 1
  • Mohammad Ghorbani 2
  • Alireza Sadeghi Mahoonak 3
  • Mehran Alami 4
1 Faculty of Food Science &amp;amp; Technology, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
2 Associate Professor- Department of Food Science, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
3 Associate Professor-Department of Food Science, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
4 Associate Professor-Department of Food Science, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
چکیده [English]

Background and objectives: Food is considered not only as a source of energy and essential ingredients for growth and health but also as a source of bioactive compounds that can have beneficial effects in humans. Bioactive peptides are considered to be functional compounds that have been recognized in foods recently. An enzymatic hydrolysis has been used to improve the functional properties of plant proteins. One of the features of the protein hydrolysates is their antioxidant activity, which makes it possible to use them as antioxidant agents in food models. In this study, the effect of using different enzymes and their combination in production of protein hydrolysates with high functional and antioxidant properties was investigated.

Material and methods: Faba bean protein isolate was enzymatically hydrolyzed by trypsin and alcalase alone, and in a successive way with trypsin and alcalase at concentrations of 1.5 and 3%, and optimum temperature of 37 and 50 °C and pH of 7 and 8.5 respectively all at the reaction time of 3h. The solubility parameters at pH 2-12, foaming and foam stability at the pH level of 4, 6, 8 and 10, DPPH radical scavenging activity, and iron chelating activity of protein hydrolysates were investigated.

Results: The results showed that enzymatic hydrolysis increased the solubility, especially in acidic pH range. At pH 3, the protein hydrolysates derived from alcalase and the combination of trypsin and alcalase enzymes at the concentration of 3% had the highest solubility (64.51% and 60.95% respectively). Foaming capacity increased with increasing of pH from 4 to 8. The highest foaming capacity was observed at pH level of 8, but at pH level of 10, in all samples, foaming capacity decreased. Protein isolate at pH level of 4 created no foam after 60 minutes. The highest foam stability was observed at pH level of 8 in all samples. The results also showed that hydrolysis of faba bean protein significantly increased the foaming stability (p < 0.05). At pH level of 8, samples that hydrolyzed with trypsin and combination of trypsin-alcalase enzymes at the concentration of 3% had the highest foam stability. The enzymatic hydrolysis significantly increased the DPPH radical scavenging activity (p < 0.05). Maximum DPPH radical scavenging activity was observed in the alcalase treated hydrolysates (75.71%), which had a significant difference with other protein hydrolysates (p < 0.05). There was no significant difference in the DPPH radical scavenging activity of trypsin treated protein hydrolysates, and trypsin-alcalase combinations with concentrations of 1.5 and 3% which were 72.54, 73.66 and 73.62% respectively (P>0.05). The enzymatic hydrolysis significantly increased the iron chelating activity compared to the faba bean protein isolate (P <0.05).

Conclusion: The results showed that different enzymes under constant hydrolysis conditions have different effects on a single substrate. Enzymatic modification of proteins creates a natural antioxidant source in food models, which can increase the shelf life of products.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Enzymatic modification
  • Faba bean protein hydrolysate
  • Functional properties
  • Bioactive peptides
  • Antioxidant properties

مراجع

  1. Adebiyi, A.P., Adebiyi, A.O., Ogawa, T., and Muramoto, K. 2008. Purification and characterization of antioxidative peptides from unfractionated rice bran protein hydrolysates. International J. of Food Science and Technology. 43: 1.35-43.
  2. Aluko, R.E., and Yada, R.Y. 1995. Structure-function relationship of cowpea (Vigna unguiculata) globulin isolate: Influence of pH and NaCl on physicochemical and functionalproperties. Food Chemistry. 53: 3.259-265.
  3. Asadpour, E., Jafari, S.M., Sadeghi Mahoonak, A.R., and Ghorbani, M. 2011. Investigating the emulsifying and foaming capacity and the effect of acidity and ionic strength on the characteristics of different beans flour. Iranian Journal of Food Science and Technology. 7: 80-91.
  4. Barac, M., Cabrilo, S., Stanojevic, S., Pesic, M., Pavlicevic, M., Zlatkovic, B., and Jankovic, M. 2012. Functional properties of protein hydrolysates from pea (Pisum sativum, L.) seeds. International J. of Food Science and Technology. 47: 7.1457-1467.
  5. Benitez, R., Ibarz, A., and Pagan, J. 2008. Protein hydrolysates: Processes and applications. Acta Bioquimica Clinica Latinoamericana. 42: 2.227-236.
  6. Bougatef, A., Hajji, M., Balti, R., Lassoued, I., Triki-Ellouz, Y., and Nasri, M. 2009. Antioxidant and free radical scavenging activities of smooth hound (Mustelus mustelus) muscle protein hydrolysates obtained by gastrointestinal proteases. Food Chemistry. 114: 4.1198-1205.
  7. Chabanon, G., Chevalot, I., Framboisier, X., Chenu, S., and Marc, I. 2007. Hydrolysis of rapeseed protein isolates: Kinetics, characterization and functional properties of hydrolysates.  Process Biochemistry. 42: 10.1419-1428.
  8. Chanput, W., Theerakulkait, C., and Nakai, S. 2009. Antioxidative properties of partially purified barley hordein, rice bran protein fractions and their hydrolysates. J. of Cereal Science. 49: 3.422–428.
  9. Chardigny, J. M., and Warland, S. 2016. Plant protein for food: Opportunities and bottlenecks. Oil Seeds and Fats Crops and Lipids. 23: 4. 1-6.
  10. Chen, H.M., Muramoto, K., Yamauchi, F., Fujimoto, K., and Nokihara, K. 1998. Antioxidative properties of histidine-containing peptides designed from peptide fragments found in the digests of a soybean protein. J. of Agricultural and Food Chemistry. 46: 49-53.
  11. Claver, I.P., and Zhou, H. 2005. Enzymatic hydrolysis of defatted wheat germ by proteases and the effect on the functional properties of resulting protein hydrolysates. J. of Food Biochemistry. 29: 1.13-26.
  12. Cumby, N., Zhong, Y., Naczk, M., and Shahidi, F. 2008. Antioxidant activity and water-holding capacity of canola protein hydrolysates. Food Chemistry. 109: 144-148.
  13. Duranti, M. 2006. Grain legume proteins and nutraceutical properties. Fitoterapia.77: 2.67-82.
  14. Ghribi, A.M., Gafsi, I.M., Sila, A. Blecker, C., Danthine, S., Attia, H., Bougatef, A., and Besbes, S. 2015. Effects of enzymatic hydrolysis on conformational and functional properties of chickpea protein isolate. Food chemistry. 187: 322-330.
  15. Hwang, C.F., Chen, Y.A., Luo, C., and Chiang, W.D. 2016. Antioxidant and antibacterial activities of peptide fractions from flaxseed protein hydrolysed by protease from Bacillus altitudinis HK02. International J. of Food Science and Technology. 51: 3.681–689.
  16. Jamdar, S.N., Rajalakshmi, V., Pednekar, M.D., Juan, F., and Arun Sharma, V. 2010. Influence of degree of hydrolysis on functional properties, antioxidant activity and ACE inhibitor activity of peanut protein hydrolysate. Food Chemistry. 121: 1.178-184.
  17. Karamac, M., Kosińska-Cagnazzo, A. and Kulczyk, A. 2016. Use of different proteases to obtain flaxseed protein hydrolysates with antioxidant activity. International J. of Molecular Sciences. 17: 7.1027-1040.
  18. Kinsella, J.E., and Melachouris, N. 1976. Functional properties of proteins in foods: A survey. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 7: 3.219-280.
  19. Kitts, D.D. 1993. Bioactive substances in food: Identification and potential uses. Canadian J. of Physiology and Pharmacology. 72: 4.423-434.  
  20. Kitts, D.D., and Weiler, K. 2003. Bioactive proteins and peptides from food sources: Application of bioprocesses used in isolation and recovery. Current Pharmaceutical Design. 9: 16.1309-1323.
  21. Kong, B., and Xiong, Y.L. 2006. Antioxidant activity of zein hydrolysates in a liposome system and the possible mode of action. J. of Agricultural and Food Chemistry. 54: 16.6059-6068.
  22. Kong, X., Zhou, H., and Qian, H. 2007. Enzymatic preparation and functional properties of wheat gluten hydrolysates. Food Chemistry. 101: 2.615-620.
  23. Li, X., Shen, S., Deng, J., Li, T., and Ding, C. 2014. Antioxidant activities and functional properties of tea seed protein hydrolysates (Camellia oleifera Abel.) influenced by the degree of enzymatic hydrolysis. Food Science and Biotechnology. 23: 6.2075-2082.
  24. Liceaga-Gesualdo, A.M., and Li-Chan, E. C. Y. 1999. Functional properties of fish protein hydrolysate from Herring (Clupea harengus). J. of Food Science. 64: 6.1000-1004.
  25. Liu, Y., Zhao, G., Ren, J., Zhao, M., and Yang, B. 2011. Effect of denaturation during extraction on the conformational and functional properties of peanut protein isolate. Innovative Food Science and Emerging Technology. 12: 3.375-380.
  26. Mahmoud, M.I., Malone, W.T., and Cordle, C.T. 1992. Enzymatic hydrolysis of casein: Effect of degree of hydrolysis on antigenicity and physical properties. Food Science. 57: 5.1223–1229.
  27. Makri, E.A., Papalamprou, E.M., and Doxastakis, G.I. 2006. Textural properties of legume protein isolate and polysaccharide gels. J. of the Science of Food and Agriculture. 86: 12.1855–1862.
  28. Molina Ortiz, S.E., and Anon, M.C. 2000. Analysis of products, mechanisms of reaction, and some functional properties of soy protein hydrolysates. J. of the American Oil Chemists' Society, 77: 12.1293-1301.
  29. Mullally, M.M., O Callaghan, D.M., Fitzgerald, R.J., Donnelly, W.J., and Dalton, J.P. 1995. Zymogen activation in pancreatic endoproteolytic preparations and influence on some whey protein characteristics. J. of Food Science. 60: 2.227-233.
  30. Nalinanon, S.T., Benjakul, S., Kishimura, H., and Shahidi, F. 2011. Functionalities and antioxidant properties of protein hydrolysates from the muscle of ornate threadfin bream treated with pepsin from skipjack tuna. J. of Food Chemistry. 124: 4.1354-1362.
  31. Pena-Ramos, E.A., and Xiong, Y.L. 2002. Antioxidant activity of soy protein hydrolysates in a liposomal system. J. of Food Science.67: 8.2952-2956.
  32. Polanco-Lugo, E., Davila-Ortiz, G., Betancur-Ancona, D.A., and Chel-Guerrero, L.A. 2014. Effects of sequential enzymatic hydrolysis on structural, bioactive and functional properties of Phaseolus lunatus protein isolate. Food Science and Technology. 34: 3.441-448.
  33. Pownall, T.L., Udenigwe, C.C., and Aluko, R.E. 2010. Amino acid composition and antioxidant properties of pea seed (Pisum sativum L.) enzymatic protein hydrolysate fractions. J. of Agricultural and Food Chemistry. 58: 8.4712-4718.
  34. Schlimme, E., and Meisel, H. 1995. Bioactive peptides derived from milk proteins: Structural, physiological and analytical aspects. Nahrung. 39: 1.1-20.
  35. Smacchi, E., and Gobbetti, M. 2000. Bioactive peptides in dairy products: Synthesis and interaction with proteolytic enzymes. Food Microbiology. 17: 2.129-141.
  36. Sogi, D.S., Arora, M.S., Garg, S.K., and Bawa, A.S. 2002. Fractionation of tomato waste seed proteins. Food Chemistry. 76: 4.449-454.
  37. Surowka, K., and Fik, M. 1992. Studies on the recovery of proteinaceous substances from chicken heads. I. An application of neutrase to the production of protein hydrolysate. International J. of Food Science and Technology. 27: 1.9-20.
  38. Tsai, P.J., and She, C.H. 2006. Significance of phenol–protein interactions in modifying the antioxidant capacity of peas. J. of Agricultural and Food Chemistry. 54: 22.8491-8494.
  39. Tsumura, K., Saito, T., Tsuge, K., Ashida, H., Kugimiya, W., and Inouye, K. 2005. Functional properties of soy protein hydrolysates obtained by selective proteolysis. LWT- Food Science and Technology. 38: 3.255-261.
  40. Were, L., Hiettiarachy, N.S., and Kalapathy, U. 1997. Modified soy proteins with improved foaming and water hydration properties. J. of Food Science. 62: 4.821-824.
  41. Yalcin, E., and Celik, S. 2007. Solubility properties of barley flour, protein isolates and hydrolysates. Food Chemistry.104: 4.1641-1647.
  42. Yust, D.M., Pedroche, J., Millan-Linares, M.D.C., Alcaide-Hidalgo, J.M., and Millan, F. 2010. Improvement of functional properties of chickpea proteins by hydrolysis with immobilized alcalase.  Food Chemistry. 122: 4.1212-1217.
  43. Yust, M.D.M., Millan‐Linares, M.D.C., Alcaide‐Hidalgo, J.M., Millan, F., and Pedroche, J. 2012. Hypocholesterolaemic and antioxidant activities of chickpea (Cicer arietinum L.) protein hydrolysates. J. of the Science of Food and Agriculture. 92: 9.1994-2001.
  44. Zhao, G., Liu, Y., Zhao, M., Ren, J., and Yang, B. 2011. Enzymatic hydrolysis and their effects on conformational and functional properties of peanut protein isolate. Food Chemistry.127: 4.1438-1443.

نشریه فرآوری و نگهداری مواد غذایی
دوره 12، شماره 2
اسفند 1399
صفحه 25-38

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار