alireza sadeghi mahoonak
-
پروتئین هیدرولیز شده منبع ارزشمندی از پپتیدهای زیست فعال است. تولید پروتئین هیدرولیز شده از طریق فرآیند تخمیر یک رویکرد سازگار با محیط زیست است که در اغلب موارد نسبت به هیدرولیز آنزیمی و شیمیایی ترجیح داده می شود. . در این پژوهش از 4 گونهBacillus pumilus PTCC 1319 ، Bacillus coagulans IBRC 10807، PTCC 1595 Bacillus licheniformis و PTCC 1156 Bacillus subtilis جهت هیدرولیز پروتئین کنجاله کنجد استفاده شد. آزمون های مورد بررسی شامل اندازه گیری غلظت پپتید ها با روش OPA، اندازه گیری فعالیت آنتی اکسیدانی شامل مهار رادیکال آزاد DPPH، قدرت احیاء کنندگی یون آهن، فعالیت آنتی اکسیدانی کل و قدرت شلاته کنندگی یون آهن بود. غلظت پپتیدها پس از مدت زمان 24 ساعت برای 4 گونهBacillus اندازه گیری شد. کمترین غلظت پپتید (mg/mL 656/0) مربوط به تیمار تخمیر شده با B. licheniformis و بیشترین مقدار (mg/mL 38/1) مربوط به تیمار هیدرولیز شده با B. subtilisبود؛ بطوری که بین همه تیمارها اختلاف معنی داری (05/0 <p) مشاهده شد. نتایج درصد مهار رادیکال آزاد DPPH نشان داد که بیشترین درصد مهار (6/76%) مربوط به نمونه هیدرولیز شده توسط Bacillus coagulans و کمترین مقدار (36/57%) مربوط به تیمار هیدرولیز شده با B. licheniformis بود به طوری که بین تیمارها اختلاف معنی داری (05/0<p) مشاهده شد. نمونه تخمیر شده با Bacillus pumilus قدرت احیاء کنندگی بیشتری (992/0 جذب در 700 نانومتر) نشان داند. همچنین بین تیمارها اختلاف معنی داری (05/0<p)مشاهده شد. بیشترین درصد شلاته کنندگی یون آهن (6/85%) در نمونه تخمیر شده با B. subtilis مشاهده شد. فعالیت آنتی اکسیدانی کل نشان داد که پروتئین هیدرولیز شده حاصل از تخمیر توسط Bacillus coagulans دارای بیشترین مقدار جذب در 695 نانومتر می باشد و بین تیمارها اختلاف معنی داری (05/0 < p) مشاهده شد. بطور کلی تخمیر پروتئین کنجد توسط گونه های Bacillus منجر به تولید پروتئین های هیدرولیز شده با فعالیت آنتی اکسیدانی بالایی شد که می تواند به عنوان منبعی بالقوه در فرمولاسیون مواد غذایی مورد استفاده قرار گیرد.
کلید واژگان: باسیلوس, تخمیر, پروتئین هیدرولیز شده کنجاله کنجد, آنتی اکسیدانProtein hydrolysate is a valuable source of bioactive peptides. The production of protein hydrolysate through fermentation is an environmentally friendly approach preferred over enzymatic and chemical hydrolysis in most cases. This research employed Bacillus species, including Bacillus pumilus, Bacillus coagulans, Bacillus licheniformis, and Bacillus subtilis, to hydrolyze sesame meal protein. The investigated tests included measuring the concentration of peptides by the OPA method, DPPH radical inhibition, and iron ion reducing power, total antioxidant activity, and iron ion chelating activity. The concentration of peptides was evaluated after 24 h for Bacillus species. The lowest peptide concentration (0.656 mg/mL) was associated with the fermented treatment by B. licheniformis, while the highest value (1.38 mg/mL) was observed for the hydrolyzed treatment with B. subtilis. A significant difference (p<0.05) was observed among all the treatments. Results of DPPH radical inhibition showed the highest inhibition was associated with the samples hydrolyzed by B. coagulans (76.6%), and the lowest value was attributed to the hydrolysate by B. licheniformis (57.36%). The sample fermented with B. pumilus exhibited higher reducing power (0.992 absorbance at 700 nm) with a significant difference (p<0.05) observed between the treatments. The highest chelating activity (85.6%) was observed in the sample fermented with B. subtilis. The total antioxidant activity demonstrated that the protein hydrolysate with fermentation by B. coagulans had the highest absorbance value at 695 nm with a significant difference between the treatments (p<0.05). In conclusion, the fermentation of sesame meal protein by Bacillus species resulted in the production of protein hydrolysate with substantial antioxidant activity, positioning it as a promising source for inclusion in food formulations.
Keywords: Bacillus, Fermentation, Sesame Meal Protein Hydrolysate, Antioxidant -
استفاده از پروتئین های هیدرولیز شده یا پپتیدهای حاصل از آنها با خاصیت ضد میکروبی و آنتی اکسیدانی یکی از روش های چایگزین ترکیبات شیمیایی ضد میکروب و آنتی اکسیدان می باشد. هیدرولیز میکروبی جهت رسیدن به این هدف نسبت به روش های هیدرولیز آنزیمی و شیمیایی روشی کارآمد و اقتصادی می باشد. در این پژوهش ایزوله پروتئین کنجاله کنجد از طریق فرآیند تخمیر توسط باسیلوس سابتبلیس با هدف دستیابی به بیشینه فعالیت ضد میکروبی و آنتی اکسیدانی هیدرولیز شد. بهینه سازی شرایط تخمیر (پارامترهای تخمیر شامل دما 30 تا 45 درجه سانتی گراد، زمان 12 تا 36 ساعت و غلظت سوبسترا 2 تا 6 درصد) به روش سطح پاسخ در قالب طرح مرکب مرکزی جهت دستیابی به بیشترین فعالیت ضد میکروبی و آنتی اکسیدانی انجام شد. دمای تخمیر (68/39 درجه سانتی گراد)، زمان (30/07 ساعت) و غلظت سوبسترا (4/85 درصد) به عنوان شرایط بهینه انتخاب شد. تحت این شرایط قدرت مهار کنندگی رادیکال DPPHو احیاء کنندگی یون آهن به ترتیب 5763 % و 0/9951 (جذب در 700 نانومتر) به دست آمد. برای تعیین اثر ضد میکروبی پروتئین هیدرولیز شده از روش کدورت سنجی استفاده شد و درصد مهار کنندگی استافیلوکوکوس اورئوس 59/58 %، اشرشیاکلای 46/55%، لیستریا مونوسیتوژنز 62/43 % و کلستریدیوم پرفرنجنس 50/97 % بدست آمد. آزمون پروتئازی با روش نقطه گذاری انجام شد. باسیلوس سابتیلیس در حضور پروتئین کنجد فعالیت پروتئازی به صورت معنی دار (0/05>p) در طی زمان نشان داد. به طوری که در مدت زمان 48 ساعت هاله شفاف به قطر 22 میلی متر ایجاد کرد. نتایج حاصل نشان داد که پروتئین هیدرولیز شده کنجاله کنجد توسط باسیلوس سابتیلیس دارای فعالیت زیست فعالی مناسبی است و از آن می توان به عنوان ترکیب ضد میکروب و آنتی اکسیدان طبیعی استفاده نمود.
کلید واژگان: آنتی اکسیدان, پروتئین هیدرولیز شده کنجاله کنجد, تخمیر, ضد میکروبیIntroductionNowadays, antibiotic resistance is increasing in all parts of the world and is emerging and expanding globally. Due to their natural antimicrobial properties and low tendency to develop bacterial resistance, antimicrobial peptides can be a good candidate as an alternative to synthetic antibiotics. Bioactive peptides are produced using enzymatic hydrolysis by enzymes extracted from microorganisms and plants, digestive enzymes, and fermentation by proteolytic starter cultures. Enzymatic hydrolysis of proteins is performed by commercial proteases or a combination of several proteolytic enzymes. Commercial proteases are expensive due to their specificity. Among the strategies for protein hydrolysis with the aim of obtaining bioactive peptides is microbial fermentation, which is more environmentally friendly and has a high potential for use in industry due to its relatively low cost compared to commercial enzymes. It is a suitable method for the hydrolysis of sesame meal protein. Bacillus species are bacteria that have high proteolytic activity and are able to produce different endopeptidases in the fermentation medium. The activity of endopeptidases in the environment containing proteins causes the production of peptides with small sizes and free amino acids in higher amounts compared to enzymatic hydrolysis, which is one of the advantages of using Bacillus species with high proteolytic activity compared to pure enzymes. In general, the purpose of this research was to produce sesame meal protein hydrolysate by fermentation with Bacillus subtilis and to investigate its antimicrobial and antioxidant activity.
Materials and MethodsIn this study, at the first step, sesame meal was defatted with hexane at a ratio of 1:5, then it was dried and sesame meal protein isolate was extracted, and the optimization of fermentation conditions was determined by the response surface methodology (RSM). Independent variables, including temperature (30 to 45 ˚C), time (12 to 36 h), and substrate concentration (2 to 6%), were considered. The antioxidant properties of the treatments, including DPPH radical scavenging activity, ferric ion reducing power, and antimicrobial activity, were investigated, and the optimum treatment was selected. Then the protein hydrolysate was freez-dried and stored at -20 °C.
Results and DiscussionAccording to the results, temperature (39.68 °C), time (30.07 h), and substrate concentration (4.85%) were selected as optimum conditions. Under these conditions, DPPH radical scavenging activity and ferric ion reducing power of hydrolysate were 63.57% and 0.9951 (absorbance at 700 nm), respectively. The inhibition percentages of Staphylococcus aureus (59.58%), Escherichia coli (6.55%), Listeria monocytogenes (62.43%), and Clostridium perfringens (50.97%) were obtained in the optimized condition. Bacillus subtilis, in the presence of sesame meal protein, showed significant (p<0.05) protease activity over time. After 48 hours, the clear zone diameter was determined to be 22 mm. The clear zone created by this strain showed that Bacillus subtilis has high proteolytic activity and can be a suitable bacterium for hydrolyzing sesame meal protein with the aim of obtaining hydrolysates with the highest antimicrobial and antioxidant activities. The antimicrobial activity of the protein hydrolysate can be due to the higher degree of hydrolysis. By increasing the hydrolysis time, peptides with low molecular weight are produced, which cause better interaction with the microbial cell membrane, disrupt the membrane, and lead to the inhibition of the microorganism. According to the results, the sesame meal protein hydrolysate showed more inhibitory effect against gram-positive bacteria than gram-negative bacteria (Escherichia coli). Researchers reported that the difference in sensitivity to antimicrobial compounds between gram-positive and gram-negative bacteria can be attributed to the structure and composition of the cell envelope (cytoplasmic membrane or outer membrane, and cell wall). In general, the bioactivity properties of protein hydrolysate depend on the amino acid composition, sequence, and molecular weight of the amino acids. The antioxidant activity can be due to the high content of polar and aromatic amino acids. By further hydrolysis of proteins, peptides and polar free amino acids are produced that interact with free radicals and converted into safe and stable intermediate products.
ConclusionIn this study, Bacillus subtilis strain was used to ferment sesame meal protein, which is a rich source of protein, to produce protein hydrolysate with maximum antimicrobial and antioxidant activities. Results showed that the protein hydrolysate obtained from sesame meal protein isolate had antimicrobial and antioxidant activities. It can be used as a natural antimicrobial or antioxidant agent in the formulation of food or pharmaceutical industry to improve the health of society.
Keywords: Antioxidant, Antimicrobial, Fermentation, Sesame Meal Protein Hydrolysate -
نشریه پژوهش های علوم و صنایع غذایی ایران، سال بیستم شماره 3 (پیاپی 87، امرداد و شهریور 1403)، صص 65 -79
آب پنیر سویا محصول جانبی فرآیند تولید پنیر توفو و ایزوله پروتئین سویا است که دارای مقدار قابل توجهی ترکیبات مغذی مانند پروتئین، آمینواسید، اولیگوساکارید و ایزوفلاون می باشد. در این پژوهش، تخمیر آب پنیر سویا با استفاده از باکتری های اسید لاکتیک با هدف افزایش محتوای ترکیبات فنلی و گاما-آمینو بوتیریک اسید و فعالیت آنتی اکسیدانی محصول تخمیر شده صورت گرفت. برای این منظور، ابتدا 8 سویه لاکتیکی مختلف غربال گری شدند و در مرحله بعد فعالیت موثرترین سویه ها و شمارش سلولی آن ها در طول تخمیر بررسی شد. نتایج نشان داد تمامی جدایه ها قادر به رشد در آب پنیر سویا بودند و افزایش زمان گرمخانه گذاری باعث کاهش معنی دار pH تمام نمونه ها از 5/75 به 4/5 شد. از بین 8 جدایه LAB، Lactiplantibacillus plantarum MCM4 و Weissella confusa MDM8 فعالیت بالاتری از نظر تولید اسید، افزایش محتوای TPC و فعالیت پروتئولیتیک نشان دادند. نمونه تخمیر شده توسط L. plantarum MCM4 بیشترین محتوای آمینو اسیدهای آزاد (1/73 میلی گرم در میلی لیتر) و نمونه تخمیر نشده با 0/9 میلی گرم در میلی لیتر کمترین مقدار را داشت. علاوه بر این، بیشترین میزان آمینو اسید آزاد پس از تخمیر 36 و 24 ساعت در نمونه تخمیر شده با L. plantarum MCM4 مشاهده شد. غلظت گابا از 6/15 میلی-گرم در 100 میلی لیتر (تخمیر نشده) تا 24/175 میلی گرم در 100 میلی-لیتر (SW تخمیر شده با L. plantarum MCM4) متغیر بود. همچنین همبستگی مثبتی بین شمارش سلولی و شدت پروتئولیز مشاهده شد. به طور کلی L. plantarum و W. confusa به خوبی در آب پنیر سویا رشد کردند و منجر به افزایش ترکیبات بالقوه زیست فعال در محصول نهایی شدند. بنابراین، تخمیر با L. plantarum MCM4 و MDM8 W. confusa م ی تواند به عنوان روشی برای ایجاد ارزش افزوده در آب پنیر سویا در نظر گرفته شود.
کلید واژگان: باکتری های لاکتیک اسید, تخمیر, زیست پالایش, گاما-آمینوبوتیریک اسیدSoy whey (SW) is a byproduct from tofu and soy protein isolate (SPI) production that contains various nutrients such as protein, amino acids, minerals, carbohydrates, isoflavones. In this study, SW was fermented with lactic acid bacteria (LAB) with the aim to enhance total phenolic contents (TPC), Gamma amino butyric acid (GABA) and antioxidant activity. Eight different LAB strains were selected and the activity and cell counts of the most potent strains were investigated during fermentation. The results showed that all the isolates were able to grow in SW and the increase in incubation time led to significantly (p<0.05) decrease the pH of all samples from 5.75 to 4.5. Among eight LAB isolates, Lactiplantibacillus plantarum MCM4 and Weissella confusa MDM8 showed higher activity in terms of acid production, increase in TPC content and proteolytic activity. The sample fermented by L. plantarum MCM4 had the highest content of free amino acids (1.73 mg/ml) and the unfermented sample with 0.9 mg/ml had the lowest content. GABA concentration varied from 6.15 mg/mL (unfermented) to 24.175 mg/100 mL (SW fermented with L. plantarum MCM4). In this research, it was found that fermentation increased the antioxidant capacity of SW in such a way that the highest amount was observed in sample fermented with Lactiplantibacillus plantarum MCM4. A positive correlation (R2= +0.72) was found between viable cell counts and proteolysis. It can be concluded that, fermentation with L. plantarum MCM4 and W. confusa MDM8 can be applied as an approach to valorize SW.
Keywords: Biorefinery, Fermentation, Gamma Aminobutyric Acid, Lactic Acid Bacteria -
به دلیل نگرانی هایی که در مورد ایمنی و سلامت آنتی اکسیدان های سنتزی مانند BHT و BHA وجود دارد کاربرد ترکیبات طبیعی با ویژگی آنتی اکسیدانی، نظیر پپتیدهای زیست فعال مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. هدف این پژوهش تعیین زمان مناسب هیدرولیز پروتئین پودر قارچ دکمه ای (Agaricus bisporus) با آنزیم آلکالاز به منظور تولید پروتئین هیدرولیزشده با خواص آنتی اکسیدانی بالا بود. جهت انجام این پژوهش ابتدا قارچ خوراکی به پودر تبدیل گردید و سپس عمل هیدرولیز در طی زمان های200،150،100،50 و250 دقیقه با نسبت به آنزیم به سوبسترا 2% و در دمای 50 درجه سانتی گراد صورت گرفت و تیمار مناسب براساس اندازه گیری قابلیت آنتی اکسیدانی نمونه تولیدی تعیین گردید. نتایج نشان داد که زمان 200 دقیقه جهت رسیدن به حداکثر خاصیت آنتی اکسیدانی مناسب می باشد. در مرحله بعد تاثیر غلظت های مختلف پروتئین هیدرولیز شده در شرایط بهینه (10 تا 50 میلی گرم برمیلی لیتر) بر روی خصوصیات آنتی اکسیدانی محصول تولیدی در مقایسه با اسید آسکوربیک (با غلظت 50 میلی گرم بر میلی لیتر) مورد بررسی قرار گرفت. در تمامی آزمون های مورد بررسی محصول تولیدی رفتاری وابسته به غلظت از خود نشان داد و با افزایش غلظت میزان مهار رادیکال آزاد DPPH، قدرت احیاء یون آهن و قدرت آنتی اکسیدانی کل افزایش یافت و در غلظت های 40 و 50 میلی گرم بر میلی لیتر مشابه با اسید آسکوربیک (50 میلی گرم بر میلی لیتر) بود. نتایج نشان داد که پروتئین هیدرولیز شده تولیدی پتانسیل مناسبی جهت استفاده به عنوان یک افزودنی فراسودمند و به عنوان جایگزین آنتی اکسیدان های سنتزی در فرمولاسیون های غذایی دارد.
کلید واژگان: قارچ خوراکی, خصوصیات آنتی اکسیدانی, زمان هیدرولیز, هیدرولیزآنزیمی, پروتئین هیدرولیز شدهDue to concerns about the safety and long-term health of synthetic antioxidants such as BHT and BHA, the use of natural compounds with antioxidant properties, such as bioactive peptides, has attracted the attention of many researchers. The aim of this study was to determine the optimum hydrolysis time of edible mushroom protein (Agaricus bisporus) with alcalase enzyme to produce protein hydrolyzate with high antioxidant properties. For this study, first edible mushrooms were converted into powder and then was hydrolyzed in different times of 200, 150, 100, 50 and 250 minutes with an enzyme to substrate of 2% at temperature of 50 °C and then appropriate treatment based on antioxidant properties of the produced sample was determined. The results showed that hydrolysis time 200 minutes is suitable to achieve maximum antioxidant properties. Next, the effect of different concentrations (10 to 50 mg/ml) of hydrolyzed protein prepared under optimal conditions on the antioxidant properties of the product compared to ascorbic acid (50 mg/ml) was investigated. In all the tests, the product showed a concentration-dependent behavior and with increasing concentration, the DPPH free radical scavenging, iron ion reduction power and total antioxidant power increased and in concentrations of 40 and 50 mg/ml the antioxidant power was similar to ascorbic acid (50 mg/ml). The results showed that the hydrolyzed protein produced has the potential to be used as a functional ingredient and as an alternative to synthetic antioxidants in food formulations.
Keywords: Hydrolysis Time, Enzymatic Hydrolysis, Edible Mushroom, Antioxidantproperties, Protein Hydrolysate -
نشریه پژوهش های علوم و صنایع غذایی ایران، سال بیستم شماره 2 (پیاپی 86، خرداد و تیر 1403)، صص 295 -308
دانه کدو دارای محتوای پروتئین بالایی (40-30 درصد برحسب ماده خشک) است. بخش اعظم دانه ها به شکل آجیل مورد استفاده قرار می گیرند و بخشی از آن نیز جزو ضایعات کشاورزی محسوب می شوند. هیدرولیز شده های حاصل از پروتئین دانه کدو دارای خواص زیست فعالی، بویژه فعالیت آنتی اکسیدانی می باشند. در این پژوهش محلول محتوی ایزوله پروتئین دانه کدو در معرض پیش تیمار مایکروویو با توان 900-450 وات به مدت 90-30 ثانیه قرار گرفت و به عنوان محلول سوبسترا در آزمایشات هیدرولیز آنزیمی استفاده شد. هیدرولیز آنزیمی توسط آلکالاز، با غلظت 5/2-5/0 درصد وزنی نسبت به سوبسترای پروتئینی، در بازه زمانی 20 تا 190 دقیقه، در دما و pH اپتیمم آلکالاز، به منظور تولید هیدرولیز شده هایی با پتانسیل آنتی اکسیدانی انجام گرفت. قدرت آنتی اکسیدانی با استفاده از روش های مهار رادیکال آزاد DPPH، قدرت آنتی اکسیدانی کل و فعالیت شلاته کنندگی آهن اندازه گیری شد. نتایج نشان داد، بیشینه فعالیت آنتی اکسیدانی در شرایط بدون پیش تیمار، طی زمان 165 دقیقه و نسبت E/S 2/2 درصد با قابلیت مهار رادیکال آزاد DPPH (5/40 درصد)، قدرت آنتی اکسیدانی کل (79/0) و شلاته کنندگی آهن (2/96 درصد) بدست آمد. درحالی که با اعمال پیش تیمار مایکروویو، بیشینه فعالیت آنتی اکسیدانی در زمانی کوتاه تر و غلظت آنزیم کمتر (105 دقیقه و نسبت 5/1 درصد E/S)، با قابلیت مهار رادیکال آزاد DPPH (52 درصد)، قدرت آنتی اکسیدانی کل (711/0) و شلاته کنندگی آهن (93 درصد) بدست آمد. بنابراین، می توان نتیجه گرفت که استفاده از پیش تیمار مایکروویو در هیدرولیز آنزیمی، علاوه بر دستیابی به هیدرولیز شده هایی با قابلیت آنتی اکسیدانی مناسب، موجب صرفه جویی در زمان و غلظت آنزیم مورد استفاده در طی هیدرولیز نیز می شود.
کلید واژگان: پروتئین هیدرولیز شده, پیش تیمار مایکروویو, دانه کدو, فعالیت آنتی اکسیدانیIntroductionSeeds and nuts have received increasing attention due to their nutritional value and the high therapeutic properties of their bioactive compounds. Most of the seeds are used as nuts, and some of them are considered agricultural waste. Pumpkin seeds have a high content of protein (30–40% in terms of dry matter). Proteins are among the vital health-giving components that provide nitrogen, essential amino acids and energy necessary for normal cells. Pumpkin seeds are a good source of amino acids such as valine, histidine, isoleucine, leucine, threonine and methionine. Protein hydrolysate is a mixture of peptides and amino acids that can show antioxidant, antimicrobial, anticancer, antidiabetic and antihypertensive properties. During hydrolysis, proteins are broken into small peptides and amino acids. Since enzymatic hydrolysis is performed in relatively mild conditions and no amino acid damage occurs, this type of hydrolysis is preferred over acid and alkaline hydrolysis. Hydrolysates obtained from pumpkin seed protein have bioactive properties, especially antioxidant activity. Pretreatment of proteins before enzymatic hydrolysis acts to improve the release of bioactive peptides from different proteins. Pretreatment can facilitate the unfolding the structure of proteins and thus increase the access of enzymes to peptide bonds. The main properties of microwaves usually show three characteristics: penetration, reflection and absorption. Microwave assisted enzymatic hydrolysis can shorten the time and improve the speed of the reaction. The purpose of this research was to investigate the antioxidant activity of pumpkin seed protein hydrolysates (Cucurbita maxima L.) by alcalase enzyme in two conditions: without pretreatment and using microwave pretreatment.
Material and MethodsIn this study, Pumpkin (Cucurbita maxima L.) was purchased from the local market of Astane Ashrafieh in Gilan province. The seeds were scooped manuallyand then dried in an oven at 50°C for 72 hours. After the production of protein concentrate from pumpkin seeds, the chemical properties of the concentrate, such as the amount of fat, protein, ash and moisture, were measured. The isolated pumpkin seed solution was exposed to microwave energy with a power of 450-900 watts for 30–90 seconds and was used as a substrate solution in enzymatic hydrolysis experiments. It should be noted that after measuring the total antioxidantactivityr for different powers and times of microwave pretreatment, the power of 600 watts for 60 seconds was selected and applied before enzymatic hydrolysis. Enzymatic hydrolysis was done by alcalase enzyme with a concentration of 0.5 to 2.5% compared to the protein substrate during 20 to 190 minutes, and the optimum temperature and pH of alcalase were determined in order to produce hydrolysates with antioxidant activity. Antioxidant activity was measured by using DPPH free radical inhibition, total antioxidant activity and iron chelation activity methods.
Result and DiscussionBioactive peptides produced by the enzymatic hydrolysis of proteins have significant antioxidant properties. Pumpkin seeds can be used as a rich source of nutrients and bioactive compounds in various food industries. The results showed that the maximum amount of antioxidant activity without pre-treatment was achieved in 165 minutes with a 2.2% ratio of E/S by using DPPH free radical scavenging activity (40.5%), total antioxidant power (0.79), and iron chelation activity (96.2%) methods. By using microwave pre-treatment, the maximum amount of antioxidant activity was achieved in a shorter time and with less enzyme (105 minutes and E/S ratio 1.5%) using DPPH free radical scavenging (52%), total antioxidant power (0.711), and iron chelation activity (93%). Therefore, it can be concluded that using microwave assisted enzymatic hydrolysis , in addition to achieving hydrolysates with proper antioxidant activity, is a suitable method to save time and reduce enzyme concentrations used in enzymatic hydrolysis.
Keywords: Antioxidant Activity, Microwave Pretreatment, Protein Hydrolysates, Pumpkin Seeds -
در این پژوهش تاثیر پیش تیمار مایکروویو در توان های 500 و 900 وات بر ویژگی های آنتی اکسیدانی (مهار رادیکال DPPH و آنتی اکسیدانی کل) پروتئین هیدرولیز شده بذر کتان در بازه زمانی 2100-30 دقیقه بررسی گردید. در مرحله بعد تاثیر غلظت های متفاوت (mg/ml 100-20) تیمار بهینه بر ویژگی های آنتی اکسیدانی (ظرفیت آنتی اکسیدانی کل، فعالیت احیاء کنندگی یون آهن، مهار رادیکال DPPH و شلاته کنندگی یون آهن) بررسی و با خاصیت آنتی اکسیدانی ویتامین ث به عنوان یک آنتی اکسیدان سنتزی و پروتئین هیدرولیز نشده بذر کتان مقایسه شد. نتایج نشان داد که پیش تیمار مایکروویو در توان 500 وات به طور معنی داری باعث افزایش خواص آنتی اکسیدانی (مهار رادیکال DPPH و آنتی اکسیدانی کل) پروتئین هیدرولیز شده بذر کتان شد اما توان بیشتر مایکروویو (900 وات) باعث کاهش خاصیت آنتی اکسیدانی پروتئین هیدرولیز شده تولیدی نسبت به نمونه بدون اعمال پیش تیمار و یا نمونه با اعمال پیش تیمار مایکروویو با توان 500 وات شد. نمونه با اعمال پیش تیمار مایکروویو با توان 500 وات و رمان هیدرولیز 180 دقیقه به نوان تیمار بهینه با بیشترین ظرفیت آنتی اکسیدانی کل و فعالیت مهار رادیکال آزاد DPPH به عنوان تیمار بهینه انتخاب شد. بررسی تاثیر غلظت بر خواص آنتی اکسیدانی پروتئین هیدرولیز شده نشان داد که بیشترین مهار رادیکال آزاد DPPH (7/52 درصد)، ظرفیت آنتی اکسیدانی کل (35/1 جذب در 695 نانومتر)، فعالیت احیاء کنندگی یون آهن (859/0 جذب در 700 نانومتر) در غلظت (mg/ml) 60 و بیشترین فعالیت شلاته کنندگی یون آهن (83/50 درصد) در غلظت (mg/ml) 80 حاصل شد. در نتیجه پروتئین هیدرولیز شده بذر کتان با دارا بودن قابلیت آنتی اکسیدانی مناسب قابلیت کاربرد در تولید محصولات غذایی فراسودمند، مکمل های غذایی ورزشکاران و سالمندان را دارد.
کلید واژگان: آنتی اکسیدان, بذر کتان, پانکراتین, پروتئین هیدرولیز شده, مایکروویوIn this study, the effect of microwave pretreatment at the power of 500 and 900 W on the antioxidant properties (DPPH radical scavenging activity and total antioxidant capacity) of flaxseed protein hydrolysate was investigated in the period of 30-210 minutes. In the next step, the effect of different concentrations (20-100 mg/ml) of the optimum treatment on the antioxidant properties (total antioxidant capacity, Fe reducing power, DPPH radical scavenging activity and Fe chelating activity) was investigated and was compared with the antioxidant capacity of vitamin C as a synthetic antioxidant and unhydrolyzed flaxseed protein. The results showed that microwave pretreatment at a power of 500 W significantly increased the antioxidant properties (DPPH radical scavenging activity and total antioxidant capacity) of flaxseed protein hydrolysate, but higher microwave power (900 W) led to reduction of antioxidant activity in comparison to the sample without pretreatment or the sample with microwave pretreatment with a power of 500 W. The sample with microwave pretreatment with a power of 500 W and hydrolysis time of 180 minutes was selected as the optimum treatment with the highest total antioxidant capacity and DPPH radical scavenging activity. Investigating the effect of concentration on the antioxidant properties of hydrolyzed protein showed that the highest DPPH radical scavenging activity (52.7 %), total antioxidant capacity (1.35 absorbance at 695 nm), Fe reducing power (0.859 absorbance at 700 nm) were achieved at the concentration of 60 (mg/ml) and the highest Fe chelating activity (50.83%) was obtained at the concentration of 80 (mg/ml). As a result, the flaxseed protein hydrolysate with considerable antioxidant capacity, can be used in the production of functional food products, nutritional supplements for athletes and the elderly.
Keywords: antioxidant, Flax seed protein, pancreatin, protein hydrolysate, microwave -
هدف از این مطالعه بررسی توانایی آنتی اکسیدانی کنژوگه ها و مخلوط های ایزوله پروتئین آب پنیر -اینولین برای مهار اکسیداسیون روغن دانه خرفه بود. متغیرهای کونژوگه عبارت بودند از نسبت اینولین به WPI (1:1، 1:2 و 2:1) دمای گرمخانه گذاری (60 و 80 درجه سانتی گراد) در رطوبت نسبی 79 درصد به مدت 24 ساعت. واکنش های رخ داده با استفاده از الکتروفورز و طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه تایید شد. همچنین خواص عملکردی نمونه ها از جمله پایداری امولسیونی، رفتار رئولوژیکی و پایداری حرارتی مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج کالریمتری روبشی افتراقی نشان داد که دمای انتقال شیشه ای (53.3 تا 78.1 درجه سانتی گراد) و دمای دناتوراسیون (63.1 تا 86.9 درجه سانتی گراد) کونژوگه ها در مقایسه با نمونه های دیگر افزایش یافت. تایج پتانسیل زتا، اندازه ذرات و پایداری امولسیون نشان داد که کونژوگه های اینولین WPI - موثرترین عامل در تثبیت امولسیون های O/W بودند. پایداری اکسیداتیو روغن دانه خرفه با افزایش دمای گرمخانه گذاری کونژوگه ها افزایش یافت، بنابراین امولسیون های تثبیت شده توسط کونژوگه های تولید شده در دمای 80 درجه سانتی گراد سطوح پایین تری از دی ان های کونژوگه و عدد آنیزیدین را نشان دادند. نتایج نشان داد که کونژوگاسیون ایزوله پروتئین آب پنیر- اینولین منجر به بهبود پایداری حرارتی، افزایش ظرفیت آنتی اکسیدانی و پایداری امولسیون شد.
کلید واژگان: روغن دانه خرفه, واکنش میلارد, کونژوگه ایزوله پروتئین آب پنیر- اینولین, فعالیت آنتی اکسیدانی, امولسیون های O, W, پایداری اکسیداتیوThe principal purpose of this study was to investigate the antioxidant ability of whey protein isolate-inulin mixtures and conjugates to inhibit the oxidation of purslane seed oil. The conjugation variables were WPI to inulin ratios (1:1, 1:2, and 2:1w/w) and incubation temperatures (60 and 80°C) at 79% relative humidity for 24 h. The reaction was confirmed by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis and Fourier transform infrared spectroscopy. Functional properties of the samples, including emulsion stability, rheological behavior, and thermal stability were evaluated. Differential scanning calorimetry results showed that the glass transition temperature and denaturation temperature of the conjugates increased in comparison with other samples. The results of zeta-potential, particle size and emulsion stability indicated that the WPI-inulin conjugates were the most influential factor at stabilizing O/W emulsions compared with mixture samples. The oxidative stability of Purslane seed oil increased with increasing the incubation temperature of conjugates, so the emulsions stabilized by conjugates produced at 80°C showed lower levels of conjugated dienes and anisidine value. Results indicated that conjugation of WPI with inulin led to improved thermal stability, antioxidant capacity and emulsion stability of the samples.
Keywords: Purslane (Portulaca Oleracea) Seed Oil, Whey Protein Isolate- Inulin Conjugate, Antioxidant Activity, O, W Emulsion Property, Oxidative Stability -
زمینه مطالعاتی:
امروزه تحقیقات در خصوص بکارگیری از امولسیون در ساختار فراورده های بدون گلوتن در جهت بهبود ویژگی های کیفی آن گسترش یافته است. بر این اساس، هدف از انجام این پژوهش، استفاده از امولسیون پیکرینگ (PE) پایدار شده توسط نانوذرات پروتئین سویا و صمغ زانتان در خمیر کیک بدون گلوتن بر پایه آرد برنج و پایش شاخص های کیفی آن در طول ماندگاری بود.
روش کاردر این مطالعه، آماده سازی امولسیون پیکرینگ از نانو ذرات پروتئین سویا و محلول زانتان 1/0 درصد (وزنی/ حجمی) صورت گرفت. در ادامه خصوصیات ذاتی امولسیون مانند توزیع اندازه ذرات، تعیین پتانسیل زتا و شاخص خامه ای شدن پرداخته شد. در نهایت به بررسی خصوصیات کیفی و ویسکوالاستیک کیک بدون گلوتن حاوی امولسیون در مقایسه با نمونه شاهد در طول مدت ماندگاری صورت گرفت.
نتایجنشان داد حضور SPNs به همراه صمغ زانتان سبب پایداری، پراکندگی مناسب، همگنی ذرات و تعیین وضعیت الکتریکی سطح ذرات در PE گردید. توانایی امولسیون به مقاومت در برابر تغییرات طی سه هفته جداسازی ناچیز فازی و همچنین با فعالیت امولسیونی 78 % را نشان داد. علاوه بر این حضور PE در فرمولاسیون خمیر کیک بدون گلوتن سبب بهبود خصوصیات ویسکوالاستیک وکیفی محصول نهایی در طول دوره ماندگاری یک هفته شد.
نتیجه گیری نهایی:
حضور PE در فرمولاسیون خمیرکیک بدون گلوتن با ایجاد ساختار منسجم و یکپارچه، سبب کاهش نسبی حجم و تخلخل نسبت به نمونه شاهد شد. در حالیکه با حفظ رطوبت بیشتر در طول دوره نگهداری خصوصیات ویسکوالاستیک و رنگی به مراتب بهتری در مقایسه با نمونه شاهد مشاهده گردید.
کلید واژگان: امولسیون پیکرینگ, پایداری امولسیون, خصوصیات کیفی, نانوذرات پروتئین سویا, کیک بدون گلوتنIntroductionNowadays, with the development of technology, following an appropriate diet is of great importance, and different people go on various diets. Moreover, some food intolerance cause people to change their diets inevitably, with celiac disease being one of them. In celiac, which is an autoimmune and hereditary disease, the mucosal mem-brane of the pa-tient small intestine is damaged and inflamed after the consumption of gluten-containing cereal-based products. Accordingly, Rice flour is typically used in the production of gluten-free cake, and given the qualitative defects of gluten-free products, gluten substitutes should be employed. Application of Pickering emulsion (PE) is a way of enhancing the properties viscoelastic of cake. Nowadays, the research about the use of emulsion in the structure of gluten-free products has been expanded to improve its quality features. According to this, one of the practical applications gluten-free food products are important for individuals with celiac disease or gluten-related disorders since they need to follow a strict gluten-free diet. This study provides information on a Pickering emulsion stabilized by soy protein nanoparticles use to boost the physical properties of gluten-free cake batter. Results showed that use of these additives improved the techno-functional properties of the gluten-free cake batter. Therefore, the findings of this study can be use-ful for the production of functional free-gluten food products with health-promoting at-tributes. The aim of this research was to use Pickering emulsion (PE) stabilized by soy protein nanoparticles and xanthan gum in gluten-free cake dough based on Rice flour and monitor its quality indicators during shelf life. Considering the studies conducted so far, PE based on plant proteins like soy protein and microbial polysaccharides like xanthan, has not ever been reported in the preparation of gluten-free cake. Therefore, the purpose of this research is to stabilize PE by soy protein nanoparticles (SPNs), as well as investi-gating its effects on gluten-free rice flour-based cake and evaluation of its quality indica-tors during shelf life.
Material and methodsIn this study, Pickering emulsion was prepared from soy protein nanoparticles and xanthan solution 0.1% (w/v). For this purpose, sunflower oil (20%) was gently added to the mixture of xanthan solution (20%) and SPNs (60%), which was sub-sequently agitated using a homogenizer at 11000 rpm. Next, the intrinsic properties of emulsion such as hydrodynamic diameter, polydispersity index (PDI) zeta potential, and creaming index of the SPNs and the PE were measured. Furthermore, the emulsifying activity (EA) test was performed according to the method presented by Dalev & Sime-onova (1995) with slight changes. Finally, the qualitative and viscoelastic properties of gluten-free cake-containing emulsion were investigated in comparison with the control sample during shelf life.
Results and discussionThe results of this research showed that the presence of soy pro-tein nanoparticles along with xanthan gum caused stability, proper dispersion index, ho-mogeneity of particles, and determining the electrical state of the surface of particles in PE. In fact, the prepared PE had an acceptable dispersity, because the lower the PDI is, the more suitable the dispersity is, and the more homogenous the particles are. The zeta potentials of the SPNs and the PE were equal to -13.166 and -30.696 mV, respectively. The high zeta potential of colloidal particles causes an increase in electrostatic repulsive forces between them, thus raising the system physical stability at pH values above its isoe-lectric point. On the other hand, the emulsion prepared using the SPNs and the xanthan solution showed a higher zeta potential. Generally, xanthan solution is negatively charged at neutral pH, due to the occurrence of acidic groups in the structure of this gum. The presence of negative charge in both the SPNs and the gum elevated the zeta potential of the emulsion. The ability of the emulsion to resist the changes during three weeks showed insignificant phase separation and also with 78% emulsion activity. In addition, the pres-ence of PE (20 mL/100g rice flour) in the formulation of gluten-free cake dough im-proved the viscoelastic properties and quality of the final product during the shelf life of one week. In fact, considering the capability and usage of these emulsions in the food industry, especially the bakery industry, it improved the quality characteristics of cake products for the consumer, such as the specific volume and porosity of the cake, its tex-ture strength, and its shelf life. Pickering emulsion increased the moisture content in the cake, which had a positive effect on the hardness of the sample. Whereas, the volume and porosity decreased in the cake containing Pickering emulsion. On the other hand, the col-or of the sample was better maintained over time by adding emulsion during shelf life.
ConclusionBased on the results of this research, SPNs improved the PE stability. Fur-thermore, xanthan gum inhibited the aggregation of the oil droplets by increasing the PE consistency and forming a network in the emulsion. The presence of PE in the gluten-free cake batter formulation caused a relative decrease in volume and porosity compared to the control sample by creating a coherent and uniform structure. By maintaining more moisture during the storage period, PE had much better viscoelastic and color characteris-tics compared to the control sample.
Keywords: Pickering emulsion, Soy protein nanoparticles, Emulsion stability, Gluten-free cake, Qual-ity characteristics -
در سال های اخیر، محققان پپتیدهای فعال زیستی با خواص آنتی اکسیدانی قابل قبول را از منابع گوناگونی استخراج کرده اند. کنجاله بذر کتان که محصول فرعی اصلی فرآیند استخراج روغن بذر کتان است؛ حاوی مقدار زیادی پروتیین می باشد که با هیدرولیز آنزیمی می توان به پپتیدهایی با خواص آنتی اکسیدانی دست یافت. در این پژوهش تاثیر شرایط هیدرولیز (غلظت آنزیم 1-7/2 درصد و زمان 64/183-30 دقیقه)، نوع پروتیاز (پانکراتین و آلکالاز) و پیش تیمار فراصوت بر درجه هیدرولیز و ویژگی های آنتی اکسیدانی (مهار رادیکال آزاد DPPH، فعالیت آنتی اکسیدانی کل و شلاته کنندگی یون آهن) پروتیین هیدرولیز شده کنجاله بذر کتان با استفاده از روش سطح پاسخ ارزیابی شد. شرایط بهینه برای تولید پروتیین هیدرولیز شده با بیشترین ویژگی های آنتی اکسیدانی با آنزیم آلکالاز با پیش تیمار و بدون پیش تیمار و همچنین آنزیم پانکراتین با پیش تیمار و بدون آن به ترتیب عبارت بودند از: زمان هیدرولیز 79، 4/146، 77/111 و 21/97 دقیقه و غلظت آنزیم29/2، 46/1، 26/2 و 38/1درصد؛ با بررسی درجه هیدرولیز و ویژگی های آنتی اکسیدانی پروتیین های هیدرولیز شده کنجاله بذر کتان، پروتیین هیدرولیزشده با آنزیم پانکراتین با اعمال پیش تیمار فراصوت به عنوان تیمار بهینه پیشنهاد شد. پروتیین هیدرولیزشده با آنزیم پانکراتین با پیش تیمار فراصوت دارای 66/75 % مهار رادیکال آزاد DPPH، 39/70 % فعالیت شلاته کنندگی یون آهن، فعالیت آنتی اکسیدانی کل با جذب 86/0 نانومتر و درجه هیدرولیز 69/80% گزارش شد. بنابراین می توان بیان کرد که پروتیین هیدرولیزشده کنجاله بذر کتان با قابلیت آنتی اکسیدانی قوی، یک ترکیب زیست فعال برای استفاده در فرمولاسیون های غذایی و تولید محصولات فراسودمند می باشد.
کلید واژگان: آنتی اکسیدان, پپتید زیست فعال, فراصوت, کتان, هیدرولیز آنزیمی, سطح پاسخIn recent years, researchers have identified and extracted bioactive peptides with acceptable antioxidant properties from different protein sources. Flaxseed meal, which is the main by-product of the linseed oil extraction process, contains a large amount of protein, which can be obtained by enzymatic hydrolysis to peptides with antioxidant properties. In this research, the effect of hydrolysis conditions (enzyme concentration 2.7-1% and time 30-183.64 minutes), type of protease (pancreatin and alcalase) and ultrasound pretreatment on the degree of hydrolysis and antioxidant properties (DPPH free radical inhibition, Total antioxidant activity, and iron ion chelation) of hydrolyzed protein obtained from flaxseed meal were evaluated using the response surface method. The optimal conditions for the production of hydrolyzed protein with the most antioxidant properties with alcalase enzyme with and without pretreatment and pancreatin enzyme with and without pretreatment, respectively, were hydrolysis time 79, 146.79, 111.77 and 97.21 minutes and enzyme concentration 2.29%, 1.46%, 2.26% and 1.38%; According to the obtained results, by examining the degree of hydrolysis and antioxidant properties of the hydrolyzed proteins of flaxseed meal, hydrolyzed protein with pancreatin enzyme was suggested as the optimal treatment. Hydrolyzed protein with pancreatin enzyme with ultrasound pretreatment was reported to have 75.66% DPPH free radical inhibition, 70.39% iron ion chelating activity, total antioxidant activity with absorbance of 0.86 nm and 80.69% hydrolysis degree. Therefore, it can be stated that the hydrolyzed protein of flax seed meal with strong antioxidant capacity is a bioactive compound for use in food formulations and the production of beneficial products.
Keywords: antioxidant, bioactive peptide, ultrasound, flaxseed, enzymatic hydrolysis, response surface -
Research Aim
Gelatin, a protein-based hydrocolloid widely used in food and drug industries, faces limitations when derived from cold-water fish species due to low gel strength and functional properties. In this regard, this study explores the potential of oak (Q.castaneifolia) phenolic extract as a natural modifier of commercial cold-water fish gelatin (CW-FG). The use of natural crosslinking additives especially oxidized forms of phenolic extract may be suggested as the modification strategy of gelatin hydrogel. Therefore, the objective of this study was to evaluate the potential of oak (Q.castaneifolia) extract as chemical and rheological modifier of commercial cold-water fish gelatin.
Materials and methodsThe scope of the current work was to investigate the effects of concentration of oxidized/unoxidized oak phenolic extract, reaction pH values (7 and 9), and different concentrations ranged from 0.1 to 0.9 (mg/g protein) on gel strength, crosslinking degree, color parameters and swelling ratio of commercial cold-water fish gelatin. Further characterisation of the properties of different gelatin hydogels was also conducted by their conformational changes using fourier transform infrared (FTIR) analyses and scanning electron microscopy (SEM).
FindingsThe modified CW-FGs demonstrated higher gel strength, reduced swelling ratio and free amino group, and a more compact structure compared to uncross-linked samples and those containing unoxidized oak phenolic extract at neutral pH. The addition of both types of oak acorn extracts at increasing pH levels led to a decrease in L*-value and an increase in a* and b*-values. FTIR analysis revealed hydrogen bond formation as the primary molecular interaction, particularly in CW-FGs modified with oxidized oak extract at pH 9. Additionally, free amino group could be controlled by adjusting the concentration of oak extracts. SEM analysis revealed that CW-FG gel containing Ox-OPP exhibited a non-uniform surface with varying pore sizes, exhibiting morphological differences from CW-FG gel containing OPP, particularly characterized by the creation of large empty spaces and fine filaments. These findings collectively demonstrate the potential for improving CW-FG gel properties through the judicious use of oak acorn phenolic extracts at specific concentrations and pH levels, with Ox-OPP showing promising effects on the gel's chemical and functional characteristics.
ConclusionBoth oxidized and unoxidized oak phenolic extract showed high potential for modification of physico-chemical and functional properties of gelatin hydrogel. Also, crosslinking degree was controlled by concentration changes. Formation of higher molecular weight structures and hydrogen bonds between gelatin and phenolic compounds were determined as important factors for the observed results. These improved physicochemical properties of gelatin could lead to the development of products in the food industry that meet consumer demands.
Keywords: Cold-Water Fish Gelatin (CW-FG), Oak (Quercus Castaneifolia) Phenolic Extract, Crosslinking, FTIR, SEM -
اکسیداسیون در اندام های زنده باعث بیماری های خطرناکی از جمله سرطان و در مواد غذایی باعث فساد و ضررهای اقتصادی سنگین می گردد. آنتی اکسیدان های سنتزی عوارض نامطلوب و خطرناکی بر سلامتی انسان دارند، از این رو شناسایی ترکیبات ضداکسایشی طبیعی از نیازهای اصلی صنعت مواد غذایی است. در صنایع فرآوری ماهی ها حدود 70-50 % ماهی اولیه که منابع بالقوه ای از ترکیبات با ارزش تغذیه ای مانند آمینو اسیدهای ضروری هستند به عنوان ضایعات تولید می شود. بنابراین یافتن راهی جهت استفاده ی بهینه از این ضایعات و تولید ترکیبات سلامتی بخش با ارزش افزوده ی بالا مانند پپتیدهای زیست فعال از اهمیت زیادی برخوردار است. در این پژوهش به بررسی تاثیر شرایط هیدرولیز (زمان: 300-30 دقیقه و غلظت آنزیم 3-5/0 درصد) و نوع پروتیاز (آلکالاز و پانکراتین) بر درجه هیدرولیز و ویژگی های ضداکسایشی (مهار رادیکال DPPH، شلاته کنندگی یون آهن، مهار رادیکال نیتریک اکسید، ظرفیت ضداکسایشی کل و احیاء کنندگی یون آهن) پروتیین هیدرولیز شده حاصل از امعاء و احشا ماهی هوور مسقطی با استفاده از روش سطح پاسخ پرداخته شد. نتایج نشان داد که شرایط بهینه جهت دستیابی به بیشترین ویژگی های ضداکسایشی با آلکالاز و پانکراتین به ترتیب عبارت بودند از: زمان هیدرولیز 9/146 و 67/171 دقیقه و غلظت آنزیم 94/1 و 17/2 درصد؛ در این شرایط درجه هیدرولیز پروتیین های هیدرولیز شده ی تولیدی 12/25 درصد و 35/20 درصد محاسبه شد. مقایسه ویژگی های ضداکسایشی هیدرولیز شده های تولیدی با هردو پروتیاز نشان داد که آنزیم آلکالاز منجر به تولید پروتیین هیدرولیز شده با خواص ضداکسایشی قوی تری نسبت به پانکراتین شد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که پروتیین هیدرولیز شده امعاء احشا ماهی هوور مسقطی با استفاده از آنزیم آلکالاز به عنوان یک محصول سلامتی بخش و با ارزش افزوده قابلیت کاربرد در تولید محصولات غذایی فراسودمند و مکمل های سلامتی بخش استفاده نمود.
کلید واژگان: آنتی اکسیدان, آلکالاز, پانکراتین, پروتئین هیدرولیز شده, هوور مسقطیOxidation in living organs causes dangerous diseases, including cancer, and in food, it causes spoilage and heavy economic losses. Synthetic antioxidants have adverse and dangerous effects on human health, therefore identifying natural antioxidant compounds is one of the main needs of the food industry. In fish processing industries, about 50-70% of fish, which are potential sources of valuable nutritional compounds such as essential amino acids, are produced as waste. Therefore, finding a way to optimally use these wastes and produce healthy compounds with high added value such as bioactive peptides has great importance. In this research, the effect of hydrolysis conditions (time: 30-300 min and enzyme concentration 0.5-3 %) and type of protease (alcalase and pancreatin) on the degree of hydrolysis and antioxidant properties (DPPH radical scavenging activity, Fe chelating activity, nitric oxide radical inhibition, total antioxidant capacity and Fe reducing power) of protein hydrolysate from skipjack viscera was investigated using the response surface methodology. The results showed that the optimum conditions for achieving the most antioxidant properties with alcalase and pancreatin were: hydrolysis time of 146.9 and 171.67 minutes and enzyme concentration of 1.94 and 2.17%; in these conditions, the degree of hydrolysis of the produced protein hydrolysates was 25.12% and 20.35%, respectively. Comparing the antioxidant properties of hydrolysates produced by both proteases showed that the alcalase enzyme led to the production of protein hydrolysates with stronger antioxidant properties than pancreatin. Therefore, it can be concluded that the protein hydrolysate of the skipjack fish viscera using alcalase enzyme as a healthy and value-added product can be used in the production of functional products and health supplements.
Keywords: Antioxidant, Alcalase, Pancreatin, Protein hydrolysate, Skipjack -
سابقه و هدف
سرطان پستان دومین عامل مرگ و میر ناشی از سرطان در بین زنان در جهان است. تا به امروز، شیمی درمانی رایج ترین درمان برای سرطان پستان بوده است. با این حال، برخی از ترکیبات طبیعی به دلیل طیف وسیعی از ویژگیهای زیست فعالی و سمیت کم در مدل های انسانی و حیوانی، به عنوان درمان های جایگزین شیمیایی برای سرطان پستان استفاده شده اند. کورکومین یک پلی فنول طبیعی با خواص آنتی اکسیدانی، ضد التهابی و ضد سرطانی است. قابلیت درمانی کورکومین به طور قابل توجهی بوسیله حلالیت نسبتا کم در آب و فراهمی زیستی پایین، محدود می گردد، بنابراین نیاز به حامل های مناسب دارد. صمغ مصطکی یک ترکیب طبیعی است که از گیاه مصطکی با نام علمی Pistacia lentiscus به دست می آید. هدف از این پژوهش تیمار شیمیایی صمغ مصطکی طبیعی (اصلاح شیمیایی)، تولید ریزپوشینه صمغ مصطکی اصلاح شده حاوی کورکومین و بررسی خصوصیات ریخت شناسی، بار سطحی، توزیع اندازه ذرات، نحوه رهایش در محیط شبیه سازی شده دهانی و تاثیر ریزپوشینه صمغ مصطکی اصلاح شده حاوی کورکومین بر زنده مانی سلول های سرطان پستان، رده سلولی MCF-7 جهت امکان سنجی استفاده در سامانه های غذایی مبتنی بر تحویل دهانی می باشد.
مواد و روش هادر این پژوهش صمغ مصطکی طبیعی بوسیله حلال های آلی و غیرآلی تیمار گردید. ریزپوشینه های صمغ مصطکی اصلاح شده حاوی کورکومین به روش امولسیون و تبخیر حلال تهیه شد.ریخت شناسی ریزپوشینه صمغ مصطکی اصلاح شده حاوی کورکومین با استفاده از دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی، توزیع اندازه و بار سطحی به کمک دستگاه زتاسایزر، سمیت سلولی به روش MTT و الگوی رهایش کورکومین بر اساس مدل های ریاضی تعیین گردید.
یافته هاتصاویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که ریزپوشینه صمغ مصطکی اصلاح شده حاوی کورکومین دارای سطحی صاف، بدون خلل و فرج و ظاهری کروی بود. شعاع ذرات در محدوده میکرومتر 5050-2093 نانومتر، اندازه شعاع میانگین (معادل) ذرات 3093 نانومتر و بار سطحی ذرات در حالت کلوئیدی (پتانسیل زتا) 2/0± 66/4- میلی ولت محاسبه شد. ضریب همبستگی در مدل ریاضی کورسمایر-پپاس جهت ارزیابی الگوی رهایش کورکومین از ریزپوشینه صمغ مصطکی اصلاح شده حاوی کورکومین بالاترین مقدار را به خود اختصاص داد. نتایج حاصل از انجام آزمون سمیت سلولی نشان داد که ریزپوشینه صمغ مصطکی اصلاح شده حاوی کورکومین در مقایسه با کورکومین آزاد هم در زمان 48 ساعت و هم در 72 ساعت تاثیر بیشتری بر کاهش زنده مانی سلول سرطانی پستان رده سلولی MCF-7 داشته است. غلظت مهار میانه (IC50) ریزپوشینه صمغ مصطکی اصلاح شده حاوی کورکومین پس از 48 ساعت گرمخانه گذاری 3/830 میکروگرم در میلی لیتر بود، در حالی که کورکومین آزاد حدود 6/460 میکروگرم در میلی لیتر محاسبه شد. IC50 ریزپوشینه صمغ مصطکی اصلاح شده حاوی کورکومین پس از 72 ساعت گرمخانه گذاری 2/014 میکروگرم در میلی لیتر بود، حال آنکه برای کورکومین آزاد در حدود 4/528 میکروگرم در میلی لیتر محاسبه شد.
نتیجه گیرییافته ها نشان داد که ریزپوشینه اصلاح شده صمغ مصطکی حاوی کورکومین به طور قابل توجهی از رشد سلول سرطان پستان رده سلولی MCF-7 جلوگیری می نماید. علاوه بر این، نتایج نشان داد که ریخت شناسی، بار سطحی و توزیع اندازه ذرات ریزپوشینه اصلاح شده صمغ مصطکی اصلاح شده حاوی کورکومین جهت استفاده در سامانه های غذایی مبتنی بر تحویل دهانی مناسب می باشد.
کلید واژگان: آزمون MTT, اصلاح شیمیایی, درون پوشانی, صمغ مصطکی, کورکومینBackground and objectivesBreast cancer is the second leading cause of cancer-related death among women in the world. To date, chemotherapy has been the most common treatment for breast cancer. However, some natural compounds have been used as chemical alternative treatments for breast cancer due to their wide range of bioactive properties and low toxicity in human and animal models. Curcumin is a natural polyphenol with anti oxidant, anti-inflammatory, anti-microbial and anti-cancer properties. The therapeutic capability of Curcumin is remarkably restricted by its low solubility in water and low bioavailability. Therefore, it needs suitable carriers. Mastic gum is a natural resin obtained from broad-leaved variety of Pistacia lentiscus. The purpose of this research is to investigate the morphological characteristics, zeta potential, particle size distribution, release mode in the simulated oral environment, and the effects of modified Mastic gum microcapsule containing curcumin on MCF-7 cell line.
Materials and methodsThis study was performed by an in vitro assay and the anticancer effects of Mastic gum microcapsule containing Curcumin were determined by MTT (3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5 diphenyl tetrazolium bromide). The surface morphology, zeta potential and particle size distribution of modified Mastic gum microcapsule containing curcumin was investigated by FE-SEM, Zetasizer respectively.
ResultsThe images obtained from the scanning electron microscope showed that the modified Mastic Gum Microcapsule containing Curcumin had a smooth surface, without pores and a spherical appearance. The microcapsule particle size was in the range of 2093-5050 nm, the average size of the particles (equivalent radius) was 3093 nm. Zeta potential was measured -4.66±0.2(mv). Correlation coefficient in the Korsmeyer-Peppas mathematical model to evaluate the release pattern of curcumin from the modified Mastic Gum Microcapsule containing Curcumin had the highest value. Furthermore, results of MTT analysis demonstrated that modified Mastic gum microcapsule containing Curcumin had more cytotoxic effect (reduction effect) on breast cancer MCF-7 cell line, after 48 and 72 h of incubation compare free Curcumin in same dosage. The IC50 of modified Mastic gum microcapsule containing Curcumin was found to be 3.830 µg ml-1 after 48 h of incubation, while that of free Curcumin was calculated to be about 6.460 µg ml-1. The IC50 of modified Mastic Gum microcapsule containing Curcumin after 72 h incubation was found to be 2.014 µg ml-1, while that of free Curcumin calculated to be about 4.528 µg ml-1.
ConclusionOur findings indicated that modified Mastic gum microcapsule containing curcumin had significan reduction effect on human breast cancer cell MCF-7 cell line in compare free Curcumin. Furthermore, our results showed that the surface morphology, zeta potential and particle size distribution of modified Mastic gum microcapsule containing Curcumin were suitable for using in food and drug product basis mouth releasing.
Keywords: Encapsulation, Chemical Modification, Curcumin, Mastic Gum, MTT Test -
پپتیدهای زیست فعال در واقع بخش های پروتیینی خاصی هستند که علاوه بر ارزش غذایی، تاثیرات مثبتی برعملکرد بدن دارند. فراصوت، به عنوان یک فناوری سبز، و ارزان، به طور گسترده ای برای استخراج پروتیین و ترکیبات آنتی اکسیدانی استفاده می شود. تیمار با فراصوت باعث تغییر ساختار سه بعدی پروتیین ها می شود. در نتیجه، ترکیبی از پیش تیمار با فراصوت و هیدرولیز آنزیمی می تواند راهی امیدوارکننده برای اصلاح عملکرد پروتیین ها باشد. هدف از این پژوهش بررسی اثر زمان هیدرولیز و همچنین تاثیر پیش تیمار فراصوت بر هیدرولیز آنزیمی پروتیین قارچ دکمه ای به وسیله آنزیم پپسین جهت تولید پپتیدهای آنتی اکسیدان می باشد. جهت انجام پژوهش ابتدا قارچ به پودر تبدیل و سپس عمل هیدرولیز در زمان های30-210 دقیقه با نسبت به آنزیم به سوبسترا 1% (وزنی/وزنی نسبت به وزن سوبسترای پروتیینی) و در دمای 40درجه سانتی گراد در چهار وضعیت بدون و با پیش تیمار فراصوت با توان 40، 70 و 100% صورت گرفت. افزایش توان تیمار فراصوت باعث افزایش قابلیت مهار رادیکال آزاد DPPH، فعالیت شلاته کنندگی یون آهن، ظرفیت آنتی اکسیدانی کل و قدرت احیاکنندگی یون آهن در زمان های هیدرولیز کوتاه تر گردید. نتایج نشان داد، نمونه های پیش تیمار شده با فراصوت با توان 100% نسبت به نمونه های بدون پیش تیمار و پیش تیمار شده با توان40 و 70% بالاترین خاصیت آنتی اکسیدانی را دارا می باشند. بنابراین استفاده از پیش تیمار فراصوت با توان بالا موجب کوتاه نمودن زمان هیدرولیز جهت دستیابی به پپتیدهای با قابلیت آنتی اکسیدانی بالاتر و افزایش کارآیی هیدرولیز آنزیمی می گردد. براساس نتایج تیمار فراصوت با توان100% و طی زمان هیدرولیز 60 دقیقه موجب دستیابی محصولی با قابلیت آنتی اکسیدانی بالا می گردد و به عنوان تیمارمناسب انتخاب گردید.
کلید واژگان: پپتیدهای زیست فعال, پروتئین, پودر قارچ, پیش تیمار, ویژگی آنتی اکسیدانیIntroductionFree radicals originate from oxidation reactions decrease food quality and also promote incidence of various diseases such as cancer. In this regard, the use of natural compounds with antioxidant properties, such as bioactive peptides, is of interest to many researchers. Food-derived bioactive peptides, can play an important role in the oxidative systems. Ultrasound, as a cheap and green technology, is widely used to extract proteins and antioxidant compounds. Ultrasound pretreatment before enzymatic hydrolysis can open the protein structure and increase the intensity of proteolysis by increasing the exposure of peptide bonds prone to enzymatic hydrolysis; which increases the production efficiency of bioactive peptides. Ultrasound treatment changes the three-dimensional structure of proteins. Therefore, a combination of pretreatment with ultrasound and sequential enzymatic hydrolysis can be a promising way to modify the function of proteins.
Materials and MethodsIn this research the effect of hydrolysis time and ultrasonic pretreatment on enzymatic hydrolysis of edible mushroom protein by pancreatic enzyme to produce peptides with high antioxidant capacity was evaluated. First edible mushroom was turned into powder and then, in order to optimize the production of hydrolyzed proteins with maximum antioxidant activity, the hydrolysis was performed 30, 60, 90, 120, 150, 180 and 210 minutes with a ratio of enzyme to substrate of 1% (based on the result of previous research) and at 40°C in four conditions (1- without ultrasound pre-treatment, 2- with ultrasound pre-treatment with 40% power, 3- with ultrasound pre-treatment with 70% power and 4- with ultrasound pre-treatment with 100% power) by ultrasound probe in 5 minutes before adding the enzyme. In the next step, the antioxidant capacity of hydrolyzed proteins was measured at different times by DPPH free radical scavenging activity, iron ion reduction power, iron ion chelation and total antioxidant capacity.
ResultsThe results showed that the highest DPPH free radical scavenging activity in untreated and treated samples with 40, 70 and 100% ultrasound power were 69.1, 77.45, 79.07 and 80.27, respectively. In most of the hydrolysis times, DPPH free radical scavenging activity in ultrasound treatment with 100% power was higher than the samples treated with 40 and 70% power. The highest total antioxidant capacity in untreated and treated samples with 40, 70 and 100% ultrasound power were 0.871, 1.025, 1.05 and 1.2 (absorption at 695 nm), respectively. In most of the hydrolysis times, the total antioxidant capacity in the samples treated with ultrasound with 100% power was higher than the samples treated with 40 and 70% power. The results showed that the highest reducing power of Fe3+ in untreated and treated samples with 40, 70 and 100% ultrasound power were 2.03, 2.40, 2.44 and 2.51(absorption at 700 nm), respectively. The highest iron ion chelation power in untreated and treated samples with 40, 70 and 100% ultrasound power were 25.22, 30.40, 26.52 and 41.10%, respectively. By increasing the ultrasound power in most of the hydrolysis times, the chelating power of iron ions in the ultrasound treatment with 100% power was higher than the samples pretreated with 40 and 70% power. The results showed that samples pretreated with 100% power ultrasound have the highest antioxidant properties compared to samples without pretreatment and pretreated with 40% and 70% ultrasound power. Based on the results, using ultrasound treatment with 100% power and during hydrolysis time of 60 minutes, a product with high antioxidant capacity was obtained and selected as a suitable treatment.
ConclusionThe ultrasonic mechanism is attributed to its thermal effects, cavitation and mechanical efficiency, so that it can increase the mass transfer and increase the contact between the substrate and the enzyme or change the spatial structure of the substrate. The results showed that samples pretreated with ultrasound with 100% power have the highest antioxidant properties compared to samples without pretreatment and pretreated with 40 and 70% power. Therefore, the use of high-power ultrasonic pretreatment shortens the hydrolysis time to achieve peptides with higher antioxidant capacity and thus increases the efficiency of enzymatic hydrolysis.
Keywords: antioxidant properties, bioactive peptides, Mushroom powder, Pretreatment, Protein -
دانه های گیاهان Cucurbitaceae (کدو، خربزه و غیره) یکی از منابع غنی پروتیین، بشمار می آیند. پروتیین ها از جمله منابع تغذیه ای مهم انسان هستند. هیدرولیز آنزیمی پروتیین دانه کدو با استفاده از پیش تیمار مایکروویو منجر به تولید هیدرولیزشده هایی با خواص زیست فعالی، از جمله فعالیت آنتی اکسیدانی می شود. استفاده از پیش تیمار مایکروویو باعث ایجاد تغییراتی در ساختمان 3 بعدی پروتیین ها می شود، ساختار 3 بعدی پروتیین را باز کرده و دسترسی آنزیم به پیوندهای پپتیدی را تسریع می کند. بنابراین، استفاده از پیش تیمار مایکروویو، روشی مناسب برای صرفه جویی در زمان و غلظت آنزیم مورد استفاده در هیدرولیز آنزیمی می باشد. در این پژوهش محلول محتوی کنسانتره پروتیین دانه کدو در معرض انرژی مایکروویو با توان 500-900 وات طی 30-90 ثانیه قرار گرفت و به عنوان محلول سوبسترا در آزمایشات هیدرولیز آنزیمی استفاده شد. هیدرولیز آنزیمی توسط آنزیم پانکراتین، با غلظت 5/0 تا 5/2 درصد نسبت به سوبسترای پروتیینی در بازه زمانی 20 تا 190 دقیقه، دما و pH اپتیمم پانکراتین، به منظور تولید هیدرولیز شده هایی با پتانسیل آنتی اکسیدانی انجام شد. قدرت آنتی اکسیدانی با استفاده از روش های مهار رادیکال آزاد DPPH، آنتی اکسیدانی کل (جذب در 695 نانومتر) و فعالیت شلاته کنندگی آهن، اندازه گیری شد. بیشترین میزان فعالیت آنتی اکسیدانی با استفاده از پیش تیمار مایکروویو در زمان 105 دقیقه و نسبت E/S 5/1 درصد بود و شرایط بهینه ارایه شده توسط نرم افزار برای دست یابی به بیشینه فعالیت شلاته کنندگی آهن (5/95%)، مهار رادیکال آزاد DPPH (5/%51) و آنتی اکسیدانی کل (جذب در 695 نانومتر) (976/0)، زمان 102 دقیقه و نسبت E/S 5/1 درصد بود که 5/89% با نتایج بدست آمده مطابقت داشت.
کلید واژگان: پانکراتین, پیش تیمار مایکروویو, دانه کدو, فعالیت آنتی اکسیدانیThe seeds of Cucurbitaceae plants (pumpkin, melon, etc.) are one of the rich sources of protein. Proteins are one of the most important nutritional sources for humans. Enzymatic hydrolysis of pumpkin seed protein by using microwave pretreatment leads to the production of hydrolyzates with bioactive properties, including antioxidant activity. The use of microwave pretreatment causes changes in the 3D structure of proteins, It opens the 3-dimensional structure of the protein and accelerates the access of the enzyme to the peptide bonds. Therefore, the use of microwave pretreatment is a suitable method to save time and enzyme concentration which are used in enzymatic hydrolysis. In this study, The solution of pumpkin seed protein concentrate was exposed to microwave energy with a power of 500-900 W for 30-90 seconds and it was used as a substrate solution in enzymatic hydrolysis experiments. Enzymatic hydrolysis by pancreatin, with the concentration of 0.5 to 2.5% compared to the protein substrate, was performed in the time from 20 to 190 minutes, at the optimum temperature and pH of pancreatin, in order to produce hydrolysates with antioxidant potential. Antioxidant power was measured by using DPPH radical scavenging activity methods, total antioxidant activity (Absorbance at 695 nm) and iron chelating activity. The highest amount of antioxidant activity by using microwave pretreatment was in 105 minutes and the ratio of 1.5% E/S and the optimal conditions that provided by the software to achieve the maximum iron chelating activity (95.5%), DPPH radical scavenging activity (51.5%) and total antioxidant (Absorbance at 695 nm) (0.976), was in 102 minutes and the ratio of 1.5% E/S of which 89.5% corresponded with the obtained results.
Keywords: pancreatin, microwave pretreatment, pumpkin seeds, antioxidant activity -
در این مطالعه، اثر دما و زمان نگهداری بر فعالیت زیستی و پایداری فیزیکوشیمیایی نانووزیکول های (لیپوزومها و نیوزومها) حاوی پروتیین هیدرولیز شده ی گرده زنبور عسل حاصل از آنزیم آلکالاز و پپسین ارزیابی شد. از کیتوزان 2/0 درصد برای پوشش دهی نانولیپوزوم ها استفاده گردید. قدرت مهار رادیکالDPPH، قدرت احیا کنندگی یون آهن ، قدرت مهار ACE ، اندازه ذرات، شاخص بس پاشیدگی، پتانسیل زتا، بازدهی ریزپوشانی و میزان رهایش پروتیین های هیدرولیز شده از نانووزیکول ها در مدت 28 روز نگهداری در دمای یخچال و محیط بررسی شد. نتایج DLS نشان داد اندازه نانووزیکول ها با بارگیری با پروتیین هیدرولیز شده و پوشش دهی با کیتوزان افزایش معنی دار یافت (P<0.05). نانولیپوزوم های حاوی پوشش کیتوزان بیشترین مقدار PDI را داشتند. پتانسیل زتای نانووزیکول ها با پوشش دهی با کیتوزان، به بیشترین مقدار رسید. نانولیپوزوم های حاوی پوشش کیتوزان بیشترین بازدهی ریزپوشانی را داشتند. بعد از 28 روز اندازه نانووزیکول های با پوشش و بدون پوشش، 2 تا 26 برابر افزایش یافتند. میزان بازدهی ریزپوشانی نانونیوزوم ها و نانولیپوزوم های بدون پوشش به ترتیب کمترین و بیشترین کاهش را نشان دادند. مقادیر فاکتور های اندازه گیری شده در طول نگهداری در دمای یخچال، به طور معنی داری کمتر از دمای محیط بود (P<0.05). با بارگذاری پروتیین های هیدرولیز شده در نانووزیکول ها و پوشش دهی آنها با کیتوزان از کاهش فعالیت آنتی اکسیدانی شان در طول مدت 28 روز نگهداری جلوگیری شد. میزان فعالیت مهارACE در نانولیپوزوم ها به طور معنی داری کمتر از نانونیوزوم ها بود (P<0.05). بعد از گذشت 28 روز در فعالیت مهار ACE هیدرولیز شده های بارگذاری شده در نانولیپوزوم های بدون پوشش کیتوزان کاهش جزیی مشاهده گردید. این یافته ها برای طراحی و توسعه غذاهای کاربردی حاوی پروتیین هیدرولیز شده از اهمیت بالایی برخوردار است.
کلید واژگان: نانووزیکول ها, پروتئین هیدرولیز شده, گرده زنبور عسل, فعالیت زیستی, پایداری فیزیکوشیمیاییIn this study, the effect of temperature and storage time on biological activity and physicochemical stability of nanovesicles (liposomes and niosomes) containing bee pollen hydrolyzed protein obtained from alcalase and pepsin enzymatic hydrolysis was evaluated. 0.2% chitosan was used to coat nanoliposomes. DPPH radical scavenging power, ferric ion reducing power, ACE scavenging power, particle size, particle dispersion index, zeta potential, encapsulation efficiency and release rate of hydrolyzed proteins from nanovesicles during 28 days storage at refrigerator and ambient temperature were investigated. Results of DLS showed that the size of nanovesicles increased significantly by loading with hydrolyzed protein and coated with chitosan (P<0.05). Chitosan coated nanoliposomes had the highest amount of PDI. The zeta potential of nanovesicles reached the highest value by coating with chitosan. Chitosan coated nanoliposomes had the highest encapsulation efficiency. After 28 days, the size of coated and uncoated nanovesicles increased 2-26 times.The encapsulation efficiency of nanonisomes and uncoated nanoliposomes showed the lowest and highest decrease, respectively. The values of the measured factors during storage at the refrigerator were significantly lower than ambient temperature (P<0.05). The decline in the antioxidant activities of nanovesicles was significantly prevented by loading hydrolyzed proteins and coating the nanovesicles with chitosan. The ACE inhibition was lower in the nanoliposomes as compared with the nanoniosomes. After 28 days, the ACE inhibition activity of the loaded in nanoliposomes without coating chitosan decreased slightly. These findings are of great importance for designing and developing nutritious foods containing hydrolyzed protein.
Keywords: : Nanovesicles, hydrolyzed protein, bee pollen, biological activity, physicochemical stability -
در صنایع فرآوری ماهی ها 70-50 % ماهی اولیه به عنوان ضایعات تولید می شوند درحالیکه منابع غنی از پروتیین و آمینواسیدهای ضروری هستند. استفاده ی بهینه از این ضایعات و تولید ترکیبات با ارزش افزوده ی بالا که خواص سلامتی بخش قابل توجهی داشته باشند از چالش های مهم صنایع فرآوری ماهی ها است. در این پژوهش تاثیر شرایط هیدرولیز (زمان: 300-30 دقیقه و غلظت آنزیم 3-5/0 درصد) و نوع پروتیاز (پپسین و تریپسین) بر درجه هیدرولیز و ویژگی های آنتی اکسیدانی (مهار رادیکال DPPH، شلاته کنندگی یون آهن، مهار رادیکال نیتریک اکسید، ظرفیت ضداکسایشی کل و احیاء کنندگی یون آهن) پروتیین هیدرولیز شده حاصل از امعاء و احشا ماهی هوور مسقطی با استفاده از روش سطح پاسخ ارزیابی شد. نتایج نشان داد که شرایط بهینه برای تولید پروتیین هیدرولیز شده با بیشترین ویژگی های آنتی اکسیدانی با آنزیم های پپسین و تریپسین به ترتیب عبارت بودند از: زمان هیدرولیز 09/179 و 62/143 دقیقه و غلظت آنزیم 63/2 و 94/1 درصد؛ در این شرایط درجه هیدرولیز پروتیین های هیدرولیز شده ی حاصل از فعالیت تریپسین بیشتر از پپسین محاسبه شد. مقایسه ویژگی های آنتی اکسیدانی هیدرولیز شده های حاصل از دوآنزیم مورد استفاده نشان داد که پروتیین هیدرولیز شده حاصل از تریپسین از پتانسیل آنتی اکسیدانی قوی تری نسبت به پپسین برخوردار بود. بنابراین می توان بیان نمود که پروتیین هیدرولیز شده امعاء احشا ماهی هوور مسقطی با استفاده از آنزیم تریپسین به عنوان یک ترگیب سلامتی بخش و با ارزش افزوده بالا قابلیت کاربرد در تولید محصولات غذایی فراسودمند و مکمل های سلامتی بخش برای ورزشکاران و افراد سالمند را دارد.
کلید واژگان: آنتی اکسیدان, پپسین, پپتید زیست فعال, تریپسین, هوور مسقطیIn fish processing industries, 50-70% of primary fish are produced as waste, while they are rich sources of protein and essential amino acids. The optimal use of these wastes and the production of compounds with high added value that have significant health-giving properties is one of the important challenges of fish processing industries. In this research, the effect of hydrolysis conditions (time: 30-300 minutes and enzyme concentration 0.5-3%) and type of protease (pepsin and trypsin) on the degree of hydrolysis and antioxidant properties (DPPH radical scavenging activity, Fe chelating activity, No radical scavenging activity, total antioxidant capacity and Fe reducing power) of hydrolyzed protein obtained from Skipjack viscera were evaluated using response surface methodology. The results showed that the optimal conditions for the production of hydrolyzed protein with the maximum antioxidant properties with pepsin and trypsin enzymes were respectively: hydrolysis time of 179.09 and 143.62 minutes and enzyme concentration of 2.63 and 1.94 %; In this condition, the degree of hydrolysis of the hydrolyzed proteins resulting from the activity of trypsin was calculated to be higher than that of pepsin. Comparing the antioxidant properties of the hydrolysates obtained from the two enzymes used showed that the hydrolyzed protein obtained from trypsin had a stronger antioxidant potential than pepsin. Therefore, it can be stated that the hydrolyzed protein of the Skipjack viscera using trypsin enzyme as a health-giving supplement and with high added value can be used in the production of functional food products and health supplements for athletes and elderly people.
Keywords: Antioxidant, pepsin, bioactive peptides, trypsin, Skipjack -
پپتیدهای زیست فعال در واقع بخش های پروتیینی خاصی هستند که علاوه بر ارزش غذایی، تاثیرات مثبتی برعملکرد بدن و شرایطی دارند که منجر به اثرگذاری برسلامتی می شود. استفاده ترکیبی از پیش تیمار و هیدرولیز آنزیمی باعث ایجاد تغییراتی در خصوصیات فیزیکی و شیمیایی پروتیین های هیدرولیز شده می شود. پیش تیمار با مایکروویو یک رویکرد شناخته شده برای افزایش دسترسی به پیوندهای حساس به هیدرولیز است که مکان های برش آنزیم و قرار گرفتن در معرض پروتیازها را تسهیل می کند. هدف از این پژوهش بررسی اثر زمان هیدرولیز و همچنین تاثیر پیش تیمار مایکروویو بر هیدرولیز آنزیمی پروتیین قارچ دکمه ای (Agaricus bisporus) به وسیله آنزیم تریپسین جهت تولید پپتیدهای آنتی اکسیدان می باشد. در این پژوهش تولید پروتیین هیدرولیز شده قارچ دکمه ای با استفاده از آنزیم تریپسین بدون پیش تیمار و با پیش تیمارمایکرویودر توان های مختلف 120، 200 و280 وات صورت گرفت. ویژگی های آنتی اکسیدانی نمونه ها (فعالیت مهار رادیکال DPPH[1]، قدرت شلاته کنندگی آهن، قدرت احیاء کنندگی یون آهن، فعالیت آنتی اکسیدانی کل) ارزیابی شدند. نتایج نشان داد که درغالب آزمون های صورت گرفته، پیش تیمار با مایکرویو موجب کاهش زمان دستیابی و افزایش قابلیت آنتی اکسیدانی نمونه هاگردید به طوری که نمونه های پیش تیمار شده مایکرویو با توان 120 وات نسبت به نمونه های تیمار شده با توان 200 و 280 وات و نمونه های بدون پیش تیمار از قابلیت آنتی اکسیدانی بالاتری برخوردار بودند. در کلیه آزمون های آنتی اکسیدانی نمونه پیش تیمار شده با مایکوویو با توان 120 و در زمان هیدرولیز 90 دقیقه عملکرد بالاتری از خود نشان داد و بنابراین به عنوان تیمار مناسب در نظر گرفته شد. بر اساس این نتایج می توان بیان نمود که استفاده از پیش تیمار مایکرویو با توان 120 وات موجب کوتاه نمودن زمان هیدرولیز جهت دستیابی به پپتیدهای با قابلیت آنتی اکسیدانی بالاتر می گردد و در نتیجه موجب افزایش کارآیی هیدرولیز آنزیمی می گردد.
کلید واژگان: قارچ خوراکی دکمه ای, هیدرولیز آنزیمی, ویژگی های آنتی اکسیدانی, پیش تیمار مایکروویوBioactive peptides are actually specific protein parts that, in addition to nutritional value, have positive effects on body function and conditions that lead to health effects. The combined use of pretreatment and enzymatic hydrolysis causes changes in the physical and chemical properties of hydrolyzed proteins. Microwave pretreatment is a well-known strategy to increase the accessibility of hydrolysis-sensitive bonds, facilitating enzyme cleavage sites and exposure to proteases. The aim of this research was to investigate the effect of hydrolysis time and also the effect of microwave pretreatment on enzymatic hydrolysis of edible mushroom (Agaricus bisporus) protein by trypsin enzyme to produce antioxidant peptides. To conduct this research, first, edible mushrooms were turned into powder after purchase from the market and conducting related processes. In this research, hydrolyzed edible mushroom was produced using trypsin enzyme without pretreatment and with microwave pretreatment at different powers of 120, 200, and 280W and time intervals of 30, 60, 90, 120, 150, 180 and 210 minutes. The antioxidant properties of the hydrolysed samples (DPPH radical scavenging activity, iron chelating power, iron ion reduction power and total antioxidant activity) were evaluated and compared. The results showed that in most of the experiments, pretreatment with microwaves decreased the time of obtaining and increased the antioxidant capacity of the samples, so that the samples pretreated with microwave power of 120W showed higher antioxidant power compared to the other treated samples. In all antioxidant tests, the sample pre-treated with microwave with power 120W and hydrolysed at 90minutes showed higher antioxidant performance, and therefore it is considered as suitable treatment.
Keywords: Antioxidant properties, Edible Mushroom, Enzymatic hydrolysis, microwave pretreatment -
فراصوت به عنوان یک فناوری ارزان، می تواند پیش تیمار جهت کوتاه کردن زمان در هیدرولیز پروتیین ها مورد استفاده قرار گیرد. هدف از این پژوهش بررسی اثر زمان هیدرولیز و پیش تیمار فراصوت بر هیدرولیز آنزیمی پروتیین قارچ دکمه ای به وسیله آنزیم پانکراتین جهت تولید هیدرولیزهای با قابلیت آنتی اکسیدانی بالا بود. جهت انجام پژوهش ابتدا قارچ دکمه ای به پودر تبدیل و سپس عمل هیدرولیز در زمان های 30 تا 210 دقیقه با نسبت آنزیم به سوبسترای 1 درصد و در دمای 40 درجه سانتی گراد در سه وضعیت بدون پیش تیمار و با پیش تیمار فراصوت با توان 40 و 80 درصد صورت گرفت. افزایش توان تیمار فراصوت باعث افزایش قابلیت مهار رادیکال آزاد 2و2-دی فنیل-1-پیکریل هیدرازیل و ظرفیت آنتی اکسیدانی کل در زمان های هیدرولیز کوتاه تر گردید. بالاترین میزان مهار رادیکال آزاد DPPH در نمونه های تیمارنشده و تیمارشده توسط فراصوت با توان 40 و 80 درصد به ترتیب 39/96، 42/91 و 47/76 درصد مشاهده شد. بالاترین ظرفیت آنتی اکسیدانی کل در نمونه های تیمارنشده و تیمارشده توسط فراصوت با توان 40 و 80 به ترتیب 1/64، 1/73 و 1/98 (جذب در 695 نانومتر) بود. همچنین بالاترین میزان قدرت احیاکنندگی یون آهن در نمونه های تیمارنشده و تیمارشده توسط فراصوت 40 و 80 درصد به ترتیب 2/61، 2/84 و 2/9 (جذب در 700 نانومتر) مشاهده شد. این نتایج نشان داد که نمونه های پیش تیمارشده با فراصوت با توان 80 درصد نسبت به نمونه های بدون پیش تیمار و پیش تیمارشده با فراصوت با توان 40 درصد بالاترین خاصیت آنتی اکسیدانی را دارا می باشند. بنابراین استفاده از پیش تیمار فراصوت با توان بالا موجب کوتاه نمودن زمان هیدرولیز جهت دستیابی به پپتیدهای با قابلیت آنتی اکسیدانی بالاتر و افزایش کارایی هیدرولیز می گردد.کلید واژگان: پیش تیمار فراصوت, قارچ خوراکی دکمه ای, هیدرولیز آنزیمی, ویژگی های آنتی اکسیدانیDue to the length of the time required for protein hydrolysis, ultrasound, as a cheap technology, can be used as a pre-treatment in protein hydrolysis to shorten the time. The aim of this study was to investigate the effect of hydrolysis time and ultrasonic pretreatment on enzymatic hydrolysis of edible mushroom proteins by pancreatin enzyme to produce short chain peptides with high antioxidant capacity. In this research first edible mushrooms were turned into powder then hydrolysed during 30-210 min with enzyme to substrate ratio of 1% and at temperature of 40 °C without pretreatment, and with pretreatment by 80 and 40% ultrasound power. Increasing the power of ultrasonic treatment increased the 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) free radical scavenging activity and total antioxidant capacity at shorter hydrolysis time. The highest DPPH free radical scavenging activity in untreated and treated samples with 40 and 80% ultrasound power were 39.96, 42.91 and 47.76, respectively. The highest total antioxidant capacity for untreated and treated samples with 40 and 80% ultrasound power was 1.64, 1.73 and 1.98 (absorption at 695 nm), respectively. The results showed that the highest reducing power of Fe3+ in untreated and treated samples with 40 and 80% ultrasound power were 2.61, 2.84 and 2.90 (absorption at 700 nm), respectively. These results showed that pre-treated samples with 80% ultrasound compared to samples without pretreatment and pre-treated with 40% ultrasound had the highest antioxidant properties. Therefore, the use of high power ultrasonic pretreatment shortens the hydrolysis time to achieve peptides with higher antioxidant capacity.Keywords: antioxidant properties, Edible mushroom, Enzymatic hydrolysis, Ultrasound pretreatment
-
امروزه تهیه محصولات بدون گلوتن با کیفیت مطلوب یکی از اولویت های بخش صنعت غذا جهت تغذیه بیماران سلیاکی می باشد. لذا هدف از این پژوهش در ابتدا تهیه پودر شیر ارزن (MMP) از دانه ارزن معمولی رقم پیشاهنگ و بررسی ویژگی های فیزیکی و عملکردی آن و سپس تهیه کیک بدون گلوتن بر پایه آرد برنج با سه سطح صمغ زانتان (صفر، 15/0، 3/0 درصد) و چهار سطح پودر شیر ارزن (صفر، 5، 10، 15 درصد) و بررسی ویژگی های فیزیکوشیمیایی خمیرابه و کیک بدون گلوتن می باشد. نتایج خواص فیزیکی و عملکردی پودر شیر ارزن شامل دانسیته توده ای، جذب آب و جذب روغن به ترتیب 09/0±652/0، 1/0±615/0، 05/696±0/0 بدست آمد. افزایش پودر شیر ارزن و اثر متقابل آن با صمغ زانتان باعث افزایش ویسکوزیته خمیرابه شد. بیشترین ویسکوزیته (20 پاسکال بر ثانیه) در نمونه با 3/0 درصد صمغ و 15 درصد پودر شیر ارزن دیده شد. بدلیل افزایش ویسکوزیته حجم و تخلخل نمونه ها کاهش یافت. ارزیابی شاخص رنگ نیز نشان دهنده ی اثر معنادار پودر شیر ارزن بر پارامترهای L*،a* و b* بود. بطورکلی با افزایش پودر شیر ارزن، L* و b* کاهش وa* افزایش یافت. نتایج آنالیز حسی برای نمونه های کیک نشان داد که با افزایش پودر شیر ارزن و صمغ زانتان بدلیل افزایش ویسکوزیته و کاهش حجم امتیاز بافت نمونه ها کاهش یافت و بیشترین امتیاز مربوط به نمونه با 15/0 درصد صمغ بود. در نهایت کیک تهیه شده با 10 درصد پودر شیر ارزن به همراه 15/0 درصد صمغ زانتان بهترین تیمار از لحاظ ویژگی های حسی و کیفی بود.
کلید واژگان: آرد برنج, پودر شیر ارزن, کیک بدون گلوتن, ویژگی های عملکردیIn recent years, the production of gluten-free products with good quality is one of the priorities of the food industry to meet the needs of celiac patients. The aim of this research work was to study the effects of MMP on some physico-chemical properties of rice flour-based gluten free batter and cake. MMP was prepared from common millet grain (Pishahang variety) and its physical and functional characteristics were evaluated. Gluten-free batters and low-ratio cakes based on rice flour with three levels of xanthan gum (0, 0.15, 0.3%) and four levels of MMP (0, 5, 10, 15 %) were produced then evaluated for their physico-chemical and sensory characteristics. The results of physical and functional properties of millet milk powder including bulk density, water absorption and oil absorption respectively 0.652±0.09, 0.615±0.1, and 0.696±0.05 was obtained. Increasing levels of MMP along with xanthan gum increased the viscosity of the batter. The highest viscosity (20 pa.s) was observed in the sample with 0.3% xanthan gum and 15% MMP, which led to a decrease in the volume and porosity of the resulting cakes. Evaluation of the color indices showed the significant effect of MMP on L*, a* and b*. In general, with the increase of MMP, L* and b* decreased and a* increased. The results of sensory analysis for the cake samples showed that with the increase of MMP and xanthan gum, due to the increase in viscosity and decrease in volume, the texture score of the samples decreased, and the highest score was related to the sample with 0.15% gum. It was concluded that the cake sample prepared with 10% MMP with 0.15% xanthan gum was the best treatment in terms of sensory and quality characteristics.
Keywords: Rice flour, millet milk powder, gluten-free cake, functional properties -
درسال های اخیر به دلیل نگرانی های مرتبط با ایمنی و سلامت آنتی اکسیدان های مصنوعی، توجه گسترده ای به استفاده از آنتی اکسیدان های طبیعی شده است. پپتیدهای زیست فعال یکی از انواع این آنتی اکسیدان های طبیعی هستند. دانه خربزه ترکمنی منبع غنی از پروتیین است. هدف این پژوهش هیدرولیز آنزیمی پروتیین دانه خربزه ترکمنی با آنزیم های پانکراتین و آلکالاز در نسبت آنزیم به سوبسترا 1 درصد و فواصل زمانی 20 تا 200 دقیقه است. درجه هیدرولیز و ویژگی های آنتی اکسیدانی هیدرولیزشده های حاصل بررسی و نشان داده شد که با افزایش زمان هیدرولیز تا 120 دقیقه، درجه هیدرولیز افزایش می یابد و هیدرولیز شده های حاصل از آلکالاز دارای درجه هیدرولیز بالاتری هستند، اما افزایش هیدرولیز تا 200 دقیقه منجر به افزایش درجه هیدرولیز هیدرولیز شده های پانکراتین، نسبت به آلکالاز، شده است. مقایسه بین اغلب هیدرولیزشده های حاصل از پانکراتین و آلکالاز در زمان 180 دقیقه و 200 دقیقه اختلاف معنی داری نشان نداد (در زمینه فعالیت مهاررادیکال آزاد DPPH هیدرولیزشده های حاصل از آلکالاز، تیمار 160 دقیقه تیمار بهینه تعیین شد). بیشترین فعالیت مهارکنندگی DPPH، آنتی اکسیدانی کل توسط آنزیم پانکراتین به ترتیب پس از 160 دقیقه و 180 دقیقه هیدرولیز به میزان 72.49 درصد و 1.27 (جذب در 659 نانومتر) بود. مقایسه قدرت احیاکنندگی بین هیدرولیزشده های حاصل از آلکالاز با هیدرولیزشده های حاصل از پانکراتین نشان داد که در تمام زمان های هیدرولیز، قدرت احیاکنندگی هیدرولیزهای حاصل از آلکالاز به میزان قابل توجهی بیشتر است. هیدرولیزشده های حاصل از الکالاز قابلیت بالایی در جلوگیری از اکسیداسیون مواد غذایی دارند و می توانند به عنوان ترکیب دارویی به کار روند.کلید واژگان: آنتی اکسیدان, اکسیداسیون, پپتید, زیست فعال, هیدرولیز آنزیمیIn recent years, due to concerns about the safety and health of synthetic antioxidants, there has been widespread attention to the use of natural antioxidants. Bioactive peptides are one of these types of natural antioxidants. Turkmen melon seeds are a rich source of protein. The purpose of this study, was to perform enzymatic hydrolysis of Turkmen melon seed protein with pancreatin and alcalase enzymes in the ratio of enzyme to substrate of 1% and at intervals of 20-200 minutes. The degree of hydrolysis and antioxidant properties (DPPH radical scavengingactivity, Fe3+ reducing power, and total antioxidant activity) of the obtained hydrolysates were investigated. Based on the results obtained from the effect of time on hydrolysis for alcalase-derived hydrolysates, the treatment was 20 to 120 minutes longer than pancreatin, while the treatment of pancreatin-derived hydrolysates for 140 to 200 minutes was higher than that of alcalase. The results showed that there was no significant difference between most of the hydrolysates from pancreatin and alcalase at 180 minutes compared to 200 minutes (about the free radical scavenging activity of DPPH hydrolyzes from alcalase, 160 minutes was determined as the best treatment). The highest scavenging activity of DPPH was total antioxidant by pancreatin enzyme after 160 minutes and 180 minutes of hydrolysis and respectively 72.49% and 1.27 (absorption at 659 nm). The results showed that the produced hydrolysates have a high ability to prevent food oxidation or be used as a medicinal compound.Keywords: Antioxidant, oxidation, Peptide, Bioactive, Enzymatic Hydrolysis
-
مقدمه
رادیکال های آزاد حاصل از واکنش های اکسیداسیون باعث افت کیفیت مواد غذایی و همچنین عامل بروز بیماری های مختلف نظیر سرطان می باشند. در همین راستا، کاربرد ترکیبات طبیعی با ویژگی آنتی اکسیدانی، نظیر پپتیدهای زیست فعال مورد توجه محققین می باشد.
مواد و روش هاهدف از این پژوهش مقایسه اثر چهار آنزیم آلکالاز، تریپسین، پپسین، پانکراتین، بدون و با پیش تیمار مایکروویو و فراصوت در شرایط اپتیمم هیدرولیز (برمبنای تحقیقات قبلی) بر قابلیت آنتی اکسیدانی پروتیین هیدرولیز شده قارچ دکمه ای (Agaricus bisporus) بود. در این پژوهش عمل هیدرولیز جهت رسیدن به حداکثر فعالیت آنتی اکسیدانی با نسبت آنزیم به سوبسترا 1% و در دمای اپتیمم هر آنزیم با و بدون پیش تیمار مایکروویو و فراصوت (مایکروویو با توان W120 و سپس هیدرولیز با آنزیم در زمان 90 دقیقه و پیش تیمار فراصوت با توان 160وات سپس هیدرولیز با آنزیم در زمان 60 دقیقه و برای نمونه های بدون پیش تیمار زمان هیدرولیز 120 دقیقه جهت هیدرولیز توسط هرآنزیم) انجام گرفت.
یافته هانتایج نشان داد که بالاترین میزان ظرفیت آنتی اکسیدانی کل به میزان 64/1 (جذب در 695 نانومتر) با هیدرولیز توسط آنزیم پپسین، بالاترین قدرت احیاءکنندگی یون آهن به میزان 80/2 (جذب در 700 نانومتر) با هیدرولیز توسط آنزیم آلکالاز، بالاترین قدرت شلاته کنندگی یون آهن به میزان 08/65% با هیدرولیز توسط آنزیم تریپسین و بالاترین فعالیت مهار رادیکال آزاد DPPH به میزان 57/80% با هیدرولیز توسط آنزیم پپسین همگی درنمونه های پیش تیمارشده با فراصوت 160وات در زمان هیدرولیز 60 دقیقه مشاهده شد. پیش تیمار فراصوت و سپس پیش تیمار مایکرویو کارایی بالایی را در بهبود ویژگی آنتی اکسیدانی نمونه های هیدرولیز شده نسبت به نمونه های بدون پیش تیمار در زمان کوتاه تر هیدرولیز نشان دادند.
نتیجه گیرینتایج نشان داد که جهت ایجاد ویژگی های آنتی اکسیدانی مورد نظر در پروتیین هیدرولیز شده حاصل از قارچ خوراکی، بایستی از ترکیب خاص آنزیم هیدرولیز کننده و پیش تیمار استفاده نمود و پیش تیمار فراصوت نسبت به مایکروویو کارایی بهتری در این زمینه از خود نشان داد. پروتیین هیدرولیز شده تولیدی از قارچ خوراکی با ترکیب مختلف آنزیم و پیش تیمار از خواص آنتی اکسیدانی مناسبی برخوردار بود و بنابراین می تواند به عنوان یک جزء فراسودمند در فرمولاسیون مواد غذایی مورد استفاده قرار گیرد.
کلید واژگان: پیش تیمار مایکروویو و فراصوت, قارچ خوراکی دکمه ای, ویژگی های آنتی اکسیدانی, . هیدرولیز آنزیمیIntroductionFree radicals originate from oxidation reactions decrease food quality and also promote incidence of various diseases such as cancer.
Materials and MethodsIn this research the effect of four enzymes, alcalase, trypsin, pepsin, and pancreatin, without pretreatment and with microwave and ultrasound pretreatment under optimal hydrolysis conditions on the antioxidant capacity of edible mushroom hydrolyzed protein was compared. The hydrolysis process to reach the maximum antioxidant activity with a ratio of enzyme to substrate of 1% and at the optimum temperature of each enzyme with and without microwave and ultrasound pretreatment and ultrasound pretreatment with 160W power, then hydrolysis with enzyme was done in 60 minutes and for samples without pretreatment, hydrolysis time was 120 minutes for each enzyme.
ResultsThe results showed that the highest amount of total antioxidant capacity was 1.64 with hydrolysis by pepsin enzyme, the highest reducing power of iron ion was 2.80 with hydrolysis by alcalase enzyme. The highest iron ion chelation power of 65.08% was achieved with hydrolysis by trypsin enzyme and the highest DPPH free radical inhibition activity of 80.57% with hydrolysis by pepsin enzyme, all in the samples pre-treated with 160W ultrasound in the hydrolysis time of 60 minutes.
ConclusionsThe results showed that in order to create the desired antioxidant properties in the hydrolyzed protein obtained from edible mushrooms, a special combination of hydrolyzing enzyme and pretreatment should be used, and ultrasound pretreatment is more effective than microwave in this field. formulations.
Keywords: Antioxidant properties, Edible Mushroom, Enzymatic Hydrolysis, microwave, Ultrasound pretreatment -
نشریه پژوهش های علوم و صنایع غذایی ایران، سال نوزدهم شماره 1 (پیاپی 79، فروردین و اردیبهشت 1402)، صص 181 -194
این مطالعه به بررسی شرایط بهینه برای هیدرولیز آنزیمی پروتیین هسته انار با استفاده از روش سطح پاسخ و تاثیر هیدرولیز بر ساختار پروتیین می پردازد. در ابتدا استخراج ایزوله پروتیین صورت گرفت، سپس بهینه سازی شرایط هیدرولیز پروتیین با استفاده از آنزیم تریپسین و طرح مرکب مرکزی تعیین شد. تاثیر متغیرهای مستقل شامل دما (30 تا 45 درجه سانتی گراد)، زمان (30 تا 180 دقیقه) و نسبت آنزیم به سوبسترا (1 تا 3 درصد وزنی/وزنی) بر فعالیت مهارکنندگی رادیکال آزاد DPPH و قدرت کاهندگی یون فریک به عنوان پاسخ های این روش مورد ارزیابی قرار گرفتند. در شرایط بهینه به دست آمده از روش سطح پاسخ (دما: 6/37 درجه سانتی گراد، زمان: 55/136 دقیقه و نسبت آنزیم به سوبسترا: 2/2 درصد)، هیدرولیزهای مشتق شده، از قدرت مهارکنندگی رادیکال آزاد DPPH (به میزان 89/0±87 درصد) و توان کاهندگی یون فریک (به میزان 44/0±293/0) برخوردار بودند. در این شرایط، درجه هیدرولیز پروتیین برابر با 1±1/30 درصد بود. افزایش در میزان آبگریزی سطحی پروتیین پس از فرآیند هیدرولیز نشان دهنده باز شدن زنجیر پروتیینی هسته انار و آشکار شدن ساختار آن در طی واکنش بود. با استفاده از روش الکتروفورز، وجود پپتیدهایی با وزن مولکولی کم (کمتر از 11 کیلودالتون) تایید شد. ارزیابی تصاویر به دست آمده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان دهنده بازشدن ساختار پروتیین و تولید قطعات کوچک تر در پی اعمال تیمار آنزیمی بود. طبق نتایج به دست آمده پروتیین هیدرولیز شده هسته انار توسط آنزیم تریپسین از قابلیت ضداکسایشی مناسبی برخوردار است.
کلید واژگان: آبگریزی سطحی, الکتروفورز, میکروسکوپ الکترونی روبشی, هسته انار, هیدرولیز آنزیمیIntroductionHigh levels of free radicals can damage biomolecules and eventually cause oxidative stress. Bioactive peptides produced during enzymatic hydrolysis keep high health properties, such as antioxidant properties. The production of antioxidant peptides has received much attention as a new generation of natural antioxidants. Plants are one of the most abundant sources of biopolymers, especially protein. As long as the protein structure is intact, its amino acid sequence is inactive; however, during proteolysis, fermentation, and gastrointestinal digestion, these amino acids are released as oligopeptides ordinally with less than 20 amino acids and below 10 kDa in molecular weight. These peptides are more digestible and can exhibit specific bioactive properties such antioxidant properties. In this regard, the use of food waste containing protein to produce bioactive peptides and increase their value has received increasing attention. Enzymatic hydrolysis can increase their functional properties by converting proteins into peptides without affecting their nutritional value. Pomegranate seed protein is a by-product of the pomegranate seed oil industry and can be a good source of bioactive peptides with antioxidant properties. According to our knowledge, there isn’t any data about the enzymatic hydrolysis of pomegranate seed protein for antioxidant peptides production. In this study, the optimal conditions for enzymatic hydrolysis of pomegranate seed protein with trypsin using the responses surface method and the effect of hydrolysis on protein structure were investigated.
Materials and MethodsIn this study, the protein was extracted from pomegranate seed, and using trypsin the optimization of enzymatic hydrolysis conditions of protein was determined by Face-Centered Central Composite design, which is one of the responses surface design methods. The effect of independent variables including temperature (30 to 45 °C), time (30 to 180 minutes), and enzyme to substrate ratio (1 to 3 w/w) on DPPH free radical scavenging activity and Fe+3 reducing power as responses, was evaluated. Validation tests were performed for confirmation of the proposed values by software and the degree of hydrolysis of the samples was determined. In the next step, the unhydrolyzed and hydrolyzed protein was evaluated for molecular weight distribution and their surface hydrophobicity was compared. Finally, scanning electron microscopy images were used to confirm the hydrolysis process.
Results and DiscussionUnder optimal conditions obtained from the response surface method (temperature: 37.6 °C, time: 136.55 minutes, and enzyme to substrate ratio: 2.2%), trypsin-derived hydrolyzate, showed DPPH free radical scavenging power: 87±0.89% and Fe+3 reduction power: 0.293±0.44. Under these conditions, the degree of hydrolysis was equal to 30.1±1%. The optimum conditions of hydrolysis were validated by RSM. The increase in the surface hydrophobicity of the protein after the hydrolysis process indicated the unfolding of the pomegranate seed protein chain and the exposure of its structure during the reaction. The electrophoretic profile of denatured pomegranate seed protein showed smaller peptide bands and lower band intensity, along with losing some of the peptide fractions after hydrolysis. so the efficacy of trypsin at cleaving the protein was confirmed. Evaluation of images obtained by scanning electron microscopy showed that unhydrolyzed protein had complex structures comprised of random sheets of different sizes and shapes and the protein degraded into small fragments and looser structure with many folds after enzyme hydrolysis, resulting in smaller particles compared with untreated samples with the same SEM parameters
ConclusionConsidering the consumer’s tendency toward functional foods and present concerns about the application of synthetic additives and according to the results, the hydrolyzed pomegranate seed protein prepared by trypsin shows good antioxidant capacity. In addition, there will be a reduction in waste generated by the pomegranate processing industry. Further studies will need for the isolation and identification of the specific peptides and amino acid sequences and the evaluation of their possible incorporation in food matrices.
Keywords: Enzymatic hydrolysis, Pomegranate seed, Scanning electron microscopy (SEM), SDS-PAGE electrophoresis, Surface hydrophobicity -
هیدرولیز آنزیمی منابع پروتیینی از روش های معمول در فرآوری غذایی است. پروتیین هیدرولیز شده مخلوطی از پپتیدها و اسید- آمینه هایی است که دارای خواص سلامتی بخش بسیاری از جمله، ضد فشار خون، ضد کلسترول و آنتی اکسیدان می باشند. از جمله ضایعات میوه خربزه ترکمنی دانه آن می باشد که منبعی مقرون به صرفه برای تولید پپتید های زیست فعال است. در این پژوهش هیدرولیز آنزیمی پروتیین دانه خربزه ترکمنی با آنزیم های پانکراتین و تریپسین در نسبت آنزیم به سوبسترا %1 و فواصل زمانی 20-200 دقیقه انجام گردید. درجه ی هیدرولیز و ویژگی های آنتی اکسیدانی (فعالیت مهاررادیکال DPPH، قدرت احیاء کنندگی یون آهن، فعالیت آنتی اکسیدانی کل و فعالیت مهار رادیکال هیدروکسیل) هیدرولیز شده های حاصل مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که تیمار 180 دقیقه در مقایسه با 200 دقیقه اختلاف معنی داری نداشتند و به منظور جلوگیری از اتلاف زمان و ظرفیت دستگاه ها، تیمار با زمان پایین مدنظر قرار گرفت. بیشترین فعالیت مهارکنندگی DPPH، قدرت احیاء کنندگی آهن، آنتی اکسیدانی کل و فعالیت مهار رادیکال هیدروکسیل با هیدرولیز با آنزیم پانکراتین و پس از 180 دقیقه هیدرولیز و به ترتیب به میزان 49/72%، 55/0 (جذب در 700 نانومتر) و 59% حاصل شد. بنابراین با توجه به نتایج، آنزیم پانکراتین در مقایسه با تریپسین عملکرد بهتری در تولید پروتیین هیدرولیز شده با خاصیت آنتی اکسیدانی داشت. در نتیجه هیدرولیز شده ی حاصل قابلیت کاربرد در فرمولاسیون مواد غذایی به عنوان نگهدارنده ی طبیعی و تولید محصولات فراسودمند را دارد.
کلید واژگان: پانکراتین, تریپسین, دانه خربزه ترکمنی, هیدرولیز آنزیمی, آنتی اکسیدانEnzymatic hydrolysis of protein sources is a common method in food processing. Hydrolyzed protein is a mixture of peptides and amino acids that have many health properties including anti-hypertensive, anti-cholesterol and antioxidant. Turkmen melon seed is one of the fruit by-product which can be a cost-effective source for the production of bioactive peptides. In this study, enzymatic hydrolysis of Turkmen melon seed protein with pancreatin and trypsin enzymes in enzyme to substrate ratio of 1% and time intervals of 20-200 minutes was performed. The degree of hydrolysis and antioxidant properties (DPPH radical scavenging activity, Fe3+ reducing power, total antioxidant activity and hydroxyl radical scavenging activity) of the obtained hydrolysates were investigated. The results showed that with increasing the hydrolysis time up to 180 minutes, the degree of hydrolysis increased significantly and after that no significant differences was observed in this factor. The maximum DPPH scavenging activity, Fe3+ reducing power and hydroxyl radical scavenging activity were obtained by hydrolysis with pancreatin enzyme and after 180 minutes of hydrolysis and were 72.49%, 0.55 (adsorption at 700 nm) and 59%, respectively. The maximum total antioxidant activity of pancreatin and trypsin hydrolysates was obtained after hydrolysis at 180 minutes and there was no significant difference between them. According to the results, compared to trypsin, pancreatin enzyme showed a better performance in the production of protein hydrolysate with maximum antioxidant properties. As a result, the resulting hydrolysates, can be used in food formulation as a natural preservative and the production of functional products.
Keywords: Pancreatin, Trypsin, Turkmen Melon Seeds, Enzymatic Hydrolysis, Antioxidant -
گیاه شوید (Grammosciadium Platycarpum Boiss) متعلق به خانواده Apiaceae منبع غنی از ترکیبات فنولی و فلاونوییدی است که دارای فعالیت آنتی اکسیدانی می باشد. آنتی اکسیدان های موجود در رژیم غذایی به لحاظ محافظت بدن در مقابل استرس اکسیداتیو و حفظ سلامت، حایز اهمیت هستند. هدف از این پژوهش استخراج و ریزپوشانی ترکیبات فنولی و فلاونوییدی گیاه شوید کوهی در هیدروژل آلژینات سدیم بود. در این پژوهش ابتدا ترکیبات فنولی و فلاونوییدی از عصاره گیاه شوید کوهی استخراج و سپس جهت ریزپوشانی، در سه غلظت 1، 2 و 3 درصد به همراه آلژینات سدیم با سه غلظت 1.5 ، 2 و 3 درصد استفاده گردید. در مرحله بعد، فعالیت آنتی اکسیدانی (آنتی اکسیدانی کل، ظرفیت مهار رادیکال آزادDPPH ، مهار رادیکال آزاد هیدروکسیل، قدرت احیاکنندگی)، بارگیری ترکیبات فنولی عصاره گیاه شوید کوهی در هیدروژل آلژینات، بازده ریزپوشانی، خصوصیات ساختاری ماده ی ریزپوشانی شده از قبیل ساختار شیمیایی با استفاده از طیف سنجی مادون قرمز و قابلیت حفظ ترکیبات فنولی و خاصیت آنتی اکسیدانی فرآورده طی 30 روز نگهداری در شرایط محیطی مختلف (نور و تاریکی، دمای 25 درجه سانتی گراد و یخچال 4-7 درجه سانتی-گراد) مورد ارزیابی قرار گرفت. در این بررسی بیشترین به بازده ریزپوشانی بالایی در 75 درصد بدست آمد. نتایج وجود تفاوت معنی داری (05/0>P) در قابلیت حفظ فعالیت آنتی اکسیدانی در برابر شرایط محیطی، برای هیدروژل های حاوی مقادیر مختلف عصاره در طول 30 روز نگهداری نشان داد. مشابه نتایج بدست آمده در رابطه با قابلیت حفظ ترکیبات فنولی طی زمان نگهداری برای هیدروژل های حاوی عصاره، بیشترین میزان حفظ خاصیت آنتی اکسیدانی کل، مهار رادیکال آزاد DPPH، مهار رادیکال آزاد هیدروکسیل و قدرت احیاکنندگی در شرایط نگهداری مختلف، برای هیدروژل های حاوی عصاره 2 درصد مشاهده شد. بیشترین کاهش در خاصیت آنتی اکسیدانی برای هیدروژل های آلژینات حاوی عصاره 1 درصد در شرایط نور مصنوعی مشاهده شد که مشابه نتایج بدست آمده در رابطه با تخریب ترکیبات فنولی آن ها در همین شرایط بود. . قابلیت حفظ خاصیت آنتی اکسیدانی کل در شرایط نورمصنوعی حدود 18/ 55 درصد و در شرایط تاریکی حدود 15/74 درصد مشاهده شد. میزان مهار رادیکال آزاد DPPH در شرایط نور مصنوعی حدود 42/36 درصد و در شرایط تاریکی حدود 15/84 درصد مشاهده شد. میزان مهار رادیکال OH در شرایط نور مصنوعی حدود 11/44 درصد و در شرایط تاریکی حدود 34/68 درصد مشاهده شد. میزان قدرت احیا در شرایط نورمصنوعی حدود 53/63 درصد و در شرایط تاریکی حدود 83/75 درصد مشاهده شد. در این پژوهش مشخص گردید که آلژینات 2 درصد حاوی عصاره 2 درصد بهترین ریزپوشانی را داشته و در طول مدت نگهداری بالاترین میزان حفظ ترکیبات فنولی، خاصیت آنتی-اکسیدانی و مهار رادیکالی را دارد.کلید واژگان: آنتی اکسیدان, عصاره, ریزپوشانی, هیدروژل آلژینات, گیاه شوید کوهیThe aim of this study was to extract and encapsulate the phenolic and flavonoid compounds of wild dill (Grammosciadium Platycarpum Boiss) in sodium alginate hydrogel. In this study, phenol and flavonoid compounds were extracted from Grammosciadium Platycarpum Boiss and then used for encapsulation at three concentrations of 1, 2 and 3%) in sodium alginate with three concentrations of 1.5, 2 and 3%. In the next step, antioxidant activity (total antioxidant, DPPH free radical scavenging capacity, OH radical scavenging, reducing power), loading capacity of phenolic compounds of Grammosciadium Platycarpum Boiss extract in alginate hydrogel, encapsulation efficiency and process efficiency, were evaluated. Also, structural properties of encapsulated material including chemical structure using infrared spectroscopy were measured. The ability to preserve phenolic compounds and antioxidant properties of the product during 30 days of storage in different environmental conditions (light and dark, and temperature 25 ° C and 4-7 °C) were also evaluated. The results showed the maximum loading capacity of 1.178 mg as gallic acid per gram of extract was obtained for alginate hydrogel containing 3% extract. In addition, it was found that by using this method, a high coating efficiency of about 75% was obtained. The results also revealed a significant difference (P<0.05) in the ability to maintain antioxidant activity against environmental conditions, for hydrogels containing different amounts of extract during 30 days of storage. Similar results obtained with respect to the ability of phenolic compounds retention during storage in hydrogels containing the extract, the maximum retention of total antioxidant properties, free radical scavenging of DPPH, free radical scavenging of OH and reducing power under different storage conditions, were observed for hydrogels containing 2% extract. The greatest reduction in antioxidant properties was observed for hydrogels containing 1% extract under artificial light conditions. The ability to maintain the antioxidant property of the was observed in the artificial light condition about 55/18% and in the dark conditions about 74/15%.the rate of free radical DPPH in artificial lighting conditions accounted for about 36/42 %, and about 84/15 % in the dark conditions. The rate of free radical OH in artificial lighting conditions accounted about 44/11% and about 68/34% in the dark conditions. The rate of power regenerative in artificial lighting conditions was 63/53 % and was estimated at 75/83% in the dark conditions. In this study it was found that 2% alginate containing 2% extract has the best encapsulation and has the highest retention of phenolic compounds and antioxidant properties during storage.Keywords: Antioxidant, extract, Encapsulation, Alginate hydrogel, Grammosciadium Platycarpum Boiss
-
سابقه و هدف :
رادیکال های آزاد و هیدروپراکسیدهای حاصل از واکنش های اکسیداسیون باعث افت کیفیت مواد غذایی و همچنین عامل بروز بیماری های مختلف نظیر سرطان می باشند. به دلیل نگرانی هایی که در مورد ایمنی و سلامت بلند مدت آنتی اکسیدان های سنتزی مانند BHT و BHA وجود دارد، تقاضا برای آنتی اکسیدان های طبیعی و ایمن هم چون پپتیدهای زیست فعال به شکل گسترده ای افزایش پیدا کرده است. پپتیدهای زیست فعال به عنوان پروتیین های هیدرولیز شده ای تعریف می شوند که پس از ورود و جذب در بدن، دارای اثرات سلامتی-بخش مشخصی هستند.
مواد و روش هاهدف این پژوهش بهینه سازی شرایط هیدرولیز پروتیین پودر قارچ دکمه ای (Agaricus bisporus) با آنزیم آلکالاز به منظور تولید پروتیین هیدرولیزشده با خواص آنتی اکسیدانی مناسب بود. جهت انجام این پژوهش ابتدا قارچ خوراکی پس از خریداری از بازار و انجام فرآیندهای آماده سازی مربوطه به پودر تبدیل گردید. سپس به منظور بهینه سازی تولید پروتیین های هیدرولیز شده قارچ با حداکثر فعالیت آنتی اکسیدانی به روش سطح پاسخ متغیرهای مستقل زمان، دما و نسبت آنزیم به سوبسترا و متغیر وابسته اندازه گیری قابلیت آنتی اکسیدانی نمونه هیدرولیز شده (به روش فعالیت مهار رادیکال آزاد DPPH، قدرت احیاء یون آهن و ظرفیت آنتی اکسیدانی کل) تعریف شدند. دماهای مورد استفاده در محدوده ی 55-40 درجه سانتی گراد، زمان بین 30 تا 210 دقیقه و نسبت آنزیم به سوبسترا 1تا 3 درصد بود که توسط روش سطح پاسخ بهینه سازی شدند. در این تحقیق از نرم افزارآماری Design Expert برای اعمال طرح آماری سطح پاسخ استفاده شد. طرح آماری مذکور به صورت کامپوزیت مرکزی با تعداد 20 تیمار آزمایشی شامل شش تکرار در نقطه ی مرکزی، طراحی گردید.
یافته هانتایج به دست آمده نشان دادند که کلیه پارامترهای مورد بررسی (غلظت آنزیم، دما و زمان هیدرولیز) تاثیر مشخصی بر روی فعالیت آنتی اکسیدانی محصول هیدرولیز شده تولیدی دارند. بر اساس نتایج مشخص گردید که جهت تولید پروتیین هیدرولیز شده از پودر قارچ با فعالیت آنتی کسیدانی بالا (فعالیت مهار رادیکال آزادDPPH ، قدرت احیاکنندگی یون آهن و ظرفیت آنتی اکسیدانی کل) توسط آنزیم آلکالاز شرایط بهینه هیدرولیز شامل دمای 5/47 درجه سانتی گراد، زمان 197 دقیقه و نسبت آنزیم به سوبسترا 1/2 درصد بود که با درجه مطلوبیت 100 درصد منطبق با فعالیت مهار رادیکال آزاد DPPH معادل با 661/10 درصد (رقت ده برابری نمونه)، قدرت احیاکنندگی یون آهن معادل با 45/2 (جذب در700 طول موج نانومتر) و ظرفیت آنتی اکسیدانی کل برابر با 224/1 (جذب در طول موج 695 نانومتر) بود.
نتیجه گیرینتایج نشان داد که با بهینه سازی شرایط هیدرولیز پروتیین حاصل از پودر قارچ خوراکی می توان به محصولی با حداکثر قابلیت آنتی اکسیدانی دست یافت که دارای پتانسیل کاربرد به عنوان یک افزودنی طبیعی و فراسودمند در فرمولاسیون مواد غذایی می باشد.
کلید واژگان: قارچ خوراکی دکمه ای, هیدرولیز آنزیمی, ویژگی های آنتی اکسیدانی, بهینه سازیBackground and ObjectivesFree radicals and hydroperoxides originate from oxidation reactions could reduce food quality and also promote incidence of various diseases such as cancer. In this regard, the use of natural compounds with antioxidant properties, such as bioactive peptides, is of interest to many researchers. Demand for natural and safe antioxidants such as bioactive peptides has increased dramatically due to concerns about the safety and long-term health implications of synthetic antioxidants such as BHT and BHA. Bioactive peptides are defined as hydrolyzed proteins that, after entering the body, show potential ability to stimulate desirable and health promoting activities.
Materials and MethodsThe aim of this study was to optimize the hydrolysis conditions of edible mushroom (Agaricus bisporus) powder protein with alcalase enzyme in order to produce hydrolyzed protein with potential antioxidant properties. To conduct this research, first, edible mushrooms were turned into powder after purchase from the market and conducting related processes. Then, in order to optimize the production of hydrolyzed proteins with maximum antioxidant activity using response surface methodology, the independent variables selected as time, temperature and ratio of enzyme to substrate and dependent variables was selected as the antioxidant capacity of the hydrolyzed sample (using DPPH free radical scavenging methods, iron ion reduction power and total antioxidant capacity). The temperatures used were in the range of 40-55 °C, the hydrolysis time between 30 to 210 minutes and the enzyme to substrate ratio 1 to 3%, which was optimized by the surface response methodology. In this research, Design Expert statistical software was used to apply the response level of statistical design. The statistical design was prepared with a central composite design with 20 experimental treatments that included a central point with six replications.
ResultsThe obtained results showed that all the studied parameters (enzyme concentration, temperature and time of hydrolysis) had a significant effect on the antioxidant activity of the hydrolyzed product. The results showed that for the production of hydrolyzed protein of edible mushroom with high antioxidant activity (DPPH free radical scavenging methods, reducing power of Fe3+ and total antioxidant capacity) by the alcalase enzyme, the optimal conditions include temperature of 47.5 ° C, the hydrolysis time of 197 minutes and the enzyme-to-substrate ratio 2.1%, which with desirability of 100% was equal to DPPH free radical scavenging of 10.661%, reducing power of Fe3+ equal to 2.45 (absorption at 700 nm) and the total antioxidant capacity of 1.224 (absorption at 695 nm).
ConclusionsThe results showed that by hydrolysis of protein of edible mushroom under optimal conditions a product with suitable antioxidant capacity can be obtained, which can be used as natural and functional additives in food formulations.
Keywords: Edible Mushroom, Enzymatic hydrolysis, Antioxidant Properties, Optimization
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.