Perfil de aminoácidos y propiedades biológicas del capullo de seda afectado por la extracción de agua y enzimas Parte 1
Mar 18, 2022
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Abstracto:Se comparó la eficacia para la extracción proteica de agua versus la extracción enzimática. La composición de aminoácidos, actividad inhibitoria contra enzimasα-amilasayα-glucosidasa, y se determinaron las actividades anti-glicación del extracto de proteína de seda (SPE). Utilizamos extracción de agua (100°C, seis horas) y proteasa-enzimáticoextracción. La microestructura de las fibras de seda era obviamente diferente después de la extracción. Los resultados mostraron que la extracción enzimática dio los mayores valores de contenido de proteínas, aminoácidos, contenido fenólico total (TPC) y totalflavonoidecontenido (TFC), así como todos los parámetros de actividades biológicas probados, pero también proporcionó un sabor más amargo en el extracto, aminoácidos que contribuyen al 51% (arginina, fenilalanina, histidina, valina, triptófano, isoleucina y leucina) y menos aminoácidos que aportan sabor dulce y umami que la extracción de agua, que podría ser más adecuada para ser utilizada como nutracéuticos concentrados.
Palabras clave:proteína de seda; proteasa; serina;ácido glutámico; o-amilasa; sabor amargo
1. Introducción
La seda es una fibra proteica que consiste en sericina y fibroína; de estos, la proteína fibroína comprende del 70% al 80% de la fibra de seda. Tiene dominios amorfos y cristalinos con cadenas cortas de aminoácidos que le permiten mantener su estructura compacta [1]. La sericina es una proteína globular que constituye aproximadamente el 20-30% de la fibra de seda. Su función es recubrir y unir los filamentos de fibroína en los capullos de gusanos de seda [2]. Las proteínas, sericina y fibroína, han sido ampliamente estudiadas para aplicaciones médicas debido a sus buenas propiedades fisicoquímicas y actividades biológicas, como antioxidantes, antiinflamatorias, biocompatibilidad, aceleración de la proliferación celular y activación de la síntesis de colágeno. En la industria de la seda, la sericina se elimina de la fibroína y posteriormente se descarta. Sin embargo, se ha demostrado que esta proteína presenta propiedades interesantes, que pueden permitir su aplicación en varios campos. Debido a sus capacidades hidratantes y antiarrugas, la sericina es un compuesto interesante en la industria cosmética [3,4]. Además, la sericina se ha estudiado para sus fines biomédicos, como un biomaterial y para la administración de fármacos [5-8], principalmente porque se ha informado que es inmunológicamente inerte [6]. La actividad antioxidante de la sericina es una de sus propiedades más significativas porque podría proporcionar efectos positivos para la salud humana y en la industria alimentaria como conservante natural de alimentos [9].
Cistanche puede mejorar la inmunidad
Nuestro estudio anterior mostró que los capullos de seda, extraídos con agua hirviendo durante seis horas, proporcionaron los mejores resultados con respecto a los perfiles de aminoácidos, el contenido total de fenólicos y flavonoides, y las propiedades biológicas, incluida la inhibición anti-glicación, o-amilasa y c-glucosidasa [10]. Sin embargo, aunque nuestros resultados revelaron que un tiempo de extracción más largo ofrecía mayores valores biológicos, el extracto más concentrado se requiere para hacer nutracéuticos o cosméticos además de los alimentos funcionales. Para explorar más usos potenciales de los componentes del capullo de seda, es necesario emplear otros métodos de extracción, como (1) la extracción con detergentes y jabones que conducen a la desnaturalización de proteínas y la hidrólisis parcial de las cadenas de filamentos de seda [5]: carbonato de sodio [11], hidróxido de calcio [12] y detergentes no iónicos [13] se han utilizado para el proceso de desgomado, (2) extracción con vapor mediante autoclave: debido a la alta temperatura aplicada, los enlaces de hidrógeno entre los grupos hidroxilo se vuelven inestables permitiendo que el agua interactúe con los aminoácidos polares de la sericina [14]. El peso molecular de las muestras obtenidas está en el rango de 27 a 200 kDa[15],(3)extracción asistida por enzimas, etc. La extracción enzimática se utiliza normalmente para el fraccionamiento de materia prima vegetal y para la extracción de moléculas de manera inofensiva [16].
nutracéuticos o cosméticos además de alimentos funcionales. Para explorar más usos potenciales de los componentes del capullo de seda, es necesario emplear otros métodos de extracción, como (1) la extracción con detergentes y jabones que conducen a la desnaturalización de proteínas y la hidrólisis parcial de las cadenas de filamentos de seda[5]: carbonato de sodio[11], hidróxido de calcio [12] y detergentes no iónicos [13] se han utilizado para el proceso de desgomado, (2)extracción con vapor mediante autoclave: debido a la alta temperatura aplicada, los enlaces de hidrógeno entre los grupos hidroxilo se vuelven inestables permitiendo que el agua interactúe con los aminoácidos polares de la sericina [14]. El peso molecular de las muestras obtenidas está en el rango de 27 a 200 kDa [15], (3) extracción asistida por enzimas, etc. La extracción enzimática se utiliza normalmente para el fraccionamiento de materia prima vegetal y para la extracción de moléculas de manera inofensiva [16].
Ha habido muchos estudios que utilizan la extracción enzimática para la mejora de la calidad. Por ejemplo, Sangwong et al. [17] utilizaron una enzima proteasa para modificar la sericina extraída de los capullos; los resultados obtenidos en este estudio sugieren que la proteína sericina, modificada utilizando una enzima proteasa, podría adoptarse como ingrediente en aplicaciones alimentarias y cosméticas. La dosis de la enzima y el tiempo de tratamiento influyen en la cinética del proceso. Además, las propiedades químicas de los péptidos solubles de sericina varían según la enzima utilizada. Se obtienen péptidos en el rango de 5 a 20 kDa y estos están libres de ácidos alcalinos y grasos [18]. Mientras que este enfoque es un poco más caro que las técnicas descritas anteriormente, se requiere menos energía. En consecuencia, este proceso se vuelve más sostenible [19]. También se evaluó el uso combinado de enzimas (savinasa y alcalde) y ultrasonido para extraer la sericina de la fibra de seda. En este caso, la eficacia del proceso de desgomado aumentó junto con el tiempo de tratamiento. Sin embargo, no se estudió la integridad de la sericina aislada [13]. Del mismo modo, recientemente se aisló una serina proteasa alcalina termoestable de una bacteria (Bacillus hallodurans) capaz de eliminar la sericina de la seda. Esta nueva proteasa ha exhibido una mayor capacidad de desgomado que las proteasas alcalasas comerciales [20]. Sin embargo, se ha informado de poca información sobre la comparación de la composición química y las propiedades biológicas de los capullos de seda tailandeses a partir del agua y la extracción enzimática.
Por lo tanto, nuestro objetivo fue comparar el agua versus la extracción enzimática en los perfiles de aminoácidos, el contenido total de fenólicos y flavonoides, las propiedades biológicas, la antiglicación, la inhibición de la αx-amilasa y la α-glucosidasa con respecto a la optimización del método de extracción de proteínas de seda. La cepa Nangtui fue seleccionada como la más cultivada popularmente en el noreste de Tailandia (Bombyx mori; capullo amarillo). Esperábamos generar información útil para usos más amplios de este extracto de proteína de seda. Este estudio también debería proporcionar una base útil para mejorar el procesamiento y la producción de productos alimenticios funcionales.
2. Resultados y discusión 2.1. Microestructura de fibras de seda
La microestructura de las fibras de seda era obviamente diferente después de la extracción. Los tamaños de imagen SEM y expandidos a 200× y 1200× mostraron que las fibras de seda resultantes diferían en comparación con el agua y los métodos de extracción enzimática. Es posible observar que el control tiene una superficie grande y lisa en comparación con la extracción de agua, lo que produjo un hilo de seda que se encogió, con alguna fractura, en comparación con la extracción enzimática. Este último método produjo hilos que eran muy pequeños y encogidos (Figura 1). Estos resultados estuvieron de acuerdo con Wongpinyochit et al. [21], quienes especulan que las enzimas proteolíticas alteraron la geometría del empaquetamiento de seda, permitiendo una mayor entrada de agua, lo que resultó en la hinchazón de partículas. Al mismo tiempo, la degradación redujo las cargas superficiales, lo que permitió que los productos de degradación se acumularan libremente en la superficie de partículas restante.
2.2. La diferencia debida al método de extracción en el contenido de aminoácidos del extracto de proteína de seda (SPE) y el contenido de proteína
La extracción de SPE con enzimas proporciona un valor total de aminoácidos esenciales que es tres veces mayor que los métodos de extracción de agua (Tabla 1), debido al uso de una enzima proteasa que rompió los enlaces peptídicos de las moléculas de proteínas que producen aminoácidos libres y péptidos más cortos. La degradación de proteínas tiene la ventaja de que las enzimas son altamente específicas para el sustrato respectivo. Por lo tanto, no se necesitan grandes cantidades de enzimas y pueden degradar las proteínas en condiciones leves. Además, el uso de enzimas tiene una tasa de degradación de proteínas relativamente alta en comparación con el uso de ácidos o álcalis. Las enzimas son catalizadores biológicos que aceleran las velocidades de una amplia variedad de reacciones químicas. Diferentes enzimas pueden causar reacciones de hidrólisis, reducción, oxidación, coagulación y descomposición. Las enzimas proteolíticas o proteasas son aquellas enzimas que escinden hidrolíticamente el enlace peptídico que une los aminoácidos en las cadenas polipeptídicas, degradando así las proteínas en moléculas más pequeñas, como peptonas, péptidos y aminoácidos. Estos productos de procesos biotecnológicos están encontrando aplicaciones más amplias en la medicina y la industria; el uso de varias enzimas proteolíticas ha aumentado, por lo tanto, enormemente en los últimos años [22-24]. El resultado del aminoácido resultante en la extracción enzimática también tiene un mayor contenido de proteínas. La extracción por enzima da el valor de contenido proteico de 3 mg/g (Tabla 1). El rendimiento de extracción de SPE en el agua e hidrolizado utilizando enzima fue de 43,31 y 94,61%, respectivamente. La extracción de capullos por agua lleva mucho tiempo, lo que hace que una gran cantidad de agua se evapore, lo que resulta en un menor rendimiento. En contraste con el uso de enzimas, se obtuvieron mayores rendimientos.
2.3.El efecto del método de extracción sobre las contribuciones de aminoácidos al gusto
El SPE obtenido por extracción con agua o enzima afectó las contribuciones al gusto (la alanina, la glicina y la serina son de sabor dulce, la arginina, la fenilalanina, la histidina, la valina, el triptófano, la isoleucina y la leucina tienen un sabor amargo, y el ácido glutámico y el ácido aspártico son umami). Las diferencias de sabor resultantes(1; dulce, 2; umami: es el quinto sabor básico, además del sabor agrio, dulce, salado y amargo que produce un sabor delicioso, y 3; amargo) se muestran en la Figura 2. La extracción con agua o enzima da los valores de sabor dulce, umami y amargo de 40, 33, 27% y 32,17, 51%, respectivamente. Sin embargo, la hidrólisis enzimática de proteínas puede producir compuestos con un sabor más amargo que la extracción de agua debido a la liberación enzimática de grupos hidrófobos de aminoácidos, como isoleucina, fenilalanina, triptófano, tirosina y valina [25]. Las proteasas con una amplia especificidad tienen una tendencia a hidrolizarse en residuos de aminoácidos hidrófobos, dejando un residuo de aminoácidos no polares en el extremo C del péptido formado. Esto conduce a una amargura relativamente mayor [26].
2.4. El efecto del método de extracción sobre el contenido fenólico total y el contenido total de flavonoides La extracción enzimática de SPE mostró el mayor contenido fenólico total (TPC) y el contenido total de flavonoides (TFC) de 87,65 mg GAE/g DW y 52,02 mg RE/g DW, respectivamente (Figura 3) en comparación con la extracción de agua (con diferencias significativas entre el método (p<0.05). the="" phenolic="" and="" flavonoid="" profiles="" were="" also="" studied.="" the="" main="" phenolic="" acids="" found="" were="" gallic="" acid,="" protocatechuic="" acid,="" p-hydroxybenzoic="" acid,="" ferulic="" acid,="" and="" sinapic="" acid,="" whereas="" the="" major="" flavonoids="" found="" were="" rutin="" and="" myricetin="" (data="" not="" shown).="" protease="" treatment="" of="" spe="" significantly="" increased="" polyphenol="" and="" flavonoid="" contents.="" many="" reports="" have="" reported="" that="" the="" physiological="" function="" of="" natural="" foods="" can="" be="" attributed="" to="" the="" antioxidative="" capacity="" of="" their="" antioxidant="" components.="" the="" protease="" may="" have="" acted="" by="" catalyzing="" the="" hydrolytic="" degradation="" of="" intracellular="" organelles="" and="" cell="" membranes="" of="" protein="" nature="" [27-29].="" the="" increased="" release="" of="" polyphenols="" for="" the="" enzyme="" preparations="" suggests="" that="" these="" enzymes="" may="" contain="" activities="" that="" directly="" promote="" the="" selective="" release="" of="" antioxidant="" phenols="" or="" modify="" released="" phenols="" to="" become="" more="" potent="" antioxidant="" compounds.="" aside="" from="" the="" favorable="" effects="" of="" enzyme-aided="" extraction="" on="" bioactive="" compounds,="" a="" decrease="" in="" the="" anthocyanin="" content="" has="" been="" reported="" in="" fruit="" juice="">
2.5.Los efectos del método de extracción sobre la actividad de eliminación de radicales DPPH, ABTS+ y el ensayo FRAP
La actividad antioxidante de SPE con diferentes métodos de extracción se evaluó mediante la determinación de radicales DPPH, ABTS + y FRAP Assay, como se muestra en la Figura 4. Las actividades de eliminación de radicales libres de SPE con diferentes métodos de extracción están indicadas por % de inhibición. SPE de extracción enzimática mostró los niveles más altos de radicales DPPH, ABTSf y FRAP de 26.32, 32.08 y 6.24% de inhibición, respectivamente, mientras que la extracción de agua mostró la inhibición más baja de 24.85, 30.19 y 5.01%, respectivamente (con diferencias significativas entre el método (p< 0.05).="" there="" are="" many="" reports="" that="" the="" extraction="" method="" induces="" conformational="" and="" functional="" changes="" in="" proteins,="" including="" antioxidant="" activity="" [17,30].="" enzyme-aided="" extraction="" has="" been="" reported="" to="" have="" both="" adverse="" and="" favorable="" effects="" on="" bioactive="" compounds.="" increases="" in="" antioxidant="" activity="" by="" enzyme-aided="" extraction="" have="" been="" reported="" by="" many="" studies,="" mostly="" in="" plants="" [31].="" for="" instance,sanyo="" et="" al.="" [32]="" reported="" that="" cellulase-treated="" ground="" rice="" husk="" could="" improve="" its="" biological="" activities,="" thus="" providing="" a="" more="" acceptable="" product.="" the="" increase="" or="" decrease="" in="" ferric-reducing="" power="" for="" protein="" hydrolysates="" may="" be="" related="" to="" the="" exposure="" of="" electron-dense="" amino-acid="" side-chain="" groups,="" such="" as="" polar="" or="" charged="" moieties="" during="" hydrolysis="">
2.6.Actividad inhibitoria contra la a-amilasa, la α-glucosidasa y la actividad de formación de anti-AGE en SPE
El SPE tuvo actividad inhibitoria contra las enzimas c-amilasa y a-glucosidasa. Esta actividad fue mayor para la extracción enzimática, que proporcionó una mejor inhibición que la proteína extraída en agua (Figura 5). La actividad inhibitoria frente a la α-amilasa y la α-glucosidasa de SPE procedentes del agua y la extracción enzimática fueron de 29,18 y 11,23% de inhibición, respectivamente, y las extracciones enzimáticas fueron de 31,86 y 12,69% de inhibición, respectivamente (con diferencias significativas entre el método (p<0.05). some="" researchers="" have="" reported="" that="" several="" amino="" acids="" act="" as="" α-glucosidase="" inhibitors.="" suzuki="" et="" al.="">
habían probado inicialmente los efectos inhibitorios de Gly o Ser y mostraron cierta actividad de inhibición de la α-glucosidasa. Varios ensayos in vitro han demostrado que muchos polifenoles vegetales posponen actividades inhibidoras de la enzima hidrolizante de carbohidratos. Algunos compuestos, como los polifenoles del té verde, las antocianinas de la batata, la genisteína de la isoflavona de soja y varios flavonoides, inhiben las actividades de la α-glucosidasa y la α-amilasa [35,36]. Estas actividades inhibitorias de los fitoquímicos vegetales contra las enzimas hidrolizantes de carbohidratos contribuyen a reducir la hiperglucemia postprandial.α-Glucosidasa, como la acarbosa, se unen competitivamente al sitio de unión a oligosacáridos de la α-glucosidasa o α-amilasa, lo que impide la unión y la hidrólisis enzimática del sustrato de oligosacáridos [37]. Por lo tanto, es posible que las actividades inhibidoras de la α-glucosidasa de estos compuestos resulten del grupo fenol de la acarbosa y los polifenoles que se unen a estas enzimas.
Figura 5. El efecto del método de extracción sobre la actividad inhibitoria contra la enzima αx-amilasa y la α-glucosidasa y las actividades de antiglicación de SPE. Los valores se expresan como desviación media± estándar (n=3). Las medias con diferentes letras en diferentes barras fueron significativamente diferentes entre los tratamientos a p<>
Este artículo está extraído de Molecules 2021, 26, 3455. https://doi.org/10.3390/molecules26113455 https://www.mdpi.com/journal/molecules
