ارزیابی تاثیر آنزیم های میکروبی و وزن مولکولی بر خاصیت آنتی¬اکسیدانی و ضد میکروبی پروتئین هیدرولیز شده دانه جو
محورهای موضوعی : شیمی مواد غذایی-آنتی اکسیدان هانگار تاجیک 1 , پیمان آریایی 2 * , لیلا نجفیان 3
1 - دانشجوی دکتری،گروه علوم و صنایع غذایی، واحد آیت ا... آملی، دانشگاه آزاد اسلامی،آمل، ایران
2 - دانشیار، گروه علوم و صنایع غذایی، واحد آیت ا... آملی، دانشگاه آزاد اسلامی،آمل، ایران.
3 - استادیار،گروه علوم و صنایع غذایی، واحد ساری، دانشگاه آزاد اسلامی، ساری، ایران.
کلید واژه: پروتئین هیدرولیز شده, آنتی اکسیدان, دانه جو, وزن مولکولی, ضد میکروبی.,
چکیده مقاله :
یکی از منابع جدید آنتیاکسیدانهای طبیعی، پروتئینهای هیدرولیزشده از منابع گیاهی میباشد. جو با توجه به سازگاری بالا به شرایط اقلیمی مختلف و قابلیت رشد در زمینهای فقیر و نامساعد و همچنین به علت دارا بودن ویتامینهایA، E، B1، B2، B12 و مواد معدنی و درصد پروتئین نسبتا بالا مورد توجه خاص است. بنابر این هدف از این تحقیق بررسی آنتیاکسیدانی و ضد میکروبی پروتئین هیدرولیز شده دانه جو بوده است. بنابراین در این مطالعه پروتئین هیدرولیز شده دانه جو با استفاده با استفاده از آنزیمهای تجاری آلکالاز و فلاورزایم، هیدرولیز و پپتیدهای زیست فعال که با استفاده از روش اولترافیلتراسیون غشایی با سه فرکشن شامل کمتر از 3 کیلو دالتون، 3-10 کیلو دالتون و 10-30 کیلو دالتون جدا گردید. خواص آنتیاکسیدانی پروتئین هیدرولیز شده و ضد میکروبی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که پروتئین هیدرولیز شده توسط آلکالاز از میزان پروتئین و درجه هیدرولیز بالاتری نسبت به پروتئین هیدرولیز شده توسط آنزیم فلاورزایم برخوردار بود (05/0>p). نتایج نشان داد که فعالیت مهار رادیکال آزاد DPPH و ABTS و قدرت احیاکنندگی آهن در پروتئین هیدرولیز شده دانه جو توسط آنزیم آلکالاز به طور معنیداری بیشتر از پروتئین هیدرولیز شده فلاورزایم بود (05/0>p)، همچنین این پروتئین خاصیت ضدمیکروبی بالاتری بر روی باکتریهای پاتوژن داشت و خاصیت ضدمیکروبی علیه باکتری استافیلوکوکوس اروئوس بالاتر از اشیرشیاکلی بود. پروتئین هیدرولیز شده دانه جو با وزن مولکولی کمتر از 3 کیلو دالتون دارای بالاترین فعالیت آنتیاکسیدانی و ضدمیکروبی را دارا بود (05/0>p). نتایج کلی نشان داد، پروتئین هیدرولیز شده دانه جو دارای فعالیت آنتیاکسیدانی و ضدمیکروبی بالقوه بوده و میتواند يك منبع ايمن خوراكي و غني از پروتئين جهت استفاده در صنایع غذایی، غذاهای فراسودمند و خوراک دام توصیه شود.
One of the new sources of natural antioxidants is hydrolyzed proteins from plant sources. Barley is of particular interest due to its adaptability to different weather conditions and the ability to grow in poor and unfavorable lands, as well as due to the presence of vitamins A, E, B1, B2, B12 and minerals and a relatively high percentage of protein. Therefore, the aim of this research was to investigate the antioxidant and antimicrobial properties of hydrolyzed barley protein. In this study, barley grain protein was hydrolyze using commercial enzymes of alcalase and flavourzyme, and bioactive peptides was separated using membrane ultrafiltration with three fractions including less than 3 kDa, 3-10 kDa and 10 -30 kDa. The antioxidant properties of hydrolyzed and antimicrobial proteins were evaluated. The results showed that the protein hydrolyzed by alcalase had a higher protein content and degree of hydrolysis than the protein hydrolyzed by flavourzyme enzyme (p <0.05). The results showed that the free radical scavenging activity of DPPH and ABTS and the power of iron reduction in barley grain hydrolyzed protein by alcalase enzyme was significantly higher than flavourzyme (p <0.05), also this antimicrobial properties against pathogenic bacteria was higer, and its antimicrobial properties against Staphylococcus aureus were higher than Escherichia coli. Hydrolyzed barley grain protein with a molecular weight of less than 3 kDa had the highest antioxidant and antimicrobial activity (p <0.05). Therefore, it seems that hydrolyzed barley grain protein has potential antioxidant and antimicrobial activity and can be recommended as a safe and rich source of protein for use in food industry, health foods and animal feed.
1. Ahmadi F, Kadivar M, Shahedi M. 2007. Antioxidant activity of Kelussia odoratissima Mozaff. in model and food systems. Food Chemistry. 2007 105 (1): 57-64.
2. Aondona M, Ikya J. K, Ukeyima M.T, Gborigo J. A, Aluko R. E, Girgih A.T. 2021. In vitro antioxidant and antihypertensive properties of sesame seed enzymatic protein hydrolysate and ultrafiltration peptide fractions. Journal of Food Biochemistry.2021: 45: 1056-1073.
3. Borrajo P, Pateiro M, Gagaoua M, Franco D, Zhang W, Lorenzo J. M. Evaluation of the Antioxidant and Antimicrobial Activities of Porcine Liver Protein Hydrolysates Obtained Using Alcalase, Bromelain, and Papain. Appl. Sci. 2020; 10: 22-33.
4. Bougatef A, Hajji M, Balti R, Lassoued I, Triki-Ellouz Y, Nasri M. Antioxidant & free radical-scavenging activities of smooth hound (Mustelus mustelus) muscle protein hydrolysates obtained by gastrointestinal proteases. Food Chemistry. 2009; 114: 1198-1205.
5. Chalamaiah M, Hemalatha R, Jyothirmayi T. Fish protein hydrolysates: Proximate composition, amino acid composition, antioxidant activities and applications: A review. Food Chemistry. 2012; 135(4): 3020–3038.
6. Cozzolino D, Roumeliotis S, Eglinton J. 2015. Relationships between fatty acid contents of barley grain, malt, and wort with malt quality measurements. Cereal Chemistry. 92: 93-97.
7. Da Rocha M, Alemán A, Romani V. P, López-Caballero M. E, Gómez-Guillén M. C, Montero P, Prentice C. Effects of agar films incorporated with fish protein hydrolysate or clove essential oil on flounder (Paralichthys orbignyanus) fillets shelf-life. Food Hydrocolloids. 2018; 81: 351–363.
8. Davidson, P. M., Taylor, T.M. and Schmidt, S .E. 2013. Chemical preservatives and natural antimicrobial compounds, in Food microbiology. American Society of Microbiology, 22: 765-801.
9. DECastro R. J. S, Cason V. G, Sato H. H. Binary mixture of proteases increases the antioxidant properties of white bean (Phaseolus vulgaris L.) protein-derived peptides obtained by enzymatic hydrolysis. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2017; 10: 291-297.
10. FAO/WHO, 1990. Energy and protein requirements. Report of joint FAO/ WHO/UNU Expert Consultation Technical Report. FAO/WHO and United Nations University, Geneva, Series No. 724.
11. Firmansyah M, Abduh M. Y. Production of protein hydrolysate containing antioxidant activity from Hermetia illucens. Heliyon. 2019; 5(6): 25-41.
12. Ghanbarinia S. H, Ariaii P, Safari R, Najafian L. The effect of hydrolyzed sesame meal protein on the quality and shelf life of hamburgers during
refrigerated storage. Animal science journal. 2022; 93: 11-29.
13. Ghelich S, Ariaii P, Ahmadi M. Evaluation of Functional Properties of Wheat Germ Protein Hydrolysates and Its Effect on Physicochemical Properties of Frozen Yogurt. Int J Pept Res Ther. 2022; 28: 69-81.
14. Grisi T. C, Lira K. G. Action of nisin and high ph on growth of Staphylococcus aureus and Salmonella sp. in pure culture and the meat of land crab (Ucides cordatus). Brazilian Journal of Microbiology. 2005; 36: 151-156.
15. Guo B, Luan H, Lin S, Lv C, Zhang X, Xu R. Comparative proteomic analysis of two barley cultivars (Hordeum vulgare L.) with contrasting grain protein content. Front Plant Sci. 2016; 7:1–11.
16. Hamzeh, A., Rezaei, M., Khodabandeh, S. 2019. Antiproliferative and antioxidative activities of cuttlefish (Sepia pharaonis) protein hydrolysates as affected by degree of hydrolysis. Food Measurement, 12: 721–727.
17. Houde M, Khodaei N, Benkerroum N, Karboune, S. Barley protein concentrates: Extraction, structural and functional properties. Food Chemistry. 2018; 254: 367–376.
18. Jaeger A, Emanuele Z, Aylin W, Sahin, Elke K. Arendt. Barley Protein Properties, Extraction and Applications, with a Focus on Brewers’ Spent Grain Protein. Foods, 2021; 10(6): 13-29.
19. Mirsadeghi Darabi D, Ariaii P, Safari R, Ahmadi M. Effect of clover sprouts protein hydrolysates as an egg substitute on physicochemical and sensory properties of mayonnaise. Food Science & Nutrition. 2022; 10: 253–263.
20. Mirzapour Z, Ariaii P, Safari R. Evaluation the Effect Hydrolyzed Canola Meal Protein with Composite Coating on Physicochemical and Sensory Properties of Chicken Nugget. Int J Pept Res Ther. 2022; 28: 71-90.
21. Nasir S. N. A. M, Sarbon N. M. Angiotensin converting enzyme (ACE), antioxidant activity and functional properties of shortfin scad (Decapterus macrosoma) muscle protein hydrolysate at different molecular weight variations. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2019; 20: 101-124.
22. Nemati M, Javadian S. R, Ovissipour M. Keshavarz M. A study on the properties of alosa (Alosa caspia) by-products protein hydrolysates using commercial enzymes. World Applied Sciences Journal. 2012; 18 (7): 950-956.
23. Ovissipour M, Rasco B, Shiroodi S.G, Modanlow M, Gholami S, Nemati M. Antioxidant activity of protein hydrolysates from whole anchovy sprat (Clupeonella engrauliformis) prepared using endogenous enzymes and commercial proteases. Journal of Food Science and Agriculture. 2013; 93: 1718–1726.
24. Rabiei S, Rezae M, Asgharzade D, Nikoo M, Rafieian-Kopaei M. Antioxidant and cytotoxic properties of protein hydrolysates obtained from enzymatic hydrolysis of Klunzinger’s mullet (Liza klunzingeri) muscle. Brazilian Journal of Pharmaceutical Sciences. 2019; 55:1-10.
25. Ryu B, Shin K. H, Kim S. K. Muscle Protein Hydrolysates and Amino Acid Composition in Fish. Mar Drugs Jun. 2021; 29: 11-29.
26. Saad A. M, Sitohy M. Z, Ahmed A. I, Rabie N. A, Amin S. A, Aboelenin S. M, Soliman M. M, El-Saadony M. T. Biochemical and Functional Characterization of Kidney Bean Protein Alcalase - Hydrolysates and Their Preservative Action on Stored Chicken Meat. Molecules. 2021; 26: 46-59.
27. Shahi Z, Sayyed-Alangi S. Z, Najafian L. Effects of enzyme type and process time on hydrolysis degree, electrophoresis bands and antioxidant properties of hydrolyzed proteins derived from defatted Bunium persicum Bioss. press cake. Heliyon. 2020; 6(2): 55-72.
28. Shahnazi S, Khalili Sigaroudi F, Ajni Y, Yazdani D, Ahvazi M, taghizad F. Investigation of chemical composiotion and antimicrobial properties Thymus trautvetteri essential oil. Journal of Medicinal plants. 2007; 23:80–88.
29. Shahosseini S. R, Javadian S. R, Safari R. Evaluation of antibacterial and antioxidant activities of Liza abu viscera protein hydrolysate. Journal of Innovation in Food Science and Technology. 2021; 30 (2): 123-146.
30. Shahosseini S. R, Javadian S. R, Safari R. Effects of Molecular Weights -Assisted Enzymatic Hydrolysis on Antioxidant and Anticancer Activities of Liza abu Muscle Protein Hydrolysates. International Journal for Peptide Research & Therapeutics. 2022; 28: 1-11.
31. Taha S. ¬F, Mohamed S.¬ S, Wagdy M.¬S., Mohamed, F.¬G. 2013. Antioxidant and antimicrobial activities of enzymatic hydrolysis products from sunflower protein isolate. World Applied Sciences Journal, 21: 651-658.
32. Taheri A, Bakhshizadeh A. Antioxidant and ACE Inhibitory Activities of Kawakawa (Euthynnus affinis) Protein Hydrolysate Produced by Skipjack Tuna Pepsin, Journal of Aquatic Food Product Technology. 2020; 29 (2): 148-166.
33. Tkaczewska J, Borawska-Dziadkiewicz J, Kulawik P, Duda I, Morawska M, Mickowska B. The effects of hydrolysis condition on the antioxidant activity of protein hydrolysate from Cyprinus carpio skin gelatin. LWT Food Science and Technology. 2020;117: 108-126.
34. Varedesara M. S, Ariaii P, Hesari J. The effect of grape seed protein hydrolysate on the properties of stirred yogurt and viability of Lactobacillus casei in it. Food Sci Nutr. 2021; 9: 2180–2190.
35. Yaghoubzadeh Z, Peyravii Ghadikolaii F, Kaboosi H, Safari R. Fattahi E. Antioxidant Activity and Anticancer Effect of Bioactive Peptides from Rainbow Trout (Oncorhynchus mykiss) Skin Hydrolysate, International Journal of Peptide Research and Therapeutics. 2020; 26: 625–632.