Les propriétés fonctionnelles des protéines peuvent être améliorées par hydrolyse par certaines protéases

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Résumé:Pour étudier les méthodes d'amélioration du traitement des déchets porcins, la peau de porc a été hydrolysée à l'aide de différentes protéases disponibles dans le commerce (Alcalase, Flavorzyme, Neutrase, Bromelain, Protamex et Papain) dans plusieurs conditions optimales. Après hydrolyse enzymatique, les hydrolysats de collagène (CH) ont été fractionnés par poids moléculaire (3 kDa) via une ultrafiltration membranaire. Les CHS ont été analysés pour les propriétés physiques (pH, récupération des protéines, teneur en groupes amino libres, distribution du poids moléculaire et composition aminée) ainsi que pour les propriétés fonctionnelles (activités antioxydantes et activités anti-âge). Parmi les CH, les CH hydrolysés par l'Alcalase (CH-Alcalase) présentaient le degré d'hydrolyse le plus élevé par rapport aux autres CH. "CH-Alcalase" et "CH-Alcalase"<3 kda"="" fractions="" showed="" a="" considerably="" high="" antioxidant="" activity="" and="" collagenase="" inhibition="" activity.="" therefore,="" resulting="" bioactive="" have="" the="" potential="" for="" development="" as="" antioxidants="" and="" anti-aging="" ingredients="" in="" the="" food,="" cosmetics,="" and="" pharmaceuticals,="" from="" animal="">

Mots clés:hydrolyse; les protéases commerciales; hydrolysat de collagène; antioxydant; anti-âge

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1. Introduction

Avec l'augmentation de l'espérance de vie, les procédures anti-âge de la peau reçoivent beaucoup d'attention. Le collagène, utilisé dans les produits de soin de la peau comme ingrédient cosméceutique anti-âge, est largement utilisé sur le marché cosmétique. Le collagène est une protéine fibreuse de haut poids moléculaire d'origine animale, présente en abondance dans le tissu conjonctif, la peau, les tendons, le cartilage, les ligaments, les dents, les ongles et les cheveux des humains et des animaux. Le bétail reste la principale source de collagène industriel[1]. Chaque année, de grandes quantités de sous-produits de l'élevage sont rejetées dans le monde entier, sous forme de déchets, par les industries de transformation des aliments et de la viande. Cependant, ceux-ci peuvent être utilisés comme ressources protéiques importantes pour de nouveaux matériaux alimentaires ou convertis en produits à valeur ajoutée via l'hydrolyse, qui est largement appliquée pour améliorer et améliorer les propriétés fonctionnelles et nutritionnelles des protéines [2,3]. Le collagène est également de plus en plus considéré comme une source de peptides bioactifs, qui se sont révélés prometteurs en tant que composés bénéfiques à utiliser dans des applications nutritionnelles ou pharmaceutiques.avantages cistanche,Par conséquent, l'hydrolyse du collagène peut jouer un rôle important dans l'amélioration de sa biodisponibilité et de son aptitude à être utilisée dans divers procédés commerciaux.

Activités physiologiques des peptides bioactifs, qui contiennent généralement 2-20 résidus d'acides aminés (<6000 da),="" are="" based="" on="" the="" composition="" and="" sequence="" of="" their="" amino="" acids="" [2,4].="" due="" to="" their="" structural="" properties="" such="" as="" molecular="" weight,="" bioactive="" peptides="" may="" possess="" specific="" characteristics="" that="" affect="" numerous="" physiological="" processes="" related="" to="" antimicrobial,="" antioxidant,="" emulsifying,="" antihypertensive,="" antidiabetic,="" and="" immunomodulatory="" functions="" in="" organisms[1,5,6].="" generally,="" low="" molecular="" weight="" hydrolysates="" display="" lower="" viscosity,="" better="" dispersion,="" higher="" hydrophobicity,="" and="" smaller="" particle="" size="" [7].="">cholestérol cistancheLe degré d'hydrolyse affecte directement le poids moléculaire et la composition en acides aminés des hydrolysats [8]. Par conséquent, le processus d'hydrolyse peut être nécessaire pour produire de nouveaux peptides bioactifs.

Cistanche peut anti-âge

L'hydrolyse des protéines, conduisant au clivage des liaisons peptidiques, peut être réalisée par des procédés enzymatiques ou chimiques [9]. Les procédés chimiques, y compris l'hydrolyse alcaline ou acide utilisant des extractions par solvant, sont nocifs non seulement pour l'environnement mais aussi pour les humains qui consomment les produits qui en résultent [4,10]. Les procédés chimiques, difficiles à contrôler, donnent des produits contenant des acides aminés modifiés [9]. En revanche, l'hydrolyse enzymatique peut être réalisée dans des conditions douces, évitant ainsi les environnements extrêmes requis par les traitements chimiques. De plus, les processus ne produisent pas de réactions secondaires ni ne diminuent la valeur nutritionnelle de la source de protéines [8]. Plusieurs protéases, y compris l'Alcalase, la pepsine, le Protamex, la trypsine et la Neutrase, sont couramment utilisées pour hydrolyser les protéines, résultant en divers types d'hydrolysats de protéines et de peptides avec une variété d'activités biofonctionnelles. Une étude a rapporté la production d'hydrolysats de collagène à activité antioxydante à partir de gélatine de peau de porc en utilisant l'hydrolyse enzymatique par la pepsine et la pancréatine [11].effets secondaires de cistanche deserticolaLes sous-produits de saumon ont été hydrolysés pour produire des hydrolysats peptiques à l'aide de diverses protéases, où les peptides finaux ont montré d'excellentes propriétés antioxydantes et anti-inflammatoires [12].

L'objectif de la recherche était : (a) d'identifier les hydrolysats de collagène les plus actifs produits par hydrolyse enzymatique à l'aide de différentes protéases disponibles dans le commerce (Alcalase, Flavorzyme, Neutrase, Protamex, Bromelain et Papain) ; (b) de confirmer l'effet de fractionnement de hydrolysats de collagène obtenus par hydrolyse enzymatique, et (c) pour déterminer leurs activités antioxydantes et anti-âge in vitro.

2. Résultats et discussion

2.1.Effet de l'hydrolyse enzymatique sur les hydrolysats de collagène

2.1.1.pH

Les propriétés fonctionnelles des protéines peuvent être améliorées par hydrolyse par certaines protéases. Dans cette étude, six protéases différentes (Alcalase, Flavorzyme, Neutrase, Bromelain, Protamex et Papain) ont été utilisées pour hydrolyser le collagène de la peau porcine afin d'obtenir des hydrolysats de collagène actifs à faible poids moléculaire.dose de cistanche redditLe changement de pH dans les hydrolysats de collagène (CH) est illustré à la figure 1. Le pH de la suspension de collagène (mélange de peau de porc à 5 %) était initialement de 6,39-6,55 (à 0h). CH-Alcalase et CH-Flavorzyme ont atteint un pH optimal (pH 8.0) à 12 h d'incubation. CH-Protamex, CH-Bromelain et CH-Papaïne ont atteint un pH optimal (pH7.0) à 6h d'incubation, tandis que CH-Flavorzyme a continué à diminuer de pH6,39 à pH5,69 pendant 24 h d'incubation (Figure 1). Le pH d'un hydrolysat de protéines est un facteur important qui régule les réactions d'hydrolyse enzymatique [13]. Par conséquent, la génération d'hydrolysats de collagène dans des conditions de pH différents peut être due à des changements dépendant du pH dans la conformation enzymatique, qui peuvent avoir un impact sur leur bio-activation et leurs propriétés physico-chimiques.

2.1.2. Électrophorèse sur gel de dodécylsulfate de sodium-polyacrylamide (SDS-PAGE)

Les profils d'électrophorèse sur gel de dodécylsulfate de sodium-polyacrylamide (SDS-PAGE) des CH traités avec diverses protéases pendant 24 h sont présentés (Figure 2). Le profil peptidique de la suspension de collagène (à 0 h) a montré une bande visible dans la plage de poids moléculaire faible à élevé. Les résultats ont indiqué une hydrolyse rapide dans CH-Alcalase, CH-Neutrase, CH-Bronneline et CH-Protamex, car il n'y avait pas de bandes après 3 h d'incubation. Les bandes de gamme de poids moléculaire élevé de CH-Alcalase, CH-Neutrase et CH-Protamex ont diminué de manière dépendante du temps d'incubation. Cependant, CH-Bromeline n'a pas varié avec le temps d'incubation car il a été complètement hydrolysé après seulement 1 h d'incubation. Fait intéressant, les CH ont complètement disparu lorsque l'échantillon a réagi avec l'Alcalase ou la Neutrase pendant 6h, indiquant que le collagène agissait comme un substrat approprié pour certaines des autres enzymes testées.bienfaits de l'extrait de cistanche,Cependant, des bandes de CH-Flavorzyme et de CH-Papaïne sont apparues dans la plage de poids moléculaire faible à élevé après 24 h. Les protéines peuvent être partiellement hydrolysées en peptides ou en acides aminés par hydrolyse enzymatique, en fonction du type de protéase, du temps d'incubation et du rapport protéase sur substrat (quantité de protéines) [14]. Le processus d'hydrolyse enzymatique est principalement déterminé par le fait que le type de protéase impliqué est une endopeptidase ou une exopeptidase [15,16]. Étant donné que l'Alcalase, la Neutrase et la Protamex sont des endopeptidases, on peut s'attendre à ce que leurs processus d'hydrolyse rompent de manière aléatoire les liaisons peptidiques des acides aminés non terminaux, facilitant ainsi une hydrolyse supplémentaire des protéines. D'autre part, Flavorzyme est à la fois une endo- et une exopeptidase, qui rompt la non- ou N-terminale des chaînes peptidiques. Dans cette étude, la protéine de collagène contenait des sites de liaison, qui étaient plus sensibles à l'activité exopeptidase qu'à l'activité endopeptidase de Flavorzyme. Ainsi, en raison de l'activité exopeptidase, l'hydrolyse des protéines de collagène par Flavorzyme impliquait la rupture étape par étape des liaisons peptidiques de l'extrémité N-terminale des acides aminés, ce qui ralentissait l'hydrolyse des protéines.

2.1.3. Récupération de protéines et contenu du groupe amino libre

La récupération des protéines des CH obtenus via différentes protéases commerciales est illustrée (figure 3A). Le témoin (suspension de collagène) avait une teneur en récupération de protéines de 1,19 mg/mL. La récupération des protéines est un paramètre de l'efficacité de l'hydrolyse enzymatique. La faible teneur en récupération de protéines du CH indique une dégradation accrue des protéines. De plus, la récupération des protéines est bien corrélée à la solubilité des protéines. Une activité hydrolytique plus élevée peut être causée par une augmentation des chaînes latérales hydrophobes exposées, conduisant à des interactions hydrophobes accrues entre les protéines et/ou les peptides. Ces chaînes latérales hydrophobes peuvent entraîner une diminution de la solubilité des protéines, entraînant ainsi une récupération accrue des protéines des hydrolysats. Dans notre étude, le contenu de récupération des protéines était bien corrélé aux changements dans les modèles SDS-PAGE. Les niveaux de teneur en protéines les plus faibles et les plus élevés ont été enregistrés pour l'hydrolyse de l'Alcalase et du Flavorzyme, respectivement. Pour l'efficacité de l'hydrolyse liée au temps d'incubation, CH-Alcalase, CH-Bromelain et CH-Protamex ont considérablement diminué en une heure d'incubation par rapport au témoin. La diminution de la teneur en protéines récupérées résultant de l'hydrolyse des protéines a montré une relation inverse avec la teneur en groupes amino. De plus, la plupart des CH, à l'exception de la CH-Neutrase, présentaient une faible teneur en protéines entre 3 h et 12 h. Après 24 h d'incubation, leur teneur en protéines a de nouveau augmenté dans CH-Alcalase, CH-Flavorzyme, CH-Neutrase, CH-Bromeline, CH-Protamex et CH-Papaïne comme suit :0.83 mg/mL, 1,29 mg/ mL, 00,75 mg/mL, 00,97 mg/mL, 00,77 mg/mL et 1,11 mg/mL, respectivement. Certains rapports indiquent que le temps d'hydrolyse optimal dépend de plusieurs facteurs tels que l'espèce sélectionnée, la matière première, l'enzyme utilisée, le taux matière première/enzyme, la concentration de l'enzyme, le degré d'hydrolyse poursuivi, etc. [16 ]. Certains rapports indiquent qu'une hydrolyse enzymatique prolongée (sur 24 h) peut entraîner une réduction de l'activité de la protéase ; ainsi, l'hydrolyse enzymatique doit être effectuée dans les 24 h suivant l'hydrolyse enzymatique [17,18].

The free amino group content of CH, which is an indicator of enzymatic hydrolysis efficiency, was estimated(Figure 3B). The expected outcome of protein breakdown is that protein may be hydrolyzed into shorter peptide products. The free amino group content of the control was initially 0.14 mg/mL. The free amino group content of all CHs dramatically increased with increasing incubation time. After 24 h incubation, the free amino group content by descending order was: CH-Alcalase (1.00 mg/mL)>CH-Protamex(0.70 mg/mL)> CH-Neutrase(0.68 mg/mL)>CH-Bromeline (0.67 mg/mL)>CH-Flavorzyme (0.53 mg/mL)>CH-Papaïne(0.40 mg/mL). Les différences courantes dans la teneur en protéines totales ou en groupes amino libres des échantillons hydrolysés par voie enzymatique peuvent être liées à la spécificité de l'enzyme. Elle dépend des propriétés d'une enzyme au cours du processus d'hydrolyse enzymatique [16,17]. Par exemple, les protéases alcalines (telles que l'Alcalase) présentent des activités hydrolytiques supérieures par rapport aux protéases acides ou neutres.

2.2. Effet de l'ultrafiltration sur les propriétés de l'hydrolysat de collagène

Un procédé d'ultrafiltration peut être une méthode utile et industriellement avantageuse pour produire de petites fractions peptidiques avec une taille moléculaire souhaitée et une bioactivité élevée, en fonction de la composition de l'hydrolysat de départ et de l'activité étudiée [19]. La solubilité, la teneur en groupes amino libres et le rendement en CH après lyophilisation sont indiqués (tableau 1). La solubilité et la teneur en groupes amino libres du témoin étaient de 11,95 % et 0,79 %, respectivement. Après hydrolyse enzymatique et ultrafiltration avec un seuil de poids moléculaire de 3 kDa, la solubilité la plus élevée (21,17 %) et la teneur en groupes amino libres (14,17 %) ont été observées dans la CH-Alcalase.<3 kda.="" however,=""><3kda was="" the="" lowest="" field="" (12.42%)observed.="" therefore,="" although="" ultrafiltration="" is="" useful="" in="" separating="" chs="" with="" low="" molecular="" weight,="" it="" may="" cause="" a="" reduction="" in="">

Le poids moléculaire moyen des hydrolysats de protéines est un facteur important qui détermine leurs propriétés biologiques [19]. Généralement, une fraction moyenne avec MW<3 kda="" represents="" a="" collagen="" hydrolysate;="" an="" average="" fraction="" with="" mw=""> 50 kDa represents gelatin, and an average fraction with MW>300 kDa représente le collagène [20,21]. La distribution relative du poids moléculaire du contrôle (échantillon de prétraitement), de la CH-Alcalase et de la CH-Alcalase<3 kda="" is="" depicted="" in="" figure="" 4.="" the="" molecular="" weight="" distribution="" was="" over="" 20,100="" da="" for="" the="" control,="" which="" did="" not="" include="" the="" collagen="" hydrolysate=""><3 kda).="" this="" could="" not="" be="" numerically="" provided="" in="" this="" study,="" as="" the="" detection="" limit="" of="" the="" index="" detector="" system="" only="" ranged="" from="" 106="" to="" 20,100="" da.="" however,="" ch-alcalase="" showed="" detectable="" values="" in="" a="" higher="" range="" of="" relative="" molecular="" weight="" distribution,="" which="" ranged="" from="" 20,100="" da="" to="" 4270="" da="" (maximum="" peak:12,600="" da).in="" ch-alcalase=""><3 kda,="" the="" molecular="" weight="" distribution="" mainly="" showed="" three="" peaks:="" one="" with="" an="" mw="" of="" approximately="" 4270="" da(maximum="" peak),="" one="" with="" an="" mw="" of="" approximately="" 424="" da,="" and="" one="" with="" an="" mw="" of="" approximately="" 222="" da="" and="" 102="" da.="" ultrafiltration="" is="" an="" effective="" purification="" method="" used="" to="" obtain="" low="" molecular="" weight="" peptides="" from="" crude="" hydrolysates.="" results="" indicated="" that="" enzymatic="" hydrolysis="" by="" alcalase="" clearly="" reduced="" the="" high="" mw="" of="" the="" control="" (either="" collagen="" or="" gelatin),="" and="" that="" ultrafiltration="" was="" an="" effective="" purification="" method="" that="" can="" be="" used="" to="" obtain="" low="" molecular="" weight=""><3 kda)="" from="" crude="" collagen="" hydrolysates.="" reportedly,="" low="" molecular="" weight="" peptides="" (2-20="" amino="" acids)="" are="" more="" biologically="" active="" compared="" to="" their="" parent="" polypeptide/="" proteins,="" which="" are="" larger="">

La composition en acides aminés dans les CH est indiquée (tableau 2). Le CHS par différentes protéases avait des compositions d'acides aminés et des propriétés antioxydantes différentes [23]. La composition en acides aminés du collagène était riche en glycine (Gly), proline (Pro) et acide glutamique (Glu). La teneur en acides aminés des CHs (CH-Alcalase et CH-Alcalase<3 kda)="" increased="" more="" than="" that="" of="" the="" control,="" following="" enzymatic="" hydrolysis="" with="" or="" without="" ultrafiltration.="" in="" particular,="" the="" content="" of="" gly,="" pro,="" and="" glu="" was="" much="" higher="" in=""><3 kda(gly="" 218="" mg/g,="" pro="" 152="" mg/g,="" and="" glu="" 120="" mg/g)="" than="" ch-alcalase(gly149="" mg/g,="" pro="" 95mg/g,="" and="" glu78="" mg/g).="" an="" increase="" in="" the="" content="" of="" these="" amino="" acids="" is="" strongly="" related="" to="" enhanced="" antioxidant="" capabilities="" 16,20].="" gly="" and="" pro="" contain="" hydrophobic="" amino="" acid="" groups,="" and="" glu="" contains="" negatively="" charged="" amino="" acid="" groups.="" these="" amino="" acids="" have="" been="" reported="" to="" enhance="" antioxidant="" activity="" because="" of="" their="" increased="" solubilities="" in="" lipids="" or="" via="" free="" radical="" reactions="">

Cet article est extrait de Molécules 2019, 24, 1104 ; doi:10.3390/molecules24061104 www.mdpi.com/journal/molecules