Cambiamenti nei profili degli aminoacidi e nei composti bioattivi dei bozzoli di seta tailandesi influenzati dall'estrazione dell'acqua Parte 1

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Astratto:Le proteine ​​della seta hanno molti componenti vantaggiosi tra cui proteine ​​e pigmenti. Le proteine, sericina e fibroina, sono state ampiamente studiate per applicazioni mediche grazie alle loro buone proprietà fisico-chimiche e alle loro attività biologiche. Vari ceppi di bozzoli mostrano composizioni diverse come profili di amminoacidi e livelli di attività antiossidante. Pertanto, gli obiettivi di questo studio erano trovare un metodo di estrazione delle proteine ​​della seta adatto per ottenere prodotti con proprietà chimiche e biologiche adatti come alimenti funzionali in due ceppi diBombicebozzolo di seta mori (ceppi Nangsew; bozzolo giallo) e bozzolo di seta Samia ricini (ceppi Eri; bozzolo bianco) estratti con acqua a 100 gradi per 2,4,6 e 8h. I risultati hanno mostrato che i ceppi di Nangsew estratti per 6 ore contenevano le più alte quantità di proteine, amminoacidi, fenoli totali (TPC) e flavonoidi totali (TFC), oltre all'attività di scavenging dei radicali DPPH, alla capacità di scavenging dei radicali ABTS e al potere antiossidante di riduzione del ferro (FRAP). ),anti-glicazione, -amilasi e-glucosidasiinibizione. Il tempo di estrazione più lungo ha prodotto concentrazioni più elevate di aminoacidi, contribuendo al gusto dolce e umami in entrambi i ceppi di seta. Sembrava che l'amaro diminuisse con l'aumentare del tempo di estrazione, con conseguente miglioramento della dolcezza e dell'umami degli estratti proteici della seta.

Parole chiave:estrazione di proteine ​​della seta;sericina; proprietà biologiche; estrazione dell'acqua;antiossidanti

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1. Introduzione

La seta è una fibra proteica naturale prodotta dai bozzoli del baco da seta (Bombyx mori). È costituito dal 70-80 percento di una proteina fibrosa a due gruppi chiamata fibroina e dal 20-30 percento di una matrice amorfa di una proteina globulare solubile in acqua chiamata "sericina che funge da gomma per legare insieme i due filamenti di fibroina [1]. La fibroina è una proteina insolubile in acqua, costituita da strati di fogli antiparalleli nelle fibre naturali [2], due aminoacidi non polari, glicina e alanina, sono i principali componenti aminoacidici della fibroina. Le proprietà funzionali della fibroina sono state utilizzate in vari campi come il tessile, l'ingegneria dei tessuti, la somministrazione di farmaci, l'imaging e il rilevamento per applicazioni avanzate 13]. La sericina è una famiglia di proteine ​​del bozzolo sintetizzate specificamente nella ghiandola della seta media del baco da seta Bombyx mori; la sericina costituisce circa il 20-30 percento del peso totale del bozzolo. È noto che possiede funzioni biologiche, come attività antiossidanti e anti-tirosinasi [4-6]. D'altra parte, i pigmenti nei bozzoli di seta hanno anche attività antiossidanti. I composti in questi pigmenti dipendono sia dal cibo assunto dalle larve (foglie di gelso, foglie di manioca, ecc.) sia dal ceppo di baco da seta coinvolto [7]. Sono stati compiuti sforzi per determinare se l'utilizzo delle proteine ​​della sericina estratte dal bozzolo dei bachi da seta può essere benefico per il consumo umano. Una delle proprietà fisico-chimiche della sericina è la sua attività antiossidante. I gusci di bozzolo variano di colore, cioè bianco, verde, giallo e rosso. Le componenti del colore coesistono e si accumulano nello strato di sericina dei bozzoli. Tra i diversi bozzoli colorati, i gusci dei bozzoli giallo-verdi contengono vari composti flavanolici con attività antiossidante [8].

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La sericina è una proteina idrosolubile. Quando la sericina viene disciolta in un solvente polare, idrolizzata in soluzioni acide o alcaline o degradata da una proteasi, la dimensione delle molecole di sericina risultanti dipende da fattori quali temperatura, pH e tempo di elaborazione. La sericina può essere estratta dalla seta staccandola dalla parte fibrosa. In passato, la fibroina era considerata più utile della sericina nell'industria della seta. Pertanto, prima della filatura della seta, la sericina deve essere rimossa, mediante un processo di sgommatura; la sericina risultante viene scartata nell'effluente. Il ripristino della sericina dal liquido di sgommatura può alleggerire il carico nell'effluente, riducendo così il carico di rifiuti ambientali, fornendo anche un prezioso biopolimero con proprietà redditizie indicibili [9]. Durante l'ultimo decennio, la sericina è emersa come una preziosa risorsa commerciale in molti settori, come quelli che producono cosmetici e prodotti farmaceutici e alimentari, nonché nella produzione di molti biomateriali funzionali [10]. Inoltre, la sericina è risultata utile anche come biomateriale degradabile, materiale biomedico e base polimerica per formare articoli medici e membrane funzionali. Pertanto, il recupero della sericina non solo può ridurre l'impatto ambientale, ma può anche generare entrate come materiale naturale a valore aggiunto nella produzione della seta. Il metodo di estrazione tradizionale thailandese per sciogliere la sericina dal bozzolo di seta prevede la bollitura dei bozzoli in acqua calda a 80-100 gradi. Tuttavia, questo processo richiede tempo. Pertanto, è necessario un metodo di estrazione appropriato per aumentare la resa e la qualità della sericina estratta, pur mantenendo le sue proprietà benefiche per la salute tenendo conto dello sviluppo di alimenti funzionali o nutraceutici. In Thailandia vengono coltivate numerose varietà di seta, principalmente nel nord-est della Thailandia. Può essere classificato in due tipi, tra cui la seta gialla tradizionale tailandese (Bombyx mori; ceppo indigeno) e la seta bianca importata (Samia ricini). Tuttavia, mancano informazioni sulla composizione chimica e sulle proprietà salutari degli estratti di bozzolo di seta tailandese.

Pertanto, lo scopo dello studio è stato quello di sviluppare un metodo di estrazione delle proteine ​​della seta migliorato per i ceppi Nangsew (giallo) ed Eri (bianco), pur mantenendo le proprietà chimiche e biologiche delle proteine ​​estratte. Le indagini hanno incluso gli effetti di vari tempi di estrazione sui profili di aminoacidi, sul contenuto fenolico totale e sui flavonoidi e sulle proprietà biologiche valutate con diversi saggi. Inoltre, sono state studiate le correlazioni tra quei composti bioattivi e le attività biologiche per ogni ceppo di seta. Questa ricerca dovrebbe fornire informazioni sui composti importanti nelle proteine ​​della seta trasformate, sviluppando così un additivo naturale a base di seta per alimenti funzionali e fornendo preziosi sottoprodotti per l'uso da parte dei consumatori.

2. Risultati e discussione

2.1. L'effetto del tempo di estrazione sul contenuto di amminoacidi degli estratti proteici della seta (SPE)

La SPE dei due ceppi di baco da seta era costituita da tutti e dieci gli aminoacidi essenziali e da otto aminoacidi non essenziali che sono mostrati nelle Tabelle 1 e 2. Il contenuto di aminoacidi essenziali totali nei ceppi di Nangsew era superiore a quello dei ceppi Eri (circa 3 percento, rispetto a sei ore). Le composizioni e il contenuto di amminoacidi sono stati migliorati con tempi di estrazione più lunghi, tranne dopo sei ore in entrambi i ceppi. Le composizioni di amminoacidi differivano tra i ceppi. I tre principali aminoacidi dei bozzoli di seta erano serina, glicina e treonina, come si trovano nei ceppi Nangsew (era stata mangiata la foglia di gelso) e nei ceppi Eri (era stata mangiata la foglia di manioca). Nella foglia di gelso c'erano glicina, alanina e serina. La composizione complessiva dei gruppi amminici acidi (cioè acido aspartico e glutammico) nel ceppo di gelso era maggiore di quella degli amminoacidi basici [11]. Tuttavia, tutti gli autori concordano sul fatto che la serina sia l'amminoacido più abbondante, seguito dall'acido aspartico e dalla glicina. Un ulteriore fattore riguarda l'organizzazione delle proteine ​​tra gli strati del bozzolo: esterno, medio e interno. Lo strato esterno è il più solubile, mentre la conca adiacente alla fibroina può essere rimossa solo con composti ad alta pressione, alta temperatura o alcalini [12]. Sotto questi trattamenti le strutture dei fogli vengono degradate e di conseguenza la proteina viene denaturata, aumentando così la sua solubilità in acqua [13].

2.2.L'effetto del tempo di estrazione sul contenuto proteico

I tempi di estrazione più lunghi hanno fornito estratti di bozzolo con un contenuto proteico più elevato per entrambi i ceppi. La SPE dei ceppi Nangsew ha fornito un contenuto proteico più elevato rispetto ai ceppi Eri (Tabelle 1 e 2). La concentrazione proteica ha mostrato un evidente aumento con tempi di estrazione più lunghi; il tempo di estrazione più lungo di otto ore ha fornito le concentrazioni proteiche più elevate. La solubilità delle proteine ​​è influenzata dalla composizione e sequenza degli amminoacidi, dal peso molecolare e dalla conformazione e dal contenuto di gruppi di amminoacidi polari e non polari. È importante utilizzare appieno la nostra conoscenza della composizione e della conformazione degli amminoacidi delle proteine, comprese le proprietà idrofobiche e idrofile che influenzano la solubilità delle proteine. La solubilità delle proteine ​​è influenzata anche da fattori ambientali: forza ionica, tipo di solvente, pH, temperatura e condizioni di lavorazione. Non è stata dimostrata una relazione tra solubilità proteica e struttura [14]. L'interazione proteina-proteina in un mezzo acquoso è accelerata dalle interazioni idrofobiche tra i gruppi non polari sulla proteina. Quando una proteina viene denaturata, le strutture secondarie e terziarie vengono alterate ma i legami peptidici della struttura primaria tra gli amminoacidi vengono lasciati intatti. Poiché tutti i livelli strutturali di una proteina determinano la sua funzione, la proteina non può più svolgere la sua funzione una volta che è stata denaturata. Ciò è in contrasto con le proteine ​​intrinsecamente non strutturate, che si dispiegano nel loro stato nativo, ma sono ancora funzionalmente attive e tendono a ripiegarsi quando si legano al loro bersaglio biologico [15].

2.3. L'effetto del tempo di estrazione sui contributi di aminoacidi al gusto

Ogni amminoacido ha il suo sapore unico. Alanina, glicina e serina hanno un sapore dolce, mentre arginina, fenilalanina, istidina, valina, triptofano, isoleucina e leucina hanno un sapore amaro, mentre l'acido glutammico e l'acido aspartico sono umami[16]. I risultati del contenuto di aminoacidi nelle Tabelle 1 e 2 sono stati utilizzati per valutare la distribuzione delle tre categorie di gusto di SPE per entrambi i ceppi di seta, indicando il valore di distribuzione come mostrato nella Figura 1. Il tempo di estrazione più lungo ha causato le concentrazioni più elevate di contributi di aminoacidi al gusto dolce e umami in entrambi i ceppi di seta. Sembra che l'amarezza diminuisca all'aumentare del tempo di estrazione, con conseguente miglioramento della dolcezza e dell'umami quando si confrontano i ceppi di Nangsew con i ceppi di Eri; I ceppi Eri contenevano un gusto più dolce rispetto ai ceppi Nangsew. Tuttavia, potrebbe essere necessaria un'adeguata valutazione sensoriale se questa applicazione viene utilizzata come bevanda per l'uomo.

2.4. L'effetto del tempo di estrazione sul contenuto fenolico totale e sul contenuto totale di flavonoidi

Un tempo di estrazione di sei ore ha prodotto il contenuto fenolico totale (TPC) e il contenuto totale di flavonoidi (TFC) più elevati rispetto ad altri tempi, aumentando fino a sei ore, dopodiché si è verificata una piccola ma significativa diminuzione (Tabella 3). La SPE dei ceppi Nangsew e dei ceppi Eri per il tempo di estrazione a sei ore ha fornito rispettivamente i valori TPC di 79 e 32 e i valori TFC di 47 e 13 mg GAE/g DW. Il contenuto di TPC e TFC era più alto nei ceppi Nangsew, probabilmente spiegando perché i ceppi Nangsew, in particolare il tipo giallo-bozzolo, contengono quantità significative di pigmenti, che sono principalmente associati a carotenoidi e flavonoidi. Questi composti polifenolici sono più comunemente noti per le loro proprietà antiossidanti e altre diverse funzioni biochimiche, come attività antitirosinasi, antiallergiche o antinfiammatorie [17]. Normalmente i pigmenti coesistono e si accumulano negli strati del bozzolo. I componenti che danno colore ai bozzoli di seta sono associati ai composti fenolici delle foglie di gelso, unico alimento per le larve di B.mori, mentre il contenuto di componenti color bozzolo varia a seconda dei ceppi del baco da seta. Ci sono diversi ceppi autoctoni di bachi da seta in Thailandia con vari colori dei loro gusci di bozzolo. La seta nativa tailandese più comune è Nangnoi (guscio di bozzolo giallo), che è stato trovato per contenere diversi flavonoidi come la c-prolinil quercetina, mentre altri bozzoli di seta tailandese hanno conchiglie bianche e verde-velluto [18]. È stato riscontrato che i tipi e le quantità di flavonoidi nei bozzoli di seta differiscono geneticamente [19].

2.5. Gli effetti sull'attività di scavenging radicale DPPH, ABTS plus e FRAP Assay

I radicali DPPH sono ampiamente utilizzati per studiare l'attività di scavenging dei radicali dei composti antiossidanti. Generalmente, le molecole antiossidanti agiscono come donatori di atomi H per stabilizzare i radicali DPPH. L'attività di scavenging della SPE è indicata dall'inibizione percentuale. Il tempo di estrazione dopo sei ore dall'estrazione ha fornito la più alta attività di scavenging dei radicali DPPH rispetto ad altre volte; i valori di attività sono aumentati fino a sei ore, dopodiché sono diminuiti (Tabella 3). La percentuale di inibizione più alta è stata trovata nei ceppi di Nangsew. Il ceppo Nangsew mangia foglie di gelso come cibo; questa dieta potrebbe migliorare le sue proprietà di attività antiossidante grazie alle eccellenti attività antiossidanti delle foglie di gelso, inclusi i composti dei radicali liberi come carotenoidi, flavonoidi, moracine e altri composti presenti nelle foglie [20] e i loro valori di TPC [21].

Il metodo di scavenging dei radicali, utilizzando ABTS* plus , si basa sulla diminuzione del catione radicalico preformato ABTS* mediante l'aggiunta di un antiossidante. L'entità della decolorazione del cromoforo ABTS, valutata mediante spettrofotometro a 734 nm, fornisce la misura dell'attività antiossidante del campione [22]. I risultati hanno seguito la stessa tendenza dell'attività di scavenging dei radicali DPPH.

Inoltre, il test FRAP è stato utilizzato per studiare la capacità degli antiossidanti di ridurre Fe3 plus a Fe2 plus [23]. I valori FRAP degli estratti proteici della seta indicavano che queste due sete thailandesi domestiche avevano il più alto potere riducente allo stesso modo (Tabelle 3 e 4), ma che la seta gialla thailandese domestica (ceppi di Nangsew) aveva TPC e capacità antiossidante più elevate rispetto a quelle della seta Eri. Questa differenza può essere dovuta al fatto che la seta domestica è composta da pigmenti specifici nelle loro fibre. I componenti principali dei pigmenti di seta sono i carotenoidi ei flavonoidi che corrispondono all'attività antiossidante [24]. Le differenze di TPC e attività antiossidante in alcuni tipi possono dipendere da fattori come la pianta ospite, l'ambiente, il tempo e l'habitat.

2.6. L'effetto delle attività inibitorie contro gli enzimi e l'amilasi e la glucosidasi

SPE ha attività inibitorie contro gli enzimi x-amilasi e -glucosidasi. Questa attività era più alta per l'estrazione dell'acqua a sei ore rispetto ad altre volte; è aumentato fino a 6 h dopo di che è diminuito (Tabella 4). Gli enzimi -amilasi e -glucosidasi hanno ruoli importanti nel catalizzare l'idrolisi dell'amido in glucosio, determinando l'assorbimento del glucosio dall'intestino tenue nel flusso sanguigno, riducendo la condizione di glicemia alta. Molti studi riportano che piante con composti flavonoidi e composti fenolici di molte piante medicinali hanno un'efficace inibizione dell'a-amilasi e della -glucosidasi [25]. Alcune sostanze simili, come la miricetina, si trovano nelle foglie di anacardi. È quindi significativo che, inoltre, le SPE (acqua o enzima estratte) da ceppi di Nangsew abbiano un contenuto totale di flavonoidi rispettivamente di 49 e 52 mg GAE/g DW, in grado quindi di provocare una notevole attività inibitoria nei confronti degli enzimi -amilasi e -glucosidasi.

2.7.L'effetto dell'attività di formazione anti-AGEs

SPE ha la capacità di un'attività di formazione di anti-AGEs dopo estrazione di acqua di sei ore; questo era il più alto rispetto ad altri tempi ed è aumentato fino a sei ore e poi è diminuito (Tabella 4). Gli AGE forniscono una reazione tra zucchero e proteine ​​causando un comportamento insolito della proteina in alcune persone. Per le persone con diabete che hanno una glicemia fino a 50 volte più alta rispetto alle persone normali, la possibilità di una reazione ad alta glicazione causa il malfunzionamento della proteina, specialmente in caso di complicanze nei pazienti con diabete [26]. La capacità anti-glicazione di numerose erbe medicinali e piante alimentari è paragonabile o addirittura più forte di quella dell'aminoguanidina. Diversi studi hanno dimostrato che l'attività anti-glicazione è significativamente correlata al contenuto fenolico degli estratti vegetali testati [27,28]. La SPE dei ceppi Nangsew con estrazione di acqua a sei ore ha un contenuto totale di flavonoidi di 47 mg RE/g DW e anche una notevole attività di formazione di anti-AGE (22 percento di inibizione).

Questo articolo è estratto da Molecules 2021, 26, 2033. https://doi.org/10.3390/molecules26072033 https://www.mdpi.com/journal/molecules