بهینه‌سازی عوامل مؤثر بر ویژگی آنتی‌اکسیدانی و ضد میکروبی پروتئین هیدرولیز شده کنجاله کنجد با تخمیر توسط باسیلوس سابتیلیس

مجله پژوهشهای علوم و صنایع غذایی ایران

مقاله 4، دوره 20، شماره 5 - شماره پیاپی 89، آذر و دی 1403، صفحه 547-558   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ifstrj.2024.86575.1311

نویسندگان

پریسا راعی¹؛ مرتضی خمیری^{* 1}؛ علیرضا صادقی ماهونک¹؛ علی مویدی¹؛ محبوبه کشیری²

¹دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

²دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

چکیده

 استفاده از پروتئین‌های هیدرولیز شده یا پپتیدهای حاصل از آنها با خاصیت ضد میکروبی و آنتی‌اکسیدانی یکی از روش‌های چایگزین ترکیبات شیمیایی ضد میکروب و آنتی‌اکسیدان می‌باشد. هیدرولیز میکروبی جهت رسیدن به این هدف نسبت به روش‌های هیدرولیز آنزیمی و شیمیایی روشی کارآمد و اقتصادی می‌باشد. در این پژوهش ایزوله پروتئین کنجاله کنجد از طریق فرآیند تخمیر توسط باسیلوس سابتبلیس با هدف دستیابی به بیشینه فعالیت ضد میکروبی و آنتی‌اکسیدانی هیدرولیز شد. بهینه‌سازی شرایط تخمیر (پارامترهای تخمیر شامل دما 30 تا 45 درجه سانتی‌گراد، 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 آنتی‌اکسیدانی انجام شد. دمای تخمیر (68/39 درجه سانتی‌گراد)، زمان (30/07 ساعت) و غلظت سوبسترا (4/85 درصد) به‌عنوان شرایط بهینه انتخاب شد. تحت این شرایط قدرت مهار کنندگی رادیکال  DPPHو احیاء کنندگی یون آهن به‌ترتیب 5763 % و 0/9951 (جذب در 700 نانومتر) به‌دست آمد. برای تعیین اثر ضد میکروبی پروتئین هیدرولیز شده از روش کدورت‌سنجی 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 نقطه‌گذاری انجام شد. باسیلوس سابتیلیس در حضور پروتئین کنجد فعالیت پروتئازی به‌صورت معنی‌دار (0/05>p) در طی زمان نشان داد. به‌طوری‌که 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 زیست‌فعالی مناسبی است و از آن می‌توان به‌عنوان ترکیب ضد میکروب و آنتی‌اکسیدان طبیعی استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

آنتی‌اکسیدان؛ پروتئین هیدرولیز شده کنجاله کنجد؛ تخمیر؛ ضد میکروبی

مراجع

1. American Association of Cereal Chemists (AACC). (1999). Approved methods of the American Association of Cereal Chemists (Vol. 2). St. Paul, MN: AACC.
2. AbdRashid, N.Y., Manan, M.A., Pa'ee, K.F., Saari, N., & Wong, F.W.F. (2022). Evaluation of antioxidant and antibacterial activities of fish protein hydrolysate produced from Malaysian fish sausage (Keropok Lekor) by-products by indigenous Lactobacillus casei Journal of Cleaner Production, 347, 131303. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.131303
3. Aguilar-Toalá, J., Santiago-López, L., Peres, C., Peres, C., Garcia, H., Vallejo-Cordoba, B., & Hernández-Mendoza, A. (2017). Assessment of multifunctional activity of bioactive peptides derived from fermented milk by specific Lactobacillus plantarum Journal of Dairy Science, 100(1), 65-75. https://doi.org/10.3168/jds.2016-11846
4. Agyei, D., & Danquah, M.K. (2011). Industrial-scale manufacturing of pharmaceutical-grade bioactive peptides. Biotechnology Advances, 29(3), 272-277. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2011.01.001
5. Bhat, Z., Kumar, S., & Bhat, H.F. (2015). Bioactive peptides of animal origin: a review. Journal of Food Science and Technology, 52, 5377-5392. https://doi.org/10.1007/s13197-015-1731-5
6. Bougatef, A., Hajji, M., Balti, R., Lassoued, I., Triki-Ellouz, Y., & Nasri, M. (2009). Antioxidant and free radical-scavenging activities of smooth hound (Mustelus mustelus) muscle protein hydrolysates obtained by gastrointestinal proteases. Food Chemistry, 114(4), 1198-1205. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2008.10.075
7. Chatterjee, R., Dey, T.K., Ghosh, M., & Dhar, P. (2015). Enzymatic modification of sesame seed protein, sourced from waste resource for nutraceutical application. Food and Bioproducts Processing, 94, 70-81. https://doi.org/10.1016/j.fbp.2015.01.007
8. Cheng, G., Hao, H., Xie, S., Wang, X., Dai, M., Huang, L., & Yuan, Z. (2014). Antibiotic alternatives: the substitution of antibiotics in animal husbandry? Frontiers in Microbiology, 5, 217. https://doi.org/10.3389/fmicb.2014.00217
9. Chokshi, A., Sifri, Z., Cennimo, D., & Horng, H. (2019). Global contributors to antibiotic resistance. Journal of Global Infectious Diseases, 11(1), 36. https://doi.org/4103/jgid.jgid_110_18
10. Huang, Y.H., Lai, Y.J., & Chou, C.C. (2011). Fermentation temperature affects the antioxidant activity of the enzyme-ripened sufu, an oriental traditional fermented product of soybean. Journal of Bioscience and Bioengineering, 112(1), 49-53. https://doi.org/10.1016/j.jbiosc.2011.03.008
11. Hur, S.J., Lee, S.Y., Kim, Y.C., Choi, I., & Kim, G.B. (2014). Effect of fermentation on the antioxidant activity in plant-based foods. Food Chemistry, 160, 346-356. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.03.112
12. Jemil, I., Jridi, M., Nasri, R., Ktari, N., Salem, R.B.S.-B., Mehiri, M., & Nasri, M. (2014). Functional, antioxidant and antibacterial properties of protein hydrolysates prepared from fish meat fermented by Bacillus subtilis Process Biochemistry, 49(6), 963-972. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2014.03.004
13. Kaur, M., & Singh, N. (2007). Characterization of protein isolates from different Indian chickpea (Cicer arietinum) cultivars. Food Chemistry, 102(1), 366-374. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2006.05.029
14. Lee, S., & Nguyen, M.T. (2015). Recent advances of vaccine adjuvants for infectious diseases. Immune Network, 15(2), 51-57.https://doi.org/4110/in.2015.15.2.51
15. Lim, Y.H., Foo, H.L., Loh, T.C., Mohamad, R., & Abdullah, N. (2019). Comparative studies of versatile extracellular proteolytic activities of lactic acid bacteria and their potential for extracellular amino acid productions as feed supplements. Journal of Animal Science and Biotechnology, 10, 1-13.
16. Li, W., & Wang, T. (2021). Effect of solid-state fermentation with Bacillus subtilis lwo on the proteolysis and the antioxidative properties of chickpeas. International Journal of Food Microbiology, 338, 108988. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2020.108988
17. Liu, W., Cheng, G., Liu, H., & Kong, Y. (2015). Purification and identification of a novel angiotensin I-converting enzyme inhibitory peptide from sesame meal. International Journal of Peptide Research and Therapeutics, 21, 433-442.
18. Lopez-Romero, J.C., González-Ríos, H., Borges, A., & Simões, M. (2015). Antibacterial effects and mode of action of selected essential oils components against Escherichia coli and Staphylococcus aureus. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine, 2015. https://doi.org/10.1155/2015/795435
19. Moayedi, A., Hashemi, M., & Safari, M. (2016). Valorization of tomato waste proteins through production of antioxidant and antibacterial hydrolysates by proteolytic Bacillus subtilis: optimization of fermentation conditions. Journal of Food Science and Technology, 53, 390-400. https://doi.org/10.1007/s13197-015-1965-2
20. Morone, P., Falcone, P.M., Imbert, E., Morone, M., & Morone, A. (2016). Tackling food waste through a sharing economy approach: an experimental analysis.
21. Nweke, F.N., Ubi, B.E., & Kunert, K.J. (2011). Determination of proximate composition and amino acid profile of Nigerian sesame (Sesamum indicum) cultivars. Nigerian Journal of Biotechnology, 23.
22. Onsaard, E., Pomsamud, P., & Audtum, P. (2010). Functional properties of sesame protein concentrates from sesame meal. Asian Journal of Food and Agro-Industry, 3(4), 420-431.
23. Ortiz-Martinez, M., Winkler, R., & García-Lara, S. (2014). Preventive and therapeutic potential of peptides from cereals against cancer. Journal of Proteomics, 111, 165-183. https://doi.org/10.1016/j.jprot.2014.03.044
24. Pane, K., Durante, L., Crescenzi, O., Cafaro, V., Pizzo, E., Varcamonti, M., & Notomista, E. (2017). Antimicrobial potency of cationic antimicrobial peptides can be predicted from their amino acid composition: Application to the detection of “cryptic” antimicrobial peptides. Journal of Theoretical Biology, 419, 254-265. https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2017.02.012
25. Pant, G., Prakash, A., Pavani, J., Bera, S., Deviram, G., Kumar, A., & Prasuna, R.G. (2015). Production, optimization and partial purification of protease from Bacillus subtilis. Journal of Taibah University for Science, 9(1), 50-55. https://doi.org/10.1016/j.jtusci.2014.04.010
26. Pokora, M., Eckert, E., Zambrowicz, A., Bobak, Ł., Szołtysik, M., Dąbrowska, A., & Trziszka, T. (2013). Biological and functional properties of proteolytic enzyme‐modified egg protein by‐ Food Science & Nutrition, 1(2), 184-195. https://doi.org/10.1002/fsn3.27
27. Taniguchi, M., Ochiai, A., Kondo, H., Fukuda, S., Ishiyama, Y., Saitoh, E., & Tanaka, T. (2016). Pyrrhocoricin, a proline-rich antimicrobial peptide derived from insect, inhibits the translation process in the cell-free Escherichia coli protein synthesis system. Journal of Bioscience and Bioengineering, 121(5), 591-598. https://doi.org/10.1016/j.jbiosc.2015.09.002
28. Trang, H., & Pasuwan, P. (2018). Screening antimicrobial activity against pathogens from protein hydrolysate of rice bran and Nile Tilapia by-products. International Food Research Journal, 25(5), 2157-2163.
29. Verma, A.K., Chatli, M.K., Kumar, P., & Mehta, N. (2017). Antioxidant and antimicrobial activity of protein hydrolysate extracted from porcine liver. Indian Journal Animal Science, 87, 711-717.
30. Wang, B., Li, L., Chi, C.-F., Ma, J.-H., Luo, H.-Y., & Xu, Y.-f. (2013). Purification and characterisation of a novel antioxidant peptide derived from blue mussel (Mytilus edulis) protein hydrolysate. Food Chemistry, 138(2-3), 1713-1719. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2012.12.002
31. Wouters, A.G., Rombouts, I., Fierens, E., Brijs, K., & Delcour, J.A. (2016). Relevance of the functional properties of enzymatic plant protein hydrolysates in food systems. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 15(4), 786-800.
32. Yamauchi, K., Samanya, M., Seki, K., Ijiri, N., & Thongwittaya, N. (2006). Influence of dietary sesame meal level on histological alterations of the intestinal mucosa and growth performance of chickens. Journal of Applied Poultry Research, 15(2), 266-273. https://doi.org/10.1093/japr/15.2.266
33. Zhang, Y., Liu, J., Lu, X., Zhang, H., Wang, L., Guo, X., & Qian, H. (2014). Isolation and identification of an antioxidant peptide prepared from fermented peanut meal using Bacillus subtilis International Journal of Food Properties, 17(6), 1237-1253. https://doi.org/10.1080/10942912.2012.675605

Zhu, Y., Fan, J., Cheng, Y., & Li, L. (2008). Improvement of the antioxidant activity of Chinese traditional fermented okara (Meitauza) using Bacillus subtilis B2. Food Control, 19(7), 654-661. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2007.07.009