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山羊奶蛋白水解肽的体外生物安全性和生物活性评估

期刊:Journal of Food Safety

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创研究。以下是对该研究的学术报告:


主要作者和研究机构
本研究由Manish Singh Sansi、Daraksha Iram、Shilpa Vij、Suman Kapila和Sunita Meena共同完成。研究团队主要来自印度哈里亚纳邦的国家乳制品研究所(National Dairy Research Institute, Haryana, India),分别隶属于生物功能肽组学与代谢综合征实验室、抗菌肽与生物功能益生菌肽组学实验室以及免疫化学实验室。研究于2023年4月23日发表在《Journal of Food Safety》期刊上。

学术背景
本研究属于食品科学与生物化学领域,主要关注山羊乳蛋白水解肽的生物安全性和生物活性评估。山羊乳及其蛋白水解肽因其多样的生物功能(如抗菌、抗炎、降血压等)而备受关注。与牛乳相比,山羊乳具有更高的生物利用度和消化性,尤其适用于对牛乳过敏的婴幼儿和成人。然而,山羊乳蛋白水解肽的具体生物活性及其在食品和医药领域的应用潜力尚未被充分研究。因此,本研究旨在通过体外实验评估山羊乳蛋白水解肽的生物活性,包括其对α-淀粉酶、胰脂肪酶和血管紧张素转换酶(ACE)的抑制活性,以及其抗菌和抗炎特性。

研究流程
研究分为多个步骤,具体如下:
1. 山羊乳的收集与处理
从印度卡纳尔的阿尔卑斯比塔尔杂交山羊(Capra hircus)中收集山羊乳,并在实验室中进行脱脂和酸沉淀处理,分离出酪蛋白(Casein, CP)和乳清蛋白(Whey Protein, WP)。
2. 蛋白质的部分纯化
通过盐析法和透析法纯化乳清蛋白,并通过冷冻干燥保存样品。
3. 蛋白质水解
使用胃蛋白酶(Pepsin)、胰蛋白酶(Trypsin)和α-糜蛋白酶(α-Chymotrypsin)模拟胃肠道消化过程,对酪蛋白和乳清蛋白进行水解,生成酪蛋白水解肽(Casein Protein Hydrolysates, CPH)和乳清蛋白水解肽(Whey Protein Hydrolysates, WPH)。
4. 水解肽的表征
使用Zeta电位分析仪测定水解肽的粒径、多分散指数(Polydispersity Index, PDI)和Zeta电位,并通过反相高效液相色谱法(RP-HPLC)分析水解肽的组成。
5. 生物活性评估
- α-淀粉酶、胰脂肪酶和ACE抑制活性:通过酶联免疫吸附试验(ELISA)和分光光度法测定水解肽对这些酶的抑制活性。
- 抗菌活性:通过琼脂孔扩散法评估水解肽对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、大肠杆菌(Escherichia coli)和蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)的抑制作用。
- 细胞毒性评估:使用MTT法检测水解肽对人结肠癌细胞系(HT-29)的细胞毒性。
- 抗炎活性:通过ELISA测定水解肽对HT-29细胞中炎症因子(如TNF-α、IL-6和IL-10)的抑制作用。
6. 扫描电子显微镜(SEM)和荧光显微镜分析
通过SEM和荧光显微镜观察水解肽对细菌细胞膜的破坏作用,进一步验证其抗菌机制。

主要结果
1. 水解肽的表征
CPH和WPH的粒径和多分散指数均低于未水解的酪蛋白和乳清蛋白,表明水解后肽的分子量更小且分布更均匀。RP-HPLC分析显示,水解肽的保留时间集中在10-18分钟,表明其具有不同的疏水性和分子量。
2. 酶抑制活性
CPH和WPH对α-淀粉酶、胰脂肪酶和ACE的抑制活性显著高于未水解的蛋白质。其中,WPH对ACE的抑制率最高,达到73.34%。
3. 抗菌活性
WPH对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和蜡样芽孢杆菌的抑制作用最强,其抑菌圈直径分别为16.99 mm、14.38 mm和15.72 mm。
4. 细胞毒性和抗炎活性
CPH和WPH对HT-29细胞的毒性较低,细胞存活率超过80%。此外,水解肽显著抑制了HT-29细胞中炎症因子TNF-α和IL-6的分泌,同时增加了抗炎因子IL-10的水平。
5. 抗菌机制
SEM和荧光显微镜分析表明,水解肽通过破坏细菌细胞膜发挥抗菌作用,导致细胞内容物泄漏和细胞死亡。

结论
本研究首次通过体外实验验证了山羊乳蛋白水解肽的多重生物活性,包括对α-淀粉酶、胰脂肪酶和ACE的抑制活性,以及其抗菌和抗炎特性。研究结果表明,山羊乳蛋白水解肽具有作为功能性食品成分和药物开发原料的潜力,特别是在糖尿病、高血压和肥胖等代谢性疾病的预防和治疗中具有重要应用价值。

研究亮点
1. 多重生物活性:山羊乳蛋白水解肽同时具有酶抑制、抗菌和抗炎活性,展现了其多功能性。
2. 低细胞毒性:水解肽对人结肠癌细胞的毒性较低,表明其具有较高的生物安全性。
3. 创新性实验方法:研究结合了RP-HPLC、SEM和荧光显微镜等多种技术,全面揭示了水解肽的抗菌机制。
4. 应用潜力:研究为开发基于山羊乳蛋白的功能性食品和药物提供了科学依据。

其他有价值的内容
研究还指出,山羊乳蛋白水解肽的稳定性和生物活性可能受到水解酶类型的影响,未来的研究应进一步优化水解条件,并验证其在体内的生物活性。此外,研究团队建议对水解肽的具体序列进行鉴定,以确定其关键活性位点。


这篇报告全面介绍了研究的背景、方法、结果和意义,为相关领域的研究者提供了详细的参考。

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