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该研究由以下作者共同完成:T.C. Farias、J.P. Abreu、J.P.S. Oliveira、A.F. Macedo、A Rodríguez-Vega、A.P. Tonin、F.S.N. Cardoso、E.C. Meurer和M.G.B. Koblitz。研究团队分别来自巴西里约热内卢联邦大学的生物技术实验室、植物生物学综合实验室以及巴拉那联邦大学的质谱实验室。研究结果于2023年发表在期刊《Food Hydrocolloids for Health》上。
该研究的主要科学领域是食品科学,特别是植物蛋白的生物活性肽研究。大豆(Glycine max)是全球最重要的经济作物之一,富含高质量的蛋白质和潜在生物活性肽。这些肽具有多种生物活性,如抗氧化、抗糖尿病、抗肥胖等。然而,尽管大豆蛋白的生物活性肽已被广泛研究,但关于其分子量分布与生物活性之间的关系仍不明确。此外,木瓜蛋白酶(papain)作为水解酶在生物活性肽制备中的应用较少被研究。
研究的主要目的是通过木瓜蛋白酶水解大豆浓缩蛋白,制备生物活性肽,并评估其抗氧化、抗糖尿病(通过抑制α-葡萄糖苷酶)和抗肥胖(通过抑制胰脂肪酶)的潜力。研究还通过计算机模拟(in silico)和实验验证相结合的方法,探索肽的分子量分布与其生物活性之间的关系。
研究流程包括以下几个主要步骤:
蛋白水解:使用木瓜蛋白酶对大豆浓缩蛋白进行水解。水解反应在60°C下进行,反应时间为30分钟至240分钟。通过Lowry法测定水解度(DH%),并通过超滤分离出低分子量肽(<3 kDa,LMMH)和高分子量肽(>3 kDa,HMMH)。
肽的鉴定:通过液相色谱-质谱联用技术(LC-MS/MS)对肽进行鉴定。使用Comet和PEAKS软件进行数据库匹配和从头测序(de novo sequencing),并通过Biopep-UWM数据库进行生物活性预测。
抗氧化活性评估:采用四种不同的体外实验方法(DPPH、ABTS、FRAP和ORAC)评估肽的抗氧化活性,并通过硫代巴比妥酸反应物质(TBARS)法在沙丁鱼模型食品中验证其抗氧化效果。
酶抑制活性评估:通过体外实验评估肽对α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶的抑制活性,计算IC50值。
数据分析和验证:通过生物信息学工具(如Biopep-UWM和PeptideRanker)对肽的生物活性进行预测,并与实验结果进行对比分析。
水解和肽分离:水解反应在30分钟内达到最大水解度(39%)。超滤分离后,低分子量肽(LMMH)和高分子量肽(HMMH)的得率分别为51%和16%。
肽的鉴定:共鉴定出101种肽,其中69种来自HMMH,32种来自LMMH。通过计算机模拟水解生成了118种肽,其中16种与实验鉴定的肽相匹配。
抗氧化活性:HMMH在所有体外实验中均表现出更高的抗氧化活性,与计算机模拟预测的结果不符。在沙丁鱼模型食品中,HMMH显著延迟了脂质过氧化,验证了其抗氧化潜力。
酶抑制活性:LMMH对α-葡萄糖苷酶的抑制活性更强(IC50=0.94),而总水解物(TH)对胰脂肪酶的抑制活性最佳(IC50=1.5)。计算机模拟预测与实验结果在α-葡萄糖苷酶抑制活性方面表现出一致性。
该研究表明,木瓜蛋白酶水解大豆浓缩蛋白可以生成具有多种生物活性的肽。高分子量肽(HMMH)表现出显著的抗氧化活性,而低分子量肽(LMMH)在抑制α-葡萄糖苷酶方面表现优异。研究还首次报道了大豆肽对胰脂肪酶的抑制活性。这些发现为开发功能性食品成分提供了重要依据,特别是在延缓肉类产品脂质过氧化、控制餐后血糖和脂肪吸收方面具有潜在应用价值。
研究还通过沙丁鱼模型食品验证了肽的抗氧化效果,进一步支持了其在食品工业中的应用潜力。此外,研究团队开发了一种基于Python的肽序列比对工具(find-pep-seq),用于计算机模拟与实验数据的对比分析,为未来的肽研究提供了新的技术手段。
这篇研究不仅填补了大豆肽研究领域的空白,还为功能性食品的开发提供了新的思路和技术支持。