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Título: Assessment of the angiotensin I-converting enzyme (ACE) inhibitory properties of bean protein hydrolysates
Autores: Rui, Xin
Fecha: 2013
Publicador: McGill University - MCGILL
Fuente:
Tipo: Electronic Thesis or Dissertation
Tema: Agriculture - Food Science and Technology
Descripción: The prevalence of hypertension during the last two decades has led to an intensive search for novel angiotensin I-converting enzyme (ACE) inhibitory peptides from food protein sources. Dry beans (Phaseolus vulgaris) serve as an important protein source in the human diet. However, their physiological and functional properties are poorly understood. Therefore, this thesis was undertaken to investigate the in vitro ACE inhibitory activities of nine varieties of dry beans that are largely grown in Canada.A preliminary study was carried out to compare protein profiles, including composition, thermal properties and molecular structure for protein isolates (PIs) prepared from the nine varieties of dry beans. Results showed that two varieties, namely, cranberry and light red kidney bean PIs had significantly lower denaturation temperatures as well as different electrophoresis profiles and RP-HPLC chromatograms. In vitro ACE inhibitory activities were investigated for the nine varieties of dry beans. In the first study, protein extracts from the nine varieties of dry bean were subjected to trypsin and in vitro gastrointestinal simulation (GIS) digestion. The results demonstrated all hydrolysates exerted ACE inhibitory activities, with hydrolysates produced by in vitro GIS digestion presenting significantly higher (P black bean.Small red bean hydrolysate, digested by Alcalase/papain and subsequently in vitro GIS digestion was further subjected to fractionation to isolate the most active ACE inhibitory peptides. After a three step purification process, including ultrafiltration, gel filtration and preparative reverse phase high performance chromatography (RP-HPLC). Fraction 28 from RP-HPLC was identified as the most active fraction with an IC50 value of 19.3 μg protein/mL. Enzymatic kinetics conducted using this fraction demonstrated competitive inhibition with inhibitor dissociation constant (Ki) of 11.6 μg protein/mL. Peptide with sequence PVNNPQIH was identified from this fraction with IC50 value of 206.7±3.9μM. Overall, the results from the current study expand the scientific knowledge of the physicochemical and biochemical properties of the nine dry bean (Phaseolus vulgaris) varieties studied. The comparative studies of the in vitro ACE inhibitory activities, protein profiles, thermal properties and secondary structures are the first to be reported in the literature to the best of our knowledge. Results from this work provide a solid base for further research on the ACE inhibitory activities of pulses and should be useful for selecting conditions for potential future utilisation of beans as a source of protein hydrolysates and functional ingredients in novel foods targeting hypertension.
La prévalence de l'hypertension au cours des deux dernières décennies a mené à une recherche intensive de nouveaux peptides inhibiteurs de l'ACE provenant de protéines alimentaires. Les haricots secs (Phaseolus vulgaris) sont une source de protéines importante dans le régime alimentaire humain. Cependant, leurs propriétés physiologiques et fonctionnelles sont mal connues. Cette thèse a donc été entreprise pour examiner, in vitro, les activités inhibitrices de l'ACE de neuf variétés de haricots secs qui sont en grande partie cultivées au Canada.Une étude préliminaire a été effectuée pour comparer les profils protéiques, ainsi que la composition, les propriétés thermiques et la structure moléculaire d'isolats de protéines (PI) préparés à partir des neuf variétés de haricots secs. Les résultats ont montré que les PI de deux variétés, à savoir, le haricot canneberge et le haricot rouge clair, avaient des propriétés distinctement différentes dont, des températures de dénaturations significativement inférieures ainsi que des profils électrophorétiques et des chromatogrammes de RP-HPLC différents. Les extraits de protéines des neuf variétés de haricots secs ont été soumis à la trypsine et la simulation d'une digestion gastro-intestinale (GIS) in vitro. Les résultats ont démontré que les hydrolysats produits par la digestion GIS in vitro présentaient un degré d'hydrolyse (DH) et d'activités inhibitrices de l'ACE significativement plus élevés (P < 0.05) que les hydrolysats obtenus avec la trypsine seulement. Parmi toutes les variétés, le petit haricot rouge et le haricot blanc ont montré, respectivement, le plus élevé et second plus élevé taux d'activité inhibitrice d'ACE, et ce, pour les deux traitements de digestion. Les résultats ont aussi montré que l'activité inhibitrice de l'ACE des produits de digestion GIS in vitro du haricot noir était significativement plus élevée (P < 0.001) que celle de la digestion avec la trypsine.Ainsi, les trois variétés, à savoir, des petits haricots rouges, les haricots Navy et les haricots noirs, ont été choisies pour des études ultérieures pour examiner l'influence de la température et de différents traitements enzymatiques sur les activités inhibitrices de l'ACE. Les activités inhibitrices de l'ACE les plus élevées ont été obtenues pour des échantillons hydrolysés lors de la digestion avec l'alcalase suivi de la papaïne pour les PI chauffés du Haricot Navy (hydrolyse de 100 minutes) du petit haricot rouge (hydrolyse de 95 minutes) et du petit haricot noir (hydrolyse de 95 minutes). La valeur correspondant à la concentration médiane d'inhibition IC50 était de 68, 83 et 78 µg de protéine/ml, respectivement pour les trois haricots susmentionnés. Les meilleures activités inhibitrices d'hydrolysats ont été obtenues après GIS in vitro par le petit haricot rouge, puis, le haricot blanc, et puis, le haricot noir. L'hydrolysat du petit haricot rouge, digéré par alcalase/papaine et par la suite par la digestion GIS in vitro a été à nouveau soumis au fractionnement pour isoler les peptides inhibiteurs de l'ACE les plus actifs. Après trois étapes de purification comprenant l'ultrafiltration, la filtration sur gel et RP-HPLC, la fraction 28 obtenue après RP-HPLC a été identifiée comme la fraction la plus active avec une valeur d'IC50 de 24.4 µg de protéine/mL. La cinétique enzymatique réalisée avec cette fraction a démontré une inhibition compétitive avec une constante d'inhibition Ki de 14.7 µg/mL. Les études comparatives des activités inhibitrices de l'ACE, des profils de protéines, des propriétés thermiques et des structures secondaires sont les premières à être rapportées dans la littérature au mieux de notre connaissance. Les résultats de ce travail devraient être utiles pour choisir des conditions pour de potentielles utilisations futures des haricots comme source d'hydrolysats protéiques et d'ingrédients fonctionnels dans de nouveaux produits alimentaires visant à réduire l'hypertension.
Idioma: en