Soğuk preslenmiş çörek otu posalarından protein hidrolizatlarının üretilmesi ve hidrolizatların biyoaktif özelliklerinin değerlendirilmesi

Abstract

Çörek otu (Nigella sativa L.), birçok kültürde geleneksel halk tıbbında özellikle yağının ve içindeki çözünür bileşenlerin biyoaktif özelliklerinden dolayı kullanıldığı bir tohumdur. Bu çalışmanın amacı, gıda sanayi yan ürünü olan soğuk preslenmiş çörek otu (Nigella sativa) posalarından protein konsantresi üretilmesi ve bu konsantrelerin papain ve tripsin enzimleri ile farklı sürelerde (15, 30, 60, 90 ve 120 dakika) muamelesi sonucu elde edilen hidrolizatların antioksidatif ve diğer biyoaktif özelliklerinin değerlendirilmesidir. Bu amaçla çörek otu protein konsantrelerine ve hidrolizatlarına antioksidatif testlerden DPPH, demir şelasyon ve hidroksil radikali tutma aktivitesi testleri; bir diğer biyoaktivite testi olan asetilkolinestraz (AChE) inhibisyon (anti-Alzheimer aktivite belirleme) testi uygulanmıştır. DPPH tutma aktivitesi testinde en yüksek aktivite % 59.80 ± 2.6 oranı ile 120 dakikalık papain hidrolizatına aitken; demir şelasyon testinde en yüksek aktivite % 59.23 ± 5.5 ile 90 dakikalık papain hidrolizatına; hidroksil radikali tutma aktivitesi testinde en yüksek aktivite sırası ile hidroliz edilmemiş protein konsantresine (% 61.12 ± 1.5) ve % 60.51 ± 2 oranı ile 15 dakikalık papain hidrolizatına ait olduğu bulgulanmıştır. Antioksidatif testlerin sonuçları, en yüksek antioksidatif aktivite % 61.12 ± 1.5 oranı ile hidroliz edilmemiş çörek otu protein konsantresinin hidroksil radikali tutma aktivitesine aittir. Yapılan analizler sonucu daha kısa sürede optimum sonuçlar veren hidrolizatların (30 dakikalık muamele sonucu üretilen papain ve tripsin hidrolizatları) uygun tekniklerle fraksiyonlanmasına karar verilmiştir. Fraksiyonlama işlemleri v sonucu elde edilen dört adet fraksiyona (PA, PB, PC ve PD) LC-Q-TOF/MS analizi ve in silico analizler uygulanmıştır. Bu analizler sonucunda biyoaktif olma ihtimali, PA fraksiyonunda (PeptideRanker değeri) > % 50 olan bir peptit (ASADTSNTGSVSEANAQYYQQEAGKLK) ve PB fraksiyonunda (PeptideRanker değeri) > % 50 olan 2 peptit (PICESLNILEYIDEIWPHNR ve YDLDFK) bulunmuştur. PB fraksiyonunda bulunan ve 6 amino asitten oluşan YDLDFK peptidi, en yüksek PeptideRanker değerine sahip olduğu asetilkolinesteraz enzimi (AChE) ile etkileşimi şematize edilmiştir. YDLDFK peptidi anti-Alzheimer testinde kullanılan AChE üzerinde 12 muhtemel bağlanma noktasına sahip olduğu için inhibisyona neden olabilmektedir. Tüm bu analizler sonucunda; çörek otu protein konsantresi veya hidrolizatlarının gıda endüstrisinde ürün kalitesinin korunması amacıyla doğal ve bitkisel kaynaklı antioksidatif ajan olarak kullanılabileceği düşünülmektedir. Bununla beraber, toksik olmadığı bulgulanmış olan çörek otu protein konsantresi ve hidrolizatlarının kısmen AChE inhibitör aktivitesine sahip olduğu bulgulanmıştır. Biyoaktif peptit içerme potansiyeline sahip olduğu öngörülen çörek otu proteinlerinden bu bileşenleri içeren katma değerli ürünler geliştirilebileceği öngörülmektedir. Çörek otunun doğrudan tüketiminin zor olması nedeniyle biyoaktif peptitler yoluyla gıdaların zenginleştirilmesinin bitkinin tüketim miktarları ile biyoaktif potansiyelini de iyileştirme potansiyelini ortaya koymaktadır.

Black cumin (Nigella sativa L.) is a seed that has been utilized in traditional folk medicine in many cultures and especially due to the bioactive characteristics of black cumin oil and therein solubilized components. The aim of this study was to evaluate the antioxidative and bioactive properties of hydrolyzates obtained from cold press deoiled black cumin seed (Nigella sativa) meals, a food industry waste, by product and the treatment of the meals with papain and trypsin enzymes for varying treatment durations (15, 30, 60, 90 and 120 minutes). Based on this purpose, black cumin seed protein concentrates and their hydrolyzates were subjected to DPPH, iron chelation and hydroxyl radicals retention scavenging tests for the investigation of potential antioxidative characteristics and an anti-Alzheimer activity test based on the inhibition of acetylcholinesterase (AChE). The highest activity in the DPPH tests corresponded to papain hydrolysate of 120 minutes at an inhibition rate of 59.80 % ± 2.6; while the highest activity in iron chelation test accounted for 59.23 % ± 5.5 for the 90 minute treated papain hydrolyzate sample and the highest activity in the hydroxyl radical scavenging test was observed for the papain hydrolyzate prepared at 15 min with an inhibition rate of 60.51 % ± 2 while the results for the unhydrolyzed protein concentrate (61.12 % ± 1.5) were comparable. To evaluate the results of antioxidative tests, the highest antioxidative activity belongs to the hydroxyl radicals scavenging activity of unhydrolyzed black cumin seed protein concentrate with 61.12 % ± 1.5. Consequently, 30 min treated hydrolyzates (i.e., 30 minute papain and trypsin hydrolysates) yielded optimum results and were fractionated based on appropriate techniques. In addition, LC-Q--TOF/MS vii analysis and in silico analysis were applied to four fractions (PA, PB, PC and PD) obtained by fractionation. As a result of these analyzes, 1 peptide (ASADTSNTGSVSEANAQYYQQEAGKLK) in the PA fraction was found to be bioactive (i.e., PeptideRanker value > 50 %), and 2 peptides (PICESLNILEYIDEIWPHNR and YDLDFK) in the PB fraction yielded similar results. The YDLDFK peptide consisting of 6 amino acids in the PB fraction has the highest PeptideRanker value and its interaction with AChE was schematized. The YDLDFK peptide might have the potential to inhibit AChE and has 12 potential binding sites on this enzyme. Consequently; we anticipate that black cumin protein concentrates or hydrolysates can be used as antioxidative agent of natural and plant origin in order to maintain product quality in food industry. Furthermore, black cumin seed protein concentrates and hydrolyzates were shown to be non-toxic and have been found to demonstrate partially AChE inhibitory activity. It is anticipated that valueadded products containing these components can be developed from black cumin seed proteins that are considered to have the potential to contain bioactive peptides. Since the direct consumption of black cumin seed is rather difficult, the enrichment of foods with bioactive peptides enhances the consumption and bioactivity potential of black cumin seeds.