ผลของการปรับสภาพและเอนไซม์ย่อยโปรตีนต่อสมบัติทางเคมี-กายภาพและกิจกรรมทางชีวภาพของสารสกัดจากไข่น้ำ

Abstract

Wolffia globose is the smallest aquatic plants, one of the richest sources of proteins and bioactive peptides, which function as antioxidants. This makes it difficult to distinguish all components of the cell due to their small size. This research project aims to study the pretreatments process with the use of ultrasonic waves and enzymes digest plant cell walls for proteins, antioxidative, and total phenolic compounds efficiency, and to study the effect of proteolysis processes on the composition of amino acids, chemical-physical properties, functional properties, and biological activity. Study the effects of pretreatments used ultrasonic waves with a power of 280 W, frequency of 37 kHz, and temperature of 30±2 °C were discovered from the experimental data pretreat at 15, 30, 45, and 60 min, respectively. Enzymes degrade plant cell walls; cellules, pectinase, and xylanase concentrations of 0.5% and 2.0% per sample dry weight, decomposed for 15, 30, 45, and 60 min, respectively. Plant cell wall sub-enzymes were combined in the ultrasonic interaction, which also included ultrasonic waves with a selected duration before being digested with plant cell wall sub-enzymes at concentration and time selected, and ultrasonic pretreatment processes combined with plant cell wall sub-enzymes at concentration and time selected.

Results showed that ultrasonic frequency at 30 minutes, which showed changes in cell walls by cell membrane teared and cell wall damage, improved the efficiencies of protein extraction from WF, this led to the extraction of 65.74% of supernatant. The ability to reduce ferric antioxidants by FRAP method 1189.7±0.02 mg Fe2+/g, total phenolic content 163.6±3.11 mg GAE/g. Effects of pretreatments with cellulase, pectinase, and xylanase. The protein extraction was found to be influenced by enzyme concentration percentage and digestion time in the range of 30-49%, which is less than ultrasonic processes (50-65%), and there was not statistically significant at p<0.05 difference in the control sample (49%). However, the hydrolyzed by pectinase enzyme concentration of 0.5% per sample dry weight, digestion time 30 min, had the highest extraction capacity of protein equal to 78.15±0.03%, equivalent to the pretreatments with ultrasonic waves at 30 min (65.74±0.02%). The discovery of the ability of pectinase to extracted proteins at such high doses was also based on the cell wall characteristics in which the WF cell wall was torn and more porous than the WF pretreatment with cellulase and xylanase enzymes, respectively. The pretreatments with cellulase, pectinase, and xylanase at concentrations of 0.5% per sample dry weight at 30 min were effective in enhanced antioxidant activity and total phenolic content of the supernatant with a statistical significance at p<0.05.

The study results of ultrasonic pretreatments combined with xylanase hydrolyzed 0.5% concentration per dry sample, 30 min digestion time, 53.88±0.02% high protein and the 30 min ultrasonic extraction before hydrolyzed by xylanase (48.10±0.03%) and cellulase (46.98±0.05%), which had no protein extraction efficiency different from the control sample (49.81±2.75%) with a statistical significance at p<0.05. The synergistic effected of ultrasonic with plant cell wall digesting enzymes was effective in the extraction of total phenolic contents of 105-146 mg GAE/g. It could also indicate that the combined ultrasonic and enzymatic process is a less time-consuming extraction method than control samples and pretreatments with ultrasonic before hydrolyzed of plant cell walls for 30 min and residual proteins and bioactivities were detected in the pellet. Therefore, this research was selected from the combined pretreatments of ultrasonic and plant cell wall digesting enzymes by used the Full dispersion contained both pellet and supernatant, it will be brought to proteolysis.

The results of the proteolysis study showed that the ultrasonic pretreatments with pectinase concentration of 0.5% per dry sample at 30 min, the resulted of degree of hydrolysis were 96.83±0.28% and the protein extraction efficiency was 59.88±5.22%, close to the ultrasonic pretreatments, the extracted time was 30 min (65.74±0.02%) and 45 min (53.19±0.07%). The selected Pellet was freeze dried and Supernatant were spray dried used maltodextrin solution of 3% per weight of total solids in the control sample extract and 1% per weight of total solids in the proteolysis process sample extract. It was found that the powder of WF extracted from proteolysis process the texture was smooth and not clumpy, the protein content was 36.52±0.48%, higher than the control sample 4%, and the solubility was 93.75±3.80%, foaming ability was 96.61±1.02%, and the stability of foam 14.00±2.83%, significantly higher than the control sample at p<0.05. The total number of yeasts and molds is less than 1x101, the number of yeasts and molds is in accordance with the notification of the department of medical sciences No. 3, and found that it contains amino acids; glutamates and aspartic acid at 4,280 and 5,104 mg/100g, respectively, higher than the starting raw material at 1,568 and 1,815 mg/100g, respectively, and arginine 1,892 mg/100g higher 438 mg/100g than the control sample. Total phenolic content of 665.10±7.99 mg GAE/g, antioxidant inhibition by DPPH method (IC50) 0.34±0.11 mg/g, the ability to compete with heavy metals 98.58±0.05%, total carotenoid content 1.20±0.00 µg/ml, chlorophyll-a content 11.22±0.07 µg/ml, the ability to reduce ferric antioxidant by FRAP method 1117.40±4.96. mg Fe2+/g, the results were significantly higher than the control sample extract at p<0.05.

This research showed that pretreatments prior to the proteolysis process can extracts from WF and have process byproducts that can be used as crucial natural components in plant food products.

ไข่น้ำหรือผำ (Wolffia globosa) เป็นพืชน้ำขนาดเล็กที่สุดอุดมไปด้วยโปรตีนรวมถึงเปปไทด์ที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพทำหน้าที่เป็นสารต้านอนุมูลอิสระ ด้วยขนาดที่เล็กยากต่อการที่จะดึงองค์ประกอบภายในเซลล์ไข่น้ำออกมาได้ทั้งหมด โครงการวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษากระบวนการพรีทรีทเมนท์ด้วยอัลตราโซนิกและเอนไซม์ต่อประสิทธิภาพการสกัดโปรตีน กิจกรรมการต้านอนุมูลอิสระ และปริมาณฟีนอลิกทั้งหมด และเพื่อศึกษากระบวนการโปรตีโอไลซิสต่อองค์ประกอบกรดอะมิโน สมบัติทางเคมี-กายภาพ สมบัติเชิงหน้าที่ และกิจกรรมทางชีวภาพของไข่น้ำที่ผ่านและไม่ผ่านกระบวนการพรีทรีทเมนท์ โดยทำการศึกษาผลของการใช้คลื่นอัลตราโซนิก กำลัง 280 วัตต์ คลื่นความถี่ 37 กิโลเฮิร์ต อุณหภูมิ 30±2 องศาเซลเซียส เวลาให้คลื่น 15 30 45 และ 60 นาที ตามลำดับ เอนไซม์ย่อยผนังเซลล์พืช ได้แก่ เซลลูเลส เพคติเนส และไซลาเนส ความเข้มข้นร้อยละ 0.5 และ 2.0 ต่อน้ำหนักแห้งตัวอย่าง เวลาย่อย 15 30 45 และ 60 นาที ตามลำดับ และศึกษาผลการทำงานของอัลตราโซนิกร่วมกับเอนไซม์ย่อยผนังเซลล์พืช

ผลการทดลองพบว่าเวลาการให้คลื่นความถี่อัลตราโซนิกช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการสกัดโปรตีนจากไข่น้ำและเวลาการให้คลื่นความถี่ 30 นาที พบว่ามีการเปลี่ยนแปลงผนังเซลล์ โดยเกิดการฉีกขาดของเยื่อเซลล์และความเสียหายของผนังเซลล์ทำให้สามารถสกัดปริมาณโปรตีนร้อยละ 65.74±0.02 ของซูเปอร์เนเทน ซึ่งสูงกว่าตัวอย่างควบคุมอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับ 0.05 มีความสามารถในการรีดิวซ์เฟอร์ริกสารต้านออกซิเดชันด้วยวิธี FRAP 1189.7±0.02 มิลลิกรัมสมมูลของ Fe2+ ต่อกรัม และปริมาณฟีนอลิกทั้งหมด 163.6±3.11 มิลลิกรัมสมมูลของกรดแกลลิกต่อกรัม และผลของการพรีทรีทเมนท์ด้วยเอนไซม์เซลลูเลส เพคติเนส และไซลาเนส พบว่าร้อยละความเข้มข้นและเวลาการย่อยของเอนไซม์มีอิทธิพลต่อการสกัดโปรตีนได้ช่วงร้อยละ 30 ถึง 49 เป็นปริมาณน้อยกว่ากระบวนการด้วยอัลตราโซนิก (ร้อยละ 50 ถึง 65) และไม่มีแตกต่างตัวอย่างควบคุม (ร้อยละ 49) อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับ 0.05 อย่างไรก็ตามผลการย่อยด้วยเอนไซม์เพคติเนส ความเข้มข้นร้อยละ 0.5 ต่อน้ำหนักแห้งตัวอย่าง ย่อยเวลา 30 นาที มีความสามารถในการสกัดปริมาณโปรตีนได้สูงเท่ากับร้อยละ 78.15±0.03 เทียบเท่ากับกระบวนการพรีทรีทเมนท์ด้วยคลื่นอัลตราโซนิกที่เวลา 30 นาที ร้อยละ 65.74±0.02 โดยเอนไซม์เพคติเนสสามารถทำให้ผนังเซลล์ไข่น้ำฉีกขาดและมีรูพรูนมากกว่าไข่น้ำที่ผ่านการพรีทรีทเมนท์ด้วยเอนไซม์เซลลูเลส และไซลาเนส ความเข้มข้นร้อยละ 0.5 ต่อน้ำหนักแห้งตัวอย่าง เวลาย่อย 30 นาที ตามลำดับ และเอนไซม์เซลลูเลส เพคติเนส และไซลาเนส ความเข้มข้นร้อยละ 0.5 ต่อน้ำหนักแห้งตัวอย่าง เวลาย่อย 30 นาที มีประสิทธิภาพในการช่วยเพิ่มกิจกรรมการต้านอนุมูลอิสระและปริมาณฟีนอลิกทั้งหมดของส่วนซูเปอร์เนเทนอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับ 0.05

ผลการพรีทรีทเมนท์ด้วยอัลตราโซนิกร่วมกับเอนไซม์ พบว่า การทำงานของอัลตราโซนิกร่วมกับเอนไซม์ไซลาเนส ความเข้มข้นร้อยละ 0.5 ต่อน้ำหนักแห้งตัวอย่าง เวลาย่อย 30 นาที มีความสามารถช่วยปลดปล่อยโปรตีน เท่ากับร้อยละ 53.88±0.02 และการทำงานของอัลตราโซนิกสกัด 30 นาที ก่อนย่อยสลายด้วยเอนไซม์ไซลาเนส เท่ากับร้อยละ 48.10±0.03 และเซลลูเลส ร้อยละ 46.98±0.05 มีความสามารถสกัดโปรตีนไม่แตกต่างตัวอย่างควบคุม (ร้อยละ 49.81±2.75) อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับ 0.05 ผลการทำงานร่วมกันของอัลตราโซนิกกับเอนไซม์เซลลูเลส เพคติเนส และไซลาเนส ความเข้มข้นร้อยละ 0.5 ต่อน้ำหนักแห้งตัวอย่าง เวลาย่อย 30 นาที ตามลำดับ สามารถช่วยสกัดสารประกอบฟีนอลได้ 105 ถึง 146 มิลลิกรัมสมมูลของกรดแกลิกต่อกรัม อีกทั้งสามารถบ่งชี้ว่ากระบวนการทำงานร่วมกันของอัลตราโซนิกและเอนไซม์เป็นวิธีการสกัดที่ใช้เวลาน้อยกว่าตัวอย่างควบคุมและวิธีการพรีทรีทเมนท์ด้วยอัลตราโซนิกก่อนการย่อยด้วยเอนไซม์ย่อยผนังเซลล์พืชถึง 30 นาที และตรวจพบโปรตีนและฤทธิ์ทางชีวภาพที่หลงเหลือในส่วนเพลเลส งานวิจัยนี้จึงคัดเลือกจากกระบวนการพรีทรีทเมนท์ร่วมกันของอัลตราโซนิกกับเอนไซม์ย่อยผนังเซลล์พืชด้วยการใช้ส่วนฟูดิสเพอร์ชันเป็นส่วนที่มีทั้งเพลเลสและซูเปอร์เนเทนรวมกัน โดยจะถูกนำมาโปรติไลซิส

ผลของกระบวนการโปรตีโอไลซิส พบว่าการพรีทรีทเมนท์ด้วยอัลตราโซนิกร่วมกับเอนไซม์ เพคติเนสความเข้มข้นร้อยละ 0.5 ต่อน้ำหนักแห้งตัวอย่าง เวลาย่อย 30 นาที ย่อยโปรตีนด้วยเอนไซม์ฟลาโวไซม์ความเข้มข้นร้อยละ 2.0 ต่อปริมาณโปรตีน เวลาย่อย 30 นาที ให้ระดับการย่อยสลายโดยกระบวนการ US:P:F สูงถึงร้อยละ 96.83±0.28 และมีปริมาณโปรตีนร้อยละ 59.88±5.22 ถูกคัดเลือกนำมาทำให้แห้งด้วยวิธีทำพ่นฝอยด้วยการใช้สารละลายมัลโตเดร็กตินร้อยละ 3 ต่อน้ำหนักของแข็งทั้งหมดในสารสกัดตัวอย่างควบคุม และร้อยละ 1 ต่อน้ำหนักของแข็งทั้งหมดในสารสกัดตัวอย่างจากกระบวนการ US:P:F ซึ่งผงของสารสกัดไข่น้ำจากกระบวนการ US:P:F มีความละเอียด เนื้อสัมผัสเนียน และไม่จับตัวเป็นก้อน ปริมาณโปรตีน ร้อยละ 36.52±0.48 สูงกว่าร้อยละ 4 เมื่อเปรียบเทียบปริมาณโปรตีนของตัวอย่างควบคุม และมีความสามารถในการละลาย ร้อยละ 93.75±3.80 ความสามารถในการเกิดโฟม ร้อยละ 96.61±1.02 และความคงตัวของโฟม ร้อยละ 14.00±2.83 สูงกว่าตัวอย่างควบคุมอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับ 0.05 จำนวนยีสต์และราทั้งหมดมีจำนวนเชื้อจุลินทรีย์น้อยกว่า 1x101 ซึ่งจำนวนยีสต์และราเป็นไปตามประกาศกรมวิทยาศาสตร์การแพทย์ ฉบับที่ 3 ทั้งนี้สารสกัดไข่น้ำจากกระบวนการโปรติโอไลซิสประกอบด้วยกรดอะมิโนชนิดกรดกลูตามิก และกรดแอสปาร์ติก 4,280 และ 5,104 มิลลิกรัมต่อ 100 กรัม ตามลำดับ สูงกว่าวัตถุดิบเริ่มต้น 1,568 และ 1,815 มิลลิกรัมต่อ 100 กรัม ตามลำดับ และอาร์จีนีน 1,892 มิลลิกรัมต่อ 100 กรัม สูงกว่าสารสกัดตัวอย่างควบคุมถึง 438 มิลลิกรัมต่อ 100 กรัม มีคุณสมบัติทางชีวภาพ ได้แก่ ปริมาณฟีนอลิคทั้งหมด 665.10±7.99 มิลลิกรัมสมมูลของกรดแกลลิกต่อกรัม การยับยั้งสารต้านอนุมูลอิสระด้วยวิธี DPPH (IC50) 0.34±0.11 มิลลิกรัมต่อกรัม ความสามารถในการแย่งจับกับโลหะหนัก ร้อยละ 98.58±0.05 ปริมาณแคโรทีนอยด์ทั้งหมด 1.20±0.00 ไมโครกรัมต่อมิลลิลิตร ปริมาณคลอโรฟิลเอ 11.22±0.07 ไมโครกรัมต่อมิลลิลิตร ความสามารถการรีดิวซ์เฟอร์ริกสารต้านออกซิเดชันด้วยวิธี FRAP เท่ากับ 1117.40±4.96 มิลลิกรัมสมมูลของ Fe2+ ต่อกรัม ผลลัพธ์ดังกล่าวมีค่าสูงกว่าสารสกัดตัวอย่างควบคุมอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับ 0.05

จากผลลัพธ์โดยรวมของงานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าการพรีทรีทเมนท์ก่อนกระบวนการโปรตีโอไลซิสมีความสามารถสกัดสารสกัดจากไข่น้ำและเกิดผลพลอยได้จากกระบวนการที่สามารถนำไปใช้เป็นองค์ประกอบจากธรรมชาติที่สำคัญในการผลิตอาหารจากพืชได้