| Přispěvatelé: |
University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Food and Nutrition, Doctoral Programme in Food Chain and Health, Helsingin yliopisto, maatalous-metsätieteellinen tiedekunta, Ruokaketjun ja terveyden tohtoriohjelma, Helsingfors universitet, agrikultur-forstvetenskapliga fakulteten, Doktorandprogrammet i livsmedelskedjan och hälsa, Estévez, Mario, Heinonen, Marina |
| Popis: |
Proteins are vital nutrients that contribute to the physiological, structural, and functional properties of different types of food. As one of the main sources of commercial nutrient ingredients, dairy whey proteins consist of all the essential amino acids in superior concentrations in comparison to other natural sources of food proteins. Furthermore, the high content of branched-chain amino acids makes whey proteins important to food structure. More specifically, beta-lactoglobulin (β-LG) and α-lactalbumin (α-LA) are the most important whey proteins, and among cereals, oats are the potential low-cost and high-content sources of proteins due to their balanced amino acid profile. On the other hand, plant phenolics, such as procyanidins and ellagitannins, are known to possess significant binding affinity to proteins, which leads to changes in both the functional properties and biological activity of proteins. This research aims to elucidate antioxidant and other protein–phenolic interactions in foods by utilizing up-to-date analytical approaches to investigate oxidation, adduct formation, and binding reactions both in model solutions and food matrices containing either dairy or oat proteins and plant tannins. In this study, protein–phenolic interactions on a molecular level were investigated using a metal-catalysed oxidation model system. Tryptophan, cysteine, and lysine were observed as the most readily oxidised amino acids in the selected β-LG peptide (LIVTQTMK). An interaction product was then identified with sanguiin H-6 isolated from cloudberries and peptide LIVTQTMK as characterised by liquid chromatography-electrospray ionization/multi-stage mass spectrometry with a quadrupole ion trap mass spectrometry system and supported by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis. Eventually, the cleavage of the peptide between tryptophan and glutamine in a selected α-LA peptide (LDQWLCEK) was concluded to be induced by oxidation. The interaction products between peptide LDQWLCEK and procyanidin B2 were later characterised by liquid chromatography-mass spectrometry and size-exclusion chromatography (SEC), indicating that tryptophan and lysine were the most prone amino acids to interact with procyanidin B2. Larger molecular-size interaction products were most likely generated by cross-linking during the oxidation. Moreover, enzymatic treatment was shown to be an effective way to increase both the instant exposure of hydrophobic side chains in the protein and the covalent interaction between oat globulin (OG) and procyanidin B2. A few instantly occurring large interaction aggregates between procyanidin B2 and transglutaminase-treated OG were characterised by SEC and asymmetric flow field-flow fractionation with multi-angle light scattering and refractive index detection. Phenylalanine and tryptophan in the side chain of trypsin-treated OG were identified as the key amino acids to interact with procyanidin B2, as monitored by circular dichroism. Overall, interactions involving oxidation, adduct formation, binding, and precipitation of aggregates of berry tannins and food proteins were demonstrated. These protein–phenolic interactions occurred either spontaneously or were triggered by catalysis, resulting in oxidation. The outcome of the research results not only suggests new analytical tools to investigate the interaction reactions between food proteins and phenolic compounds, but also provides a valuable basis for using the benefits of these reactions in terms of food functionalities. Proteiinit ovat välttämättömiä ravintoaineita, jotka fysiologisen merkityksen lisäksi vaikuttavat elintarvikkeiden rakenteeseen ja toiminnallisiin ominaisuuksiin. Tunnettua on, että elintarvikkeiden eri aineosat ovat keskenään vuorovaikutuksessa, johon elintarvikkeiden erilaisilla käsittelyillä on vaikutusta. Siten esimerkiksi kasvikunnan fenoliset yhdisteet, erityisesti tanniinit, voivat sitoutua proteiineihin aikaansaaden muutoksia proteiinien toiminnallisissa ja fysiologisissa ominaisuuksissa. Väitöskirjatyössä sovellettiin uusia analyyttisiä menetelmiä heran ja kauran proteiinien ja tanniinien välisten vuorovaikutusten tutkimiseen molekulaarisella tasolla erilaisissa malliolosuhteissa. Tiettyjen heran proteiineista eristettyjen peptidien aminohappojen (tryptofaani, kysteiini ja lysiini) todettiin olevan erityisen herkkiä hapettumaan, ja vuorovaikutuksessa lakasta eristetyn tanniinin (sanguiin H-6) kanssa voitiin tunnistaa reaktioissa syntyneitä tuotteita. Tryptofaanin ja lysiinin todettiin olevan erityisen alttiita vuorovaikutuksille tanniinin (prosyanidiini B2) kanssa. Suurimolekulaarisia reaktiotuotteita syntyi oletettavasti hapettumisen aikaansaamien ristisidoksien seurauksena. Enstyymikäsittelyllä voitiin vaikuttaa kaurasta eristetyn proteiinin (globuliini) ja tanniinin (prosyanidiini B2) välisiin vuorovaikutuksiin. Transglutaminaasi ja trypsiini lisäsivät aminohappojen hydrofobisten sivuketjujen reaktiivisuutta johtaen suurimolekulaaristen tuotteiden muodostumiseen. Trypsiinillä käsitellyn globuliinin aminohapoista erityisesti fenyylialaniini ja tryptofaani olivat alttiita vuorovaikutukselle tanniinin kanssa. Väitöskirjatyössä osoitettiin, että elintarvikkeiden proteiinien ja tanniinien väliset vuorovaikutukset ovat luonteeltaan hapettumista, adduktien muodostumista, sitoutumista ja muodostuneiden agregaattien saostumista. Erilaisten analyyttisen menetelmien, mukaan lukien massaspektrometria (LC-QIT-MS), kenttävirtaus fraktiointi (AF4), geelielektroforeesi (SDS-PAGE), ympyrädikroismi (CD) ja kokoekskluusiokromatografia (SEC), yhdistelmällä väitöstutkimuksessa tuotettiin molekulaarisella tasolla uutta tietoa proteiinien ja fenolisten yhdisteiden välisistä vuorovaikutuksista. Tutkimuksen tuloksilla on merkitystä sekä uusien analyyttisten menetelmien sovelluksina että elintarvikkeiden toiminnallisia ominaisuuksia muokattaessa. |
