Ohratärkkelystehtaan sivujakeen proteiinien karakterisointi ja muokkaus | Characterization and modification of proteins in a barley starch industry side-product

Tutkimuksen kirjallisuusosuuden tavoitteena oli tutustua ohran proteiineihin, metallikatalysoituun hapettumiseen ja siihen liittyviin aihealueisiin, kuten antioksidantteihin, sekä hapettumisen vaikutuksiin oluen laadussa. Tämän lisäksi tutustuttiin ACE -inhibitioon. Kokeellisen osuuden tavoitteena oli tutkia voiko ohratärkkelystehtaan sivujakeen proteiineja muokata metallikatalysoidulla hapetuksella tai entsymaattisesti ja miten nämä käsittelyt vaikuttavat näytteen sisältämiin eri proteiineihin. Lisäksi tutkittiin voidaanko menetelmillä tuottaa ACE -inhibitiivisiä peptidejä. Näytemateriaalina oli ohratärkkelyksen valmistusprosessin runsasproteiininen sivujae, ohravalkuaisrehu. Siitä uutettiin vaiheittaisesti alkoholiliukoinen fraktio sekä pelkistetty fraktio. Näytefraktioiden proteiinien muokkautumista seurattiin geelielektroforeesilla sekä kokoekskluusiokromatografialla. Proteiinien pilkkoutumisessa syntyneiden pienten peptidien ACE -inhibitioaktiivisuus mitattiin UV-VIS -spektroskopialla. Ohravalkuaisrehusta tunnistettiin kolme proteiiniryhmää: polymeerinen B-hordeiini, monomeerinen B-hordeiini ja C-hordeiini. Metallikatalysoitu hapetus ei odotusten vastaisesti pilkkonut mitään näytemateriaalin sisältämiä proteiineja vaan ne aggregoituivat hapetuksen seurauksena. Entsyymihydrolyysi pilkkoi tunnistetut proteiinit tehokkaasti. Entsyymihydrolyysissä syntyneiden pienten peptidien ACE -inhibition IC50, eli konsentraatio, jossa inhibiittori estää 50 % entsyymin toiminnasta, oli 246 µg/ml. Tämä on samaa luokkaa esimerkiksi gluteenihydrolysaatin kanssa, jonka IC50 on vastaavasti 29 µg/ml. Metallikatalysoitu hapettuminen aggregoi tutkittuja proteiineja mistä johtuen sitä ei voitu käyttää ACE -inhibitiivisten peptidien tuottoon. Ohravalkuaisrehusta voitiin kuitenkin entsyymihydrolyysillä tuottaa ACE -inhibitioaktiivisia peptidejä, joiden inhibitiokyky oli samaa luokkaa aiemmin tunnettujen inhibitiivisten elintarvikehydrolysaattien kanssa.

The aim of the literature review was to research barley proteins, metal-catalyzed oxidation and subjects related to it, like antioxidants and oxidation reactions in beer. In addition ACE inhibition was looked into. The object of the experimental part was to find out if the proteins of a barley-based industrial side product can be modified by metal-catalyzed oxidation or enzymatic hydrolysis, and how these treatments affect the different proteins in the sample material. In addition, the possible ACE inhibition activity of the reaction products was determined. The sample material was a protein-rich side-product of barley starch production. Two protein fractions were extracted from the material; an alcohol soluble fraction and a reduced fraction. The modification of the proteins in the sample fractions by oxidation and hydrolysis was determined with gel electrophoresis and size exclusion chromatography. The ACE inhibitory activity of the small peptides from these reactions was determined with UV-VIS spectroscopy. Three protein groups were identified from the sample material; polymeric B hordein, monomeric B hordein and C hordein. Contrary to expectations metal-catalyzed oxidation did not break down any of the proteins in the sample; instead it aggregated the proteins into bigger units. The enzyme treatment hydrolyzed the proteins effectively. Small peptides from the enzyme hydrolysis had an ACE inhibition IC50 of 246 µg/ml, which is similar to gluten hydrolysates IC50 of 29 µg/ml. IC50 is the inhibitor concentration where 50% of enzyme activity is inhibited. Instead of breaking down the subject proteins metal-catalyzed oxidation aggregated them, and thus it could not be used to make ACE inhibitory peptides. Enzyme hydrolysis was found to be a valid method of inhibitor peptide production. The peptides produced had an ACE inhibition capacity similar to previously known ACE inhibitory food hydrolysates.