Bioactivity of hydrolysates obtained from bovine casein using artichoke (Cynara scolymus L.) proteases

Abstract

The objective of this work was to obtain casein hydrolysates with aspartic proteinases present in extracts from the artichoke flower (Cynara scolymus L.) and evaluate their antioxidant, antimicrobial, and angiotensin-I converting enzyme (ACE) inhibitory activity in vitro. The casein hydrolysates produced by the action of C. scolymus had elevated antihypertensive and antioxidant activity due to their high hydrophobic peptide content (93.84, 96.58, and 90.54% at 2, 4, and 16 h of hydrolysis, respectively). Hydrolysis time and molecular weight (<3 kDa) had a significant influence on the hypertensive and antioxidant activity of the hydrolysates, which were greater at hydrolysis times of 4 and 16 h and corresponding to the <3 kDa fractions. The <3 kDa fraction of the 16 h hydrolysate had an ACE inhibitory activity with a half-maximal inhibitory concentration (IC50) of 71.77 µg peptides per mL; DPPH and ABTS•+ radical scavenging activities of 6.27 µM and 6.21 mM Trolox equivalents per mg of peptides, respectively; and iron (II) chelation activity with an IC50 of 221.49 µg of peptides per mL. Antimicrobial activity against Enterococcus faecalis was also observed in the hydrolysates. From the peptide sequences identified in the hydrolysates, we detected 22 peptides (from the BIOPEP database) that were already in their bioactive form (AMKPWIQPK, AMKPWIQPKTKVIPYVRYL, ARHPHPHLSFM, DAQSAPLRVY, FFVAPFPEVFGK, GPVRGPFPII, KVLPVPQK, LLYQEPVLGPVRGPFPIIV, MAIPPKKNQDK, NLHLPLPLL, PAAVRSPAQILQ, RELEELNVPGEIVESLSSSEESITR, RPKHPIKHQ, RPKHPIKHQGLPQEVLNENLLRF, SDIPNPIGSENSEK, TPVVVPPFLQP, VENLHLPLPLL, VKEAMAPK, VLNENLLR, VYPFPGPIH, VYQHQKAMKPWIQPKTKVIPYVRY, VYQHQKAMKPWIQPKTKVIPYVRYL) and are reported to display antioxidant, antimicrobial, and ACE inhibitory activity. We also identified 12,116, 14,513, and 25,169 peptide sequences in the hydrolysates at 2, 4, and 16 h, respectively, that were contained in the primary sequence, and these are reported to display ACE inhibitory, antioxidant, dipeptidyl peptidase IV inhibition, antithrombotic, opioid, immunomodulation, antiamnesic, anticancer, chelating, and hemolytic bioactivity.

El objetivo de este trabajo fue obtener hidrolizados de caseína con proteinasa aspártica presente en extractos de la flor de alcachofa (Cynara scolymus L.) y evaluar su actividad antioxidante, antimicrobiana e inhibidora de la enzima convertidora de angiotensina I (ECA) in vitro. Los hidrolizados de caseína producidos por la acción de C. scolymus presentaron una elevada actividad antihipertensiva y antioxidante debido a su alto contenido de péptidos hidrofóbicos (93.84%, 96.58% y 90.54% a 2, 4 y 16 horas de hidrólisis, respectivamente). El tiempo de hidrólisis y el peso molecular (<3 kDa) tuvieron una influencia significativa en la actividad antihipertensiva y antioxidante de los hidrolizados, siendo mayor en tiempos de hidrólisis de 4 y 16 horas y correspondiendo a las fracciones de <3 kDa. La fracción <3 kDa del hidrolizado a las 16 horas presentó actividad inhibidora de la ECA con una concentración inhibitoria media (IC50) de 71.77 µg de péptidos por mL; actividades de eliminación de radicales DPPH y ABTS•+ de 6.27 µM y 6.21 mM equivalentes de Trolox por mg de péptidos, respectivamente; y actividad de quelación de hierro (II) con un IC50 de 221.49 µg de péptidos por mL. También se observó actividad antimicrobiana contra Enterococcus faecalis en los hidrolizados.

A partir de las secuencias peptídicas identificadas en los hidrolizados, detectamos 22 péptidos (de la base de datos BIOPEP) que ya se encontraban en su forma bioactiva (AMKPWIQPK, AMKPWIQPKTKVIPYVRYL, ARHPHPHLSFM, DAQSAPLRVY, FFVAPFPEVFGK, GPVRGPFPII, KVLPVPQK, LLYQEPVLGPVRGPFPIIV, MAIPPKKNQDK, NLHLPLPLL, PAAVRSPAQILQ, RELEELNVPGEIVESLSSSEESITR, RPKHPIKHQ, RPKHPIKHQGLPQEVLNENLLRF, SDIPNPIGSENSEK, TPVVVPPFLQP, VENLHLPLPLL, VKEAMAPK, VLNENLLR, VYPFPGPIH, VYQHQKAMKPWIQPKTKVIPYVRY, VYQHQKAMKPWIQPKTKVIPYVRYL) y que están reportados como antioxidantes, antimicrobianos e inhibidores de la ECA. También identificamos 12,116, 14,513 y 25,169 secuencias peptídicas en los hidrolizados a 2, 4 y 16 horas, respectivamente, contenidas en la secuencia primaria, y que están reportadas como inhibidoras de la ECA, antioxidantes, inhibidoras de la dipeptidil peptidasa IV, antitrombóticas, opioides, inmunomoduladoras, antiamnésicas, anticancerígenas, quelantes y hemolíticas.