Enzymatic Preparation and Antioxidant Activities of Protein Hydrolysates from Protaetia brevitarsis Larvae

흰점박이꽃무지 유충 단백가수분해물의 제조 및 항산화 활성

Protaetia brevitarsis larvae (PBL) has recently been registered as a temporary food in Korea, and this study evaluated the application potential of PBL proteins as health functional food materials. Protein hydrolysates were prepared from PBL powder by enzymatic hydrolysis using five different proteases (alcalase, bromelain, flavourzyme, neutrase, and papain), and based on the results from the peptide content and SDS-PAGE analyses, PBL treated with alcalase or flavourzyme showed a high degree of hydrolysis (HD) value, whereas the HD value of those treated with neutrase, bromelain, or papain was minimal. The protein hydrolysates showing a high HD value were separated further into the fractions of >3 kDa and <3 kDa by a centrifugal filter system and then lyophilized, and according to the $RC_{50}$ values of the protein hydrolysates (<3 kDa) obtained from three different antioxidant analyses; the alcalase hydrolysates showed the highest antioxidant activity. Therefore, the alcalase hydrolysates were tested further for their inhibitory effects on the peroxidation of linoleic acid by measuring the thiobarbituric acid values. The results showed that the peroxidation of untreated linoleic acid increased dramatically during 6 days of incubation, but a pretreatment with the hydrolysates ($100{\sim}800{\mu}g/mL$) significantly inhibited the linoleic acid peroxidation in a dose-dependent manner for 6 days. Our current studies are focused on the identification of active peptide sequences from alcalase hydrolysates.

흰점박이꽃무지 유충 분말을 4%(w/v)의 기질용액으로 제조한 후, 기질 대비 단백질 가수분해효소(alcalase, bromelain, flavourzyme, neutrase, bromelain, papain)를 각각 1%(w/w) 첨가하여 24시간 가수분해시킨 단백가수분해물을 제조하였으며, 각 효소별 가수분해물의 특성과 가수분해도를 알아보기 위해 24시간째의 가수분해물을 이용하여 SPS-PAGE를 진행하였고, 시간에 따른 가수분해도를 알아보기 위해 TNBS assay를 실시하였다. SDS-PAGE 결과 alcalase 단백 가수분해물이 10 kDa 이상의 대부분의 단백질을 분해시켰으며, flavourzyme 효소는 10 kDa 이하의 펩타이드를 분해시켜 available amino group 함량이 9.99 mg/mL로 가장 높게 나타났다. Available amino group의 농도가 높게 나타난 alcalase(9.35 mg/mL), flavourzyme(9.99 mg/mL), neutrase(7.60 mg/mL) 단백가수분해물을 한외여과막을 통해 분자량이 3 kDa 이하로 분리한 후 동결건조하였으며, 동결 건조물을 이용하여 항산화 실험을 수행하였다. 각 효소별 단백가수분해물의 DPPH 라디칼 소거활성 $RC_{50}$값은 neutrase $131.43{\mu}g/mL$, flavourzyme $149.28{\mu}g/mL$, alcalase $151.99{\mu}g/mL$로 neutrase 단백가수분해물의 항산화 활성이 가장 우수하였으며(P<0.05), ABTS 라디칼 소거활성은 alcalase $34.59{\mu}g/mL$, neutrase $42.49{\mu}g/mL$, flavourzyme $44.34{\mu}g/mL$ 순으로 alcalase가 우수한 항산화 활성을 나타냈다(P<0.05). Hydrogen peroxide 소거활성은 alcalase 단백가수분해물의 $RC_{50}$값이 $46.31{\mu}g/mL$, neutrase $58.16{\mu}g/mL$, flavourzyme $59.30{\mu}g/mL$로 alcalase 가수분해물이 우수한 항산화 활성을 나타냈다(P<0.05). 상기 3가지 항산화 실험에서 우수한 항산화 활성을 보였으며 저분자 펩타이드 생산 효율이 52.91%로 가장 높았던 alcalase 단백가수분해물(3 kDa 이하)을 이용해 linoleic acid에 대한 지질과산화 억제 활성을 측정한 결과, 6일 동안 $100{\sim}800{\mu}g/mL$의 농도에서 처리 농도에 의존적으로 유의적인 항산화능을 보였다. 최종적으로 본 연구에서는 고단백질 소재인 흰점박이꽃무지 유충을 이용하여 단백가수분해물의 제조 특성 및 우수한 항산화 활성을 확인하였으며, 이 결과들은 향후 식용곤충을 활용한 새로운 기능성 식품 및 소재 개발 등에 활용될 수 있을 것이라 예상된다.