Effect of Maillard Reaction on Physical and Chemical Properties, Flavor Profile and Biological Activities of Mungbean meal Peptides

Abstract

This study investigated the effects of molecular weight of mung bean meal peptides and the type of reducing sugar on Maillard reaction products (MRPs). The physico-chemical properties, flavoring characteristics, volatile compounds, antioxidant activity, anti-inflammatory and anti-cancer properties of MRPs were determined. Peptide with a molecular weight of less than 1 kDa (F4) showed high reactivity with ribose, achieving a degree of glycation of 69.17%. Sensory analysis of RF4 revealed meaty flavor, sweet flavor, smoking flavor and umami taste. Key heterocyclic compounds including furfural, 2,5-dimethyl pyrazine and dimethyl trisulfide were identified as the predominant odorant. All MRPs contributed to antioxidant activity, RF4 exhibiting particularly strong DPPH⦁, ABTS⦁+, hydroxyl, and superoxide radical scavenging activity with IC50 values of 0.1302, 0.0508, 0.9045, 2.5473 mg/mL, respectively, and FRAP value of 0.3163 mM Fe2+, respectively. Additionally, RF4 contributed to anti-inflammatory activity in macrophage cell (RAW 264.7), which suppressed NO release of 4.29 µmol/L. RF4 also inhibited the production of pro-inflammatory cytokines, including interleukin-6 (IL-6, 542.81 pg/mL and tumor necrosis factor alpha (TNF-α, 113.55 pg/m). Compared to the LPS-treated control, RF4 reduces IL-6 level (3227.40 pg/mL) approximately sixfold and TNF-α level (810.69 pg/mL) approximately sevenfold. RF4 additionally explored potent anticancer activity, inhibiting the growth of human breast adenocarcinoma (MCF-7), human colorectal carcinoma (HCT-116) and human alveolar basal epithelial cell (A549) with IC50 value of 0.700, 0.6645 and 1.6060 mg/mL, respectively. Importantly, RF4 was non-toxic in normal cell (Vero cell) with the maximum concentration of 250 µg/mL and IC50 value of 707±7.90 µg/mL. In conclusion, Mallard reaction products derived from mung bean meal peptide not only enhance flavor characteristics, but also exhibit significant biological activity, developing them promising functional flavoring agents food application.

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลขนาดของเพปไทด์จากกากถั่วเขียว และชนิดของน้ำตาลรีดิวส์ที่มีผลต่อการเกิดผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาเมลลาร์ด และศึกษาสมบัติทางกายภาพ สมบัติด้านกลิ่นรส สารประกอบระเหยได้ ความสามารถในการเป็นสารต้านอนุมูลอิสระ ฤทธิ์ในการต้านการอักเสบ และการต้านมะเร็ง ของผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาเมลลาร์ดที่เกิดขึ้น จากผลการศึกษาพบว่าเพปไทด์ขนาดโมเลกุลเล็กกว่า 1 kDa (F4) สามารถเกิดปฏิกิริยาได้ดีกับน้ำตาลไรโบส มีค่าร้อยละของการเกิดปฏิกิริยาไกลเคชันเท่ากับ 69.17 ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากปฏิกิริยาเมลลาร์ดระหว่างเพปไทด์ขนาดเล็กน้อย 1 kDa กับน้ำตาลไรโบส (RF4) มีคุณสมบัติด้านรสชาติและการยอมรับทางด้านประสาทสัมผัสโดยรวมสูง มีคุณลักษณะกลิ่นเนื้อ กลิ่นหวาน กลิ่นรมควัน และรสอร่อย (umami) พบสารประกอบ เฮเทอโรไซคลิก ได้แก่ เฟอร์ฟูรัล 2,5-ไดเมทิลไพราซีน และ ไดเมทิลไตรซัลไฟด์ ซึ่งให้กลิ่นคาราเมลหรืออัลมอนด์ กลิ่นถั่ว และกลิ่นเนื้อในปริมาณสูง อีกทั้ง RF4 มีความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระ ได้แก่ DPPH•, ABTS•+, hydroxyl, superoxide และ FRAP สูงสุด โดยมีค่า IC50 เท่ากับ 0.1302, 0.0508, 0.9045, 2.5473 mg/mL และ 0.3163 mM Fe2+ ตามลำดับ รวมทั้ง RF4 มีความสามารถในการยับยั้งการอักเสบในเซลล์เม็ดเลือดขาวแมคโครฟาจ (RAW264.7) โดยยับยั้งการปลดปล่อยไนตริกออกไซด์ (NO) เท่ากับ 4.29 µmol/L ยับยั้งการหลั่งไซโตไคน์ (cytokine) ชนิด Interleukin-6 (IL-6) และชนิด tumor necrosis factor alpha (TNF- α) เท่ากับ 542.81 และ 113.55 pg/mL ตามลำดับ ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับตัวอย่างควบคุม ได้แก่ เซลล์ที่บ่มกับ LPS อย่างเดียว สามารถลดปริมาณการหลั่ง IL-6 ได้ประมาณ 6 เท่า และลดปริมาณการหลั่ง TNF- α ได้ประมาณ 7 เท่า สาร RF4 สามารถยับยั้งการเจริญของเซลล์มะเร็งชนิดมะเร็งเต้านม (Human breast adenocarcinoma; MCF-7) มะเร็งลำไส้ใหญ่ (Human colorectal carcinoma; HCT-116) และมะเร็งปอด Human alveolar basal epithelial cell; A549) ได้ มีค่า IC50 เท่ากับ 0.700, 0.6645 และ 1.6060 mg/mL ตามลำดับ และไม่มีความเป็นพิษต่อเซลล์ในเซลล์ปกติ (Vero cell) ดังนั้น เพปไทด์กากถั่วเขียวที่ผ่านปฏิกิริยาเมลลาร์ดมีศักยภาพที่ดีในการเป็นสารเสริมรสชาติและสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ สามารถพัฒนาเป็นสารเสริมรสเชิงสุขภาพและประยุกต์ใช้ในอาหาร