Characterization of Buckwheat Protein with Pepsin and Chymotrypsin and Reduction of Allergenicity of Buckwheat Protein Hydrolysates using Papain

Abstract

Recent increase in food allergic patient has been a problem domestically and internationally. Allergies caused by food are relatively common about 7 % of total allergies. Recently, buckwheat is in the limelight as health food, but the intake of buckwheat is somewhat limited due to allergy. Characterization of buckwheat protein was performed with in vitro digestibility test in simulated gastric fluid(SGF) and simulated intestinal fluid(SIF) using pepsin and chymotrypsin. The protein concentrate from the buckwheat was treated with pepsin and chymotrypsin for 0, 0.5, 1, 2, 5, 10, 20, 30, and 60 minutes, respectively. Buckwheat protein, 24 kDa, showed resistance to chymotrypsin on SDS-PAGE, and still had allergenicity based on the result of ELISA. The buckwheat protein hydrolyzed by pepsin disappeared completely in 60 min on SDS-PAGE, but showed interaction with two out of the six buckwheat patients’ sera on ELISA, indicating that allergenicity still remained. After finding out the allergenicity of buckwheat proteins wasn’t reduced with pepsin and chymotrypsin, hydrolysis of buckwheat protein using papain was performed whether it can reduce allergenicity. The major allergens of the buckwheat proteins, 37-53, 24, 19, 16 and 10 kDa, were hydrolyzed quickly when treated with papain. When the hydrolysates of buckwheat proteins with papain were reacted with sera from six buckwheat allergy patients using ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) method, all six sera did not show any interactions. From the result, the relationship between allergenic potential and digestibility of buckwheat protein with pepsin and chymotrypsin was shown and it is found that papain could hydrolyze the major allergens in the buckwheat. These results may open a possibility to develop hypoallergenic buckwheat ingredient for new food products.;식품 알레르기 환자의 증가는 국내·외적으로 문제가 되고 있다. 식품으로 인해 유발되는 알레르기 질환은 7% 정도로 비교적 흔하다. 최근 메밀은 건강 식품으로 각광받고 있지만 메밀 알레르기로 인해 섭취가 제한적이다. 본 연구에서는 체내 소화 효소를 이용하여 메밀 단백질의 특성 분석을 하였다. Pepsin, chymotrypsin으로 메밀의 단백질 추출물을 0, 0.5, 1, 2, 5, 10, 20, 30, 60분 동안 처리하였다. 메밀 단백질과 반응 시 60분 경과 후 chymotrypsin에 의해 소화된 메밀 단백질 가수분해물은 SDS-PAGE 상에서 24 kDa 단백질 부분이 저항성을 보였으며 메밀 알레르기 환자의 혈청을 이용한 ELISA 실험 결과 역시 여전히 항원성을 보였다. Pepsin에 의해 소화된 메밀 단백질은 SDS-PAGE 상으로는 모두 가수분해 된 것으로 확인 되었으나 메밀 알레르기 환자 6명의 혈청 중 2명의 환자 혈청과 반응성을 보인 것으로 보아 여전히 항원성을 가지고 있는 것을 확인하였다. 체내 소화 효소에 의해 메밀 단백질의 항원성이 감소되지 않았음을 확인한 후, 메밀 단백질 항원성의 저감화를 위해 papain을 사용하여 가수분해 처리를 하였다. Papain을 처리한 결과 주요 알레르겐인 37-53 kDa 및 24, 19, 16, 10 kDa 단백질이 바로 분해되는 것을 확인하였고, papain에 의해 분해된 메밀 단백질 용액을 메밀 알레르기 환자의 혈청(6명)과 ELISA (Enzyme-linked immunosorbent assay) 반응시킨 결과, 환자 6명의 혈청 모두 반응성을 나타내지 않았음을 확인하였다. 이번 연구 결과를 통하여 pepsin과 chymotrypsin에 의한 메밀 단백질의 소화와 항원성의 관계를 알 수 있었으며, papain이 메밀의 주요 알레르겐을 가수분해시켜, 메밀의 알레르기 환자의 실험 대상 혈청을 이용해 항원성이 감소되는 것을 확인하였다. 나아가 알레르겐이 분해된 메밀 식품 소재를 개발할 수 있는 가능성을 보여주었다.