Selenium biotransformation and fractionation of bioactive Selenopeptide from Germinated Perilla (Perilla frutescens) seeds

ซีลีเนียมไบโอทรานสฟอร์เมชันและการแยกส่วนซีลีโนเปปไทด์ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพจากงาขี้ม่อนงอก

Name: Tanaporn Monkhai

LCSH: Perilla -- Seeds

LCSH: Chemical inhibitors

LCSH: Biological Assay

LCSH: Selenium

LCSH: Selenopeptide

Abstract: Noncommunicable diseases (NCDs) are the leading causes of mortality worldwide, accounting for 70% of deaths in Thailand, with cardiovascular diseases and cancers as the major causes. While lifestyle changes can reduce disease risks, conventional drugs remain the central to NCDs management, but are often associated with adverse effects, including hypotension, kidney failure, and leukopenia from antihypertensive drugs or ACE inhibitors. In cancer therapy, chemotherapeutic and targeted drugs can cause nausea, bone marrow suppression, or immune-related complications. This has prompted growing interest in natural functional ingredients such as bioactive peptides. Perilla frutescens seeds, a local plants of northern Thailand, have been studied for their peptides with antioxidant, anti-inflammatory, and antihypertensive activities, highlighting their potential as a valuable source of bioactive peptides. Selenium (Se) is an essential micronutrient that supports antioxidant enzymes such as thioredoxin reductase (TrxR) and glutathione peroxidase (GPx), helping protect cells from oxidative stress. During germination, Se can also bind to amino acids to form Se-peptide with enhanced bioactivity. However, studies on Se-enriched perilla peptides remain limited. This study aimed to investigate Se biotransformation during perilla seed germination, evaluate enzymatic hydrolysis for Se-peptides production, and assess antioxidant, ACE-inhibitory, anti-inflammatory, and anticancer activities, along with identification of bioactive Se-peptides. Perilla seeds were germinated in sodium selenite solutions (0, 20, 40, 60, 80, and 100 ppm) and harvested when the root reached 2-3 cm in length. Protein, fat, and Se contents were analyzed to determine the optimal germination concentration, define as the treatment yielding the highest Se content. The seeds were defatted with petroleum ether (10 %w/v) and used for selenoprotein (Se-protein) extraction under alkaline conditions for 30, 60, and 90 min. The Se-protein was hydrolyzed using different enzymes (Alcalase, Flavourzyme, and combined enzymes). The enzyme treatment that produced the highest degree of hydrolysate and antioxidant activity was selected to produce selenopeptides (Se-peptides). These Se-peptides were further fractionated by membrane ultrafiltration at molecular weight cut-offs of 10, 5, and 3 kDa, resulting in four fractions (>10, 5-10, 3-5, <3 kDa). The antioxidants, ACE-inhibitory, anti-inflammatory and anticancer activities of the fractions were evaluated. The fraction exhibiting the strongest bioactivity was further purified by size-exclusion chromatography, and Se-peptides were analyzed for bioactivities. Finally, Se-peptide sequences were identified using LC-MS/MS. The results demonstrated that enriching perilla seeds with 80 ppm sodium selenite during germination effectively enhanced selenium accumulation without inducing toxicity. Se-peptides hydrolyzed with Alcalase for 5 hours achieved a 31.73% degree of hydrolysis and showed strong antioxidant activity (80.28% ABTS inhibition and 54.05% FRAP reducing power). Membrane ultrafiltration fractionation revealed that high-molecular-weight Se-peptides (>10 kDa) contained the highest selenium content (124.58 µg/g), along with the strongest antioxidant capacity (83.63% ABTS inhibition and 59.59% FRAP reducing power), and demonstrated notable ACE-inhibitory activity (80.19%) and slightly reduced the growth of human lung cancer A549 cells, reducing growth by 12.18%. Further purification using size-exclusion chromatography yielded Se-peptides that maintained bioactivity, with 66.30% ABTS inhibition, 54.93% FRAP reducing power), 83.87% ACE-inhibitory activity, and a 16.13% reduction in A549 cells growth. Finally, sequence identification by LC-MS/MS confirmed the bioactivity of perilla Se-peptides, with molecular weights ranging from 1 to 2 kDa and the presence of selenium-chelating amino acids, indicating successful incorporation of selenium into the peptide structures. This study demonstrates that Se-biotransformation in perilla seeds is an effective approach for producing bioactive Se-peptides with notable antioxidant, ACE-inhibitory, and anticancer properties. These findings highlight the potential of Se-peptides as innovative functional ingredients for food and health applications, offering a safer and more effective alternative for selenium supplementation.

Abstract: โรคไม่ติดต่อเรื้อรังถือเป็นสาเหตุหลักของการเสียชีวิตทั่วโลก การเสียชีวิตจากโรคนี้คิดเป็นร้อยละ 70 ของการเสียชีวิตในประเทศไทย โดยโรคหัวใจและหลอดเลือดและโรคมะเร็งเป็นสาเหตุหลัก แม้ว่าการเปลี่ยนวิถีชีวิตและอาหารจะช่วยลดความเสี่ยงต่อโรคได้ แต่การใช้ยาแผนปัจจุบันยังคงเป็นวิธีรักษาที่สำคัญในการจัดการโรคไม่ติดต่อเรื้อรัง อย่างไรก็ดี การใช้ยาในการรักษามักมีอาการข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์ เช่น ความดันโลหิตต่ำ ไตวาย และภาวะเม็ดเลือดขาวต่ำจากยาลดความดันโลหิต ในการรักษามะเร็ง เคมีบำบัดและยาที่ออกฤทธิ์ตรงเป้าหมายอาจทำให้เกิดอาการคลื่นไส้ ภาวะไขกระดูกถูกกด หรือภาวะแทรกซ้อนที่เกี่ยวข้องกับระบบภูมิคุ้มกัน อาการไม่พึงประสงค์เหล่านี้ได้ผลักดันให้เกิดความสนใจในเปปไทด์ที่สามารถออกฤทธิ์ทางชีวภาพมากขึ้น เมล็ดงาขี้ม่อนเป็นพืชท้องถิ่นภาคเหนือของประเทศไทยที่ได้รับการศึกษาว่าเปปไทด์จากมันมีฤทธิ์ต้านการออกซิเดชัน ต้านการอักเสบ และลดความดันโลหิตได้ งาขี้ม่อนจึงมีศักยภาพในการเป็นแหล่งเปปไทด์ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ นอกจากนี้ ซีลีเนียมซึ่งเป็นแร่ธาตุที่ร่างกายต้องการในปริมาณน้อยแต่ไม่สามารถขาดไม่ได้ ยังได้ถูกศึกษาว่าในระหว่างการงอก ซีลีเนียมสามารถจับกับกรดอะมิโนเพื่อสังเคราะห์ซีลีโนเปปไทด์ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ ทั้งนี้การศึกษาเกี่ยวกับซีลีโนเปปไทด์ในงาขี้ม่อนยังคงมีอยู่อย่างจำกัด การศึกษานี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงทางชีวภาพของซีลีเนียมระหว่างการงอกของเมล็ดงาขี้ม่อน การย่อยด้วยเอนไซม์ในการผลิตซีลีโนเปปไทด์ และการวิเคราะห์การต้านการออกซิเดชัน การยับยั้ง ACE การต้านการอักเสบ และการต้านมะเร็ง พร้อมทั้งระบุลำดับเปปไทด์ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ การศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการงอกงาขี้ม่อนเสริมซีลีเนียมทำได้โดยการงอกงาขี้ม่อนในสารละลายโซเดียมซีลีไนต์ความเข้มข้น 0, 20, 40, 60, 80 และ 100 ppm จนกระทั่งรากมีความยาว 2-3 เซนติเมตร จึงเก็บตัวอย่างมาวิเคราะห์ปริมาณโปรตีน ไขมัน และซีลีเนียม โดยความเข้มข้นในการงอกที่มีปริมาณซีลีเนียมมากที่สุดจะถูกเลือกเป็นสภาวะในการงอกงาขี้ม่อนเสริมซีลีเนียมในการศึกษานี้ เมล็ดที่ได้จะถูกนำไปสกัดไขมันออกด้วยปิโตรเลียมอีเทอร์ (10 %w/v) แล้วสกัดซีลีโนโปรตีนภายใต้สภาวะเบสเป็นเวลา 30, 60 และ 90 นาที จากนั้นซีลีโนโปรตีนถูกย่อยโดยใช้เอนไซม์ต่าง ๆ (Alcalase, Flavourzyme และเอนไซม์ผสม) ชนิดเอนไซม์ที่ให้ระดับการย่อยสูงที่สุดและมีฤทธิ์ต้านการออกซิเดชันสูงสุดจะถูกเลือกเพื่อการผลิตซีลีโนเปปไทด์ หลังจากนั้นทำการแยกส่วนเพิ่มเติมด้วย membrane ultrafiltration น้ำหนักโมเลกุล 10, 5 และ 3 กิโลดาลตัน ส่งผลให้ได้เปปไทด์ 4 ส่วน (>10, 5-10, 3-5, <3 kDa) วิเคราะห์ฤทธิ์ต้านการออกซิเดชัน ยับยั้งเอนไซม์ Angiotensin-Converting Enzyme (ACE) ต้านการอักเสบและต้านมะเร็งของ fraction ทั้งสี่ fraction ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพสูงสุดจะถูกนำไปทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติมด้วย size-chromatography วิเคราะห์ฤทธิ์ทางชีวภาพและวิเคราะห์ลำดับซีลีโนเปปไทด์โดย LC-MS/MS ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าการเสริมโซเดียมซีลีไนต์ความเข้มข้น 80 ppm ในเมล็ดงาขี้ม่อนระหว่างการงอก ช่วยเพิ่มการสะสมซีลีเนียมได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่แสดงความเป็นพิษต่อต้นอ่อน การย่อยด้วยเอนไซม์อัลคาเลสทำให้ได้ซีลีโนเปปไทด์ที่มีระดับการย่อย 31.73% และมีฤทธิ์ต้านการออกซิชันสูง (80.28% ABTS inhibition และ 54.05% FRAP reducing power) การแยกส่วนด้วย membrane ultrafiltration พบว่าเปปไทด์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง (มากกว่า 10 กิโลดาลตัน) มีปริมาณซีลีเนียมกว่า 120 ไมโครกรัมต่อกรัมตัวอย่าง มีฤทธิ์ทางชีวภาพมากที่สุด ทั้งฤทธิ์ต้านการออกซิเดชัน (83.63% ABTS inhibition และ 59.59% FRAP reducing power) และมีฤทธิ์ยับยั้งเอนไซม์ ACE ถึง 80.19% ไม่เพืยงเท่านั้น ยังแสดงความเป็นพิษต่อเซลล์มะเร็งปอด A549 เล็กน้อยโดยสามารถยับยั้งการเจริญของเซลล์มะเร็งได้ 12.18% การทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติมโดย size-exclusion chromatography ทำให้ได้ซีลีโนเปปไทด์ที่ยังคงมีฤทธิ์ทางชีวภาพ โดยมีฤทธิ์ต้านการออกซิเดชัน 66.30% ABTS inhibition และ 54.93% FRAP reducing power ฤทธิ์ยับยั้งเอนไซม์ ACE 83.87% และสามารถลดการเจริญของเซลล์มะเร็ง A549 ได้ 16.13% และการระบุลำดับซีลีโนเปปไทด์ในงาขี้ม่อนเสริมซีลีเนียมโดยใช้ LC-MS/MS พบว่าซีลีโนเปปไทด์มีน้ำหนักโมเลกุลตั้งแต่ 1-2 กิโลดาลตัน และมีกรดอะมิโนที่สามารถจับกับซีลีเนียมในลำดับเปปไทด์ ซึ่งบ่งชี้ถึงความสามารถในการจับกับซีลีเนียมในโครงสร้างเปปไทด์ การศึกษานี้ได้แสดงให้เห็นถึงการเสริมซีลีเนียมในเมล็ดงาขี้ม่อนระหว่างงอกเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการผลิตซีลีโนเปปไทด์ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ ซึ่งมีคุณสมบัติในการต้านการออกซิเดชัน ยับยั้งเอนไซม์ ACE และต้านมะเร็ง ผลการศึกษานี้เน้นย้ำถึงศักยภาพของซีลีโนเปปไทด์ในฐานะวัตถุดิบเชิงหน้าที่ที่เป็นนวัตกรรมใหม่สำหรับอาหารและสุขภาพ ซึ่งเป็นทางเลือกที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพในการเสริมซีลีเนียมในพืช

Chiang Mai University. Library

Address: CHIANG MAI

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: Pipat Tangjaidee

Role: Advisor

Created: 2569

Modified: 2026-01-21

Issued: 2026-01-21

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Master of Science

Level: Master's Degree

Descipline: Food Science and Technology

Grantor: Chiang Mai University

©copyrights Chiang Mai University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	661331002.pdf	1.29 MB

ใช้เวลา

0.022373 วินาที