Methods of extraction, separation and identification of cyclic peptides from flaxseed (Linum usitatissimum L.): A review

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Oilseed flax ( Linum usitatissimum L .) is a valuable crop characterized by a high content of fats, dietary fiber, protein and various biologically active substances, in particular cyclopeptides. Cyclic peptides are a group of cyclic hydrophobic peptides consisting of eight to ten amino acids with a molecular weight in the range of 950–2300 Da. Flax oil and seeds contain from 0.1 to 0.3% cyclopeptides, which can exhibit antioxidant, anti-inflammatory, immunosuppressive, antihypertensive and antitumor activity. The aim of this review was to systematize and summarize the available literature data on methods of extraction, separation and identification of cyclopeptides from flaxseed oil. It was found that the main methods for obtaining cyclopeptides are solid-liquid, liquid-liquid or solid-phase extraction. Commonly used solvents include methanol, hexane, ethyl acetate, dichloromethane, acetonitrile and deionized water. Preparative flash chromatography on silica gel or polymer adsorbents is used to purify and concentrate cyclopeptides, and high-performance liquid chromatography (HPLC) is used to obtain individual standards. The most commonly used stationary phases are non-polar modified sorbents — octadecyl (C18) and phenylhexyl functional groups. Identification is carried out using instrumental methods of analysis: IR spectroscopy, NMR, HPLC with a diode array detector (HPLC-PDA/DAD), high-resolution tandem mass spectrometry with electrospray ionization (ESI-HR-MS/MS). For the qualitative and quantitative determination of cyclopeptides, the HPLC with a diode array detector at a wavelength of 214 nm is sufficient. In turn, mass spectral methods, including tandem mass spectrometry, make it possible to confirm the qualitative composition and establish the amino acid sequence of cyclic peptides.

About the authors

R. V. Sobolev

Federal Research Centre of Nutrition, Biotechnology and Food Safety

Email: kochetkova@ion.ru
2/14, Ustinsky proyezd, 109240, Moscow

I. E. Sokolov

Federal Research Centre of Nutrition, Biotechnology and Food Safety

Email: kochetkova@ion.ru
2/14, Ustinsky proyezd, 109240, Moscow

N. A. Petrov

Federal Research Centre of Nutrition, Biotechnology and Food Safety

Email: kochetkova@ion.ru
2/14, Ustinsky proyezd, 109240, Moscow

V. А. Sarkisyan

Federal Research Centre of Nutrition, Biotechnology and Food Safety

Email: kochetkova@ion.ru
2/14, Ustinsky proyezd, 109240, Moscow

A. A. Kochetkova

Federal Research Centre of Nutrition, Biotechnology and Food Safety

Email: kochetkova@ion.ru
2/14, Ustinsky proyezd, 109240, Moscow

References

  1. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) (2022). FAOSTAT. Crops and livestock products. Retrieved from https://www.fao.org/faostat/en/#data/QCL Accessed August 30, 2024.
  2. Shim, Youn Young, Gui, B., Arnison, P. G., Wang, Y., Reaney, M. J. T. (2014). Flaxseed (Linum usitatissimum L.) bioactive compounds and peptide nomenclature: A review. Trends in Food Science and Technology, 38(1), 5–20. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2014.03.011
  3. Bekhit, A. E.-D. A., Shavandi, A., Jodjaja, T., Birch, J., Teh, S., Mohamed Ahmed, I. A. et al. (2018). Flaxseed: Composition, detoxification, utilization, and opportunities. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 13, 129–152. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2017.11.017
  4. Dzuvor, C. K. O., Taylor, J. T., Acquah, C., Pan, S., Agyei, D. (2018). Bioprocessing of functional ingredients from flaxseed. Molecules, 23(10), Article 2444. https://doi.org/10.3390/molecules23102444
  5. Yang, J., Wen, C., Duan, Y., Deng, Q., Peng, D., Zhang, H. et al. (2021). The composition, extraction, analysis, bioactivities, bioavailability and applications in food system of flaxseed (Linum usitatissimum L.) oil: A review. Trends in Food Science and Technology, 118(Part A), 252–260. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.09.025
  6. Shim, Y. Y., Song, Z., Jadhav, P. D., Reaney, M. J. T. (2019). Orbitides from flaxseed (Linum usitatissimum L.): A comprehensive review. Trends in Food Science and Technology, 93, 197–211. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2019.09.007
  7. Saharan, R., Kumar, S., Khokra, S. L., Singh, S., Tiwari, A., Tiwari, V. et al. (2022). A comprehensive review on therapeutic potentials of natural cyclic peptides. Current Nutrition and Food Science, 18(5), 441–449. https://doi.org/10.2174/1573401318666220114153509
  8. Xiong, Q., Lee, Y.-Y., Li, K.-Y., Li, W.-Z., Du, Y., Liu, X. et al. (2022). Status of linusorbs in cold-pressed flaxseed oil during oxidation and their response toward antioxidants. Food Research International, 161, Article 111861. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2022.111861
  9. Fojnica, A., Leis, H.-J., Murkovic, M. (2022). Identification and characterization of the stability of hydrophobic cyclolinopeptides from flaxseed oil. Frontiers in Nutrition, 9, Article 903611. https://doi.org/10.3389/fnut.2022.903611
  10. Mueed, A., Madjirebaye, P., Shibli, S., Deng, Z. (2022). Flaxseed peptides and cyclolinopeptides: A critical review on proteomic approaches, biological activity, and future perspectives. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 70(46), 14600–14612. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.2c06769
  11. Fojnica, A., Gromilic, Z., Vranic, S., Murkovic, M. (2023). Anticancer potential of the cyclolinopeptides. Cancers, 15(15), Article 3874. https://doi.org/10.3390/cancers15153874
  12. Okinyo-Owiti, D. P., Burnett, P.-G. G., Reaney, M. J. T. (2014). Simulated moving bed purification of flaxseed oil orbitides: Unprecedented separation of cyclolinopeptides C and E. Journal of Chromatography B, 965, 231–237. https://doi.org/10.1016/j.jchromb.2014.06.037
  13. Gui, B., Shim, Y. Y., Reaney, M. J. T. (2012). Distribution of cyclolinopeptides in flaxseed fractions and products. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 60(35), 8580–8589. https://doi.org/10.1021/jf3023832
  14. Lang, T., Frank, O., Lang, R., Hofmann, T., Behrens, M. (2022). Activation spectra of human bitter taste receptors stimulated with cyclolinopeptides corresponding to fresh and aged linseed oil. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 70(14), 4382–4390. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.2c00976
  15. Okinyo-Owiti, D. P., Young, L., Burnett, P.-G. G., Reaney, M. J. T. (2014). New flaxseed orbitides: Detection, sequencing, and 15N incorporation. Biopolymers, 102(2), 168–175. https://doi.org/10.1002/bip.22459
  16. Lao, Y. W., Mackenzie, K., Vincent, W., Krokhin, O. V. (2014). Characterization and complete separation of major cyclolinopeptides in flaxseed oil by reversedphase chromatography. Journal of Separation Science, 37(14), 1788–1796. https://doi.org/10.1002/jssc.201400193
  17. Tan, N.-H., Zhou, J. (2006). Plant cyclopeptides. Chemical Reviews, 106(3), 840– 895. https://doi.org/10.1021/cr040699h
  18. Kaufmann, H. P., Tobschirbel, A. (1959). About an oligopeptide from flax seeds. Chemische Berichte, 92(11), 2805–2809. https://doi.org/10.1002/cber.19590921122 (In German)
  19. Deng, S., Li, J., Luo, T., Deng, Z. (2022). Flaxseed cyclic peptide [1–9-NαC]- linusorb B3 (CLA) improves oxidative stability of flaxseed oil by chelating metal ions and intermediate oxidative products. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 70(50), 15776–15786. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.2c06102
  20. Morita, H., Shishido, A., Matsumoto, T., Takeya, K., Itokawa, H., Hirano, T. et al. (1997). A new immunosuppressive cyclic nonapeptide, cyclolinopeptide B from Linum usitatissimum. Bioorganic Medicinal Chemistry Letters, 7(10), 1269–1272. https://doi.org/10.1016/s0960-894x(97)00206-0
  21. Morita, H., Shishido, A., Matsumoto, T., Itokawa, H., Takeya, K. (1999). Cyclolinopeptides B–E, new cyclic peptides from Linum usitatissimum. Tetrahedron, 55(4), 967–976. https://doi.org/10.1016/s0040-4020(98)01086-2
  22. Olivia C. (2013) High Throughput Screeening of Flax (Linum usitatissimum L.) Cyclolinopeptides. Thesis Degree of Master of Science University of Saskatchewan, Saskatoon. Retrieved from https://harvest.usask.ca/items/25362000-bf73–443d80c4–22af6b940f57 Accessed August 21, 2024.
  23. Matsumoto, T., Shishido, A., Morita, H., Itokawa, H., Takeya, K. (2001). Cyclolinopeptides F-I, cyclic peptides from linseed. Phytochemistry, 57(2), 251–260. https://doi.org/10.1016/s0031-9422(00)00442-8
  24. Stefanowicz, P. (2004). Electrospray mass spectrometry and tandem mass spectrometry of the natural mixture of cyclic peptides from linseed. European Journal of Mass Spectrometry, 10(5), 665–671. https://doi.org/10.1255/ejms.657
  25. Stefanowicz, P. (2001). Detection and sequencing of new cyclic peptides from linseed by electrospray ionization mass spectrometry. Acta Biochimica Polonica, 48(4), 1125–1129. https://doi.org/10.18388/abp.2001_3877
  26. Dahiya, R., Dahiya, S., Shrivastava, J., Fuloria, N. K., Gautam, H., Mourya, R. et al. (2021). Natural cyclic polypeptides as vital phytochemical constituents from seeds of selected medicinal plants. Archiv Der Pharmazie — Chemistry in Life Sciences, 354(4), Article 2000446. https://doi.org/10.1002/ardp.202000446
  27. Reaney, M. J., Jia, Y., Shen, J., Schock, C., Tyler, N., Elder. J. et al. (2008). Recovery of hydrophobic peptides from oils. Patent US No. 8383172.
  28. Burnett, P.-G. G., Jadhav, P. D., Okinyo-Owiti, D. P., Poth, A. G., Reaney, M. J. T. (2015). Glycine-containing flaxseed orbitides. Journal of Natural Products, 78(4), 681–688. https://doi.org/10.1021/np5008558
  29. Gui, B., Shim, Y. Y., Datla, R. S. S., Covello, P. S., Stone, S. L., Reaney, M. J. T. (2012). Identification and quantification of cyclolinopeptides in five flaxseed cultivars. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 60(35), 8571–8579. https://doi.org/10.1021/jf301847u
  30. Zou, X.-G., Chen, X.-L., Hu, J.-N., Wang, Y.-F., Gong, D.-M., Zhu, X.-M. et al. (2017). Comparisons of proximate compositions, fatty acids profile and micronutrients between fiber and oil flaxseeds (Linum usitatissimum L.). Journal of Food Composition and Analysis, 62, 168–176. https://doi.org/10.1016/j.jfca.2017.06.001
  31. Wang, D. (2014). Extraction of Orbitides from Flaxseed. Thesis Degree of Master of Science University of Saskatchewan, Saskatoon. Retrieved from http://hdl.handle.net/10388/ETD2014-02-1435 Accessed August 30, 2024.
  32. Aladedunye, F., Sosinska, E., Przybylski, R. (2013). Flaxseed cyclolinopeptides: Analysis and storage stability. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 90(3), 419–428. https://doi.org/10.1007/s11746-012-2173-0
  33. Burnett, P.-G. G., Olivia, C. M., Okinyo-Owiti, D. P., Reaney, M. J. T. (2016). Orbitide composition of the flax core collection (FCC). Journal of Agricultural and Food Chemistry, 64(25), 5197–5206. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.6b02035
  34. Cai, Z.-Z., Xu, C.-X., Song, Z.-L., Li, J.-L., Zhang, N., Zhao, J.-H. et al. (2024). A two-step method of cyclolinopeptide (linusorb) preparation from flaxseed cake via dry-screening. Food Chemistry, 449, Article 139243. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.139243
  35. Zou, X.-G., Li, J., Sun, P.-L., Fan, Y.-W., Yang, J.-Y., Deng, Z.-Y. (2020). Orbitides isolated from flaxseed induce apoptosis against SGC7901 adenocarcinoma cells. International Journal of Food Sciences and Nutrition, 71(8), 929–939. https://doi.org/10.1080/09637486.2020.1750573
  36. Zou, X.-G., Hu, J.-N., Zhu, X.-M., Wang, Y.-F., Deng, Z.-Y. (2018). Methionine sulfone-containing orbitides, good indicators to evaluate oxidation process of flaxseed oil. Food Chemistry, 250, 204–212. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.01.030
  37. Zeng, J., Xiao, T., Ni, X., Wei, T., Liu, X., Deng, Z.-Y. et al. (2022). The comparative analysis of different oil extraction methods based on the quality of flaxseed oil. Journal of Food Composition and Analysis, 107, Article 104373. https://doi.org/10.1016/j.jfca.2021.104373
  38. Kaneda, T., Nakajima, Y., Koshikawa, S., Nugroho, A. E., Morita, H. (2019). Cyclolinopeptide F, a cyclic peptide from flaxseed inhibited RANKLinduced osteoclastogenesis via downergulation of RANK expression. Journal of Natural Medicines, 73(3), 504–512. https://doi.org/10.1007/s11418-019-01292-w
  39. Brühl, L., Bonte, A., N’Diaye, K., Matthäus, B. (2022). Oxidation of cyclo-lino peptides in linseed oils during storage. European Journal of Lipid Science and Technology, 124(12), Article 2200137. https://doi.org/10.1002/ejlt.202200137
  40. Liu, X., Cai, Z.-Z., Lee, W. J., Lu, X.-X., Reaney, M. J. T., Zhang, J.-P. et al. (2021). A practical and fast isolation of 12 cyclolinopeptides (linusorbs) from flaxseed oil via preparative HPLC with phenyl-hexyl column. Food Chemistry, 351, Article 129318. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.129318
  41. Brühl, L., Matthäus, B., Fehling, E., Wiege, B., Lehmann, B., Luftmann, H. et al. (2007). Identification of bitter off-taste compounds in the stored cold pressed linseed oil. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 55(19), 7864–7868. https://doi.org/10.1021/jf071136k

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Sobolev R.V., Sokolov I.E., Petrov N.A., Sarkisyan V.А., Kochetkova A.A.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».