Ultrasound assisted enzymatic protein hydrolysis by defatted Protaetia brevitarsis larvae powder

El mundo busca nuevas formas de alimentar a una población creciente sin agotar los recursos del planeta. En esta búsqueda, los insectos han surgido como un candidato sorprendente para el futuro de la alimentación. Requieren mucha menos tierra y agua que el ganado tradicional como las vacas o los cerdos, y producen significativamente menos gases de efecto invernadero. Entre estos insectos, las larvas del escarabajo de la flor de manchas blancas, un escarabajo nativo de partes de Asia, destacan por su alto contenido proteico. Sin embargo, comer un insecto entero, incluso uno nutritivo, presenta una barrera psicológica para muchas personas; la apariencia de un bicho suele resultar desagradable. Para hacer que estos insectos sean apetecibles y útiles, los científicos buscan descomponerlos en sus bloques fundamentales. Este proceso, conocido como hidrólisis, consiste en utilizar enzimas —herramientas biológicas que actúan como tijeras moleculares— para trocear largas cadenas de proteínas en fragmentos diminutos e insípidos llamados péptidos. Estos fragmentos pueden utilizarse después como ingredientes en otros alimentos, ocultando la forma original del insecto pero conservando su poder nutricional.

Investigadores de la Universidad Nacional de Jeju en Corea del Sur se propusieron mejorar este proceso de descomposición. Querían saber si una técnica física específica podía hacer que las enzimas funcionaran mejor y más rápido. El método que probaron es el ultrasonido, el mismo tipo de ondas sonoras de alta frecuencia utilizado en las imágenes médicas. En una mezcla líquida, estas ondas sonoras crean burbujas diminutas que se forman y luego colapsan violentamente. Este colapso genera fuerzas locales intensas que pueden sacudir las estructuras apretadas de las proteínas, facilitando que las enzimas lleguen y corten. El equipo tomó polvo desgrasado hecho de las larvas del escarabajo y lo sometió a este tratamiento de ultrasonido antes de añadir dos tipos diferentes de enzimas, conocidas como Alcalase y Neutrase. Su objetivo era ver si esta combinación produciría un producto final mejor en términos de qué tan bien se disuelve en agua, qué tan eficazmente combate el estrés oxidativo dañino en el cuerpo y qué tipo de diminutos fragmentos de proteínas creaba.

Los resultados mostraron que el tratamiento de ultrasonido de hecho cambió la naturaleza de la mezcla. Antes de aplicar las ondas sonoras, el polvo de insecto creaba un líquido oscuro y turbio con trozos visibles que no se mezclaban completamente con el agua. Después del tratamiento con ultrasonido, la mezcla se volvió más uniforme y turbia, lo que sugiere que las ondas sonoras habían logrado romper con éxito las partículas sólidas y ayudado a dispersarlas. Cuando los investigadores midieron el rendimiento final del polvo de proteína tras el procesamiento, encontraron que la cantidad de material recuperado fue constante independientemente de si se utilizó ultrasonido o qué enzima se eligió. Esto indicó que, si bien las ondas sonoras cambiaron el estado físico de la mezcla, no crearon necesariamente más proteína total, sino que hicieron que la proteína existente fuera más accesible.

Los cambios más significativos aparecieron en las propiedades químicas y funcionales del líquido resultante. El proceso de descomposición de las proteínas redujo naturalmente el pH de la solución, haciéndola más ácida, lo cual es un resultado estándar de este tipo de reacción. Sin embargo, la velocidad a la que las proteínas fueron descompuestas varió notablemente entre las dos enzimas. La enzima Alcalase trabajó mucho más rápido, alcanzando su máxima eficiencia de corte en solo media hora, mientras que la otra enzima, Neutrase, tardó mucho más en lograr un nivel de descomposición similar. Cuando los investigadores combinaron el pretratamiento con ultrasonido con las enzimas, descubrieron que las ondas sonoras ayudaron a las enzimas a ponerse a trabajar un poco más rápido al principio del proceso. Esto se debió a que el ultrasonido ya había aflojado los pliegues apretados de las estructuras proteicas, exponiendo los sitios de corte a las enzimas antes de que comenzara la reacción.

En cuanto a los beneficios para la salud, el estudio se centró en las propiedades antioxidantes del líquido resultante. Los antioxidantes son sustancias que pueden neutralizar moléculas dañinas en el cuerpo que causan daños a las células. Los investigadores probaron la capacidad del líquido para neutralizar tres tipos diferentes de estas moléculas dañinas. Encontraron que el líquido producido por la enzima Alcalase era particularmente eficaz para eliminar dos de estos tipos, desempeñándose mejor que el líquido hecho con Neutrase. Curiosamente, el tratamiento con ultrasonido por sí solo no aumentó drásticamente el poder antioxidante del producto final más allá de lo que las enzimas lograron por sí mismas. Esto sugiere que las enzimas son los principales impulsores de los beneficios para la salud, y que el ultrasonido sirve principalmente para acelerar el proceso y mejorar la calidad del material de partida. El líquido también mostró una fuerte capacidad para neutralizar el peróxido de hidrógeno, un agente oxidante común, especialmente cuando se utilizó ultrasonido antes del paso enzimático.

La naturaleza física del producto final también cambió de una manera que podría ser útil para la fabricación de alimentos. Los investigadores midieron cómo interactuaba el agua con una fina capa del polvo de proteína deshidratado. Descubrieron que el agua se extendía mucho más fácilmente sobre la proteína hidrolizada que sobre el polvo sin procesar. Esto significa que la proteína se había vuelto más hidrófila, o amante del agua. Esta propiedad es crucial para fabricar emulsiones, que son mezclas de aceite y agua que normalmente se separarían, como en los aderezos de ensalada o las salsas cremosas. La descomposición de las proteínas en piezas más pequeñas creó una superficie que podía retener el agua y el aceite de manera más efectiva, lo que sugiere que estos ingredientes derivados de insectos podrían servir como estabilizadores naturales en diversos productos alimenticios.

Finalmente, el equipo analizó la composición nutricional del líquido para ver qué tipo de aminoácidos, los bloques de construcción de las proteínas, estaban presentes. Encontraron que el proceso liberó con éxito una amplia variedad de aminoácidos esenciales que el cuerpo humano no puede producir por sí mismo y debe obtener de los alimentos. El líquido era rico en aminoácidos específicos que se conocen por apoyar el crecimiento muscular y la producción de energía. El estudio confirmó que cuanto más tiempo se permitía trabajar a las enzimas, más se liberaban estos componentes beneficiosos. La combinación de ultrasonido e hidrólisis enzimática demostró ser una forma eficiente de transformar las larvas del escarabajo en un ingrediente de alta calidad, soluble en agua y rico en nutrientes, capaz de proteger las células del daño. Este enfoque ofrece un camino prometedor para convertir un insecto sostenible pero visualmente poco atractivo en un ingrediente alimentario versátil y saludable que pueda integrarse fácilmente en la dieta humana.