Ultrasound assisted enzymatic protein hydrolysis by defatted Protaetia brevitarsis larvae powder

Le monde recherche de nouvelles façons de nourrir une population croissante sans épuiser les ressources de la planète. Dans cette quête, les insectes sont apparus comme un candidat surprenant pour l'avenir de l'alimentation. Ils nécessitent beaucoup moins de terres et d'eau que le bétail traditionnel comme les vaches ou les porcs, et produisent nettement moins de gaz à effet de serre. Parmi ces insectes, les larves du scarabée à pattes blanches, un coléoptère originaire de certaines parties de l'Asie, se distinguent par leur haute teneur en protéines. Cependant, manger un insecte entier, même nutritif, présente une barrière psychologique pour beaucoup de gens ; l'apparence d'un insecte est souvent repoussante. Pour rendre ces insectes appétissants et utiles, les scientifiques cherchent à les décomposer en leurs blocs de construction fondamentaux. Ce processus, connu sous le nom d'hydrolyse, implique l'utilisation d'enzymes — des outils biologiques qui agissent comme des ciseaux moléculaires — pour couper les longues chaînes protéiques en de minuscules fragments insipides appelés peptides. Ces fragments peuvent ensuite être utilisés comme ingrédients dans d'autres aliments, cachant la forme originale de l'insecte tout en conservant sa puissance nutritionnelle.

Des chercheurs de l'Université nationale de Jeju en Corée du Sud se sont donné pour mission d'améliorer ce processus de décomposition. Ils voulaient savoir si une technique physique spécifique pouvait rendre les enzymes plus efficaces et plus rapides. La méthode qu'ils ont testée est l'ultrasons, le même type d'ondes sonores à haute fréquence utilisé dans l'imagerie médicale. Dans un mélange liquide, ces ondes sonores créent de minuscules bulles qui se forment puis s'effondrent violemment. Cet effondrement génère des forces locales intenses qui peuvent désagréger les structures serrées des protéines, les rendant plus faciles à atteindre et à couper pour les enzymes. L'équipe a pris de la poudre dégraissée issue des larves de coléoptères et l'a soumise à ce traitement par ultrasons avant d'ajouter deux types différents d'enzymes, connus sous les noms d'Alcalase et de Neutrase. Leur objectif était de voir si cette combinaison produirait un meilleur produit final en termes de solubilité dans l'eau, d'efficacité pour lutter contre le stress oxydatif nocif dans le corps, et du type de petits fragments protéiques créés.

Les résultats ont montré que le traitement par ultrasons a effectivement modifié la nature du mélange. Avant l'application des ondes sonores, la poudre d'insecte créait un liquide sombre et trouble avec des morceaux visibles qui ne se mélangeaient pas complètement à l'eau. Après le traitement par ultrasons, le mélange est devenu plus uniforme et trouble, suggérant que les ondes sonores avaient réussi à briser les particules solides et à les aider à se disperser. Lorsque les chercheurs ont mesuré le rendement final de la poudre de protéine après traitement, ils ont constaté que la quantité de matière récupérée était constante, que les ultrasons aient été utilisés ou non, et quel que soit l'enzyme choisi. Cela indiquait que, bien que les ondes sonores aient changé l'état physique du mélange, elles n'ont pas nécessairement créé plus de protéines totales, mais ont plutôt rendu la protéine existante plus accessible.

Les changements les plus significatifs sont apparus dans les propriétés chimiques et fonctionnelles du liquide résultant. Le processus de décomposition des protéines a naturellement abaissé le pH de la solution, la rendant plus acide, ce qui est un résultat standard de ce type de réaction. Cependant, la vitesse à laquelle les protéines ont été décomposées variait considérablement entre les deux enzymes. L'enzyme Alcalase a fonctionné beaucoup plus rapidement, atteignant son efficacité de coupe maximale en seulement une demi-heure, tandis que l'autre enzyme, la Neutrase, a mis beaucoup plus de temps pour atteindre un niveau de décomposition similaire. Lorsque les chercheurs ont combiné le prétraitement par ultrasons avec les enzymes, ils ont constaté que les ondes sonores ont aidé les enzymes à commencer leur travail légèrement plus vite au début du processus. Cela s'explique par le fait que les ultrasons avaient déjà desserré les plis serrés des structures protéiques, exposant les sites de coupe aux enzymes avant même le début de la réaction.

En termes de bienfaits pour la santé, l'étude s'est concentrée sur les propriétés antioxydantes du liquide résultant. Les antioxydants sont des substances capables de neutraliser les molécules nocives dans le corps qui causent des dommages aux cellules. Les chercheurs ont testé la capacité du liquide à neutraliser trois types différents de ces molécules nocives. Ils ont découvert que le liquide produit par l'enzyme Alcalase était particulièrement efficace pour piéger deux de ces types, performant mieux que le liquide fabriqué avec la Neutrase. Curieusement, le traitement par ultrasons seul n'a pas considérablement augmenté le pouvoir antioxydant du produit final au-delà de ce que les enzymes avaient déjà accompli. Cela suggère que les enzymes sont les principaux moteurs des bienfaits pour la santé, et que les ultrasons servent principalement à accélérer le processus et à améliorer la qualité de la matière première. Le liquide a également montré une forte capacité à neutraliser le peroxyde d'hydrogène, un agent oxydant courant, surtout lorsque les ultrasons étaient utilisés avant l'étape enzymatique.

La nature physique du produit final a également changé d'une manière qui pourrait être utile pour la fabrication alimentaire. Les chercheurs ont mesuré comment l'eau interagissait avec une fine couche de la poudre de protéine séchée. Ils ont constaté que l'eau se répandait beaucoup plus facilement sur la surface de la protéine hydrolysée que sur la poudre non traitée. Cela signifie que la protéine était devenue plus hydrophile, ou "aimante l'eau". Cette propriété est cruciale pour la fabrication d'émulsions, qui sont des mélanges d'huile et d'eau qui se sépareraient normalement, comme dans les vinaigrettes ou les sauces crémeuses. La décomposition des protéines en morceaux plus petits a créé une surface capable de maintenir l'eau et l'huile ensemble plus efficacement, suggérant que ces ingrédients dérivés d'insectes pourraient servir de stabilisants naturels dans divers produits alimentaires.

Enfin, l'équipe a analysé la composition nutritionnelle du liquide pour voir quel type d'acides aminés, les briques élémentaires des protéines, était présent. Ils ont découvert que le processus a réussi à libérer une grande variété d'acides aminés essentiels, que le corps humain ne peut pas produire seul et doit obtenir par l'alimentation. Le liquide était riche en acides aminés spécifiques connus pour soutenir la croissance musculaire et la production d'énergie. L'étude a confirmé que plus les enzymes travaillaient longtemps, plus ces composants bénéfiques étaient libérés. La combinaison de l'ultrasons et de l'hydrolyse enzymatique s'est avérée être un moyen efficace de transformer les larves de coléoptères en un ingrédient de haute qualité, soluble dans l'eau, riche en nutriments et capable de protéger les cellules contre les dommages. Cette approche offre une voie prometteuse pour transformer un insecte durable mais visuellement peu attrayant en un ingrédient alimentaire polyvalent et sain, qui peut être facilement intégré dans l'alimentation humaine.