Ultrasound assisted enzymatic protein hydrolysis by defatted Protaetia brevitarsis larvae powder

Il mondo è alla ricerca di nuovi modi per nutrire una popolazione in crescita senza esaurire le risorse del pianeta. In questa ricerca, gli insetti sono emersi come un sorprendente candidato per il cibo del futuro. Essi richiedono molta meno terra e acqua rispetto al bestiame tradizionale come mucche o maiali, e producono significativamente meno gas serra. Tra questi insetti, le larve del coleottero Popillia japonica (white-spotted flower chafer), un coleottero nativo di parti dell'Asia, si distinguono per l'alto contenuto proteico. Tuttavia, mangiare un intero insetto, anche se nutriente, presenta una barriera psicologica per molte persone; l'aspetto di un insetto è spesso sgradevole. Per rendere questi insetti appetibili e utili, gli scienziati cercano di scomporli nei loro blocchi fondamentali. Questo processo, noto come idrolisi, prevede l'uso di enzimi — strumenti biologici che agiscono come forbici molecolari — per tagliare lunghe catene proteiche in minuscoli frammenti insapore chiamati peptidi. Questi frammenti possono poi essere utilizzati come ingredienti in altri alimenti, nascondendo la forma originale dell'insetto pur mantenendo il suo potere nutritivo.

Ricercatori dell'Università Nazionale di Jeju, in Corea del Sud, si sono posti l'obiettivo di migliorare questo processo di scomposizione. Volevano sapere se una specifica tecnica fisica potesse far lavorare meglio e più velocemente gli enzimi. Il metodo che hanno testato è l'ultrasuono, lo stesso tipo di onde sonore ad alta frequenza utilizzato nell'imaging medico. In una miscela liquida, queste onde sonore creano piccole bolle che si formano e poi collassano violentemente. Questo collasso genera intense forze locali che possono scuotere e separare le strutture serrate delle proteine, rendendole più facili da raggiungere e tagliare per gli enzimi. Il team ha preso la polvere disgrassata derivata dalle larve di coleottero e l'ha sottoposta a questo trattamento ad ultrasuoni prima di aggiungere due diversi tipi di enzimi, noti come Alcalase e Neutrase. Il loro obiettivo era vedere se questa combinazione avrebbe prodotto un prodotto finale migliore in termini di quanto bene si sciogliesse in acqua, di quanto efficacemente combattesse lo stress ossidativo dannoso nel corpo e di quale tipo di piccoli pezzi proteici avrebbe creato.

I risultati hanno mostrato che il trattamento con ultrasuoni ha effettivamente cambiato la natura della miscela. Prima dell'applicazione delle onde sonore, la polvere di insetto creava un liquido scuro e torbido con pezzi visibili che non si mescolava completamente con l'acqua. Dopo il trattamento con ultrasuoni, la miscela è diventata più uniforme e torbida, suggerendo che le onde sonore avevano scomposto con successo le particelle solide e aiutato la loro dispersione. Quando i ricercatori hanno misurato la resa finale della polvere proteica dopo la lavorazione, hanno scoperto che la quantità di materiale recuperato era costante indipendentemente dall'uso degli ultrasuoni o dalla scelta dell'enzima. Ciò ha indicato che, sebbene le onde sonore avessero cambiato lo stato fisico della miscela, non avevano necessariamente creato più proteine totali, ma piuttosto avevano reso le proteine esistenti più accessibili.

I cambiamenti più significativi sono apparsi nelle proprietà chimiche e funzionali del liquido risultante. Il processo di scomposizione delle proteine ha naturalmente abbassato il pH della soluzione, rendendola più acida, il che è un risultato standard di questo tipo di reazione. Tuttavia, la velocità con cui le proteine sono state scomposte variava molto tra i due enzimi. L'enzima Alcalase ha lavorato molto più velocemente, raggiungendo la sua massima efficienza di taglio in soli mezz'ora, mentre l'altro enzima, Neutrase, ha impiegato molto più tempo per raggiungere un livello di scomposizione simile. Quando i ricercatori hanno combinato il pretrattamento con ultrasuoni con gli enzimi, hanno scoperto che le onde sonore aiutavano gli enzimi a iniziare il lavoro leggermente più velocemente all'inizio del processo. Questo perché l'ultrasuono aveva già allentato le pieghe serrate delle strutture proteiche, esponendo i siti di taglio agli enzimi prima ancora che la reazione iniziasse.

In termini di benefici per la salute, lo studio si è concentrato sulle proprietà antiossidanti del liquido risultante. Gli antiossidanti sono sostanze in grado di neutralizzare le molecole dannose nel corpo che causano danni alle cellule. I ricercatori hanno testato la capacità del liquido di neutralizzare tre diversi tipi di queste molecole dannose. Hanno scoperto che il liquido prodotto dall'enzima Alcalase era particolarmente efficace nel neutralizzare due di questi tipi, performando meglio del liquido prodotto con Neutrase. Interessantemente, il trattamento con ultrasuoni da solo non ha aumentato drasticamente il potere antiossidante del prodotto finale oltre quanto gli enzimi avessero già ottenuto da soli. Ciò suggerisce che gli enzimi sono i motori primari dei benefici per la salute, e l'ultrasuono serve principalmente a velocizzare il processo e migliorare la qualità del materiale di partenza. Il liquido ha anche mostrato una forte capacità di neutralizzare il perossido di idrogeno, un comune agente ossidante, specialmente quando l'ultrasuono veniva utilizzato prima della fase enzimatica.

La natura fisica del prodotto finale è cambiata in un modo che potrebbe essere utile per la produzione alimentare. I ricercatori hanno misurato come l'acqua interagiva con un sottile strato di polvere proteica essiccata. Hanno scoperto che l'acqua si diffondeva molto più facilmente sulla superficie della proteina idrolizzata rispetto alla polvere non trattata. Ciò significa che la proteina era diventata più idrofila, ovvero "amante dell'acqua". Questa proprietà è cruciale per la creazione di emulsioni, ovvero miscele di olio e acqua che normalmente si separerebbero, come nei condimenti per insalata o nelle salse cremose. La scomposizione delle proteine in pezzi più piccoli ha creato una superficie capace di tenere insieme acqua e olio in modo più efficace, suggerendo che questi ingredienti derivati dagli insetti potrebbero servire come stabilizzanti naturali in vari prodotti alimentari.

Infine, il team ha analizzato la composizione nutrizionale del liquido per vedere quali tipi di amminoacidi, i mattoni delle proteine, fossero presenti. Hanno scoperto che il processo ha rilasciato con successo una vasta gamma di amminoacidi essenziali, che il corpo umano non può produrre da solo e deve assumere attraverso il cibo. Il liquido era ricco di specifici amminoacidi noti per supportare la crescita muscolare e la produzione di energia. Lo studio ha confermato che più a lungo gli enzimi venivano lasciati lavorare, più questi componenti benefici venivano rilasciati. La combinazione di ultrasuoni e idrolisi enzimatica si è dimostrata un modo efficiente per trasformare le larve di coleotello in un ingrediente di alta qualità, solubile in acqua, ricco di nutrienti e capace di proteggere le cellule dai danni. Questo approccio offre una strada promettente per trasformare un insetto sostenibile ma visivamente poco attraente in un ingrediente alimentare versatile e salutare che possa essere facilmente integrato nella dieta umana.