Desenvolupament d'un enfocament d'hidròlisi de proteïnes per augmentar els beneficis nutricionals de la carn i el peix acabats de preparar.
Un document de suport científic del Dr Adrian Hewson-Hughes | Assessor en nutrició, seguretat alimentària i innovació, GA Pet Food Partners.
Introducció.
El contingut de proteïnes animals està ben establert com a l'essència dels aliments de primera qualitat per a gossos i gats, i molts propietaris d'animals de companyia reconeixen que aquí s'aplica l'adagio "qualitat sobre quantitat". Segons l'empresa d'investigació de mercat Mintel, el 59% dels propietaris de gats i el 57% dels propietaris de gossos diuen que la qualitat de la carn és més important que el contingut general de carn dels aliments per a mascotes. (MINTEL, 2017).
GA Pet Food Partners fa temps que ho reconeix. Des de la introducció de Freshtrusion®, GA ha liderat el desenvolupament i la fabricació de dietes que contenen quantitats creixents de fonts de proteïnes de carn i peix acabats de preparar. Els avantatges d'utilitzar fonts de carn i peix fresques en lloc de carns i peixos secs i preparats, inclòs un millor gust i una major digestibilitat, són ben apreciats tant per les mascotes com pels seus propietaris.
Ens esforcem per oferir als nostres socis productes encara millors.
El mercat d'aliments per a mascotes és molt dinàmic i, tot i que destacar l'elevada proporció exacta de carn/peix/aus en els productes és un moviment prudent, això s'està convertint en una expectativa bàsica en lloc de la qualitat desitjada per als propietaris de mascotes. Aquí a GA, ens esforcem constantment per oferir als socis productes encara millors, i per això ens hem proposat fer allò que sembla impossible: trobar una manera de cuinar els nostres ingredients frescos de carn i peix per fer-los encara millors per a les mascotes. .
La idea és augmentar el valor nutricional de la proteïna dels nostres ingredients frescos de carn i peix convertint la proteïna en petits pèptids, que són més fàcilment absorbits per les mascotes que la mengen (l'anomenem "HDP" - Highly Digestible Protein). Per ajudar-nos en aquesta recerca, vam identificar experts de Nofima, un institut de recerca líder en recerca aplicada sobre aliments amb seu a Noruega, per optimitzar les condicions per a la digestió enzimàtica de matèries primeres de carn i peix seleccionades i analitzar-les per demostrar que podríem aconseguir el que volíem. .
Digestió de proteïnes: també conegut com proteòlisi o hidròlisi
Les proteïnes són molècules grans formades per "blocs de construcció" individuals anomenats aminoàcids. Després de menjar aliments que contenen proteïnes, el procés de proteòlisi comença quan els enzims alliberats en diferents parts del tracte gastrointestinal els descomponen en aminoàcids i pèptids petits. Això permet que aquests blocs de construcció siguin absorbits al cos, on es poden recombinar per construir noves proteïnes (com ara músculs, pell, cabells, anticossos, enzims, hormones, etc.).
També és possible que les fonts de proteïnes se sotmetin a un procés de proteòlisi enzimàtica controlada com a part de la seva preparació per a la seva inclusió en aliments manufacturats i productes nutricionals. Per exemple, els hidrolitzats de proteïnes s'han utilitzat durant dècades en la nutrició humana, sobretot en la producció de fórmules de llet infantil hipoalergènica per a nadons/nens al·lèrgics a la proteïna de la llet de vaca.
Hidròlisi enzimàtica o química
La hidròlisi de proteïnes –la ruptura dels enllaços peptídics que uneixen els aminoàcids mitjançant l'addició d'aigua– es pot aconseguir per diferents mètodes: químicament utilitzant àcids o bases (alcalines) o enzimàticament (l'enfocament en el qual ens estem centrant). Si bé els mètodes d'hidròlisi àcida i alcalina de proteïnes ofereixen l'avantatge del baix cost, hi ha conseqüències negatives pel que fa a la qualitat nutricional dels hidrolitzats produïts. La hidròlisi àcida provoca la destrucció completa de l'aminoàcid essencial triptòfan, així com la pèrdua parcial de metionina, cistina i cisteïna. (Pasupuleki i Braun, 2010). De la mateixa manera, la hidròlisi alcalina provoca la destrucció completa de la majoria dels aminoàcids, tot i que el triptòfan pot sobreviure intacte. (Dai, et al., 2014), (Hou, et al., 2017).
En comparació amb la hidròlisi àcida i alcalina, els principals avantatges de la hidròlisi enzimàtica de proteïnes són:
- Les condicions d'hidròlisi com la temperatura i el pH són suaus i no donen lloc a cap pèrdua coneguda d'aminoàcids.
- L'ús d'enzims proteases és més específic i precís per controlar l'extensió de la hidròlisi i la mida dels pèptids.
- Les petites quantitats d'enzim utilitzades es poden desactivar fàcilment (per exemple, escalfant a 80 – 85ºC durant almenys 3 minuts) per aturar la reacció d'hidròlisi. (Hou, et al., 2017).
Beneficis nutricionals de la proteïna hidrolitzada enzimàticament: digestibilitat i absorció de proteïnes.
A més del mètode d'hidròlisi de proteïnes utilitzat, tal com s'ha indicat anteriorment, el valor nutricional dels hidrolitzats de proteïnes depèn de la composició d'aminoàcids lliures, pèptids petits (normalment di- i tri-pèptids) i pèptids grans presents. Històricament es creia que només els aminoàcids lliures eren absorbits del tracte gastrointestinal per transportadors d'aminoàcids específics. Això sí que passa, però ara es reconeix que la majoria dels aminoàcids són absorbits com a di- i tri-pèptids pel transportador de pèptids d'especificitat àmplia PepT1. (Fei, et al., 1994). PepT1 pot transportar potencialment tots els 400 dipèptids i 8,000 tripèptids que resulten de la combinació dels 20 aminoàcids dietètics diferents. (Daniel, 2004). Per tant, s'esperaria que la ingestió d'un hidrolitzat de proteïnes que conté proporcions elevades de di- i tri-pèptids facilitaria la digestió i l'absorció de proteïnes, donant lloc a una major digestibilitat i biodisponibilitat d'aminoàcids.
És evident que establir les millors condicions enzimàtiques i d'hidròlisi és fonamental per poder crear hidrolitzats de proteïnes amb els perfils de mida de pèptids finals desitjats. La distribució de la mida del pèptid es pot determinar mitjançant una tècnica anomenada cromatografia d'exclusió de mida. La cromatografia d'exclusió de mida (SEC) és una tècnica de química analítica en la qual les mescles de molècules (com proteïnes o pèptids) dissoltes en una solució es separen per la seva mida (tal com es descriu a la figura 1).
FIGURA 1. Visió general senzilla de la separació de molècules de diferents mides en una solució per cromatografia d'exclusió de mida (SEC). La solució s'aplica a una columna que està empaquetada amb una resina de perles esfèriques poroses (esferes grises). Les molècules grans (cercles vermells) no podran entrar als porus (forats) de les perles i, per tant, passaran per la columna amb relativa rapidesa i seran detectades primer. Les molècules més petites dins de la mostra poden entrar als porus en diferents graus depenent de la seva mida. Les molècules 'mitjanes' (cercles verds) podran entrar en algunes perles però no en altres i, per tant, trigaran més a passar per la columna, mentre que les molècules més petites (cercles blaus) podran entrar a tots els porus i trigaran. el més llarg per passar per la columna.
Mètodes
Matèries primeres – Les mostres fresques de canal de pollastre, canal d'ànec i marcs de salmó es van reduir de mida, s'homogeneïtzaven en una pasta espessa i es van congelar. El fetge de xai fresc es va congelar sencer. Els materials van ser enviats a Nofima, Ås, Noruega, per a proteòlisi i anàlisi.
Proteòlisi – Per a cada matèria primera (pollastre, ànec, salmó i xai), es va barrejar una mostra de 500 g amb 990 ml d'aigua destil·lada en un recipient de reacció de vidre i es va agitar a 300 rpm. Per a cada matèria primera, es van provar tres enzims proteases diferents a dues concentracions diferents i dos punts de temps, donant lloc a 48 mostres d'hidrolitzat per a l'anàlisi.
Cromatografia d'exclusió de mida - La distribució del pes molecular de la fracció de proteïnes solubles en aigua dels hidrolitzats es va determinar mitjançant cromatografia d'exclusió de mida mitjançant un sistema de cromatografia líquida d'alt rendiment (HPLC) Shimadzu LC-20AT amb un detector de matriu de fotodiodes (SPD M20A) establert a 214 nm.
Contingut de pèptids de col·lagen – La hidroxiprolina és un aminoàcid modificat, la presència del qual es limita principalment al col·lagen. El contingut d'hidroxiprolina en els hidrolitzats de proteïnes es pot utilitzar com a mesura indirecta de la quantitat de pèptids de col·lagen/col·lagen presents. Nofima Biolab va realitzar una anàlisi completa d'aminoàcids (incloent-hi hidroxiprolina) de cada matèria primera; a més, es va determinar el contingut d'hidroxiprolina en un laboratori acreditat (ALS, Noruega) en la fracció soluble en aigua dels hidrolitzats.
Resultats
Distribució de la mida del pèptid dels hidrolitzats – En general, per a cada enzim provat, la incubació de cada matèria primera amb la concentració més alta d'enzim i durant una durada més llarga va donar lloc a un canvi "beneficiós" en el perfil de mida del pèptid dels hidrolitzats (és a dir, un augment de la proporció de pèptids més petits). ). Això es destaca a la figura 2, que mostra els resultats de cada matèria primera utilitzant l'enzim "millor" a una concentració i durada "no òptimes" en comparació amb la concentració i durada "òptimes". Amb condicions optimitzades, vam trobar que el 100% dels pèptids eren ≤3 kDa i més del 75% eren <0.5, 2 kDa (figura XNUMX).
Basat en l'evidència col·lectiva de diversos estudis en diverses espècies (p. ex. rata, porc, gos, humà; vegeu (Zhangi i Matthews, 2010) per a una visió general, s'accepta generalment que:
- L'absorció de pèptids és millor en comparació amb la proteïna intacta.
- L'absorció de pèptids és millor que els aminoàcids lliures.
- L'absorció de pèptids petits és millor que de pèptids grans.
Fisiològicament, la majoria dels aminoàcids s'absorbeixen com a petits pèptids formats per 2 o 3 aminoàcids units (di- i tri-pèptids, respectivament). Per tant, s'esperaria que la ingestió d'un hidrolitzat de proteïnes que conté proporcions elevades de di- i tri-pèptids facilitaria la digestió i l'absorció de proteïnes, donant lloc a una major digestibilitat i biodisponibilitat d'aminoàcids. El pes molecular mitjà d'un aminoàcid és de 110 Daltons (Da), de manera que els di- i tri-pèptids tindrien un pes molecular d'aproximadament 220-330 Da (0.2-0.3 kDa). Els nostres resultats en aconseguir hidrolitzats de proteïnes amb més del 75% de pèptids menors de 0.5 kDa (és a dir, fins a ~ 5 aminoàcids) significa que la proteïna de les nostres croquetes seria altament digerible i fàcilment absorbida pels animals de companyia que la mengin. Està previst demostrar-ho mitjançant un estudi d'alimentació en col·laboració amb la Facultat de Veterinària de la Universitat de Gant.
A més, aconseguir el 100% de pèptids de 3 kDa o menys disminueix el risc de desencadenar una reacció al·lèrgica a les fonts de proteïnes i, per tant, es pot considerar hipoalergènic.
Figura 2.
Distribució de mida (kDa) dels pèptids en la fase aquosa dels hidrolitzats de cada matèria primera incubada amb el mateix enzim en condicions "no optimitzades" i "optimitzades" pel que fa a la concentració d'enzims i la durada de la hidròlisi. Tingueu en compte en particular com el percentatge de pèptids entre 1.0 i 3.0 kDa disminueix i els pèptids <0.5 kDa augmenta, passant de condicions "no optimitzades" a "optimitzades".
Contingut de pèptids de col·lagen
Per a cada matèria primera provada, els enzims A i C van tenir un "millor" en general (pel que fa a la recuperació d'un percentatge més gran d'hidroxiprolina en la fase aquosa dels hidrolitzats) que l'enzim B en comparar una determinada durada de la hidròlisi i la concentració d'enzims (p. ex. vegeu resultats per al salmó a la figura 3).
Com que la proteïna de col·lagen "intacta" no és soluble a l'aigua, la presència d'hidroxiprolina (el nostre marcador de "col·lagen") a la fase aquosa indica que la proteïna de col·lagen s'ha digerit en pèptids de col·lagen (que són solubles en aigua). Els nostres resultats il·lustren que som capaços d'utilitzar la proteòlisi enzimàtica per crear matèries primeres que poden aportar beneficis funcionals potencials, com ara donar suport a la salut de les articulacions, la salut de la pell i la salut intestinal a través dels pèptids de col·lagen presents en ells.
FIGURA 3. Percentatge d'hidroxiprolina (un aminoàcid que es troba gairebé exclusivament en el col·lagen) recuperat en la fase aquosa del salmó hidrolitzat amb tres enzims diferents (A, B o C) incubats amb la matèria primera (salmó) a dues concentracions diferents (C1 o C2) per dos períodes de temps diferents (T1 o T2).
Conclusió
Aquests resultats positius presenten oportunitats per obtenir un valor addicional de la presència natural de col·lagen dins de determinades matèries primeres mitjançant la creació de pèptids de col·lagen amb el potencial d'oferir beneficis funcionals, com ara mantenir articulacions sanes en mascotes actives i millorar la mobilitat i flexibilitat de les articulacions en mascotes grans, per exemple.
Amb l'alt percentatge (>75%) de pèptids petits (<0.5 kDa) produïts en condicions "optimitzades" basades en aquesta investigació, la primera part del nostre HDP s'aconsegueix l'objectiu. El següent pas important és demostrar que les croquetes fetes amb aquest HDP són realment més digeribles i biodisponibles que els nostres productes acabats de preparar; estem ocupats fent-ho en un estudi d'alimentació amb el Universitat de Gant Escola veterinaria. Mira aquest espai!
referències
- Cave, N., 2006. Dietes proteiques hidrolitzades per a gossos i gats. Veterinary Clinics Small Animal Practice, volum 36, pàgs. 1251-1268.
- Dai, Z., Wu, Z., Jia, S. & Wu, G., 2014. Anàlisi de la composició d'aminoàcids en proteïnes de teixits i aliments animals com a derivats d'o-ftaldialdehid pre-columna per HPLC amb detecció de fluorescència.. J Cromatografia B, Volum 964, pàgs. 116-127.
- Daniel, H., 2004. Fisiologia molecular i integradora del transport de pèptids intestinals. Revisió anual de fisiologia, volum 66, pàgs. 361-384.
- Fei, Y. et al., 1994. Clonació d'expressió d'un transportador d'oligopèptids acoblats a protons de mamífers. Nature, Volum 7, pàgs. 563-566.
- Hanaoka, K. et al., 2019. Caracterització del pes molecular de proteïnes i pèptids durant la fabricació de palatants d'aliments per a mascotes. [En línia] Disponible a: https://www.diana-petfood.com/emea-en/publications/
- Hou, Y. et al., 2017. Hidroisats de proteïnes en nutrició animal: producció industrial, pèptids bioactius i significat funcional. Journal of Animal Science and Biotechnology, pàgs. 24-36.
- Knights, R., 1985. Processament i avaluació d'hidrolitzats de proteïnes. A: Nutrició per a necessitats especials. Nova York: Marcel Dekker, pàg. 105-115.
- MINTEL, 2017. Major transparència en matèria de proteïnes en aliments per a mascotes, sl: MINTEL REPORTS.
- Pasupuleki, VK, Braun, S, 2010. Estat de la fabricació d'hidrolitzats de proteïnes. A: Hidrolisats de proteïnes en biotecnologia. Nova York: Springer, pàgs. 11-32.
- Zhangi, B. & Matthews, J., 2010. Importància fisiològica i mecanismes d'absorció d'hidrolitzat de proteïnes. A: Hidrolisats de proteïnes en biotecnologia. Nova York: Springer, pàgs. 135-177.