Hidrólise enzimática de proteínas do soro de leite assistida por ultrassom e líquidos iônicos para a obtenção de peptídeos bioativos e funcionais

Abstract

As proteínas do soro de leite são fontes de peptídeos bioativos, capazes de modular respostas fisiológicas no organismo humano, exercendo benefícios à saúde. A hidrólise enzimática destaca-se na obtenção dessas moléculas e a otimização do processo é de grande importância para a sua aplicação em escala industrial. Nesse contexto, desperta-se o interesse por métodos de pré-tratamento do substrato, com destaque para o emprego do ultrassom (US) e de líquidos iônicos (LI’s). No entanto, não há muitas pesquisas acerca da combinação dessas tecnologias na hidrólise enzimática de proteínas. Dessa forma, esse trabalho teve como objetivo estudar diferentes condições de hidrólise, parâmetros do US e tipo de LI visando otimizar a produção de hidrolisados a partir do isolado proteico de soro. Inicialmente, promoveu-se a hidrólise das proteínas pela ação das enzimas tripsina, pancreatina, bromelaína e pepsina, sendo a relação enzima/substrato (E/S) e o tempo reacional estudados por meio de um planejamento fatorial completo. O grau de hidrólise (GH) e a atividade antioxidante (AA) foram avaliados para determinação da melhor condição do processo. Os melhores resultados foram obtidos empregando a pancreatina e a bromelaína, tendo em vista a especificidade mais ampla dessas enzimas. A hidrólise com pancreatina promoveu um GH igual a 19,35 ± 0,73% e AA- DPPH e AA-ABTS+ iguais a 86,65 ± 0,71% e 49,78 ± 0,51%, respectivamente, ao utilizar uma relação E/S de 4:100 durante 5h. Já com a bromelaína foi obtido um GH de 18,07 ± 0,30% e AA-DPPH e AA-ABTS+ iguais a 71,57 ± 2,14% e 62,27 ± 0,69%, respectivamente. A pancreatina foi selecionada para o estudo das tecnologias de pré-tratamento tendo em vista o menor custo dessa enzima e os parâmetros de hidrólise (relação E/S de 4:100 e tempo igual a 5h) foram mantidos. O pré- tratamento ultrassônico foi avaliado a partir de um delineamento composto central para as variáveis amplitude e tempo de sonicação. Embora o modelo estatístico proposto não tenha sido capaz de explicar o efeito das variáveis estudadas, verificou-se que, em média, considerando todos os ensaios realizados, o uso do US aumentou o GH em aproximadamente 86%, além de promover a liberação de peptídeos antioxidantes. Efeitos semelhantes foram verificados na hidrólise assistida por LI, bem como pela combinação dos dois tratamentos. As propriedades funcionais dos hidrolisados obtidos também foram avaliadas. De modo geral, o emprego do US melhorou a solubilidade e as propriedades emulsificantes e de formação de espuma dos hidrolisados, mas diminuiu a capacidade de retenção de óleo. Quando foi utilizado LI, os resultados indicaram uma possível agregação das moléculas, afetando algumas propriedades funcionais. Por fim, este estudo contribui para o avanço no entendimento dos efeitos da utilização do US e de LI na hidrólise enzimática de proteínas do soro de leite, apontando caminhos para a aplicação dessas tecnologias na produção de peptídeos bioativos com potencial aplicação na indústria de alimentos. Palavras-chave: atividade antioxidante; pancreatina; solubilidade; emulsão; espuma; retenção de óleo.

Whey protein serves as a source of bioactive peptides, capable of modulating physiological responses in the human body and exerting health-promoting effects. Enzymatic hydrolysis stands out as a method for obtaining these molecules, and the optimization of the process is of great importance for its industrial application. In this context, interest has arisen in substrate pre-treatment methods, particularly the use of ultrasound (US) and ionic liquids (ILs). However, few studies have addressed the combination of these technologies in the enzymatic hydrolysis of proteins. Therefore, this study aimed to investigate different hydrolysis conditions, US parameters, and IL types to optimize the production of hydrolysates from whey protein isolate. Initially, protein hydrolysis was carried out using the enzymes trypsin, pancreatin, bromelain, and pepsin, with the enzyme/substrate (E/S) ratio and reaction time studied through a full factorial design. Hydrolysis degree (DH) and antioxidant activity (AA) were evaluated to determine the optimal process conditions. The best results were obtained using pancreatin and bromelain, due to the broader specificity of these enzymes. Hydrolysis with pancreatin resulted in a DH of 19.35 ± 0.73% and AA- DPPH and AA-ABTS+ values of 86.65 ± 0.71% and 49.78 ± 0.51%, respectively, using an E/S ratio of 4:100 for 5 h. Hydrolysis with bromelain yielded a DH of 18.07 ± 0.30% and AA-DPPH and AA-ABTS+ values of 71.57 ± 2.14% and 62.27 ± 0.69%, respectively. Pancreatin was selected for the study of pre-treatment technologies due to its lower cost, while hydrolysis parameters (E/S ratio of 4:100 and reaction time of 5 h) were maintained. Ultrasonic pre-treatment was evaluated using a central composite design for the variables amplitude and sonication time. Although the proposed statistical model could not explain the effect of the studied variables, it was observed that, on average, considering all trials, US increased DH by approximately 86% and promoted the release of antioxidant peptides. Similar effects were observed for hydrolysis assisted by ILs, as well as the combination of both treatments. The functional properties of the obtained hydrolysates were also evaluated. Overall, US improved solubility, emulsifying properties, and foaming capacity of the hydrolysates but decreased oil-holding capacity. When ILs were employed, results indicated possible molecular aggregation, affecting some functional properties. In conclusion, this study contributes to advancing the understanding of the effects of US and ILs on the enzymatic hydrolysis of whey proteins, pointing to potential applications of these technologies in the production of bioactive peptides for the food industry. Keywords: antioxidant activity; pancreatin; solubility; emulsion; foam; oil retention.