Produção e caracterização de peptídeos à partir da hidrólise enzimática da queratina associada com ultrassom e micro-ondas

Abstract

As penas de frango são recursos biológicos abundantes. Cerca de um milhão de toneladas de penas são geradas anualmente no Brasil pela indústria de processamento de frango. Utilizadas principalmente na forma de farinha para ração animal, as penas poderiam ser melhor aproveitadas para outros fins, como cosméticos, filmes, fibras, hidrogéis, material biomédico, micro e nanopartículas para fins alimentícios devido seu alto teor proteico, superior a 75 % de proteína bruta, das quais a queratina é a proteína majoritária (90 %). Face ao exposto, a presente pesquisa propôs a obtenção e caracterização de hidrolisado de queratina de penas de frango com aplicação de tecnologias de ultrassom e micro-ondas como adjuvantes do processo. Em etapa inicial de dissolução química das penas (em solução de hidróxido de sódio 0,08 M) foi executado um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) 2^3, tendo como variável dependente o grau de hidrólise, obtendo-se a melhor condição de dissolução para as variáveis independentes (4 % de penas, 0,06 M de sulfito de sódio e temperatura de 70 ºC), por 8 h. A etapa seguinte de hidrólise enzimática foi realizada durante 10 h em pH 10,6, utilizando a enzima proteolítica savinase®. A partir de um DCCR 2^2 foi definida a melhor condição de hidrólise a temperatura de 50 ºC e concentração de enzima/substrato de 12,5 %. Estabelecidas as condições de dissolução química e hidrólise enzimática, o ultrassom e as micro-ondas foram aplicados nas penas dissolvidas como pré-tratamento da hidrólise enzimática. O efeito do ultrassom foi significativo na enzimólise da queratina e nas propriedades do hidrolisado em comparação com a enzimólise tradicional e a associada às micro-ondas. O hidrolisado de queratina obtido possui propriedades tecnológicas e bioativas, bem como destacável qualidade nutricional. É composto por 75,78 % de proteína (bs), contém peptídeos de baixa massa molecular (< 1000 Da), possuí alta solubilidade (> 80 %) e digestibilidade proteica (89,28 %), capacidade emulsificante, atividade antioxidante (IC50 = 3,67 mg · mL-1 frente ao DPPH?+ e 1,35 mg · mL-1 frente ao ABTS?+), partículas de tamanho menor que 300 nm passíveis de fácil absorção intestinal, cutânea e capilar. A associação de tecnologias alternativas como o ultrassom pode ser utilizada para transformar subprodutos da agroindústria, tal como penas de frango, em hidrolisados de queratina, com potencial para aplicação em cosméticos, suplementação nutricional animal e humana, insumos para agricultura e indústria alimentícia.

Abstract: Chicken feathers are abundant biological resources. Close to one million tons of feathers are generated annually in Brazil from chicken processing industry. The feathers are used mainly for animal feed feather meal, however, due to their high protein content, greater than 75 % crude protein , which keratin is the major protein (90 %) could be applied for others purposes such as food industry, cosmetics, films, fibers, hydrogels and biomedical material. Thus, this research proposed to obtain and characterize keratin hydrolysate from chicken feathers using ultrasound and microwave technologies as process adjuvants. In initial step of feathers chemical dissolution (sodium hydroxide solution at 0.08 M), a Central Composite Rotational Design (CCRD) 2^3 was performed, with the degree of hydrolysis as the dependent variable, obtaining the best dissolution condition for the independent variables (4% of feathers, 0.06 M sodium sulfite and 70 ºC), for 8 h. Then the enzymatic hydrolysis step carried out at pH 10.6, for 10 h, using the proteolytic enzyme savinase®. A central rotational composite design 2^2 generated the best hydrolysis condition: at 50 ºC and 12.5 % enzyme/substrate concentration. Once the conditions for chemical dissolution and enzymatic hydrolysis were established, ultrasound and microwaves were applied to dissolved feathers as enzymatic hydrolysis pre-treatment. The effect of ultrasound was significant on keratin enzymolysis and hydrolysate properties compared to traditional enzymolysis and microwave-associated enzymolysis. The results obtained in this research showed that keratin hydrolysate has technological and bioactive properties, as well as outstanding nutritional quality. It's composed by 75.78 % protein (db), peptides of low molecular mass (<1000 Da). It has high solubility (> 80 %) and protein digestibility (89.28 %), emulsifying capacity, antioxidant activity (IC50 = 3.67 mg · mL-1 in front of DPPH ? + and 1.35 mg · mL-1 in front of ABTS ? +) and particles size smaller than 300 nm, important for intestinal, cutaneous and capillary absorption. The association of alternative technologies such as ultrasound can be used to transform by-products of the agribusiness, such as chicken feathers, into keratin hydrolysates, with potential for application in cosmetics, animal and human nutritional supplementation, for agriculture field and for food industry.