Développement d'une approche d'hydrolyse des protéines pour augmenter les avantages nutritionnels de la viande et du poisson fraîchement préparés.
Un article de soutien scientifique du Dr Adrian Hewson-Hughes | Conseiller en nutrition, sécurité alimentaire et innovation, GA Pet Food Partners.
Introduction.
La teneur en protéines animales est bien établie comme étant l'essence des aliments de qualité supérieure pour chiens et chats, et de nombreux propriétaires d'animaux reconnaissent que l'adage « la qualité plutôt que la quantité » s'applique ici. Selon la société d'études de marché Mintel, 59 % des propriétaires de chats et 57 % des propriétaires de chiens déclarent que la qualité de la viande est plus importante que la teneur globale en viande des aliments pour animaux de compagnie. (MINTEL, 2017).
GA Pet Food Partners l'a reconnu depuis longtemps. Depuis l'introduction de Freshtrusion®, GA a ouvert la voie dans le développement et la fabrication de régimes alimentaires contenant des quantités croissantes de sources de protéines de viande et de poisson fraîchement préparées. Les avantages de l'utilisation de sources de viande et de poisson frais par rapport aux farines de viande et de poisson séchées et fondues, y compris un meilleur goût et une digestibilité accrue, sont bien appréciés par les animaux de compagnie et leurs propriétaires.
S'efforcer d'offrir à nos Partenaires des produits encore meilleurs.
Le marché des aliments pour animaux de compagnie est très dynamique et bien que mettre en évidence la proportion élevée exacte de viande/poisson/volaille dans les produits soit une sage décision, cela devient une attente de base plutôt que la qualité souhaitée pour ces produits par les propriétaires d'animaux. Chez GA, nous nous efforçons constamment de trouver des moyens d'offrir à nos partenaires des produits encore meilleurs, et c'est pourquoi nous avons décidé de faire ce qui semblait impossible : trouver un moyen de cuisiner nos ingrédients frais à base de viande et de poisson pour les rendre encore meilleurs pour les animaux de compagnie. .
L'idée est d'augmenter la valeur nutritionnelle de la protéine dans nos ingrédients de viande et de poisson frais en convertissant la protéine en petits peptides, qui sont plus facilement absorbés par les animaux qui les mangent (nous l'appelons « HDP » - Highly Digestible Protein). Pour nous aider dans cette quête, nous avons identifié des experts à Nofima, un institut de recherche de premier plan pour la recherche alimentaire appliquée basé en Norvège, pour optimiser les conditions de digestion enzymatique de matières premières de viande et de poisson sélectionnées et les analyser pour démontrer que nous pouvions atteindre ce que nous voulions. .
Digestion des protéines - alias protéolyse ou hydrolyse
Les protéines sont de grosses molécules composées de «blocs de construction» individuels appelés acides aminés. Après avoir mangé des aliments contenant des protéines, le processus de protéolyse commence lorsque les enzymes libérées dans différentes parties du tractus gastro-intestinal le décomposent en acides aminés et en petits peptides. Cela permet à ces blocs de construction d'être absorbés dans le corps, où ils peuvent être recombinés pour construire de nouvelles protéines (comme les muscles, la peau, les cheveux, les anticorps, les enzymes, les hormones, etc.).
Il est également possible que les sources de protéines subissent un processus de protéolyse enzymatique contrôlée dans le cadre de leur préparation pour être incluses dans des aliments manufacturés et des produits nutritionnels. Par exemple, les hydrolysats de protéines sont utilisés depuis des décennies dans l'alimentation humaine, notamment dans la production de laits maternisés hypoallergéniques pour les bébés/enfants allergiques aux protéines de lait de vache.
Hydrolyse enzymatique ou chimique
L'hydrolyse des protéines - la rupture des liaisons peptidiques qui relient les acides aminés par l'ajout d'eau - peut être réalisée par différentes méthodes : chimiquement en utilisant des acides ou des bases (alcalines) ou enzymatiquement (l'approche sur laquelle nous nous concentrons). Si les méthodes d'hydrolyse acide et alcaline des protéines présentent l'avantage d'un faible coût, elles ont des conséquences négatives sur la qualité nutritionnelle des hydrolysats produits. L'hydrolyse acide entraîne la destruction complète du tryptophane, un acide aminé essentiel, ainsi qu'une perte partielle de la méthionine, de la cystine et de la cystéine (Pasupuleki et Braun, 2010). De même, l'hydrolyse alcaline entraîne la destruction complète de la plupart des acides aminés, bien que le tryptophane puisse survivre intact (Daï, et al., 2014), (Hé, et al.p. 2017).
Par rapport à l'hydrolyse acide et alcaline, les principaux avantages de l'hydrolyse enzymatique des protéines sont :
- Les conditions d'hydrolyse telles que la température et le pH sont douces et n'entraînent aucune perte connue d'acides aminés.
- L'utilisation d'enzyme(s) protéase(s) est plus spécifique et précise dans le contrôle de l'étendue de l'hydrolyse et de la taille des peptides.
- Les petites quantités d'enzyme utilisées peuvent être facilement désactivées (par exemple, chauffage à 80 – 85 °C pendant au moins 3 minutes) pour arrêter la réaction d'hydrolyse. (Hé, et al.p. 2017).
Bénéfices nutritionnels des protéines hydrolysées enzymatiquement : digestibilité et absorption des protéines.
En plus de la méthode d'hydrolyse des protéines utilisée, comme indiqué précédemment, la valeur nutritionnelle des hydrolysats de protéines dépend de la composition des acides aminés libres, des petits peptides (typiquement des di- et tripeptides) et des grands peptides présents. Historiquement, on croyait que seuls les acides aminés libres étaient absorbés par le tractus gastro-intestinal par des transporteurs d'acides aminés spécifiques. Cela se produit, mais il est maintenant reconnu que la majorité des acides aminés sont absorbés sous forme de di- et tripeptides par le transporteur de peptides à large spécificité PepT1 (Fei, et al.p. 1994). PepT1 peut potentiellement transporter les 400 di-peptides et les 8,000 20 tri-peptides résultant de la combinaison des XNUMX acides aminés alimentaires différents (Daniel, 2004). Par conséquent, on s'attendrait à ce que l'ingestion d'un hydrolysat de protéines contenant des proportions élevées de di- et tripeptides facilite la digestion et l'absorption des protéines, entraînant une digestibilité et une biodisponibilité des acides aminés accrues.
De toute évidence, l'établissement des meilleures conditions d'enzymes et d'hydrolyse est essentiel pour pouvoir créer des hydrolysats de protéines avec les profils de taille de peptide finaux souhaités. La distribution de la taille des peptides peut être déterminée à l'aide d'une technique appelée chromatographie d'exclusion stérique. La chromatographie d'exclusion de taille (SEC) est une technique de chimie analytique dans laquelle des mélanges de molécules (telles que des protéines ou des peptides) dissous dans une solution sont séparés par leur taille (comme indiqué dans la figure 1).
FIGURE 1. Aperçu simple de la séparation de molécules de différentes tailles dans une solution par chromatographie d'exclusion stérique (SEC). La solution est appliquée sur une colonne garnie d'une résine de billes sphériques poreuses (sphères grises). Les grosses molécules (cercles rouges) ne pourront pas entrer dans les pores (trous) des billes et passeront donc relativement rapidement dans la colonne et seront détectées en premier. Des molécules plus petites dans l'échantillon peuvent pénétrer dans les pores à des degrés divers en fonction de leur taille. Les molécules "de taille moyenne" (cercles verts) pourront pénétrer dans certaines billes mais pas dans d'autres et mettront donc plus de temps à traverser la colonne, tandis que les plus petites molécules (cercles bleus) pourront pénétrer dans tous les pores et prendront le plus long à traverser la colonne.
Méthodologie
Matières premières – Des échantillons frais de carcasses de poulet, de carcasses de canard et de cadres de saumon ont été réduits en taille, homogénéisés en une pâte épaisse et congelés. Le foie d'agneau frais était congelé entier. Les matériaux ont été envoyés à Nofima, Ås, Norvège, pour la protéolyse et l'analyse.
Protéolyse – Pour chaque matière première (poulet, canard, saumon et agneau), un échantillon de 500 g a été mélangé avec 990 ml d'eau distillée dans un récipient de réaction en verre et agité à 300 tr/min. Pour chaque matière première, trois enzymes protéases différentes ont été testées à deux concentrations différentes et deux points dans le temps, ce qui a donné 48 échantillons d'hydrolysat à analyser.
Chromatographie d'exclusion de taille – La distribution du poids moléculaire de la fraction protéique hydrosoluble des hydrolysats a été déterminée par chromatographie d'exclusion stérique à l'aide d'un système de chromatographie liquide haute performance (HPLC) Shimadzu LC-20AT avec un détecteur à barrette de photodiodes (SPD M20A) réglé à 214 nm.
Teneur en peptides de collagène – L'hydroxyproline est un acide aminé modifié dont la présence est principalement confinée au collagène. La teneur en hydroxyproline dans les hydrolysats de protéines peut être utilisée comme mesure indirecte de la quantité de collagène/peptides de collagène présents. Une analyse complète des acides aminés (y compris l'hydroxyproline) de chaque matière première a été réalisée par Nofima Biolab ; de plus, la teneur en hydroxyproline a été déterminée dans un laboratoire accrédité (ALS, Norvège) dans la fraction hydrosoluble des hydrolysats.
Resultats
Distribution de la taille des peptides des hydrolysats – En général, pour chaque enzyme testée, l'incubation de chaque matière première avec la concentration en enzyme la plus élevée et pendant une durée plus longue a entraîné un déplacement "bénéfique" du profil de taille des peptides des hydrolysats (c'est-à-dire une augmentation de la proportion de peptides plus petits ). Ceci est mis en évidence dans la figure 2, qui montre les résultats pour chaque matière première en utilisant la "meilleure" enzyme à une concentration et une durée "non optimales" par rapport à une concentration et une durée "optimales". Avec des conditions optimisées, nous avons constaté que 100 % des peptides étaient ≤ 3 kDa et plus de 75 % étaient < 0.5 kDa (Figure 2).
Sur la base des preuves collectives de plusieurs études sur un certain nombre d'espèces (par exemple, rat, porc, chien, humain ; voir (Zhangi et Matthews, 2010) pour un aperçu, il est généralement bien admis que :
- L'absorption des peptides est meilleure par rapport à la protéine intacte.
- L'absorption des peptides est meilleure que celle des acides aminés libres.
- L'absorption des petits peptides est meilleure que celle des grands peptides.
Physiologiquement, la majorité des acides aminés sont absorbés sous forme de petits peptides constitués de 2 ou 3 acides aminés réunis (di- et tripeptides, respectivement). Par conséquent, on s'attendrait à ce que l'ingestion d'un hydrolysat de protéines contenant de fortes proportions de di- et tripeptides facilite la digestion et l'absorption des protéines, entraînant une digestibilité et une biodisponibilité des acides aminés accrues. Le poids moléculaire moyen d'un acide aminé est de 110 Daltons (Da), donc les di- et tripeptides auraient un poids moléculaire d'environ 220-330 Da (0.2-0.3 kDa). Nos résultats dans l'obtention d'hydrolysats de protéines avec plus de 75 % de peptides inférieurs à 0.5 kDa (c'est-à-dire jusqu'à ~ 5 acides aminés) signifient que la protéine de nos croquettes serait hautement digestible et facilement absorbée par les animaux qui la mangent. Il est prévu de le démontrer par une étude d'alimentation en collaboration avec la Faculté de médecine vétérinaire de l'Université de Gand.
De plus, atteindre 100 % de peptides de 3 kDa ou moins diminue le risque de déclencher une réaction allergique aux sources de protéines et peut donc être considéré comme hypoallergénique.
Figure 2.
Distribution de taille (kDa) des peptides dans la phase aqueuse des hydrolysats de chaque matière première incubée avec la même enzyme dans des conditions « non optimisées » et « optimisées » en termes de concentration en enzyme et de durée d'hydrolyse. Notez en particulier comment le pourcentage de peptides entre 1.0 et 3.0 kDa diminue et les peptides <0.5 kDa augmentent, passant de conditions « non optimisées » à des conditions « optimisées ».
Teneur en peptides de collagène
Pour chaque matière première testée, les enzymes A et C ont obtenu de « meilleurs » résultats en général (en termes de récupération d'un plus grand pourcentage d'hydroxyproline dans la phase aqueuse des hydrolysats) que l'enzyme B lorsque l'on compare une durée d'hydrolyse et une concentration en enzyme données (voir par exemple résultats pour le saumon dans la figure 3).
Puisque la protéine de collagène « intacte » n'est pas soluble dans l'eau, la présence d'hydroxyproline (notre marqueur de « collagène ») dans la phase aqueuse indique que la protéine de collagène a été digérée en peptides de collagène (qui sont solubles dans l'eau). Nos résultats illustrent que nous sommes capables d'utiliser la protéolyse enzymatique pour créer des matières premières capables d'apporter des avantages fonctionnels potentiels tels que le soutien de la santé des articulations, de la peau et de l'intestin grâce aux peptides de collagène présents en leur sein.
FIGURE 3. Pourcentage d'hydroxyproline (un acide aminé présent presque exclusivement dans le collagène) récupéré dans la phase aqueuse du saumon hydrolysé avec trois enzymes différentes (A, B ou C) incubées avec la matière première (saumon) à deux concentrations différentes (C1 ou C2) pour deux périodes de temps différentes (T1 ou T2).
Conclusion
Ces résultats positifs offrent des opportunités de tirer une valeur supplémentaire de la présence naturelle de collagène dans certaines matières premières en créant des peptides de collagène ayant le potentiel d'offrir des avantages fonctionnels tels que le maintien d'articulations saines chez les animaux de compagnie actifs et l'amélioration de la mobilité et de la flexibilité des articulations chez les animaux de compagnie plus âgés, par exemple. Exemple.
Avec le pourcentage élevé (>75%) de petits peptides (<0.5kDa) produits dans des conditions "optimisées" basées sur cette recherche, la première partie de notre HDP objectif est atteint. La prochaine étape importante consiste à démontrer que les croquettes fabriquées avec ce HDP sont en effet plus digestes et biodisponibles que nos produits fraîchement préparés existants - nous sommes en train de réaliser cela dans une étude d'alimentation avec le Université de Gand Ecole vétérinaire. Surveillez cet endroit!
Bibliographie
- Cave, N., 2006. Régimes protéinés hydrolysés pour chiens et chats. Cliniques vétérinaires Small Animal Practice, Volume 36, pp. 1251-1268.
- Dai, Z., Wu, Z., Jia, S. & Wu, G., 2014. Analyse de la composition en acides aminés dans les protéines des tissus animaux et des aliments en tant que dérivés d'o-phtaldialdéhyde pré-colonne par HPLC avec détection de fluorescence. J Chromatographie B, volume 964, pages 116-127.
- Daniel, H., 2004. Physiologie moléculaire et intégrative du transport intestinal des peptides. Revue annuelle de physiologie, Volume 66, pp. 361-384.
- Fei, Y. et al., 1994. Clonage d'expression d'un transporteur d'oligopeptide couplé à un proton de mammifère. Nature, Volume 7, pp. 563-566.
- Hanaoka, K. et al., 2019. Caractérisation du poids moléculaire des protéines et des peptides lors de la fabrication de palatants pour aliments pour animaux de compagnie. [En ligne] Disponible sur : https://www.diana-petfood.com/emea-en/publications/
- Hou, Y. et al., 2017. Hydroysats de protéines en nutrition animale : production industrielle, peptides bioactifs et importance fonctionnelle. Journal of Animal Science and Biotechnology, pp. 24-36.
- Knights, R., 1985. Traitement et évaluation des hydrolysats de protéines. Dans : Nutrition pour les besoins spéciaux. New York : Marcel Dekker, p. 105-115.
- MINTEL, 2017. Une plus grande transparence en termes de protéines dans les aliments pour animaux de compagnie, sl : RAPPORTS MINTEL.
- Pasupuleki, VK, Braun, S, 2010. Fabrication de pointe d'hydrolysats de protéines. Dans : Hydrolysats de protéines en biotechnologie. New York : Springer, p. 11-32.
- Zhangi, B. & Matthews, J., 2010. Importance physiologique et mécanismes de l'absorption des hydrolysats de protéines. Dans : Hydrolysats de protéines en biotechnologie. New York : Springer, p. 135-177.