Development and characterization of insect (Alphitobius Diaperinus) protein hydrolysates

Atualmente, o consumo de insetos é feito mundialmente por cerca de 2 mil milhões de pessoas, com mais de 1900 espécies de insetos comestíveis descritas na literatura. Presentemente, os insetos comestíveis são uma promissora fonte proteica para a geração futura, uma vez que constituem uma fonte sustentável e com um reduzido impacto ambiental, comparado com outras fontes de proteína como gado bovino, suíno ou de aves. Os insetos comestíveis são nutricionalmente ricos em proteína, com vários estudos a demonstrar a sua digestibilidade, pelo que alguns estudos recentes começam a demonstrar o seu potencial como uma base proteica para obter péptidos com propriedades bioativas e funcionais. Assim, o objetivo deste estudo foi obter potenciais péptidos bioativos, analisando a sua atividade antioxidante e antimicrobiana e atividade inibitória das enzimas conversora da angiotensina (ECA) e α-Glucosidase, através de uma hidrólise enzimática da farinha comercial de inseto “Buffalo’s”, proveniente do inseto comestível Alphitobius diaperinus, de forma a desenvolver uma farinha de inseto melhorada com propriedades bioativas, rica em proteínas e aminoácidos livres. Primeiramente, foi necessário analisar várias condições para o processo de hidrólise enzimática, usando as enzimas comerciais Alcalase™ 2.5L e Corolase PP, na proporção enzima:substrato (E/S) de 0,5%, 1,5% e 3,0% e ao longo de 24 horas, de modo a selecionar a melhor condição para cada enzima. Para tal, dois parâmetros foram analisados para esta escolha, o grau de hidrólise das proteínas (GH) e capacidade antioxidante dos hidrolisados (métodos ABTS e ORAC). As melhores condições, que apresentaram um GH relevante e com capacidade antioxidante máxima, foram obtidas com a utilização da enzima Alcalase™ 2.5L numa proporção de 1,5% (E/S) durante uma hidrólise de 4 horas, com um valor de GH de 19,5%, e com a Corolase PP numa proporção de 3,0% (E/S) durante uma hidrólise de 6 horas, com um valor de GH de 36,0%. A capacidade antioxidante dos hidrolisados de ambas as condições foi também avaliada, observando-se resultados bastante similares entre as duas condições de hidrólise (95,0 e 95,7 μmol de Trolox Equivalente/g de farinha de inseto pelo método de ABTS). Na validação final pelo método ORAC, os hidrolisados obtidos pela Corolase PP obtiveram o resultado mais elevado (944,8 comparado com 825,6 μmol de Trolox Equivalente/g de farinha de inseto obtido com a Alcalase™ 2.5L). Os hidrolisados obtidos por ambas condições foram também capazes de inibir a enzima conversora da angiotensina, demonstrando possuir potencial atividade anti-hipertensiva, no entanto, os hidrolisados obtidos pela Alcalase™ 2.5L obtiveram o melhor resultado com um IC50 de 55,5 comparando com 107,4 μg de proteína/mL obtidos com Corolase PP, estes valores representam a quantidade de iv proteína necessária para inibir a atividade da ECA em 50%. Em nenhuma das condições foi possível observar capacidade inibidora da α-Glucosidase ou atividade antimicrobiana. A hidrólise enzimática foi também responsável por um aumento da quantidade total de aminoácidos livres, quando comparado com a farinha de inseto original. Em suma, o inseto comestível A. diaperinus demonstrou ser uma excelente fonte de proteínas, e a sua hidrólise enzimática permitiu a obtenção de péptidos com potencial bioativo, capacidade antioxidante e atividade inibitória da ECA, que podem ser usados na alimentação humana ou animal como ingrediente funcional.About 2 billion people already consume insects worldwide and there are more than 1900 species of edible insects already described in literature. At this moment, edible insects are a promising protein source for the future generation, due to its sustainability and low environment impact, when compared with other protein sources used in livestock, cattle or poultry. Edible insects have a high quantity of protein with a reported digestibility; therefore, some recent studies are demonstrating their potential as a protein base to obtain bioactive and functional peptides with applicability in the food industry. So the main aim of this study was to hydrolyze and analyze the potential of the Buffalo’s insect powder (i.e. the edible insect Alphitobius diaperinus), to develop an improved insect powder with bioactive properties, properties such as antioxidant and antimicrobial activity and inhibitory capacity of the enzymes angiotensin-converting (ACE) and α-Glucosidase, rich in protein and free amino acids. Firstly, an enzymatic hydrolysis was performed in order to choose the best condition for this process using two commercial enzymes, Alcalase™ 2.5L and Corolase PP, at an enzyme:substrate ratio (E/S) of 0.5%, 1.5% and 3.0% during 24 hours. Two parameters were selected to choose the best condition for each enzyme, the protein degree of hydrolysis (DH) and the hydrolysates antioxidant activity (ABTS and ORAC scavenging assay). The best conditions that showed a relevant DH and maximized antioxidant activity were for Alcalase™ 2.5L a ratio of 1.5% (E/S) during 4 hours of hydrolysis, with a DH value of 19.5%, and for Corolase PP a ratio of 3.0% (E/S) during 6 hours oh hydrolysis, with a DH value of 36.0%. The antioxidant capacity of hydrolysates was also evaluated, and based on the ABTS scavenging assay both conditions showed a very similar result (95.0 and 95.7 μmol Trolox Equivalent/g of insect powder). The validation by the ORAC scavenging assay showed that the Corolase PP hydrolysates obtained the highest value (944.8 compared to 825.6 μmol Trolox Equivalent/g of insect powder for Alcalase™ 2.5L). Alcalase™ 2.5L and Corolase PP hydrolysates were able to inhibit the ACE demonstrating a relevant antihypertensive activity, although, Alcalase™ 2.5L hydrolysates showed the best result with an IC50 of 55.5 compared to 107.4 μg of protein/mL, these values represent the amount of protein necessary to inhibit the ACE activity in half. None of the hydrolysates showed α-Glucosidase inhibitory capacity or antimicrobial properties. The enzymatic hydrolysis also increased the total quantity of free amino acids, compared with the original insect powder. In conclusion, A. diaperinus demonstrated to be an excellent source of protein and the enzymatic hydrolysis of insect protein can be a feasible process to obtain peptides with bioactive properties, such as antioxidant and ACE inhibitory capacity, which can be used as functional ingredient for the food and feed industries