International Journal of Food Science and Technology 2019
Invited Review 
Lujuan Xing,1 Rui Liu,2 Songmin Cao,1 Wangang Zhang1* & Zhou Guanghong1 
1 Key Lab of Meat Processing and Quality Control, College of Food Science and Technology, Jiangsu Collaborative Innovation Center of Meat Production and Processing, Quality and Safety Control, College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing, Jiangsu 210095, Cina 
2 College of Food Science and Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225127, Jiangsu, Cina 
(Ricevuto il 31 Ottobre 2018; Accettato in revisione dal 26 Gennaio 2019) 

 

Sommario
Introduzione
La produzione dei peptidi bioattivi dalla carne
Identificazione dei peptidi bioattivi nelle proteine della carne
Le funzioni dei peptidi derivati dalla carne

Conclusione
Ringraziamenti
Bibliografia

Sommario: con il termine generico di peptidi bioattivi vengono nominate delle brevi sequenze di aminoacidi, che derivano dall’idrolisi delle proteine presenti nella carne di manzo, di suino, di montone, di pollo, di anatra e in quella di varie specie di organismi marini. L’essiccazione, la stagionatura, l’affinatura, la maturazione e la fermentazione sono procedure particolari utili a donare sapore alla carne ma sono importanti anche per il rilascio di peptidi bioattivi dalle proteine di partenza. Una volta rilasciati, i peptidi giocherebbero un ruolo bioattivo che va oltre il loro valore nutrizionale. È stato dimostrato che le funzioni dei peptidi derivati dalla carne comprendono effetti antiossidanti, antiipertensivi, antibatterici, oppioide-simili, antitrombotici e molti altri. La regolazione delle risposte immunitarie, gastrointestinali e neurologiche operata da quei peptidi bioattivi è la base essenziale da cui partire per la prevenzione di ipertensione, obesità, diabete e di altri disturbi metabolici. In questa review, abbiamo riassunto gli studi recenti condotti sui peptidi bioattivi derivati dalla carne e sulle loro funzioni fisiologiche, per fornire un quadro generale dei benefici che questi peptidi potrebbero avere sulla salute. 

Parole chiave: Antiipertensivo, antibatterico, antiossidante, peptidi bioattivi, proteine della carne 

Introduzione 

In seguito alla stimolazione operata da radiazioni, sostanze chimiche, tabacco, stress ed invecchiamento, le specie reattive dell’ossigeno (ROS) andrebbero ad accumularsi e causerebbero una grave ossidazione ed infiammazione delle cellule in grado di indurre la comparsa di sindrome metabolica, che incrementa il rischio di sviluppare malattie croniche come le malattie cardiovascolari (CVD), il diabete di tipo II, l’ipertensione e l’obesità (Fulop et al., 2006). Secondo le stime dell’Organizzazione Mondiale della Sanità, la CVD è diventata la principale causa di morte in tutto il mondo e i fattori di rischio includono ipertensione, colesterolo alto, tabagismo, storia familiare di malattie cardiovascolari, diabete e sovrappeso (Organizzazione 2011). Oltre allo sforzo fatto per studiare nuovi farmaci, la ricerca pone molta attenzione anche sui nutrienti acquisiti con la dieta e sulla prevenzione delle malattie croniche, in modo tale da incrementare il livello di salute degli individui. Per questo, i peptidi bioattivi derivati dagli alimenti sono considerati un punto chiave visti anche i loro effetti mitigatori sulla generazione di ROS e visto il fatto che sono in grado di migliorare le capacità antiossidanti degli organismi. Oltre ad un grande numero di sostanze fitochimiche provenienti dalle piante, sono già stati studiati (viste le loro proprietà fisiologiche) anche alcuni peptidi derivati dalla carne, tra cui la carnosina, l’anserina ed altre numerose sequenze aminoacidiche. Prima di essere rilasciati dalle loro proteine originarie, la maggior parte di questi peptidi si trovano in fase di latenza e non hanno alcun effetto bioattivo; la loro potenziale attivazione sarebbe determinata dalla digestione gastrointestinale (GI) o dalla lavorazione del cibo mediante processi come l’essiccazione, la stagionatura, la fermentazione e l’idrolisi enzimatica. Secondo studi in vitro, i peptidi derivanti dalla carne vengono ampiamente studiati per le loro proprietà antiipertensive ed  antiossidanti, che stanno alla base del loro impiego per il miglioramento della salute umana. Pertanto, secondo l’opinione pubblica in generale, le proteine della carne hanno possibili proprietà bioattive oltre ad un contenuto ben bilanciato di aminoacidi essenziali. Secondo la teoria della funzionalità strutturale, la diversa attività dei peptidi è imprescindibile dalla composizione aminoacidica, dal tipo di amminoacido terminale, dalla lunghezza della catena, dal peso molecolare complessivo, dalle proprietà idrofobiche e dalla struttura spaziale (Li & Yu, 2015). In linea generale i peptidi anti-ipertensivi sarebbero per lo più costituiti da amminoacidi idrofobici e a livello N-terminale avrebbero più aminoacidi aromatici o alcalini (Escudero et al., 2013a). Comunemente, un basso punto isoelettrico (PI, 3-6) dei peptidi bioattivi è associato ad una migliore attività antiossidante ed anti-ipertensiva (Park et al., 2008; Lafarga et al., 2014). Allo steso tempo, la presenza di tirosina (Tyr), glutammato (Glu) ed acido aspartico (Asp) aumenterebbe l’attività antiossidante della sequenza peptidica, viste le loro eccellenti proprietà di attrarre gli elettroni. LDQW, LPHSGY, LLGPGLTNHA e LPHSGY sono peptidi antiossidanti con leucina (Leu) in posizione N-terminale che migliorerebbe l’interazione tra il peptide e l’acido grasso e favorirebbe la loro capacità di catturare i radicali liberi lipidici (Je et al., 2005; Byun et al ., 2009; Sadat et al., 2011; Li & Yu, 2015). Grazie a studi in vitro, è stata ampiamente dimostrata la bioattività dei peptidi derivati dalla carne che si comportano come antiossidanti, antimicrobici, antitrombotici, sostanze simili agli oppioidi, chelanti de minerali, antipertensivi ed altro ancora (Zhang et al., 2010; Hu et al., 2016). Inoltre, in base alle loro proprietà strutturali, molti peptidi bioattivi possiedono numerose proprietà differenti che ci permetterebbero di garantire molteplici applicazioni a livello di produzione di alimenti funzionali (Korhonen & Pihlanto, 2006; Dziuba & Dziuba, 2010). Al fine di aggiornare la ricerca in atto sui peptidi bioattivi derivanti dalla carne, abbiamo riassunto gli studi più recenti che si occupavano di questo argomento ponendo l’accento sulla potenziale attività fisiologica dei peptidi bioattivi, sperando di far comprendere all’opinione generale la loro importanza circa i benefici che avrebbero per la salute. 

La produzione dei peptidi bioattivi dalla carne 

Come fonte di peptidi bioattivi, vengono comunemente scelte proteine provenienti dai muscoli di suini, caprini, bovini, ovini e pollame. In base a caratteristiche di solubilità, le proteine muscolari possono essere suddivise in tre gruppi: miofibrillari, sarcoplasmatiche e stromali. Queste rappresentano, rispettivamente, il 60%, il 35% e il 15% circa delle proteine, e possono variare a seconda della specie e delle parti della carcassa prese in esame (Xiong, 2018). Quando parliamo di carne, la pelle, le ossa e il sangue appartengono alla categoria dei sottoprodotti animali, ma anche da questi è potenzialmente possibile ricavare peptidi bioattivi dopo idrolisi delle proteine. Essendo sensibile alle variazioni di temperatura e del pH, la struttura delle proteine può essere facilmente distrutta durante la lavorazione della carne, anche durante la stagionatura, l’essiccatura, la salatura, la fermentazione, lo stoccaggio, il congelamento e la cottura. Perciò, la produzione di peptidi bioattivi si baserebbe anche sulle modificazioni dei valori di temperatura e di pH che distruggono la struttura spaziale o che rompono la catena aminoacidica che costituisce le proteine (Lafarga et al., 2014). Inoltre, anche gli enzimi presenti all’interno della carne favorirebbero la rottura della catena proteica e la generazione di piccoli peptidi durante il processo di frollatura della carcassa (Huff-Lonergan et al., 2010). È stato visto che la quantità di peptidi bioattivi e di amminoacidi liberi aumentava durante un processo di frollatura della carne bovina fresca durato 14 giorni (Bauchart et al., 2006). Nell’industria della lavorazione della carne, lo stoccaggio in celle frigorifere è comune ed ha lo scopo di mantenere intatta la freschezza dei prodotti a base di carne. Tuttavia, il congelamento della carne potrebbe portare alla formazione di cristalli di ghiaccio che potrebbero andare a  denaturare la struttura della catena proteica, come anche le variazioni di temperatura durante il processo di congelamento. Pertanto, a seconda della temperatura e del tempo di conservazione, durante il congelamento dei prodotti a base di carne si potrebbero generare alcuni peptidi (Leygonie et al., 2012). Per favorire la degradazione della struttura proteica e la produzione di peptidi bioattivi, il processo più comunemente scelto è rappresentato dall’idrolisi enzimatica. Gli enzimi digestivi comprendono principalmente pepsina, tripsina, pancreatina, Alcalase, chimotripsina, termolisina, papaina e Flavourzyme (Mora et al., 2014; Liu et al., 2016). Poiché diversi enzimi hanno specifici siti bersaglio sulla sequenza di una particolare proteina, la tipologia di enzima impiegato è abbastanza cruciale per il rilascio di peptidi. Tra tutti gli enzimi, la pepsina, la tripsina e la pancreatina vengono generalmente impiegati nella ricerca per simulare la digestione gastrointestinale e l’idrolisi del muscolo del petto del pollo e dell’anatra, del muscolo suino, del muscolo che costituisce la punta di petto del bovino, del muscolo di cervo e di alcuni prodotti a base di carne come il prosciutto stagionato (Saiga et al., 2003; Escudero et al., 2012; Lafarga & Hayes, 2014). Nell’industria alimentare, Alcalase, Flavourzyme e Protamex sono i più ampiamente utilizzati per ottenere peptidi da proteine di anatra, pollo, suino, capra e pancetta (Yanfeng & Li, 2006; Lee et al., 2010; Wang et al., 2015; Mirdhayati et al., 2016). Un complesso di proteasi viene utilizzato anche per l’idrolisi delle proteine che costituiscono la gelatina ottenuta dall’anatra e la pelle di bovino (Kim et al., 2001; Lee et al., 2012). Grazie all’attività di enzimi esogeni, i peptidi verrebbero rilasciati anche dai prodotti a base di carne stagionata. La produzione dei peptidi viene influenzata dalla tipologia di muscolo, dai metodi di stagionatura e dalle condizioni di lavorazione inclusi il tempo, la temperatura, l’umidità e il contenuto di sale (Escudero et al., 2013a). Recentemente, alcuni peptidi antiossidanti ed anti-ipertensivi sono stati purificati da prosciutti Spagnoli, di Parma, e da prosciutti Jinhua e Xuanwei, identificando sequenze rappresentative in ciascuno di essi (Escudero et al., 2013b, Xing et al., 2016; Zhu et al., 2017 ; Zuo et al., 2017). Durante il processo di stagionatura, le catepsine B, L e D svolgono un ruolo principale nel degradare le proteine miofibrillari aiutate da peptidilpeptidasi, aminopeptidasi e carbossipeptidasi nell’ulteriore rottura delle catene peptidiche con generazione di oligopeptidi e di amminoacidi liberi (Mora et al., 2011; Xing et al., 2018a). Un lungo periodo di maturazione indurrebbe un aumento della resa di peptidi e di amminoacidi, mentre la produzione di peptidi a catena più corta si concentrerebbero durante le fasi finali della stagionatura dei prosciutti (Zhang et al., 2009; Mora et al., 2011). 

Identificazione dei peptidi bioattivi nelle proteine della carne 

Grazie all’aumento delle conoscenze in bioinformatica, l’analisi predittiva in silico è diventata un nuovo metodo per prevedere ed identificare i peptidi bioattivi nelle varie proteine. Diversamente dai precedenti processi che prevedevano l’idrolisi e la purificazione in laboratorio, l’analisi predittiva in silico si basa principalmente sull’impiego di strumenti bioinformatici, come i database BIOPEP, ProtParam, Blast e PeptideCutter. Questo metodo ci aiuta a tracciare il rilascio di peptidi dalle proteine parentali e anche a predire la loro potenziale bioattività a seconda delle sequenze aminoacidiche (Dziuba e Dziuba, 2010; Lafarga & Hayes, 2014). Recentemente, l’analisi predittiva è stata impiegata per tracciare il rilascio di peptidi bioattivi da proteine di derivazione suina e bovina e viene considerata una base teorica per ulteriori verifiche sulla loro bioattività in esperimenti empirici (Lafarga et al., 2014; Sayd et al., 2016 ). Durante le analisi bioinformatiche condotte sulla carne di manzo, sono stati identificati 1743 peptidi insieme a 71 proteine nella carne sottoposta a cottura e si è visto che la digestione delle proteine veniva profondamente influenzata dalla temperatura di cottura (Sayd et al., 2016). Per quanto sappiamo dal processo di digestione gastrica, la proteina sarcoplasmatica risulterebbe più facilmente degradabile ad una temperatura più bassa (55° C), mentre sarebbe più difficile da degradare in condizioni di cottura che prevedono temperature più elevate (70° o 90° C) a causa della denaturazione indotta dal riscaldamento delle proteine. L’analisi in silico è uno strumento potente che fornisce molte informazioni