miniatura|sense marc Lhidrolitzat proteic és el producte que s'obté de la hidròlisi de proteïnes. La matèria primera és un aïllat o concentrat proteic normalment d'origen animal o vegetal. La hidròlisi proteica és el trencament dels enllaços peptídics que uneixen els aminoàcids que formen les proteïnes; pot ser parcial, i se n'obtenen pèptids de diferents longituds, o total, i se n'obtenen aminoàcids lliures. I es pot dur a terme per dos mètodes: el químic, mitjançant l'ús d'àcids i bases, o el biològic, mitjançant l'ús de proteases (enzims).
Les aplicacions dels hidrolitzats proteics van des de fer de suplement essencial en nutrició esportiva o dietes terapèutiques fins a ser la font de fermentació per al creixement de determinats microorganismes o ser utilitzats en productes cosmètics. L'aplicació dels hidrolitzats proteics està directament relacionada amb el grau i tipus d'hidròlisi que s'ha realitzat, ja que les característiques de l'hidrolitzat i les propietats funcionals que presentarà depenen de les característiques dels pèptids que els formen.
Actualment, l'ús dels hidrolitzats proteics es troba absolutament establert al mercat dels països desenvolupats, sobretot en la branca esportiva i mèdica, i són molt utilitzats en pinsos animals. És un producte relativament nou, de manera que encara presenta un gran camp d'investigació, tant per a la millora del seu coneixement i de les aplicacions actuals com per donar aplicacions innovadores en el futur.
Origen proteic miniatura|Captura de llobarro blanc al mercat de peix d'Ensenada (Baixa California, Mèxic) Els hidrolitzats proteics destinats a l'alimentació són principalment d'origen proteic animal, vegetal o d'algues, però també existeixen hidrolitzats proteics bacterians o de llevats els quals són molt utilitzats com a font de fermentació per al creixement de microorganismes, en l'alimentació del bestiar i en la indústria cosmètica. Les principals proteïnes d'origen animal que s'utilitzen són les de peix, d'ous, làcties (caseïna i proteïnes del sèrum de llet), de residus carnis com els tendons o els ossos i de proteïnes sanguínies o viscerals. Les proteïnes del sèrum de la llet són la font proteica principal de les llets de fórmula infantils i dietes enterals, mentre que les del peix són utilitzades en alimentació animal. Les fonts principals de proteïnes vegetals són la soja, el blat i l'arròs, els quals són molt utilitzats com a font de nitrogen en l'alimentació humana. Actualment s'està impulsant l'elaboració d'hidrolitzats de microalgues, ja que el 50 per cent de la seva biomassa són proteïnes d'alt valor nutritiu, més elevat que el d'alguns cereals i llegums, però tenen unes parets cel·lulars molt rígides que n'impedeixen la digestibilitat i no són tolerades pels humans.
L'elecció del substrat proteic s'ha de fer tenint en compte l'ús que se li donarà a l'hidrolitzat proteic, així com el benefici que generarà el producte en relació amb el cost del substrat proteic inicial. Per exemple, per a hidrolitzats proteics que es vulguin fer servir com a agents gelificants o emulsionants, cal fer servir una font proteica que generi hidrolitzats incolors, com el col·lagen. A més, també cal seleccionar una proteïna que pugui interaccionar amb la proteasa desitjada, ja que la seva seqüència d'aminoàcids i la seva estructura tridimensional afectaran la unió de la proteasa. No obstant, també es podria seleccionar primer una font proteica i després buscar-ne la proteasa adequada. Un altre aspecte a tenir en compte és que les fonts proteiques com el peix i la carn poden tenir un contingut elevat de greix que s'ha d'eliminar abans de realitzar la hidròlisi, fins a aconseguir valors inferiors a 0,5 per cent (m/m) de greix en el cas de consum humà.
Producció d'hidrolitzats proteics La hidròlisi proteica consisteix en trencar els enllaços peptídics de les proteïnes, i es pot realitzar mitjançant hidròlisi química (amb àcids i bases fortes) o hidròlisi enzimàtica. Però en la indústria alimentària la hidròlisi química no es fa servir, ja que el seu control és molt difícil, calen condicions extremes de pH i temperatura que redueixen el valor nutritiu de les proteïnes, destrueixen la forma L dels aminoàcids i produeixen substàncies tòxiques com la Lys-Ala (Lisina-alanina). Pel contrari, la hidròlisi enzimàtica és molt fàcil de controlar, es realitza a un pH suau de 6-8 i a una temperatura que oscil·la entre 40 i 60 °C, de manera que no hi ha una disminució del valor nutritiu dels hidrolitzats proteics obtinguts, els quals mantenen pràcticament la mateixa composició d'aminoàcids que el substrat inicial. miniatura|296x296px|Esquema que representa la hidròlisi proteica mitjançant l'ús de proteases.
Hidròlisi enzimàtica La hidròlisi enzimàtica es realitza en un reactor on es dissol o es resuspèn el substrat proteic amb aigua, i un cop dissolt se'n fa la hidròlisi mitjançant l'addició de proteases (en forma de pols o en estat líquid) o processos de fermentació:
Mitjançant proteases Els substrats proteics s'hidrolitzen mitjançant una o més proteases (simultàniament o seqüencialment) per a obtenir oligopèptids, polipèptids o inclús aminoàcids lliures, i un cop s'hagi assolit el grau d'hidròlisi desitjat s'ha d'aturar la reacció inactivant la proteasa. Per a fer-ho, s'acostuma a disminuir el pH bruscament o es fa un tractament tèrmic a temperatures superiors a 80 °C, o també pot ser retirada del reactor mitjançant una filtració.
La composició de l'hidrolitzat obtingut dependrà de: El tipus de substrat utilitzat i la seva concentració proteica: Si el substrat té una concentració proteica molt elevada, l'hidrolitzat obtingut també la tindrà, i el valor nutritiu serà major. L'especificitat de la proteasa pel substrat: Cada proteasa talla els enllaços peptídics per un punt diferent, és a dir, que té especificitat per uns aminoàcids en concret, així que cal seleccionar una proteasa que pugui tallar el substrat proteic que es vol fer servir. La relació enzim / substrat: Si la concentració de substrat és molt inferior a la concentració de proteasa, el rendiment de la reacció serà baix. La duració de la reacció: A major temps, més enllaços peptídics es trencaran i més curts seran els pèptids obtinguts. No obstant, pot ocórrer que encara que s'allargui el temps de reacció, arribi un moment en què la mida dels pèptids ja no disminueixi més. Les condicions del procés: Cada proteasa necessita unes condicions determinades de temperatura, pH i agitació del reactor per a treballar, de manera que, com més properes siguin aquestes condicions a les òptimes, major serà el grau d'hidròlisi. Per això en tot moment cal anar controlant les condicions de la reacció enzimàtica mitjançant sondes i sensors incorporats en el reactor. A més, el trencament dels enllaços peptídics provoca l'acidificació del medi, de manera que cal mantenir el pH estable afegint-hi base diluïda.
Existeixen moltes proteases comercials de grau alimentari, ques es poden classificar segons sigui el seu origen (animal, vegetal, bacterià o fúngic), el seu mecanisme d'acció catalítica (endoproteases o exoproteases) o el seu centre d'acció catalítica. El centre catalític de les proteases està constituït per aminoàcids o per cations metàl·lics, com el zinc, que interaccionen amb els substrats proteics i promouen la catàlisi proteica. Les que contenen cations metàl·lics s'anomenen metal·loproteases, mentre que les que contenen aminoàcids s'anomenen diferent en funció de l'aminoàcid que intervingui en la hidròlisi, denominant-se serina-proteases si intervé la serina, cis-proteases si intervé la cisteïna o aspartat-proteases si intervé l'àcid aspàrtic. Les serina-proteases són endoproteases, mentre que la resta de metal·loproteases són exoproteases. +Classificació de les proteases en funció del mecanisme d'accióClassificacióMecanisme d'accióHidrolitzat obtingutEndo-proteasesHidrolitzen els enllaços peptídics de l'interior de les proteïnesPèptids llargsExo-proteasesHidrolitzen els enllaços dels extrems (N- o C-terminal)Aminoàcids lliures Sovint, per a obtenir una major hidròlisi, la reacció enzimàtica utilitza en primer lloc les endoproteases, les quals fragmenten els pèptids i produeixen més extrems susceptibles a l'atac de les exoproteases, introduïdes posteriorment, però hi ha algunes proteases que són tant endo- com exoproteases, per exemple la flavouryzime. +Classificació de les proteases en funció del centre catalític i de l'origenClassificacióOrigenExemplesSerina-proteasesAnimalsTripsina, quimiotripsina i elastasaBacterianesAlcalasa, substilisina, esperasa i savinasaCisteïna-proteasesVegetalsPapaïna, bromelaina i ficinaAspartat-proteasesAnimalsPepsina i quimosinaFúngiquesAspergilopeptidasa A, newlasaMetal·loproteasesAnimalsCarboxipeptidasa ABacterianesNeutrasa i termolisina Les primeres proteases que es van fer servir en la indústria alimentària eren d'origen animal, però amb el pas dels anys les d'origen bacterià i fúngic han anat guanyant importància. Sobretot les d'origen fúngic, ja que els fongs productors d'enzims hidrolítics estan inclosos en la denominació GRAS (de l'anglès, generally recognized as safe) i produeixen els enzims extracel·lularment.
Mitjançant fermentació Aquest és un procés natural de producció d'hidrolitzats proteics que consisteix en hidrolitzar les proteïnes utilitzant l'activitat proteolítica dels microorganismes. La durada de la fermentació variarà en funció del substrat proteic i del tipus de microorganisme utilitzats, així com en funció de la mida dels pèptids desitjada. És un procés molt utilitzat en productes làctics utilitzant bacteris de l'àcid làctic com Lactobacillus i Lactococcus, els quals contenen proteases unides a la seva paret cel·lular i transportadors específics que internalitzen els pèptids produïts per a seguir hidrolitzant-los amb les seves proteases internes. Bacillus subtilis també s'utilitza ja que conté un elevat nombre de proteases extracel·lulars, i els fongs filamentosos com Rhizopus i Aspergillus han estat tradicionalment utilitzats per a obtenir hidrolitzats vegetals. Aspergillus niger és un dels microorganismes més importants en la indústria biotecnològica per a la producció d'enzims extracel·lulars, i des dels anys 60 que és una de les majors fonts de proteases comercials de grau alimentari.
Una alternativa és realitzar una combinació de la fermentació amb la hidròlisi mitjançant proteases, aconseguint un major rendiment en la reacció i una millor qualitat sensorial.
Processos post-hidrolítics Els hidrolitzats proteics no es poden consumir directament després de la hidròlisi enzimàtica, ja que els pèptids obtinguts presenten propietats fisico-químiques molt diferents, com un ampli rang de pesos moleculars, una composició d'aminoàcids variada i diferents activitats biològiques, i a més, les proteases o els microorganismes segueixen estan presents en el medi. Habitualment el que es fa és una ultrafiltració a través de membrana, que pot estar acoblada o no en el reactor, per a eliminar les proteïnes residuals i separar els pèptids en funció del seu pes molecular,. Les membranes d'ultrafiltració que s'utilitzen acostumen a ser de 1, 3, 5 i 10 kDa, fet que permet retenir també les proteases i els microorganismes fermentatius i estalviar-nos el tractament tèrmic per a inactivar-los. A més, un cop fet el fraccionament dels pèptids en funció de la seva mida, es pot fer una espectrometria de masses en tàndem per a identificar els pèptids de cada fracció i quedar-nos amb els que ens interessin per a la formulació del producte en qüestió. Finalment, cal realitzar l'assecat dels hidrolitzats per a la seva comercialització en forma de pols.miniatura|275x275px|Esquema que mostra les diferents etapes d'una hidròlisi enzimàtica. Etapes de la hidròlisi enzimàtica