Od ptasich piór do bioaktywnych peptydów. Jak odpad staje się funkcjonalnym białkiem | Politechnika Gdańska

Keratyna jest głównym białkiem w piórach, włosach, paznokciach czy rogach. Nadaje tkankom wytrzymałość, elastyczność i odporność na uszkodzenia. Strukturalnie jest podobna do kolagenu obecnego w skórze i kościach. Jednak w odróżnieniu od kolagenu, keratynę trudniej przekształcić w formę przyswajalną przez ludzi bez degradacji jej właściwości biologicznych. Mgr inż. Antoni Taraszkiewicz, w ramach swojej pracy doktorskiej, opracował metodę otrzymywania rozpuszczalnych hydrolizatów keratyny, które stanowią źródło bioaktywnych peptydów potencjalnie przyswajalnych przez człowieka.

– Udało nam się wypracować metodę, która pozwala na wyizolowanie keratyny z piór w formie czystej, rozpuszczalnej w wodzie i podatnej na działanie enzymów trawiennych, bez istotnej degradacji struktury białka. Uzyskany materiał wygląda jak żelatyna – mówi mgr inż. Taraszkiewicz, absolwent Szkoły Doktorskiej na PG, pracownik naukowo-dydaktyczny na Wydziale Chemicznym.

Biodostępność, bioaktywność i… mięsny aromat

Badania obejmowały kilka etapów, przy czym – jak mówi naukowiec – najtrudniejsze było przejście od piór do ekstraktu wysokiej jakości, bo choć metody pozyskiwania rozpuszczalnej keratyny są znane, często wiążą się z ograniczeniami dotyczącymi rozpuszczalności, zachowania aktywności biologicznej, właściwości sensorycznych lub wydajności procesu.

W pierwszym etapie przygotowywany został ekstrakt z oczyszczonych piór. Następnie przeprowadzona została enzymatyczna hydroliza, w wyniku której powstały peptydy keratynowe. W ostatnim etapie badana była reakcja Maillarda, która zachodzi pomiędzy cukrami redukującymi a białkami lub peptydami, a w efekcie produkt uzyskuje brązową barwę. Proces ten w żywności przebiega naturalnie i odpowiada m.in. za zapach i smak produktów poddanych obróbce termicznej.

– Peptydy pochodzące z keratyny piór są atrakcyjnym substratem do reakcji Maillarda z uwagi na dużą zawartość cysteiny, która w reakcji z cukrami może tworzyć produkty o przyjemnym, mięsnym aromacie. Dzięki zastosowaniu tego procesu, dotychczas rzadko wykorzystywanego w odniesieniu do peptydów keratynowych, udało się poprawić nie tylko właściwości sensoryczne uzyskanych preparatów, a także zwiększyć niektóre parametry aktywności biologicznej i biodostępności in vitro – tłumaczy mgr inż. Taraszkiewicz i przekonuje, że rezultaty badań w skali laboratoryjnej są obiecujące. –  Wyniki wskazują, że proces ma potencjał do dalszej optymalizacji i oceny pod kątem zastosowań przemysłowych – mówi.

Właściwości funkcjonalne i bezpieczeństwo w badaniach laboratoryjnych

Jak zauważa naukowiec, białka oraz hydrolizaty białkowe mogą wykazywać szereg właściwości funkcjonalnych istotnych dla przemysłu. Przykładowo, w przemyśle spożywczym stosuje się je do stabilizacji piany i emulsji, tworzenia żeli oraz jako składniki strukturotwórcze w produkcji żywności, w tym żywności funkcjonalnej, a także suplementów diety. W ramach prowadzonych badań oceniono pod tym kątem preparaty keratynowe uzyskane z piór drobiowych, wykazując, że ich właściwości technologiczne są porównywalne z właściwościami białek pochodzących z konwencjonalnych surowców.

– Wyniki badań potwierdziły też właściwości przeciwutleniające uzyskanych peptydów, a także brak toksyczności in vitro. Obecnie badam ich aktywność biologiczną pod kątem potencjału prewencyjnego w kontekście chorób metabolicznych, jak cukrzyca czy nadciśnienie. Pierwsze wyniki pokazują, że nasze peptydy mogą wykazywać aktywność istotną dla profilaktyki tych chorób (na poziomie badań in vitro) – mówi absolwent Szkoły Doktorskiej PG.

Dziesiątki milionów ton piór rocznie

W ramach badań realizowanych na potrzeby rozprawy doktorskiej, powstało pięć publikacji naukowych, w tym cztery oryginalne prace badawcze. W toku jest kolejny artykuł, który powstaje w związku z realizowanym przez mgr. inż. Taraszkiewicza projektem finansowanym przez Narodowe Centrum Nauki w ramach programu grantowego Preludium.

Badania, poprzez odzysk surowców z piór zawierających białko i nadawanie im nowych właściwości, wpisują się w ideę zrównoważonego gospodarowania odpadami przemysłu drobiarskiego. Pióra drobiowe stanowią do ok. 10 proc. masy ciała dorosłego kurczaka, co roku na świecie produkuje się ich ok. 40 milionów ton.

Promotorem pracy była dr hab. inż. Hanna Staroszczyk, prof. PG. Pierwsze badania nad pozyskiwaniem peptydów z keratyny naukowiec rozpoczął w ramach pracy magisterskiej napisanej pod kierunkiem dr inż. Izabeli Sinkiewicz, prof. PG.

Badania w Irlandii, wygrane Preludium

W czasie studiów w Szkole Doktorskiej na Politechnice Gdańskiej mgr inż. Antoni Taraszkiewicz odbył dwa wyjazdy naukowe do instytutu badawczego Teagasc w Fermoy w Irlandii, gdzie badał biodostępność peptydów keratynowych in vitro z użyciem modeli komórkowych.

– Te wyjazdy naprawdę dużo mi dały. Były bardzo wartościowe naukowo i pozwoliły mi rozwinąć warsztat badawczy. Jednak najważniejszym i najszczęśliwszym momentem studiów w Szkole Doktorskiej był wygrany grant Preludium. Informacja o przyznaniu ponad dwustu tysięcy złotych finansowania na moje badania była dużym wyróżnieniem – podkreśla Taraszkiewicz.