Uso dei polisaccaridi solforati da sottoprodotti avicoli

Mirko Betti, PhD, Department of Agricultural Food and Nutritional Science University of Alberta, Canada

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La lavorazione della carne avicola a livello industriale, produce una notevole quota di sottoprodotti ricchi in tessuti connettivi – ovvero cartilagini articolari, cute e residui ossei – dai quali è possibile trarre importanti prodotti, utili anche alla salute umana.

Il tessuto connettivo contiene infatti la matrice extracellulare, che include collagene, glicoproteine, proteoglicani e i glicosamminoglicani (noti anche come GAGs o mucopolisaccaridi).

I proteoglicani sono il maggiore componente della matrice extracellulare e vengono raggruppati in due categorie molecolari: quelle con proteine glicosilate nel core, e quelle adese ai glicosamminoglicani solforati tramite legami covalenti. Questi polisaccaridi acidi, derivati da diverse fonti animali, sono stati studiati a fondo e sono stati descritti sulla base della loro composizione disaccaridica e del grado di solforazione.

Da un lato, ci sono i GAGs solforati, – come il condroitin solfato (CS), il dermatan solfato (DS), il cheratan solfato (KS) e l’eparan solfato (HS) -, i quali sono tutti legati ai glicani direttamente nel core proteico; mentre poi vi sono l’acido ialuronico (HA), i polisaccaridi GSG non solforati, che esistono come polimeri semplici.

I polisaccaridi solforati GAGs possono essere liberati dalla matrice extracellulare tramite idrolisi chimica o enzimatica, e vengono considerati come composti biologicamente attivi. Essi hanno un’ampia gamma di applicazioni nell’industria, sia farmaceutica che alimentare. Per esempio, il condroitin solfato viene usato come supplemento per trattare l’osteoartrite grazie al suo effetto antinfiammatorio e condroprotettore. L’eparan solfato e il dermatan solfato hanno anche attività anticoagulante.

Oltre alle proprietà note, studi in vitro effettuati recentemente in laboratorio, suggeriscono che i polisaccaridi GAGs possono aumentare l’assorbimento del ferro non eme (ferro inorganico) e, dunque, migliorare lo stato nutrizionale del ferro. Per esempio, in un modello di simulazione del meccanismo gastrointestinale, i GAGs hanno favorito un aumento dell’assorbimento di ferro da parte delle cellule epiteliali Caco-2. Si apre così la possibilità di estrarre i GAGs dai sottoprodotti degli avicoli per produrre composti bioattivi, utilizzabili in formulazioni di prodotti che entrano a fare parte dei cibi funzionali.

Estrazione e separazione dei GAGs

Sono state utilizzate differenti procedure di estrazione e tecniche di precipitazione per isolare e ottenere diversi tipi di polisaccaridi GAGs solforati. Sono state effettuate diverse prove per minimizzare l’uso di solventi tossici, sia organici che chimici, durante il processo di estrazione e separazione. Un’estrazione di grado alimentare, secondo la metodologia descritta da Nakano et al. (2012), è stata attuata su cute e tessuti cartilaginei di pollo, precedentemente lavati. L’estrazione richiede l’uso di proteinasi per liberare i polisaccaridi solforati GAGs dalla matrice extracellulare, con una successiva ultrafiltrazione su membrana da 10kDa di peso molecolare, come limite di filtrazione (MWCO). In questo modo, si sostituisce il passaggio rischioso della deproteinizzazione chimica, che richiederebbe acido tricloroacetico.

Tessuti

I tessuti cartilaginei sono una fonte primaria del condroitin solfato, mentre la maggior parte dei galattosaminoglicani nei tessuti non cartilaginei connettivi (come, per esempio, pelle, tendini ed epimisio del muscolo scheletrico) sono condroitin solfato/dermatan solfato.

I campioni di tessuto sono stati dapprima tagliati in piccoli pezzi. Per l’estrazione dei GAGs è stato possibile utilizzare, senza una precedente sgrassatura, i tessuti cartilaginei, che erano relativamente scarsi in grasso. Le ossa sono state frantumate da una macina a martello, raffreddate in azoto liquido e, infine, macinate ancora congelate in modo da ottenere piccoli pezzi di tessuto. I tessuti ossei, invece, sono stati prima decalcificati utilizzando l’acido etilendiamminotetraacetico (EDTA) oppure l’acido cloridrico (Hcl). Senza la decalcificazione è infatti difficile ottenere un’efficiente proteolisi dei tessuti ossei.

Proteolisi

I GAGs interi possono essere liberati direttamente dai tessuti, tramite idrolisi con enzimi esogeni (per esempio, la pancreatina). Oppure possono anche venir liberati direttamente dalla cartilagine tramite attivazione degli enzimi endogeni (autolisi) senza l’uso di proteine esogene.

Recupero e frazionamento

I GAGs liberati con proteolisi sono stati poi sottoposti ad uno stadio di ultrafiltrazione con 10kDa MWCO. I GAGs hanno un peso molecolare (MW) attorno ai 20 kDa e, quindi, possono essere facilmente separati dai peptidi (spesso sono quelli del collagene). Dopo l’ultrafiltrazione, si esegue una cromatografia a scambio ionico con un gradiente di NaCl per frazionare i GAGs. Si ottengono così due frazioni principali: quella da 0,4 M, che contiene soprattutto GAGs non solforati, e quella da 2,0 M NaCl, che contiene invece GAGs solforati (per esempio, il condroitin solfato e il dermatan solfato). La frazione 2,0 M è stata, infine, sottoposta ad una precipitazione selettiva, tramite diverse concentrazioni di etanolo di tipo alimentare per recuperare diversi tipi di GAGs solforati.

Bioattività dei GAGs

Grazie alle loro attività biologiche di antiossidanti, anti aterogenici e anticoagulanti, i GAGs sono stati clinicamente usati nel trattamento di malattie croniche, come l’artrite degenerativa e la cirrosi, per contrastarne i danni provocati, oltre che nella prevenzione e cura dell’artrite. La bioattività dei GAGs dipende dalla loro specifica struttura chimica, che include le modalità e il livello di solforazione, massa molecolare, quota relativa di acido iduronico (IdoA), di acido glucuronico (GlcA) e di esosamina.

Per esempio, l’eparan solfato viene usato come anticoagulante, mentre l’acido ialuronico come un componente nel fluido sinoviale lubrificante delle giunture articolari. Il condroitin solfato viene usato invece nella cura di tendini e cartilagini. Nonostante le note applicazioni dei GAGs, stanno emergendo nuove funzioni e possibili utilizzi di questi composti: per esempio, si rivela interessante la possibilità di usare i GAGs con un basso peso molecolare (come gli oligosaccaridi) come prebiotici, vista la loro capacità di aumentare la biodisponibilità dei micronutrienti.

GAGs e biodisponibilità del ferro

La mancanza di ferro è un problema alimentare che causa debilitazione e può dare luogo anche ad anemia e anomalie dello sviluppo cerebrale. La carenza di questo minerale è ancora frequente nel mondo sviluppato e, colpendo molte persone, la promozione per un corretto assorbimento del ferro è una pratica comune contro la moderna carenza di micronutrienti.

Certi componenti del tessuto muscolare possono aumentare l’assorbimento di ferro, fenomeno chiamato “fattore carne”. Le molecole attive che possono incrementare la biodisponibilità di ferro sono state isolate da sottoprodotti della lavorazione di carne e pesce.

Recentemente, Wang e Betti (2017) hanno dimostrato che i GAGs estratti dalla pelle di pollo e dalle sue cartilagini hanno un certo grado di attività antiossidante, e sono capaci di aumentare la biodisponibilità del ferro, in un modello di coltura di cellule intestinali.

La formazione della ferritina nelle colture intestinali è risultata migliorata anche da un trattamento di idrolisi, il che indica che gli oligosaccaridi derivati dai GAGs sono capaci di aumentare la biodisponibilità del ferro.

Questi risultati, di importanza pratica, possono rappresentare una maniera significativa di aggiungere valore e aumentare la sostenibilità dei sottoprodotti dell’industria di lavorazione avicola. Per esempio, gli studi correnti nel gruppo di ricerca di Betti si stanno focalizzando sull’aggiunta di GAGs a diverse matrici alimentari. Lo scopo è quindi di creare alimenti in grado di migliorare la disponibilità biologica di microcomponenti chiave, come il ferro.

La bibliografia è disponibile su richiesta

Dagli Atti della Midwest Poultry Federation Convention