Film edibili dalla farina di cicerchia trattata con l’enzima transglutaminasi

Introduzione Oggi la ricerca è volta sempre più allo sviluppo di nuove tecnologie come i film edibili, una classe di bioplastiche, ottenute da fonti rinnovabili, che possono essere utilizzate come coating per alimenti al fine di aumentare la shelf-life dell’alimento stesso. In questo lavoro è stata studiata la possibilità di ottenere tali bioplastiche da fonti rinnovabili come la cicerchia, legume che rappresenta una buona fonte di carboidrati e proteine (usati come idrocolloidi), attraverso la tecnica del casting, ossia essiccando le soluzioni filmanti (FFS) a temperatura e umidità relativa (U.R.) controllate. Utilizzando come strumento biotecnologico la transglutaminasi microbica (mTG), enzima che catalizza la formazione di legami isopeptidici tra le catene laterali delle lisine e delle glutammine, si può pensare di migliorare il reticolato. Materiali e metodi Ingredienti La cicerchia è stata acquistata presso un comune negozio alimentare a Napoli (Italia), mentre la mTG (ACTIVA WM, Ajinomoto, attività specifica 92 U/gr di preparazione enzimatica) è stata acquistata presso i Prodotti Gianni S.p.A. Milano (Italia). Il glicerolo è stato acquistato dalla Sigma (St Louis, Mo). Tutti gli altri reattivi chimici sono stati acquistati presso le seguenti compagnie: Amersham Pharmacia (Svezia), Roche (Germania), Merck e Bio-Rad (Italia). Procedura Al fine di preparare i film edibili, la soluzione madre di partenza è ottenuta dissolvendo 41,5 g di farina di cicerchia in 500 mL di acqua distillata ed agitando per 1 h. Dopo agitazione, si porta la soluzione a pH 9 e si centrifuga a 10000 rpm per 10 min a 4°C. Dopo aver rimosso il pellet ed aggiustato il pH al valore di 7, è stata effettuata una nuova centrifugazione per rimuovere altri eventuali aggregati. Le FFS allestite in assenza di enzima sono state preparate aggiungendo, a 30mL della soluzione madre (83 mg/mL), 200μL (8% rispetto al contenuto proteico) di glicerolo (100 mg/mL w/v) e 19,8 mL di acqua distillata, per un volume finale di 50 mL. Analoghe FFS sono state preparate con l’aggiunta di mTG (33 U di enzima/g di proteine). Tutte le soluzioni filmanti sono state incubate per 2 h a 37°C. Dopo incubazione, il pH veniva nuovamente portato a 9 (per bloccare la reazione enzimatica) e, infine, le soluzioni venivano versate in piastre Petri ed essiccate in camera climatica per 48-72 h, a 25°C e al 45% di U. R. Sulla farina sono stati effettuati studi sulla composizione chimica e sul potenziale Z, mentre l’attività dell’enzima è stata verificata con il saggio di polimerizzazione proteica. Le bioplastiche ottenute sono state caratterizzate studiandone: a) la struttura mediante la microscopia a scansione elettronica (SEM); b) le proprietà meccaniche; c) digeribilità mediante saggi di digestione in vitro. Risultati e discussione La Figura 1 mostra i risultati della caratterizzazione chimica della farina utilizzata. Le quantità di zuccheri (34,4%) e di proteine (24,2%) indicano la cicerchia come ottima fonte di idrocolloidi. Dal saggio di polimerizzazione delle proteine, mediante elettroforesi su gel di poliacrilamide, è stato osservato che le proteine, presenti nella farina di cicerchia, agiscono da substrato per la mTG. Inoltre, le FFS sono state preparate a pH 9, poiché, a quel pH, il potenziale Z è di circa -27 mV. Tale valore indica stabilità dei colloidi in soluzione. Figura 1. Composizione chimica della farina di cicerchia Le Figure 2A e B mostrano la struttura microscopica delle superfici e delle sezioni trasversali delle bioplastiche ottenute con e senza l’enzima. L’utilizzo della mTG ha permesso di ottenere una struttura più compatta e liscia (Figura 2B) rispetto al controllo (Figura 2A). Figura 2. (A) Superficie e sezione del film senza mTG, (B) Superficie e sezione del film con mTG Dalle digestioni in vitro condotte secondo un protocollo certificato dall’azione COST INFOGEST[1] è risultato che i tempi di digestione per entrambi i tipi di film edibili sono superiori alle 2 h, motivo per cui si può pensare di utilizzare questi film per il rilascio graduale di farmaci (drug delivery). Infine la Tabella 1 riporta i dati delle proprietà meccaniche, quali Tensile Strength (TS), Elongation to Break (EB) ed Young Modulus (YM). Dai valori di TS e di EB si può notare che i film senza mTG risultano essere meno resistenti ed estensibili rispetto a quelli trattati con la mTG, tuttavia sono meno rigidi come si nota dal YM. Tabella 1. Proprietà meccaniche dei film ottenuti con e senza l’enzima mTG Si può concludere che i film a base di farina di cicerchia sono candidabili, per le loro proprietà meccaniche, come bioplastiche, in particolare quelli ottenuti con l’ausilio dell’enzima ed essere anche proposti come supporti per il drug delivery. Questi risultati sono stati recentemente pubblicati in letteratura [2]. Bibliografia [1] C.V.L.Giosafatto, P.Di Pierro, P.Gunning, A.Mackie, R.Porta, L.Mariniello. Characterization of Citrus pectin edible films containing transglutaminase-modified phaseolin. Carb. Pol., V.106, 200-208 (2014) [2] C.V.L.Giosafatto, A. Al-Asmar, A. D’Angelo, V. Roviello, M. Esposito, L. Mariniello. Preparation and Characterization of Bioplastics From Grass Pea Flour Cast in the presence of Microbial Transglutaminase. Coatings, V.18, 435 (2018)