A reutilização virtuosa – upcycling (1,2) - de resíduos de cadeias agroindustriais pode permitir a produção de prebióticos, compostos bioativos e ingredientes funcionais com alto valor agregado.
Uma revisão científica recente (Gonçalves et al., 2023) indica o estado da arte e as perspectivas sobre a conversão de materiais por bioprocessos enzimáticos. (3)
1) upcycling de resíduos agroindustriais em prebióticos, premissa
as sobras produtos agroindustriais podem ser retirados da reciclagem (na alimentação ou entrada agricultura), valorização ou eliminação de energia, para rastrear o Escala Lansink (ou 'hierarquia dos resíduos', emblema da economia circular).
Esses materiais – disponíveis em abundância, a um custo irrisório – podem, de facto, ser utilizados como matérias-primas ou substratos para extrair ou sintetizar prebióticos, através de bioprocessos que utilizam enzimas. Os resíduos, portanto, se prestam à conversão em vários compostos bioativos.
2) Resíduos agrícolas e industriais
correntes laterais das cadeias agroalimentares geram enormes quantidades de resíduos que podem ser classificados em duas macrocategorias:
- resíduos agrícolas, de campo ou de processo. Tais como palha, talos, talos, folhas, cascas, cascas, polpas ou restolho de frutas, melaço, grãos de cervejaria, borra de café, bagaço (da moagem da cana-de-açúcar e do sorgo sacarino), etc.
- coprodutos agroindustriais, como cascas de batata, frutas cítricas, tomate, torta de soja e outras oleaginosas, etc.
3) Compostos bioativos
A hidrólise enzimática de resíduos e subprodutos agroindustriais permite obter compostos bioativos de valor nutricional, ingredientes funcionais, também com ação prebiótica. (4) Utilizar as enzimas – ou sistemas enzimáticos – mais adequados em relação às diferentes matrizes.
A maior parte dos resíduos agroindustriais é composto por materiais lignocelulósicos (celulose, hemicelulose e lignina), dos quais se extraem oligossacarídeos (xilo e celo-oligômeros). Alguns processos também permitem a extração de manana e galacto-oligômeros, (5) assim como vários polímeros prebióticos.
3.1) Fruto-oligossacarídeos, FOS
FOS, frutooligossacarídeos, são polímeros de resíduos de frutose ligados a uma molécula terminal de glicose. A utilização de subprodutos industriais ricos em sacarose, como o melaço, pode representar uma alternativa econômica e rentável para a produção de prebióticos.
Esses subprodutos muitas vezes nem requerem um tratamento prévio, bastando a imersão em água quente para obter o substrato necessário para a catálise enzimática.
ganaia et ai. (2017) demonstraram que a FTase de Aspergillus flavus permite que o FOS seja sintetizado a partir de dezesseis resíduos agrícolas diferentes, incluindo farelo de trigo, palha de milho, bagaço de cana-de-açúcar, casca de mandioca, bagaço de maçã, casca de laranja, beterraba e banana. (6)
3.2) Galacto-oligossacarídeos, GalOS
GalOSGenericName, galacto-oligossacarídeos, são oligômeros de galactose (por exemplo, lactosucrose, lactulose). A lactose é um dos substratos necessários para produzir esses prebióticos, atuando como aceptor e/ou doador de porções galactosil. A síntese de lactossacarose e lactulose também requer sacarose ou frutose, que atuam como aceptores de ligações galactosil.
soro de leite – coproduto da indústria de laticínios – é um candidato ideal para essas formas de upcycling graças à concentração apreciável de lactose (cerca de 4,5-6,0%). Kaur et ai., 2020) (7) Além da valiosa proteína, que também é útil extrair.
violinista et ai. (2020) alcançaram uma alta taxa de conversão (80%) de lactose de soro de leite em GalOS, graças a uma β-galactosidase de Streptococcus thermophilus. Foi assim possível sintetizar cerca de 1 kg de GalOS a partir de 3 kg de permeado de soro de leite em pó. (8)
3.3) Xilo-oligossacarídeos, XOS
XOS, xilo-oligossacarídeos, podem ser extraídos de biomassa rica em hemicelulose, também muito difundida entre resíduos agrícolas e agroindustriais. A xilana (constituinte da hemicelulose) recuperada da biomassa é convertida em XOS com a ajuda de enzimas endoxilanase. (9)
Palha de trigo e espigas de milho podem ser usadas para extrair hemicelulose por autohidrólise, o bioprocesso mais barato. (10) Embora os processos químicos, incluindo aqueles baseados em álcalis e ácidos, sejam os mais populares. Outros resíduos utilizados são casca de arroz e coco, bem como resíduos de bagaço de cana-de-açúcar (11).
3.4) Outros prebióticos
Numerosos outros compostos Os prebióticos podem ser extraídos ou produzidos a partir de várias fontes de resíduos da cadeia agroalimentar. Alguns estudos têm focado na conversão de sobras para obter mano-oligossacarídeos, isomalto-oligossacarídeos, pectina oligossacarídeos. (3)
4) Benefícios para o sistema gastrointestinal
A resistência dos prebióticos hidrólise confirma a sua capacidade de atingir o cólon sem ser decomposto pelos sucos gástricos do estômago. Os testes de fermentabilidade, por sua vez, permitem:
- verificar a capacidade de substâncias para promover o crescimento de microorganismos benéficos, e
- seguem sua conversão em metabólitos bioativos, que desempenham papéis essenciais na fisiologia e metabolismo humanos (12,13).
5) Conclusões provisórias
O mercado global de prebióticos atingiu 33,44 bilhões de yuans (US$ 4,87 bilhões) em 2021 e deve chegar a 87,69 bilhões de yuans (US$ 12,77 bilhões) em 2030, com um CAGR de 11,3%. (14)
Os processos di upcycling de resíduos agroindustriais em compostos bioativos via bioprocessos enzimáticos ainda possuem áreas de melhoria que merecem mais pesquisa e desenvolvimento.
Dario Dongo e Giulia Pietrollini
Anote os
(1) Dário Dongo. upcycling, a estrada para a pesquisa e inovação. GIFT (Grande Comércio de Comida Italiana). 1.1.23
(2) Dario Dongo, Giulia Pietrollini. Economia de reciclagem, comida reciclada. A revolução contra o desperdício. GIFT (Grande Comércio de Comida Italiana). 31.1.23
(3) Gonçalves, DA, González, A., Roupar, et al. (2023). Como os prebióticos foram produzidos a partir de resíduos agroindustriais: uma visão geral das tecnologias enzimáticas aplicadas e os modelos usados para validar suas alegações de saúde. Tendências em Ciência e Tecnologia de Alimentos. doi:10.1016/j.tifs.2023.03.016
(4) Giulia Pietrollini. Probióticos, prebióticos e psicobióticos, uma revolução para a saúde mental? GIFT (Grande Comércio de Comida Italiana). 14.2.23
(5) L. Bhatia, A. Sharma, RK Bachheti, AK Chandel. (2019). Oligossacarídeos funcionais derivados de lignocelulose: produção, propriedades e benefícios para a saúde. Bioquímica e Biotecnologia Preparativa, 49:8, 744-758, DOI: 10.1080/10826068.2019.1608446
(6) MA Ganaie, H. Soni, GA Naikoo, et al. (2017). Triagem de resíduos agrícolas de baixo custo para maximizar a produção de frutosiltransferase e sua aplicabilidade na geração de frutooligossacarídeos por fermentação em estado sólido. Internacional de Biodeterioração e Biodegradação, 118 (2017), p. 19-26, doi:10.1016/j.ibiod.2017.01.006
(7) R. Kaur, D. Panwar, PS Panesar (2020). Abordagem biotecnológica para valorização do soro de leite para produtos de valor agregado. Resíduos da indústria alimentar, Imprensa Académica, pp. 275-302, doi:10.1016/b978-0-12-817121-9.00013-9
(8) Geiger, HM Nguyen, S. Wenig, HA Nguyen, C. Lorenz, R. Kittl, et al. (2016). De subproduto a componentes valiosos: conversão enzimática eficiente de lactose em soro de leite usando β-galactosidase de Streptococcus thermophilus. Revista de Engenharia Bioquímica, 116-2016, pp. 45-53. doi:10.1016/j.bej.2016.04.003
(9) N. Jayapal, AK Samanta, AP Kolte, S. Senani, M. Sridhar, KP Suresh, et al. (2013). Agregação de valor ao bagaço de cana-de-açúcar: extração de xilana e otimização de seu processo para produção de xilooligossacarídeos. Culturas e produtos industriais, 42-1-2013, pp. 14-24. doi: 10.1016/j.indcrop.2012.05.019
(10) Liu X, Liu Y, Jiang Z, Liu H, Yang S, Yan Q. (2018). Caracterização bioquímica de uma nova xilanase de Paenibacillus barengoltzii e sua aplicação na produção de xilooligossacarídeos a partir de espigas de milho. química alimentar. 2018 de outubro de 30;264:310-318. doi: 10.1016/j.foodchem.2018.05.023
(11) N. Jayapal, AK Samanta, AP Kolte, S. Senani, M. Sridhar, KP Suresh, et al. (2013). Agregação de valor ao bagaço de cana-de-açúcar: extração de xilana e otimização de seu processo para produção de xilooligossacarídeos. Culturas e produtos industriais, 42-1-2013, pp. 14-24. doi: 10.1016/j.indcrop.2012.05.019
(12) Paola Palestini, Dario Dongo. Microbioma e intestino, o segundo cérebro. GIFT (Grande Comércio de Comida Italiana). 14.2.19
(13) Dario Dongo, Andrea Adelmo Della Penna. Microbiota intestinal, dieta e saúde. GIFT (Grande Comércio de Comida Italiana). 19.6.20
(14) Alimentos e Bebidas – Mercado de Prebióticos (2022). https://www.reportsanddata.com/report-detail/prebiotics-market Relatórios e dados
Dario Dongo, advogado e jornalista, doutor em direito alimentar internacional, fundador da WIISE (FARE - GIFT - Food Times) e da Égalité.
Formado em biotecnologia industrial e apaixonado pelo desenvolvimento sustentável.
