Development and characterization of functional ingredients through valorization of spent brewer yeast : peptide concentrates and ß-glucans with biological activities - Amorim, Maria Manuela Faria (2018)
A crescente preocupação da sociedade com o bem-estar e a utilização de práticas verdes e sustentáveis tem levado à promoção de ações que visam explorar recursos de alto valor, e que podem ser convertidos em compostos de interesse biológico. Entre essas ações, encontra-se o aproveitamento da levedura de cerveja, representando o segundo maior subproduto da indústria cervejeira, e que possui elevado valor nutricional e biológico. Por este motivo, existe um grande interesse em encontrar aplicações sustentáveis para a valorização deste subproduto. Uma estratégia de valorização integrada que pode passar por métodos de autólise, hidrólise e fracionamento, pode ser uma metodologia eficiente para à recuperação de compostos diferenciados e de interesse biológico. Assim, o principal objetivo desta tese de doutoramento foi utilizar o subproduto de levedura de cerveja no desenvolvimento de ingredientes funcionais: concentrados peptídicos e glucanas; caracterizar e validar atividades biológicas em doenças crónicas que afetam grande parte da população atual, tais como, doenças cardiovasculares, obesidade e distúrbios imuno-inflamatórios. Inicialmente, foi avaliado o efeito da autólise e a subsequente hidrólise da levedura com um extrato enzimático vegetal de Cynara cardunculus, com o objetivo de definir as condições ótimas para maximizar a atividade inibitória da enzima conversora da angiotensina (I-ECA), indicado por valores de concentração necessária para inibir 50% da ECA (IC50). De acordo com os modelos de resposta, as condições que permitiram obter autólise máxima foram à temperatura de 70 ºC com um tempo de reação de 5 h, seguida de uma hidrólise com uma relação de enzima/substrato de 4% (v/v) durante 4.5 h com valor de IC50 de 146.1 ± 8.3 μg mL-1 de I - ECA. Finalmente, a realização de uma nanofiltração com membrana de 3 kDa permitiu a separação de péptidos de baixo peso molecular que exibiram uma maior atividade I- ECA (IC50 84.2 ± 11 μg mL-1), permanecendo estável ao longo do trato gastrointestinal simulado em condições in vitro. As condições de autólise e hidrólise, previamente otimizadas, foram selecionadas para aplicação em processos de ultrafiltração e nanofiltração à escala piloto para fracionamento de diferentes compostos. Foram obtidas quatro frações de diferentes pesos moleculares, e foram avaliadas quanto às suas atividades biológicas in vitro: I-ECA (com intervalos de IC50 84 - 260 μg mL-1) e atividade antioxidante (7 - 4 μM TE mg-1). A fração proteica retida (PRH >3 kDa e PRH <3 kDa) mostrou os melhores valores in vitro, sendo desta forma usada posteriormente nos testes in vivo. Foi determinado o efeito anti-hipertensivo oral num modelo in vivo de ratos espontaneamente hipertensos (SHR), e demonstrou-se que a fração de baixo peso molecular (PRH <3 kDa) causou uma diminuição mais percetível na pressão arterial sistólica, diastólica e média dos SHR. Desta forma, esta fração foi estudada (PRH <3 kDa) em um modelo animal de obesidade induzida por uma dieta hiperlipídica (HF), e observou-se que a ingestão diminuiu a ingestão de alimentos e de energia dos animais na dieta HF. Os níveis de peso corporal e leptina diminuíram a partir da décima semana de tratamento. Em relação à microbiota intestinal, não foi observado impacto negativo na microbiota dos animais. Assim, essas propriedades destacam o uso como ingrediente nutracêutico ou funcional para o tratamento da obesidade. Por outro lado, as frações obtidas foram avaliadas quanto a sua capacidade de proteção na mucosa gástrica em um modelo animal com lesões ulcerativas causadas pela administração oral de etanol absoluto. Verificou-se que a fração de baixo peso molecular (PRH <3 kDa), reduziu as lesões gástricas a níveis significativos e o efeito citoprotetor poderá estar relacionado com mecanismos mediados por prostaglandinas e não específicos. Foram testadas as atividades antiproliferativas das frações em nove linhas celulares tumorais humanas e os resultados exibiram uma promissora atividade antiproliferativa contra a linha celular K-562 (leucemia). No que diz respeito aos componentes da parede celular de levedura contidos na fração de alto peso molecular (PRH >3 kDa), estes foram separados, caracterizados quimicamente e o efeito pré-biótico e imunoestimulante foi avaliado. O extrato obtido é composto por um complexo polisacarídico semelhante ao glicogênio, com prevalência de ligações 1,4-glucanas e mostrou um estímulo do crescimento das de estirpes probióticas (lactobacilos e bifidobactérias) selecionadas. Os resultados mostraram a capacidade de assimilação destes substratos atuando como fontes de carbono e em consequência, a elevada produção de ácidos orgânicos e ácidos gordos de cadeia curta. Em relação aos ensaios imunológicos, foi observado uma ativação significativa de células B em baixas concentrações de polissacarídeo (10 μg mL-1). Finalmente, como prova de conceito, foi testada a inclusão da fração (PRH >3 kDa) numa matriz alimentar de forma a avaliar o impacto no sabor e que pode influenciar a escolha do consumidor. Assim, foi formulada uma barra de cereal à base de uma mistura de aveia, arroz e banana desidratada com 2% de extrato de levedura. Os testes de aceitação do consumidor mostraram uma resposta positiva para todos os atributos avaliados. Assim, as barras de cereais mostraram ser uma matriz alimentar adequada para incorporar ingredientes bioativos de levedura. Os resultados deste trabalho experimental contribuirão para a sustentabilidade da indústria cervejeira, no conceito de economia circular, através do desenvolvimento de compostos de valor acrescentado, num modelo de biorefinaria, com impacto biológico em doenças crônicas.