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Após a Revolução Industrial, ocorreu a imigração em massa da população para as cidades. Com isso, a produção de alimentos ficou concentrada nos campos e as monoculturas dominaram a agricultura. Um dos problemas decorrentes desta prática foi a redução da rotatividade de culturas, gerando um empobrecimento do solo e causando uma diminuição dos nutrientes presentes nos alimentos1.
Esse problema perdura até hoje, mas apesar disso, a cultura de cuidar da saúde vem aumentando cada vez mais, e a busca por produtos saudáveis e funcionais também! Para suprir a falta de alguns deles, a suplementação vem ganhando espaço na medicina funcional.
O Brasil é o terceiro maior mercado de suplementos alimentares do mundo, depois dos Estados Unidos e da Austrália. Confira no gráfico abaixo os números do crescimento da venda de suplementos no país.
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Números de faturamento (R$) e crescimento (%) da indústria de suplementos alimentares no Brasil entre 2010 e 2016.
Nesse texto, o Profissão Biotec mostra como a Biotecnologia tem auxiliado na produção de suplementos alimentares, focando em vitaminas e aminoácidos.
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- Vitaminas
Indispensáveis para o metabolismo animal e vegetal, as vitaminas são usualmente encontradas em alimentos, e são substâncias orgânicas complexas de diferentes classificações químicas.
Alguns processos fermentativos foram desenvolvidos para que micro-organismos possam produzir algumas dessas vitaminas em larga escala, como a Riboflavina (Vitamina B2), Cobalaminas (Vitaminas B12), Biotina e Ácido ascórbico (Vitamina C).2
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Lembra qual sua mãe falava para você tomar a vitamina C? Ela sabia que era importante!
1.1 Cianocobalamina (Vitamina B12)
Considerada a maior molécula entre todas as vitaminas, sendo corresponsável pela produção dos glóbulos vermelhos, ajuda a manter a saúde das células nervosas e a formar a cobertura protetora de nervos: a chamada bainha de mielina da célula.
Suas principais fontes alimentares são as carnes bovinas, peixes e kefir (cultura de bactérias probióticas). Os problemas de saúde causados por deficiência do seu consumo são anemia, alterações neurológicas e distúrbios sanguíneos.
Para as pessoas que possuem dificuldade de consumo desses alimentos, a vitamina B12 pode ser ingerida a partir de suplementos produzidos por biotecnologia industrial.
É interessante lembrar que a vitamina B12 é praticamente impossível de ser sintetizada quimicamente devido à grande quantidade de reações químicas: cerca de 70! Sua produção, portanto, é feita exclusivamente por via fermentativa, utilizando o micro-organismo Propionibacterium shermanii, mostrado aqui!
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Como funciona a absorção de vitamina B12 no organismo humano?
1.2 Riboflavina (Vitamina B2)
Encontrada em carnes, ovos, leite de vaca, leguminosas e hortaliças, a riboflavina (Vitamina B2) é um precursor das coenzimas flavina adenina dinucleotídeo (FAD) e flavina mononucleotídeo (FMN), requeridas em reações tais como as de oxidação enzimática de carboidratos, gerando glicose para produção de energia para o corpo. A sua deficiência pode causar inflamações na gengiva, catarata e anemia.
Tradicionalmente produzidas por via químicas, a produção por via fermentativa vem aumentando com avanço da biotecnologia, e micro-organismos como Ashbya gossypii produzem 40.000 vezes mais riboflavina do que o necessário para seu próprio crescimento.
A vantagem da via fermentativa é que além da produtividade do processo aumentar em 20%, há a redução de %50 dos custos e de 60% dos resíduos descarregados na água.
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Comparação entre processo químico e fermentativo para obtenção de vitamina B2. Fonte: OLIVEIRA et al. Transformações biológicas: contribuições e perspectivas. Química Nova, 2009.
1.3 Ácido ascorbico (Vitamina C)
Uma das vitaminas mais famosas devido à propaganda na televisão sobre combate a gripe, você pode ingeri-la comendo frutas como limão, melão e uva! Esta famosa vitamina é solúvel em água, álcool e acetona, sensível à luz e resistente ao calor.No corpo humano, ela possui função de fortalecer o sistema imunológico, facilitar a absorção de ferro e ser um poderoso antioxidante. Por conta desses benefícios,cerca de 60.000 toneladas de ácido ascórbico são produzidos por ano, movimentando um mercado de aproximadamente US$ 60 milhões.
A maior porcentagem da vitamina C é produzida por meio do processo Reichstein, utilizando como substrato a glicose. Esse processo é composto por seis passos químicos e uma etapa fermentativa necessária para oxidação de D-sorbitol em L-sorbose.
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Processo de produção da Vitamina C, desde a fase de inóculo do microrganismo, preparo do mosto e fermentação.
1.4 Biotina
Sintetizada por microorganismos e plantas, essa vitamina atua como um cofator essencial para reações catalisadas por carboxilases atuando na formação da pele, unhas e cabelo. Pode ser ingerida ao consumir ovo, carne vermelha, abacate, dentre outros e a sua deficiência pode causar queda de cabelo e problemas na pele.
Para sua produção via bactérias, é necessária a conversão de ácido pimélico ou pimeli-CoA em detiobiotina (DTB), como demonstrado na figura abaixo.
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Biosíntese de biotina. Fonte: Adaptado de Saito, 2000.
- Aminoácidos
Os aminoácidos possuem no corpo humano função estrutural: são os tijolos para a construção das proteínas. Nosso corpo é capaz de sintetizar 20 tipos no total, mas 8 deles, considerados essenciais, são as proteinas (L-leucina, L-valina, L-isoleucina, L-lisina, L-fenilalanina, L-treonina, L-metionina, L-triptofano), exigindo que o seu consumo seja necessário diariamente, sendo por meio dos alimentos ou suplementos.
Mais de 2 milhões de toneladas de aminoácidos são produzidos por ano, movimentando aproximadamente US$ 3 bilhões no mercado de suplementos.O processo mais utilizado para produção desses compostos é a batelada alimentada, pois possui um maior controle da concentração de nutrientes necessários para otimizar o crescimento do microrganismo.
Dentre os aminoácidos produzidos através de bioprocessos, citamos a L-Lisina, L-triptofanos e L-Isoleucina.
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Representação tridimensional da molécula de ácido glutâmico
2.1 L-Lisina
Aminoácido essencial para o corpo humano, é encontrado em proteínas vegetais em baixas concentrações.Normalmente, as bactérias do gênero Corynebacterium produzem a L-lisina por fermentação submersa, gerando como produto final um sal de Lisina (a Lisina-HCL), que depois é cristalizada e se torna estável.
Como fonte principal na fermentação da L-lisina, os açúcares presentes no melaço de cana são usados como fonte de carbono para baratear o processo.Os maiores produtores desse aminoácido são a indústria japonesa, com 24% da produção mundial, e a Coréia do Sul, com 23%.
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Exemplo de suplemento de L-Lisina
2.2 L-triptofano
Desempenha papel importante nos processos bioquímicos do sono e humor, por ser um precursor da serotonina, um neurotransmissor, e da melatonina, um hormônio.Pode ser ingerido com o consumo de bananas, semente de abóbora, soja e grão de bico.
O processo utilizado para produzir o triptofano é a via fermentativa da serina e indol, usando bactérias como Bacillus amyloliquefaciens e cepas especiais que possuem mutações que impedem a recaptação desse aminoácidos produzindo um excesso de triptofano que posteriormente é utilizado purificado.
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Bacillus amyloliquefaciens.
A produção por via fermentativa de suplementos alimentares começou com alto custo se comparada com a via química. Porém, com o desenvolvimento da tecnologia, tem sido uma alternativa viável para suprir a demanda por esses produtos. E você imaginava que a biotecnologia tem contribuído para produzí-los?
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Referências
http://www.dinamicambiental.com.br/blog/meio-ambiente/conheca-consequencias-monocultura-solo/
Aquarone E. Produção de aminoácidos. In: Lima UA, Aquarone
E, Borzani W, Schmidell W. Biotecnologia Industrial, v. 3
Processos Fermentativos e Enzimáticos. Ed. Edgard Blücher
Ltda., São Paulo, pp.593, 2001.
Hancock RD, Viola R. Biotechnological approaches for Lascorbic
acid production. TRENDS in Biotechnology, v. 20,
- 7, p. 299-305, 2002.
Saito I, Honda H, Kawabe T, Mukumoto F, Shimizu M,
Kobayashi T. Comparison of biotin production by recombinant
Sphingomonas sp. Under various agitation conditions.
Biochemical Engineering Journal, v. 5, p. 129-136, 2000.
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Revisado por Elaine Latochesky e Mariana Pereira
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