Tecnologia de Frutas e Hortaliças: compostos químicos de interesse


CAPÍTULO 5

Compostos bioativos obtidos de subprodutos vegetais com propriedades antimicrobianas

 

Nathana Lazzarotto Cristofoli, Francine Novack Victoria


https://doi.org/10.4322/mp.978-65-991393-3-8.c5


Resumo

Frutas e vegetais são os produtos alimentares mais consumidos globalmente. In natura ou minimamente processados são ricos em nutrientes que auxiliam na saúde do consumidor. Bagaço, folhas, cascas e sementes são subprodutos com significativa quantidade de compostos bioativos, que desempenham atividade antimicrobiana, antiinflamatória, antioxidante, entre outras, sendo viável o uso de tecnologias existentes para o aproveitamento sustentável. A tendência atual de substituir os conservantes sintéticos despertou o interesse em procurar conservantes alternativos mais naturais que sejam eficientes contra uma gama de micro-organismos e que não prejudicam o meio ambiente tornando viável a exploração de subprodutos para esses fins. Esta revisão tem como objetivo reunir estudos que destaquem a atividade antimicrobiana obtida do aproveitamento de subprodutos vegetais, bem como discutir seu potencial como conservante de alimentos e os métodos de obtenção desses compostos naturais.

Palavras-chave: aditivo alimentar, extratos naturais, fitoquímicos, plantas medicinais, subproduto orgânico.


1. Introdução

O processamento de frutas e vegetais gera uma grande quantidade de subprodutos, como sementes e cascas, representando em média 30% do total de produção, os quais são normalmente descartados como resíduos (FILHO; FRANCO, 2015; SAGAR et al., 2018). Porém, esses possuem em sua composição importantes compostos, que podem estar relacionados a melhoria e manutenção da qualidade da saúde humana (KIM et al., 2011; O'SHEA; ARENDT; GALLAGHER, 2012; WANG et al., 2007). O uso desses subprodutos como aditivo alimentar tem possibilitado evitar ou retardar a deterioração dos alimentos na forma de antioxidantes, corantes, aromatizantes, agentes espessantes e antimicrobianos. Sabe-se atualmente que os aditivos sintéticos comumente usados pela indústria de alimentos, tem despertado preocupação quanto a possível toxicidade, sendo comprovado em diversos estudos in vitro e in vivo o desenvolvimento de câncer devido a exposição excessiva e/ou prolongada a esses compostos (LIU; MABURY, 2020). Nesse contexto, há uma crescente demanda dos consumidores por alimentos que contenham menos aditivos sintéticos (DAVID; STEENSON; DAVIDSON, 2013; RIBEIRO et al., 2019).

As especiarias com fins medicinais são usadas há muitos anos e consideradas uma alternativa para a obtenção de extratos com propriedades antioxidantes e antimicrobianas usadas para preservar os alimentos (MARTIN et al., 2012; SZABO et al., 2010; YAHIA, 2017). O alho (Allium sativum), por exemplo, pode ser utilizado como aditivo natural, no qual sua casca apresenta substâncias biologicamente ativas capazes de inibir o crescimento de bactérias patogênicas, destacando a tecnologia de aproveitamento de resíduos agroindustriais como promissora (KALLEL et al., 2014). Esta revisão tem como objetivo reunir estudos que destaquem a atividade antimicrobiana obtida do aproveitamento de subprodutos vegetais, bem como discutir suas possíveis aplicações em alimentos e os métodos de obtenção desses compostos naturais.


2. Compostos bioativos em subprodutos vegetais

2.1 Potencial biológico de subprodutos de origem vegetal

Resíduos ou subprodutos hortícolas são as partes de uma matéria-prima vegetal sem valor comercial, descartadas desde a cadeia de abastecimento até o consumidor final (FAO, 2014). O crescimento populacional é um dos responsáveis pelo grande aumento de geração de resíduos em todo o mundo, seja através do consumo de alimentos in natura ou pelas indústrias processadoras (SAGAR et al., 2018). Esses resíduos são muitas vezes utilizados como ração animal, por conter nutrientes ou são eliminados no meio ambiente causando problemas ambientais e aumento nos custos do produto final (ANGULO et al., 2012). Bagaço, caule, folhas, cascas e sementes são exemplos de subprodutos, sendo os dois últimos os de maior disponibilidade e que tem apresentado extratos com bons resultados em relação à atividade antioxidante (O'SHEA; ARENDT; GALLAGHER, 2012; VAN DER GOOT et al., 2016).

Os subprodutos vegetais apresentam como potencial biológico atividade antioxidante e antimicrobiana, servindo como fonte de compostos bioativos (CHANDA et al., 2010; RUBILAR et al., 2007; SAGAR et al., 2018). Esses compostos estão presentes em pequenas quantidades nos alimentos e exercem efeito benéfico à saúde humana, como a redução do risco do desenvolvimento de doenças crônicas (ALMEIDA et al., 2011; YAHIA, 2017). Dentre eles estão os carotenoides e compostos fenólicos, que englobam os flavonoides, ácidos fenólicos e taninos (MATTILA et al., 2011).

Pesquisas têm sido realizadas a fim de desenvolver novos produtos com maior valor agregado, utilizando-os na indústria farmacêutica, alimentícia e de cosméticos (SAGAR et al., 2018; TREMOCOLDI et al., 2018; VAN DER GOOT et al., 2016; WANG et al., 2007). A recuperação de compostos bioativos e a utilização nas diversas áreas se faz necessária para diminuir o impacto ambiental e econômico.

A Tabela 1 apresenta algumas das atividades biológicas relacionadas aos compostos bioativos de fontes vegetais.

Tabela 1. Atividade biológica de compostos bioativos obtidos de fontes vegetais.

Côté et al. (2011) comprovaram que a incorporação de antimicrobianos naturais  extraídos de cramberry são eficientes para inibir Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus e Escherichia coli, podendo ser usada como uma barreira adicional pela indústria de alimentos.

Salas et al. (2011) avaliaram o efeito da incorporação de extratos de Citrus, como a naringina, hesperidina e neo-hesperidina, em diferentes fungos (Aspergillus parasiticus, Aspergillus flavus, Fusarium semitectum e Penicillium expansum), observando efeito anfúngico.

Chen; Zhou e Ji, (2010) relataram que a quercetina, proveniente de extratos de cebola, chá e maçã exibem ação antioxidativa, efeitos anti-inflamatórios e vasodilatadores, além de reduzir a indução de câncer de cólon em ratos.

A presença de compostos fenólicos (procianidina B1 e B2, ácido trans-5-O-cafeoil-D-quínico, epicatequina e catequina) com propriedades antioxidantes e antiinflamatórias na casca e semente do abacate apresentam potencial uso na indústria alimentícia e farmacêutica (TREMOCOLDI et al., 2018). Esses compostos também são relacionados ao potencial terapêutico, protegendo as células contra os danos causados pelos radicais livres, levando ao aumento da expectativa de vida devido a redução do risco de doenças (BISHT; WAGNER; BULMER, 2010).

Além das propriedades biológicas citadas na Tabela 1, esses compostos podem contribuir inversamente com a obesidade e diabetes, além de distúrbios neurológicos (JOSEPH et al., 2009; SZKUDELSKA; SZKUDELSKI, 2010).

Os produtos e subprodutos de origem vegetal são atraentes fontes de compostos bioativos, apresentando diversificada atividade biológica que proporciona embasamento para pesquisas mais aprofundadas sobre o potencial desses extratos, bem como sua aplicação em outros produtos.


3. Antimicrobianos naturais

3.1 Doenças Transmitidas por Alimentos

Doenças Transmitidas por Alimentos (DTA) são adquiridas através da ingestão de alimentos contendo agentes contaminantes, como micro-organismos patogênicos, toxinas bacterianas ou produtos químicos, em quantidades que afetem a saúde do consumidor (BRASIL, 2010).

O aumento de patógenos resistentes a agentes antimicrobianos é um agravante que torna os tratamentos de doenças infecciosas ineficazes, sendo associado ao uso incorreto de antibióticos na medicina humana, veterinária e na agricultura (WHO, 2020). Como exemplo podemos citar o uso difundido de fluoroquinolonas em animais como aves e suínos, possibilitando o aparecimento de bactérias resistentes na alimentação humana  (HSUEH et al., 2004).

3.2 Atividade antimicrobiana de subprodutos vegetais

Os agentes antimicrobianos são compostos químicos presentes naturalmente ou adicionados aos alimentos com a finalidade de inibir ou destruir micro-organismos patogênicos ou deteriorantes, garantindo assim a segurança microbiológica e evitando perdas (DAVID; STEENSON; DAVIDSON, 2013).

Os extratos obtidos a partir de materiais vegetais (folhas, sementes, cascas, raízes, óleos) apresentam atividade antimicrobiana para uma vasta gama de micro-organismos e são relatados em diversos estudos científicos (AGOURRAM et al., 2013; AL-ZOREKY, 2009; CANADANOVIC-BRUNET et al., 2011; CHUTIA et al., 2009; CRISTOFOLI et al., 2018; DU et al., 2009; ESPINA et al., 2011; FRIEDMAN, 2007; GALVÃO et al., 2010; HAYRAPETYAN; HAZELEGER; BEUMER, 2012; KALLEL et al., 2014; KANATT; CHANDER; SHARMA, 2010; KANATT; ARJUN; SHARMA, 2011; KATALINIC et al., 2010; KOOLEN et al., 2013; MAHMUD et al., 2009; MANDALARI et al., 2007, 2010; MARTIN et al., 2012; MARTINI et al., 2009; PERUMALLA; HETTIARACHCHY, 2011; SAGDIC et al., 2011; SUDJANA et al., 2009; TAVEIRA et al., 2010; WONGHIRUNDECHA; SUMPAVAPOL, 2012). Alguns destes são apresentados na Tabela 2.

Tabela 2. Subprodutos vegetais com atividade antimicrobiana.

Kallel et al. (2014) estudaram a atividade antimicrobiana de extratos de casca de alho (Allium sativum L.) e demonstraram que o extrato inibiu o crescimento de bactérias patogênicas. Essa propriedade pode ser atribuída aos compostos fenólicos identificados nos extratos, tais como ácido cafeico, p-cumárico, ferúlico e di-ferúlico.

Extratos de folhas de amora (Rubus ulmifolius) e os seus principais componentes foram testados quanto à sua atividade antibacteriana contra Helicobacter pylori. O extrato mostrou um elevado teor de ácido elágico, quercetina 3-O-β-d-glucopyranoside e rutina. A Concentração Bactericida Mínima (CBM) para o extrato da folha após 48 h de exposição foi de 134 μg/mL. Para os compostos isolados, após 48 h, o ácido elágico e campferol apresentaram as menores concentrações, 2 e 6 μg/mL, respectivamente (MARTINI et al., 2009). Os efeitos antibacterianos estão relacionados com diferentes propriedades biológicas (alvos celulares) sendo específicos para cada composto. A CBM para o extrato da folha de amora pode ser explicado devido a baixa concentração dos compostos individuais no extrato e a presença de outros componentes que podem não ter atividade antibacteriana.

Extratos da folha de cajá apresentaram concentração mínima inibitória (CMI) para a E. coli e S. cerevisiae de 15,6 e 250 μg/mL, respectivamente, sendo o primeiro estudo com esta matéria-prima a apresentar inibição para levedura. Os solventes orgânicos permitiram a extração do ácido cafeico, elágico, gálico, catequina e rutina, enquanto o fluido supercrítico permitiu a obtenção do ácido elágico, gálico, vanílico e catequina, ressaltando a importância da tecnologia utilizada para obtenção de extratos de acordo com a atividade biológica desejada (CRISTOFOLI et al., 2018).

A atividade antimicrobiana de extratos ricos em flavonoides a partir da pele de amêndoa e casca de bergamota foi avaliada e comparada com os compostos orgânicos puros de cada subproduto. Extratos obtidos da pele de amêndoa foram inibitórios para L. monocytogenes, S. aureus e S. enterica ssp. enterica ser. typhimurium nas concentrações de 250, 250 e 500 μg/mL, respectivamente.  Entre os compostos puros, a naringenina apresentou a maior atividade com concentração mínima de 250-500 μg/mL, seguido de epicatequina, ácido protocatecuico, catequina e Isoramnetina-3- O -glucoside, estes dois últimos inibindo apenas L. monocytogenes e S. enterica, respectivamente (MANDALARI et al., 2010). Já os extratos da casca de bergamota apresentaram inibição do crescimento das bactérias Gram-negativas (E. coli, S. enterica ser. typhimurium, P. putida). Em relação aos compostos puros o eriodictiol foi o mais ativo e inibiu as bactérias Gram-negativas já citadas, além de B. subtilis, L. innocua, L. lactis, S. aureus e S. cerevisiae com concentração mínima inibitória na faixa de 250 a 800 μg/mL. O composto naringenina foi o segundo mais eficaz (MANDALARI et al., 2007).

Martin et al. (2012) avaliando a concentração mínima inibitória (CMI) e a concentração bactericida mínima (CBM) de subprodutos contra S. aureus e L. monocytogenes. Os extratos etanólico e metanólico de casca de amendoim (Arachis hypogaea) apresentaram os menores valores para S. aureus, com valores de 0,78 e 1,56 mg/mL para CMI e CBM, respectivamente. Para L. monocytogenes o extrato etanólico de bagaço de goiaba (Psidium guajava) obteve o menor CMI (1,56 mg/mL) embora tenha apresentado potencial bactericida reduzido com elevado valor de CBM (12,5 mg/mL).

Extratos da casca de grão de bico (Cicer arietinum) na concentração de 0,1% inibiram completamente B. cereus (KANATT; ARJUN; SHARMA, 2011). Já o extrato da casca de romã (Punica granatum) apresentou boa atividade antimicrobiana contra S. aureus e B. cereus possuindo CMI de 0,01% (KANATT; CHANDER; SHARMA, 2010). Esses resultados devem estar relacionados à maior quantidade de taninos, flavonoides e glicosídeos presentes no extrato metanólico da casca de romã e mostram que extratos obtidos de subprodutos vegetais são eficientes conservantes naturais.


4. Métodos de obtenção de antimicrobianos vegetais

O processo de extração dos compostos bioativos de resíduos de alimentos pode ser realizado por diversas metodologias. Essas têm o objetivo de não afetar as propriedades funcionais dos compostos e manter os padrões de qualidade e segurança. A substância a ser extraída e o rendimento do processo são os principais itens a serem observados na escolha da metodologia mais apropriada, assim como o solvente utilizado (CRISTOFOLI et al., 2018; GIL-CHÁVEZ et al., 2013).

Entre as técnicas convencionais de extração temos o Soxhlet, que é uma extração simples e requer pouco treinamento. Diversos tipos de solventes podem ser usados nesse processo que apresenta como vantagem o baixo custo do equipamento sendo possível realizar extrações simultâneas (LUQUE DE CASTRO; PRIEGO-CAPOTE, 2010). Como desvantagens desse processo têm-se o longo tempo de extração e o uso de temperaturas elevadas, podendo resultar na decomposição de compostos termolábeis, além do uso elevado de solventes, sendo necessária uma etapa posterior para eliminação deste, podendo ainda, obter extratos não livres de solventes (LUQUE DE CASTRO; PRIEGO-CAPOTE, 2010).

Tecnologias não térmicas apresentam vantagens quanto aos processos convencionais, otimizando a eficiência do processamento (GAÑÁN; BRIGNOLE, 2011), pois proporcionam maior seletividade, menor tempo de extração e uso de baixas temperaturas, preservando a qualidade de compostos termo sensíveis, além de não utilizar solventes orgânicos tóxicos (DÍAZ-REINOSO et al., 2006; HERRERO et al., 2010).


5. Possibilidade de aplicação dos extratos de subprodutos

Estudos científicos com compostos antimicrobianos mostram que esses apresentam uma alternativa emergente para a conservação dos alimentos.

Osaili et al. (2021) reportaram que a adição de especiarias (sal, pimenta, gengibre, jalapenho, limão e alho) e óleos essenciais (carvacrol, cinamaldeído e timol) em peito de frango foi capaz de reduzir o número de Salmonella e E. coli durante o armazenamento a 4 e 10 °C. Esse comportamento está relacionado com as propriedades antimicrobianas desses ingredientes.

Abdalla et al. (2007) estudando o efeito antimicrobiano do extrato de sementes de manga (Mangifera indica) em leite de vaca cru constataram que, após 6 h de incubação a 25 °C, a adição de 3000 ppm do extrato resultou na redução da contagem bacteriana de 9,9 x 108 para 5,0 x 103 UFC/mL, enquanto que o crescimento de coliformes foi completamente inibida.

O extrato da casca de romã (Punica granatum) foi adicionado em pasta de carne e foi avaliado o efeito inibidor contra L. monocytogenes. A partir de uma contagem inicial de 3,5 log UFC/g, o extrato da romã armazenado a 4 °C permitiu o crescimento de 1,5 log ao fim do experimento (46 dias), enquanto que o controle atingiu 9,2 log no dia 18, demonstrando que o extrato pode servir como um aditivo com ação dupla, incorporando atividade antioxidante para a manutenção da cor do produto e exercendo efeito antibacteriano (HAYRAPETYAN; HAZELEGER; BEUMER, 2012).

Em estudo com extrato da casca de romã (Punica granatum) adicionado em produtos à base de frango foi comprovado o aumento da vida útil de 7 para 20 dias durante o armazenamento refrigerado (KANATT; CHANDER; SHARMA, 2010).

Al-Zoreky (2009) avaliou a eficácia do extrato da casca de romã contra L. monocytogenes em pedaços de peixe fresco. Os resultados revelaram que o extrato impediu a proliferação do patógeno, onde o número de células permaneceu abaixo do nível inoculado, 3 log UFC/g, até o fim do armazenamento (dia 6).

Em outro estudo, a adição de extrato de semente de uva em filmes de colza proteína-gelatina inibiu o crescimento de E. coli e L. monocytogenes após 14 dias de armazenamento (JANG; SHIN; SONG, 2011).

Os óleos essenciais de bergamota, limão e chá verde quando incorporados à filmes de polissacarídeos inibiram o crescimento bacteriano de L. monocytogenes, E. coli e S. aureus durante 12 dias, comprovando sua eficácia nesse tipo de produto (SÁNCHEZ-GONZÁLEZ et al., 2011). Além disso, filmes e revestimentos comestíveis ajudaram a reduzir as preocupações ambientais criados por embalagens de plástico convencional.

Filmes de quitosana incorporado com extrato de semente de uva apresentaram efeitos benéficos no retardo da oxidação lipídica e crescimento de Listeria monocytogenes em truta refrigerada a 4 °C, auxiliando na mantenção da qualidade do produto e aumento da sua vida útil (KAKAEI; SHAHBAZI, 2016).

Extratos com propriedades antimicrobianas também são incorporados em sachês que são adicionados às embalagens normalmente utilizadas ou são aplicados diretamento em biofilmes para a preservação de carne, peixe, aves, pães, queijos, frutas e produtos hortícolas (CHIU; LAI, 2010; DA SILVEIRA et al., 2014; HOSSEINI et al., 2020; OSAILI et al., 2021; SHIEKH; BENJAKUL; SAE-LEAW, 2019; TIWARI et al., 2009; ZINOVIADOU; KOUTSOUMANIS; BILIADERIS, 2009).

A utilização de compostos bioativos a partir de resíduos vegetais em outros alimentos serve como conservante natural, preservando e aumentando a vida útil dos produtos, além de contribuir para a redução de perdas pós-colheita e incrementar a economia do país.


6. Considerações finais

A recuperação de compostos bioativos de resíduos vegetais se torna pertinente, uma vez que esses produtos são obtidos de fontes naturais e econômicas que não teriam mais utilidade, contribuindo para a redução de danos ao meio ambiente e possibilitando a conservação de outros alimentos através de um aditivo natural. Fazem-se necessárias mais pesquisas que possam abranger outros compostos presentes nestes alimentos, como fibras e vitaminas explorando novas possibilidades de uso na indústria alimentar, farmacéutica, cosmética e os benefícios destes compostos na saúde humana.


7. Referências

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Autores

Nathana Lazzarotto Cristofoli1, Francine Novack Victoria2,*

1. Curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Ciência dos Alimentos, Centro de Ciências Químicas, Farmacêuticas e de Alimentos, Universidade Federal de Pelotas, Campus Capão do Leão, Caixa Postal 354, CEP. 96010-900, Pelotas, RS, Brasil; Universidade do Algarve, Campus da Penha, 8005-139, Faro, Portugal.

2. Centro de Ciências Químicas, Farmacêuticas e de Alimentos, Universidade Federal de Pelotas, Campus Capão do Leão, Caixa Postal 354, CEP. 96010-900, Pelotas, RS, Brasil.

* Autor para correspondência: francinevictoria@yahoo.com.br