Desenvolvimento de rotas biotecnológicas para a obtenção de compostos de aroma

Abstract

O mercado global de aromas e fragrâncias tem-se mostrado promissor devido à crescente demanda por ingredientes naturais em produtos alimentícios, já que os consumidores estão cada vez mais preocupados com a saúde a longo prazo, devido aos efeitos do uso de ingredientes e aditivos artificiais (em produtos alimentícios). No entanto, o alto custo envolvido na produção de aromas naturais é o principal fator restritivo do mercado, sendo este dominado ainda pelo segmento de aromas artificiais, devido ao seu baixo custo. Além disso, os aromas naturais são menos estáveis, diminuindo assim o prazo de validade dos produtos. Sendo assim espera-se que o mercado global de aromas atinja US $ 17,1 bilhões até 2023, com um CAGR de 4,8% de 2018 a 2023. Os aromas podem ser formados por compostos químicos de vários grupos funcionais, como álcoois, ácidos, aldeídos, ésteres, cetonas e lactonas, entre outros. São conhecidos aproximadamente 6.500 voláteis naturais, mas apenas 300-400 são amplamente utilizados na indústria de alimentos, especialmente em bebidas, produtos lácteos e molhos. A obtenção desses compostos pode ocorrer por extração da natureza, síntese química ou produção biotecnológica. A extração da natureza possui limitações como sazonalidade e baixo rendimento, enquanto que a síntese química possui condições de processo complexas (altas pressões e temperaturas), produção de misturas racêmicas de produtos e altos impactos ambientais devido a geração de resíduos não biodegradáveis. A síntese de compostos de aroma por processos biotecnológicos pode ocorrer através de dois processos distintos, a síntese “de novo” e biotransformação. Na síntese “de novo” ocorre a formação desses compostos a partir de substratos simples, como a glicose, utilizando todo o arsenal metabólico do microrganismo e em geral produz uma mistura de vários compostos de aroma. Dentre os principais compostos produzidos pela síntese “de novo” destacam se os ésteres, que estão entre os compostos de aroma mais frequentemente encontrados na natureza. Estes compostos estão associados ao odor agradável de flores e frutos. Os ésteres, também, são compostos de ampla aplicação no setor industrial com destaque na indústria de alimentos, na indústria farmacêutica e cosmética, e na produção de combustíveis e polímeros. Os ésteres podem ser produzidos por partes vegetais, sintetizados através das reações entre um ânion carboxilato e um haleto de alquila, pela reação de esterificação de Fischer ou por microrganismos como leveduras e fungos. Enquanto isso, o processo de biotransformação permite a acumulação significativamente aumentada do produto desejado, sendo que o precursor deve estar presente na natureza e ser facilmente isolado em quantidade suficiente da fonte natural de uma forma economicamente viável. Um dos compostos de aroma mais relevantes obtidos através da biotransformação é o 2-Feniletanol (2-PE), um álcool aromático com uma fragrância de rosa amplamente aplicado em diversos tipos de produtos, como perfumes, cosméticos, produtos farmacêuticos, alimentos e bebidas. A rota biotecnológica usada através da via de Ehrlich para obter 2-PE por bioconversão de L-fenilalanina (L-PHE), como única fonte de nitrogênio, é uma das maneiras mais simples de produção do álcool. Nesse contexto, a produção de aromas por via biotecnológica (bioaromas) mostra-se como uma alternativa promissora para atender a vívida demanda dos consumidores por uma alimentação saudável, estimulado pelo consumo de produtos naturais e funcionais. Por outro lado, a conscientização da sociedade acerca da importância do desenvolvimento sustentável tem motivado a adaptação dos processos industriais por novas tecnologias que façam uso de microrganismos (bioprocessos), possibilitando assim, a obtenção de produtos que sejam ambientalmente “amigáveis”. Desta forma, o objetivo do presente trabalho foi desenvolver bioprocessos para produção de compostos de aroma por síntese “de novo”, bem como a extração e identificação dos compostos produzidos, e bioconversão de L-PHE em 2-PE utilizando linhagens de Geotrichum sp.