Development of peptide-rich extracts from yeast by-products for nutraceutical application

Resumo

Ao longo dos anos, a biologia sintética cresceu com o uso de leveduras geneticamente modificadas para produção de ingredientes sustentáveis. À semelhança da indústria cervejeira, é gerada uma quantidade considerável de levedura excendentária, que possui um valor nutricional notável como fonte proteica alternativa. Considerando o aumento da população global e o consequente aumento da procura de proteína, a presente tese visa valorizar os péptidos de leveduras geneticamente modificadas, produzindo extratos ricos em péptidos quer da sua extração direta, quer a partir dos resíduos de extração de β-glucanas e mananas (componentes da parede celular das leveduras) numa abordagem de economia circular para a indústria nutracêutica. Relativamente à extração de péptidos diretamente da levedura, foram usadas metodologias escaláveis e sustentáveis como a homogeneização a alta pressão, sonicação, hidrólise enzimática e autólise. Os extratos de leveduras geneticamente modificadas mostraram excelentes perfis nutricionais, semelhantes aos das estirpes não-modificadas. A autólise destacou-se como uma abordagem promissora, embora outras métricas de sustentabilidade ainda precisem ser estudadas para a implementação industrial desse processo. Para aprofundar as propriedades biológicas dos péptidos do autolisado, testaram-se dois métodos de purificação: ultrafiltração e cromatografia por exclusão de tamanho. As frações resultantes exibiram diversos teores de proteína, distribuições de pesos moleculares e sequências de péptidos, apresentando uma elevada capacidade de inibição da enzima conversora da angiotensina, atividade antioxidante, e uma maior inibição da 3-hidroxi-3- metilglutaril-coenzima A (HMG-CoA) redutase do que o autolisado original, sugerindo a importância da purificação para produzir suplementos alimentares com efeito anticolesterolémico. Até onde sabemos, a inibição da HMG-CoA redutase associada a péptidos de levedura é aqui reportada pela primeira vez. Considerando o custo-benefício, a ultrafiltração parece ser o método mais adequado para a produção de extratos ricos em péptidos destinados ao mercado nutracêutico. A ultrafiltração foi também aplicada aos sobrenadantes dos resíduos de extração de β-glucanas e mananas da levedura, maximizando a abordagem de economia circular para a produção de extratos ricos em péptidos. Estes extratos apresentaram um desempenho nutricional e bioativo comparável aos obtidos diretamente da levedura, tornando-os excelentes ingredientes para o setor nutracêutico. Considerando a composição dos aminoácidos nos extratos peptídicos, identificou-se potencial para formar complexos Fe-péptidos com a fração Gpep > 1 kDa (fração peptídica com peso molecular maior que 1 kDa proveniente dos resíduos de extração de β-glucanas) em condições anóxicas. Do desenho fatorial aplicado mostrou-se que as condições ótimas de reação ocorrem a pH 6,0 durante 30 min, sendo a complexação confirmada por análise química e estrutural. Finalmente, os complexos foram submetidos à simulação in vitro da digestão gastrointestinal humana, e sua absorção foi analisada numa linha celular de adenocarcinoma do cólon humano, avaliando a absorção de Fe. Os resultados revelaram que os complexos se comportaram similarmente aos sais de Fe e bisglicinato de Fe comercial, indicando o seu potencial promissor para a suplementação dietética de Fe. Além disso, os péptidos dos complexos demonstraram atividade antioxidante, sugerindo a proteção do Fe contra a oxidação em diferentes ambientes gastrointestinais. Em suma, esta tese promove a valorização de levedura excedentária geneticamente modificada, explorando tanto a biomassa diretamente, como os resíduos de extração de outros dos seus componentes. Isso resulta na produção de diversos extratos peptídicos que podem servir como fonte alternativa de alimento e/ou suplementos para controlo da anemia, bem como para outras áreas, tais como a cosmética, ou ingredientes na produção de microrganismos por fermentação.

Data de atribuição	23 fev. 2024
Idioma original	English
Instituição de premiação	Universidade Católica Portuguesa
Supervisor	Ana Paula Taboada da Costa Santos Carvalho (Supervisor), Carlos Ferreira (Co-Orientador) & Joana Odila Mendes de Sá Pereira (Co-Orientador)