Orientador: Gláucia Maria Pastore

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos

Resumo: O aroma é responsável por grande parte do sabor de um alimento, e considerado um dos atributos mais importantes na aceitação do produto pelo consumidor. A preferência dos consumidores por produtos naturais tem incentivado o desenvolvimento de novos processos biotecnológicos para a produção...

Resumo: O aroma é responsável por grande parte do sabor de um alimento, e considerado um dos atributos mais importantes na aceitação do produto pelo consumidor. A preferência dos consumidores por produtos naturais tem incentivado o desenvolvimento de novos processos biotecnológicos para a produção de compostos de aroma naturais. A biotransformação de terpenos é uma alternativa promissora para a produção de aromas, visto que pode contornar alguns problemas associados a síntese química como a baixa geração de resíduos tóxicos e alta regio- e estéreo-seletividade das reações. Ademais, segundo a legislação brasileira, produtos obtidos por métodos microbiológicos podem ser rotulados como 'naturais' (ANVISA, Resolução nº 104, de 14 de maio de 1999). Os processos de biotransformação de monoterpenos frequentemente utilizam bactérias do gênero Pseudomonas como biocatalisadores por se adaptarem facilmente a diferentes substratos e condições extremas devido a sua elevada versatilidade metabólica e sistema enzimático complexo. Assim, o presente trabalho visou a utilização de monoterpenos (limoneno, a-pineno e citronelol) como substratos em processos de biotransformação por micro-organismos do gênero Pseudomonas. O Capítulo 1 apresenta um artigo de revisão atualizado sobre o potencial biotecnológico de micro-organismos do gênero Pseudomonas como biocatalisadores em processos de biotransformação. O Capítulo 2 refere-se aos resultados obtidos pelos experimentos que contemplam o isolamento de bactérias em meio seletivo e diferencial para Pseudomonas, e sua aplicação em processos de biotransformação de monoterpenos (R-(+)-limoneno, a-pineno, citronelol). Das 34 linhagens selecionadas, 9 bactérias foram capazes de biotransformar pelo menos um dos substratos em compostos de aroma de maior valor agregado. R-(+)-limoneno foi convertido a cis- e trans-carveol e carvona por 7 linhagens, atingindo concentrações de até 412 mg/L, 275 mg/L e 209 mg/L, respectivamente. a-Pineno, por sua vez, foi usado como fonte de carbono e energia por 7 linhagens e foi convertido principalmente em cis-verbenol e verbenona a baixas concentrações por 5 linhagens. Outros compostos como limoneno, mirtenol e ß-pineno, também foram identificados como produtos principais da conversão do a-pineno por 2 linhagens. Por outro lado, apenas 3 linhagens foram capazes de metabolizar citronelol em outros compostos derivados, como óxidos de rosa e isopulegol. O efeito da variação do pH do meio de biotransformação e da indução das linhagens, através da pré-exposição do micro-organismo ao substrato, no crescimento celular e formação de produtos de bioconversão foram avaliados com o intuito de otimizar o processo de biotransformação. A produção de óxido de rosa a partir de citronelol foi estudada e detalhada no capítulo final, que configurou um artigo publicado na revista Chemical Engineering Transactions. Em testes de citotoxicidade, a linhagem mostrou alta resistência a maiores concentrações de terpeno, revelando grande potencial para posterior otimização do processo. Os compostos derivados mais notáveis foram destacados no presente trabalho pela alta qualidade sensorial e alto valor agregado. Além das notas sensoriais altamente relevantes industrialmente, a carvona e o carveol são ainda reconhecidos por apresentar algumas funções biológicas. A verbenona e verbenol se destacam pelo alto custo e vasta aplicação nas áreas alimentícia, da agricultura, e da medicina. O óxido de rosa é um dos componentes mais importantes na criação de composições florais em perfumaria, além de possuir um baixo threshold. Sendo assim, a biotransformação de precursores de baixo custo em compostos de alto valor agregado pode ser considerado uma estratégia vantajosa e econômica

Abstract: Aroma compounds influence greatly the flavor of food products and govern their acceptance by consumers and market success. The increasing consumer preference for natural products has encouraged remarkable efforts towards the development of biotechnological processes for the production of...

Abstract: Aroma compounds influence greatly the flavor of food products and govern their acceptance by consumers and market success. The increasing consumer preference for natural products has encouraged remarkable efforts towards the development of biotechnological processes for the production of natural flavor compounds. Biotransformation of terpenes represents a very promising alternative for production of aromas, since overcome the problems associated with chemical synthesis such as the low generation of toxic waste and high regio-and stereo-selectivity reactions. In addition, products obtained by microbiological methods can be labeled 'natural' under Brazilian law (ANVISA Resolution No. 104 dated May 14, 1999). Studies on monoterpene bioconversion frequently use bacteria from the genus Pseudomonas as biocatalysts since they adapt easily to different substracts and extreme conditions thanks to their high metabolic versatility and complex enzyme system. Therefore, the present work aims to use monoterpenes, such as limonene, a-pinene and citronellol, as substrate for the biotransformation processes by microorganisms from the genus Pseudomonas. The Chapter 1 presents a current review on the biotechnological potencial of microorganisms from the genus Pseudomonas. Chapter 2 refers to the results obtained from laboratory experiments which include the isolation of bacteria in selective and differential medium for Pseudomonas and their application in monoterpene biotransformation processes ((R-(+)-limonene, a-pinene, citronellol). Among 32 selected strains for investigation of biotransformation capability, 9 bacteria were able to biotransform one of the substrates on value-added flavor compounds. R-(+)-limonene was converted to cis- and trans-carveol and carvone by 7 strains, at concentrations of 412 mg/L, 275 mg/L e 209 mg/L, respectively. a-Pinene, in turn, was used as sole carbon and energy source for 7 strains, and yielded especially cis-verbenol and verbenone at low concentrations by 5 strains. Other compounds such as limonene, myrtenol and ß-pinene have also been identified as major products from the conversion of a-pinene by 2 strains. On the other hand, only 3 strains were able to metabolize citronelol on other derivative compounds, such as rose oxides and isopulegol. The effects of different pHof biotransformation medium and induction phase on cell growth and product concentration were evaluated in order to optimize the biotransformation process. The production of rose oxides by strain L1B2P was studied and detailed separately in the third chapter, set as a published article at Chemical Engineering Transactions. In citotoxicity tests, the strain showed impressive terpene resistance, revealing great potential for further process optimization. Most notable compound derivatives were highlighted in the present work due to their high sensory quality and added value. Besides highly industrially relevant sensory notes, carvone and carveol are also recognized by pursuing some biological functions. The verbenone and verbenol stand by the high cost and wide application in food, agriculture, and medicine fields. Rose oxide, in turn, is one of the most important components in creating floral compositions in perfumery, besides its low threshold. Thus, biotransformation of inexpensive precursors into high value added compounds can be considered an economical and advantageous strategy