Produção de levana por bactérias do ácido acético e avaliação do seu potencial para aplicação biomédica e em alimentos

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dc.contributor.advisorSpinosa, Wilma Aparecida
dc.contributor.authorHata, Natália Norika Yassunaka
dc.contributor.bancaSartori, Daniele
dc.contributor.bancaTomal, Adriana Aparecida Bosso
dc.contributor.bancaOliva Neto, Pedro de
dc.contributor.bancaAlves, Edson Marcelino
dc.coverage.extent207 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2025-05-20T12:10:29Z
dc.date.available2025-05-20T12:10:29Z
dc.date.issued2022-08-05
dc.description.abstractBactérias do ácido acético (BAA) atuam como agentes de deterioração em vários nichos ecológicos, porém, devido à sua habilidade de oxidar diferentes substratos por meio da chamada “fermentação oxidativa”, elas exercem papel fundamental na produção de vários alimentos e bebidas, bem como na produção de exopolissacarídeos (EPS) como a levana. Levana é um polímero bastante promissor para aplicação nas áreas médicas e em alimentos. Na indústria de alimentos, por exemplo, levana pode ser utilizado como um potencial prebiótico, emulsificante, agente de textura, estabilizante e como um substituto de gordura. Já na área médica, levana tem demonstrado várias atividades biológicas, tais como anti-inflamatória, antioxidante, antitumoral, antibiofilme, entre outras. Neste contexto, e sabendo que a produção de levana por BAA é ainda relativamente recente, o objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial de síntese de levana por BAA isoladas de uvas, caracterizar o EPS, e testar suas atividades antioxidantes, antitumorais, antimicrobianas e antibiofilme. E devido às suas propriedades bioativas, produzí-la in situ em bebida de uva durante a fermentação ácido glucônica. Nos ensaios iniciais, foram identificados cinco isolados capazes de produzir EPS, dentre as quais Gluconobacter cerinus UELBM11 destacou-se por produzir ~14,0 g/L de levana em condições não otimizadas. Levana a partir de UELBM11 consistia de monômeros de frutose ligadas por ß-(2?6) com algumas ramificações do tipo ß-(2?1). Levana mostrou uma massa molecular de 8,78 × 105 Da, uma alta estabilidade térmica (227,44 °C), e uma morfologia microporosa. Análises de atividade antioxidante demonstraram que o EPS teve uma alta atividade de captura de radicais ABTS e OH. Em seguida, por meio da metodologia de superfície de resposta, a máxima produção de levana (48,06 g/L) foi obtida em condições otimizadas com sacarose a 24,84 % (m/v) e pH inicial de 6,95. O tratamento com levana a 1000 µg/mL por 24 h, 48 h e 72 h mostrou efeito citotóxico sob células neuroblastoma SH-SY5Y. Apesar de não mostrar atividade antimicrobiana, levana inibiu a formação de biofilme de patógenos de alimentos como Salmonella e Shiguella. Por fim, G. cerinus UELBM11 foi ábil a consumir sacarose e produzir levana in situ em bebida de uva suplementada com sacarose. A fermentação glucônica aumentou a biodisponibilidade de compostos fenólicos e preservou o conteúdo de antocianinas. Resultados de FRAP mostraram que a atividade antioxidante da bebida aumentou de 388,03 (T0 h) para 460.21 (T24 h) (mg vitamina C equivalente/L) (p<0,05). As análises de compostos voláteis mostraram que a fermentação glucônica podem reduzir o conteúdo de compostos voláteis da bebida de uva, mas ao mesmo tempo podem formar novos compostos e preservar compostos como 2,4-di-tert-butilfenol e a maioria dos monoterpenos, que tem impacto direto no aroma da bebida e na saúde humana.
dc.description.abstractother1Acetic acid bacteria (AAB) act as spoilage agents in various ecological niches. However, due to their ability to oxidize various substrates through the so-called "oxidative fermentation", they play a fundamental role in the production of various foods and beverages, as well as in the production of exopolysaccharides (EPS) such as levan. Levan is a very promising polymer for medical and food applications. For example, in the food industry, Levan can be used as a potential prebiotic, emulsifier, texturizing agent, stabilizer, and fat substitute. In the medical field, levan has shown several biological activities, such as anti-inflammatory, antioxidant, antitumor, antibiofilm, among others. In this context, and knowing that the production of levans by AAB is still relatively new, the aim of this work was to evaluate the potential of levans synthesis by AAB isolated from grapes, to characterize the EPS and to test their antioxidant, antitumor, antimicrobial and antibiofilm activities. After, to produce it in situ in grape beverages during gluconic acid fermentation due to its bioactive properties. In the initial experiments, five isolates capable of producing EPS were identified, among which Gluconobacter cerinus UELBM11 stood out with a production of ~14.0 g/L of levan under non-optimized conditions. Levan from UELBM11 consisted of fructose monomers linked by ß-(2?6) with some ß-(2?1)-like branches. Levan exhibited a molecular mass of 8.78 × 105 Da., high thermal stability (227.44 °C), and microporous morphology. Antioxidant activity analysis showed that EPS exhibited high activity in scavenging ABTS and OH radicals. Using the response surface method, maximum production of levan (48.06 g/L) was obtained under optimized conditions with sucrose content of 24.84 % (m/v) and initial pH of 6.95. Treatment with 1000 µg/mL levans for 24, 48, and 72 hours showed a cytotoxic effect on SH-SY5Y neuroblastoma cells. Although it did not show antimicrobial activity, it inhibited biofilm formation of food pathogens such as Salmonella and Shiguella. Finally, G. cerinus UELBM11 was able to consume sucrose and produce levan in situ in a sucrose-enriched grape beverage. Gluconic fermentation increased the bioavailability of phenolic compounds and preserved anthocyanin content. FRAP assays showed that the antioxidant activity of the beverage increased from 388.03 (T0 h) to 460.21 (T24 h) (mg vitamin C equivalent/L) (p < 0.05). Volatile compound analysis showed that gluconic fermentation can reduce the content of volatile compounds in grape beverage, but at the same time form new compounds and preserve compounds such as 2,4-di-tert-butylphenol and most monoterpenes, which directly affects the aroma of the beverage and human health.
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/18780
dc.language.isopor
dc.relation.departamentCCA - Departamento de Ciência e Tecnologia de Alimentos
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Ciência de Alimentos
dc.subjectLevana
dc.subjectBioatividade
dc.subjectFermentação
dc.subjectBebida
dc.subjectBactéria do ácido acético
dc.subject.capesCiências Agrárias - Ciência e Tecnologia de Alimentos
dc.subject.cnpqCiências Agrárias - Ciência e Tecnologia de Alimentos
dc.subject.keywordsLevan
dc.subject.keywordsBioactivity
dc.subject.keywordsFermentation
dc.subject.keywordsBeverage
dc.subject.keywordsAcetic acid bacteria
dc.titleProdução de levana por bactérias do ácido acético e avaliação do seu potencial para aplicação biomédica e em alimentos
dc.title.alternativeProduction of levan by acetic acid bacteria and evaluation of its potential for biomedical and food applications
dc.typeTese
dcterms.educationLevelDoutorado
dcterms.provenanceCentro de Ciências Agrárias

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