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Este trabalho foi escrito por:

Tatiane Teixeira Tavares ^*; Ana Flávia Coelho Pacheco  ; Paulo Henrique Costa Paiva

*Autor correspondente (Corresponding author) – [email protected]

Dra. Tatiane Teixeira Tavares, Bolsista de pesquisa nível I do Instituto de Laticínios Cândido Tostes – EPAMIG-MG.

Prof.  Dra. Ana Flávia Coelho Pacheco, Professora/pesquisadora do Instituto de Laticínios Cândido Tostes – EPAMIG-MG e Membra do Laboratório de Inovação no Processamento de Alimentos – LIPA/DTA/UFV.

Prof. Dr. Paulo Henrique Costa Paiva, Professor/pesquisador do Instituto de Laticínios Cândido Tostes – EPAMIG-MG.

Resumo: A luteína é um carotenoide com ampla possibilidade de aplicação nas indústrias de alimentos e farmacêutica, pois apresenta uma cor atrativa e potenciais benefícios para a saúde humana devido às suas atividades anti-inflamatória e antioxidante. Seu consumo diário diminui o risco de desenvolvimento de diversos tipos de câncer, doenças cardiovasculares e, principalmente, doenças da visão relacionadas à idade, como degeneração macular e catarata. Este pigmento não é sintetizado pelo organismo humano, sendo encontrado principalmente em vegetais de folhas verdes como espinafre, brócolis e couve, além da gema de ovo, caqui, milho, dentre outros alimentos. Apesar dos seus benefícios, a aplicação da luteína na tecnologia de alimentos e nutracêuticos é limitada devido à sua baixa solubilidade aquosa e instabilidade em diferentes condições de processamento. Estudos reportam que o consumo diário da luteína para garantir os benefícios à saúde humana é de aproximadamente 6 mg, fato que impulsiona a comunidade científica a aumentar os esforços visando otimizar a aplicação deste corante bioativo em diversos alimentos e fármacos.

Palavras–chave: alimento funcional, atividade biológica, carotenoide, pigmento bioativo

Abstract: Lutein is a carotenoid with a wide possibility of application in the food and pharmaceutical industries, as it presents potential health benefits due to its anti-inflammatory and antioxidant properties. Its daily intake decreases the risk of developing different types of cancer, cardiovascular diseases and specially age-related vision diseases, such as macular degeneration and cataracts. This pigment is not synthesized by the human organism, being found mainly in green leafy vegetables such as spinach, broccoli, cabbage, it can also be found in egg yolk, persimmon, corn, among other foods. Despite its benefits, the application of lutein in food technology and nutraceuticals is limited due to its low aqueous solubility and instability under different processing conditions. Studies report that the daily intake of lutein to ensure significant health benefits to humans is approximately 6 mg, this is a fact that drives the scientific community to increase the effort aimed at optimizing the application of this bioactive dye in various foods and drugs.

Key Word: functional food; biological activity; carotenoid; bioactive pigment

INTRODUÇÃO

Os carotenoides são pigmentos naturais lipofílicos e estão entre os componentes mais importantes nos alimentos por conferirem cores nos tons de amarelo e vermelho, característica que agrega boa aceitação. Há relatos na literatura de aproximadamente 800 carotenoides, os quais estão presentes em todos os organismos fotossintetizantes. Tais compostos são encontrados em frutos do mar de coloração amarela/alaranjada, flores de calêndula, frutas como melancia, caqui e manga, gema de ovo e vegetais de folha verde escura. No que tange a saúde humana, estão entre os fitoquímicos bioativos creditados na redução do risco de doenças degenerativas, como as cardiovasculares, câncer, catarata e degeneração macular, além de fortalecerem o sistema imunológico (1). Os carotenoides apresentam estrutura química bastante diversificada, fator que confere várias funções benéficas aos organismos que dependem essencialmente das propriedades físico-químicas relacionadas a cada molécula (2,3). Além disso, possuem ação antioxidante devido à capacidade de sequestrar o oxigênio e reagir com radicais livres. Não obstante, outros mecanismos também podem ser encontrados, como a absorção de luz e a filtração de luz azul para garantia da saúde ocular (4).

Devido à crescente busca por alimentos saudáveis e naturais, juntamente com o aumento no consumo de suplementos dietéticos, é esperado que as vendas de carotenoides ultrapassem os dois milhões de dólares até o ano de 2031. Estima-se que o mercado global de carotenoides apresente um crescimento constante de cerca de 5% durante o período de 2021 a 2031. Dentre os diversos carotenoides, a luteína merece destaque nesse mercado, pois é responsável por cerca de 23% desse percentual de crescimento (5).

A luteína ((3R,3′R,6′R)-β,ε-carotene-3,3′-diol) faz parte de um grupo de carotenoides pertencentes à classe das xantofilas por possuir uma hidroxila em cada um dos anéis ciclohexanos terminais de sua estrutura, apresentando coloração amarela/laranja e fórmula molecular C40H52O2 (Figura 1). Tal composto não pode ser sintetizado pelos animais, entretanto está presente no reino vegetal, sendo encontrado em plantas, bactérias e algas. Está presente principalmente em vegetais verdes escuros como espinafre, couve e brócolis, além de alimentos de coloração amarela/laranja, como gema de ovo, milho, caqui e manga (6, 7). Nos seres humanos, encontra-se principalmente na mácula da retina, podendo ser adquirida através da dieta diária (8). Segundo a National Academies of Sciences, Engineering and Medicines, o consumo diário de referência da luteína que garante os benefícios para a saúde humana é de aproximadamente 6 mg, valor bem superior ao consumo médio de um americano adulto, cujo média é de apenas 1-2 mg (9), demonstrando assim a necessidade da suplementação desse composto na dieta.

BIOSSÍNTESE

A luteína é um carotenoide derivado do terpeno, o qual é responsável pela construção de grandes cadeias carbônicas com extensa variedade de metabólitos secundários para o organismo. Os terpenóides são gerados a partir de blocos de 5 carbonos (C5), por meio da via do mevalonato (MVA). Três moléculas de acetil-CoA são complexadas para formar o mevalonato e, consequentemente, o principal bloco C5, a molécula de pirofosfato de isopentenilo (IPP), o qual é isomerizado em pirofosfato de dimetilalilo (DMAPP), conforme apresentado na Figura 2. Uma alternativa de síntese para formação dos blocos IPP e DMAPP independente do MVA é conhecida como via do 2-C-metilD-eritriol-4fosfato (MEP). Esta acontece nos plastídios de bactérias fotossintetizantes, cianobactérias e microalgas, formando IPP a partir de piruvato e gliceraldeído-3-fosfato, sendo responsável pela formação da maioria dos terpenóides nestes organismos (10).

Subsequente à formação do bloco C5, há complexação dessas subunidades pelas enzimas através da condensação cabeça-cauda, formando assim moléculas maiores, como o geranil pirofosfato (C10), farnesil pirofosfato (C15) e geranilgeranil pirofosfato (C20). Estas são utilizadas como blocos para formação de compostos com cadeia carbônica maiores, como o fitoeno (C40), gerado pela condensação de duas moléculas de geranil pirofosfato (GGPP) através da enzima phytoene synthase (PSY), enquanto o fitoeno sofre uma variedade de modificações com a finalidade de formação de novos carotenoides, como o licopeno, que por sua vez sofre ciclização (11).

As enzimas licopeno ciclases são responsáveis pela ciclização do licopeno e β-caroteno. Nesse caso, é necessário a ciclização na conformação β em ambas as extremidades da molécula, sendo catalisada pela enzima β-cyclase (LCY-b), enquanto para a formação do α-caroteno há necessidade da ciclização de um anel na conformação β e outro ε pelas enzimas LCY-b e LYC-e (11).

A produção comercial da luteína através do método de síntese química possui a desvantagem de ter um baixo rendimento global, resultando em elevados custos de produção. Há relatos na literatura da produção de luteína a partir do processo biotecnológico, incluindo a extração de microalgas. Assim, o seu mercado em crescimento, junto à busca por produtos naturais, torna esse carotenoide um produto de grande interesse para a comunidade científica (12).

EXTRAÇÃO

A produção industrial de luteína ocorre através da extração de flores de calêndula, processo com alto custo principalmente pela necessidade de uma grande área para plantio e sazonalidade. Entretanto, ainda é a maneira economicamente mais viável para sua obtenção. A fim de melhorar o processo de produção e aumentar a sua comercialização, novas abordagens estão sendo investigadas (12, 13).

As microalgas são microrganismos fotossintetizantes que vêm apresentando uma alternativa biotecnológica para produção de luteína, principalmente por crescerem mais rapidamente que as flores de calêndula e demandar uma menor área de produção. Todavia, apresenta diversos desafios para sua produção tornar-se realidade, como a utilização de grande quantidade de solvente orgânico e a alta demanda de energia, o que encarece o processo (14).

BIODISPONIBILIDADE

A biodisponibilidade da luteína é baixa (aproximadamente 10-15%) e variável devido à pouca solubilidade em fase aquosa (34,2 mg L^-1), sendo dependente da natureza do solvente e/ou da molécula carreadora (15). Além disso, é instável em determinadas condições de processamento, como pHs extremos, temperatura elevada, presença de luz e oxigênio, fatores que limitam a sua aplicabilidade nas indústrias de alimentos e farmacêutica (16). Visando minimizar esses problemas, alguns estudos utilizando proteínas (albumina do soro bovino – BSA, albumina do soro humano – HSA e caseínas – CN) como moléculas carreadoras através da formação de nanoestruturas estáveis com a luteína (16, 17, 18, 19, 20) e outros carotenoides (21, 22, 23, 24) são reportados na literatura e apresentam resultados promissores (Tabela 1).

Sabe-se que as proteínas exercem o papel de transporte e proteção de componentes bioativos em alimentos funcionais devido à sua capacidade de formar complexos estáveis, evitando assim a fotodegradação e possível oxidação, o que torna necessário o aprofundamento dos estudos sobre a termodinâmica e cinética das interações proteína-carotenoide.

POTENCIAL BIOATIVO

A longa cadeia de carbonos formada por um sistema conjugado de ligações duplas e simples presentes na estrutura da luteína atribui as suas propriedades antioxidantes, enquanto os anéis ciclohexanos permitem a absorção do espectro de luz entre 400 e 500 nanômetros (25). Vários estudos têm demonstrado as atividades biológicas e farmacológicas da luteína, como anti-inflamatória, antioxidante, anticâncer, estímulo ao sistema imune, redução do risco de doenças relacionadas aos olhos e redução do risco de doenças cardiovasculares (Tabela 2).

A suplementação com luteína pode aumentar sua presença no leite materno e no plasma da mãe, resultando em uma maior concentração de luteína plasmática em seus bebês. Segundo Jeon et. al. (36), o maior consumo de luteína promove o crescimento do cérebro e cognição, justificando a ingestão desse carotenoide na dieta das mães. A luteína dietética desempenha um papel significativo na visão e no desenvolvimento cognitivo em crianças, fatores que devem encorajar o consumo de alimentos como ovo, milho, couve e espinafre. Em idosos a concentração de luteína geralmente é menor (37), o que pode agravar doenças causadas pela senilidade, como doenças da visão e cardiovasculares.

APLICAÇÕES INDUSTRIAIS

A luteína apresenta um alto potencial como corante bioativo, o que vêm impulsionando as pesquisas com intuito de otimizar sua aplicação na indústria de alimentos, principalmente no setor de laticínios (38). De acordo com estudos de Sobral et. al. (39), a substituição do urucum por luteína na fabricação de queijo prato mostrou ser uma interessante opção tecnológica. O queijo prato com luteína teve aceitação sensorial similar ao queijo tradicionalmente adicionado de urucum. Além disso, os índices de proteólise (extensão e profundidade), pH e perfil de textura dos queijos não foram afetados durante a maturação, apesar da substituição do corante. Logo, o queijo Prato pode ser considerado uma matriz transportadora e protetora da luteína, pois a atividade antioxidante do corante também foi mantida ao longo da maturação.

Os carotenoides têm sido usados também como aditivos na alimentação de aves, com o objetivo de prover coloração às gemas dos ovos, sendo a classe das xantofilas (a qual encontra-se a luteína) as mais usadas, principalmente pelo fato de serem absorvidas e acumuladas no organismo (40).

Estudos corroboraram que cápsulas de luteína e zeaxantina presentes no mercado farmacêutico apresentaram uma significativa melhora na densidade óptica do pigmento macular, tanto em doentes com degeneração macular relacionada com a idade como em indivíduos saudáveis (41).

METODOLOGIAS

Para o presente artigo, foram realizadas buscas sistematizadas nas bases de dados Science Direct, Pubmed e Google Acadêmico, no mês de janeiro de 2023, por meio de descritores relacionados a carotenoides e luteína. Foram pré-selecionadas, inicialmente, 41 publicações, que foram avaliadas e finalmente escolhidas para discussão e síntese das informações.

CONCLUSÕES

A luteína é um carotenoide sintetizado industrialmente através de plantas e biotecnologicamente por microalgas. Está presente nos seres humanos principalmente na mácula da retina, podendo ser adquirida através da dieta diária. Tem sido considerada uma molécula promissora, com vários campos de aplicação, pois apresenta atividades biológicas e farmacológicas como anti-inflamatória, antioxidante, anticâncer, estímulo ao sistema imune, redução do risco de doenças relacionadas aos olhos e redução do risco de doenças cardiovasculares.

Para atender os anseios do mercado consumidor, que está sempre buscando alimentos saudáveis e naturais, diversas pesquisas vêm sendo realizadas nos últimos anos com objetivo de incluir a luteína como um ingrediente alimentar funcional. Apesar da luteína ser um corante lipofílico, o que a torna pouco solúvel em água e instável a diversas condições de processamento na indústria de alimentos, ela pode ser carreada por várias proteínas, como aquelas presentes no leite (tanto as proteínas do soro como as caseínas), o que a torna uma excelente candidata para substituir os corantes artificiais.

Resultados promissores acerca da formação de sistemas nanoestruturados que possibilitam um aumento da estabilidade e biodisponibilidade da luteína tem sido relatados, porém os estudos devem ser intensificados com o intuito de otimizar a aplicação da luteína nas indústria de alimentos e nutracêuticos, sem comprometer as suas atividades biológicas e ação de pigmentação.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem as instituições que contribuíram diretamente para a execução desse trabalho, como a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG) e a Empresa de Pesquisa Agropecuária de Minas Gerais – Instituto de Laticínios Cândido Tostes (EPAMIG-ILCT).

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