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Type: Tese
Title: Efeito do bioprocessamento enzimático de pães sobre o metabolismo de seus compostos fenólicos em indivíduos eutróficos e com obesidade
Author(s)/Inventor(s): Almeida, Suellen Silva de
Advisor: Moreira, Daniel Perrone
Co-advisor: Monteiro, Mariana Costa
Co-advisor: Nunes, Nathália Moura
Abstract: A biodisponibilidade de compostos fenólicos pode ser limitada pela forma como se apresentam na matriz alimentar e pela elevada variabilidade interindividual no metabolismo, influenciada por diversos fatores, dentre os quais pode-se destacar a composição da microbiota intestinal, a qual difere entre indivíduos eutróficos e com obesidade. Estratégias como tratamentos hidrotérmicos e bioprocessamento enzimático, aplicados isoladamente ou de forma combinada, têm se mostrado promissoras para a liberação de compostos fenólicos da fração insolúvel, impactando positivamente a bioacessibilidade e biodisponibilidade desses compostos. Nesta tese, inicialmente avaliou-se a cinética de produção das enzimas amilase, peptidase, xilanase e feruloil-esterase por fermentação em estado sólido de coprodutos agroindustriais (farelo de cacau, farelo de trigo e resíduo de malte cervejeiro), visando sua aplicação no bioprocessamento de pão integral. Todos os coprodutos fermentados apresentaram atividade das enzimas de interesse, destacando-se o resíduo de malte cervejeiro e o farelo de trigo pelas maiores atividades de xilanase (547,9 ± 11,4 U/g) e feruloil-esterase (1732,2 ± 278 mU/g) nas primeiras 48 horas de fermentação. O bioprocessamento de pães com esses coprodutos fermentados resultou em um aumento de 159% e 198% no teor de ácido ferúlico solúvel, respectivamente, evidenciando que a produção de enzimas por fermentação em estado sólido é uma opção sustentável e eficaz para a valorização de subprodutos agroindustriais e o enriquecimento nutricional de pães. Como alternativa à produção enzimática por fermentação, avaliou-se também o efeito da autoclavagem e do bioprocessamento enzimático, de forma isolada e combinada. Foi utilizada a enzima comercial Pentopan® 500 GB, utilizada industrialmente para proporcionar um efeito positivo no volume e na aparência de pães, e que possuía atividade de xilanase (15,0 ± 0,6 U/mg) e feruloil esterase (6,7 ± 1,5 mU/mg). Além disso, foram testados diferentes métodos de secagem para identificar a técnica mais eficaz na liberação de ácido ferúlico, visando ao desenvolvimento de um pão com maior potencial para aplicação em estudo clínico. A combinação de autoclavagem e bioprocessamento enzimático, associada à secagem solúveis no farelo de trigo. A aplicação deste farelo processado no desenvolvimento de pães resultou em produtos com teor de ácido ferúlico solúvel (9,02 mg/100 g) superior aos valores relatados na literatura. Por fim, foi conduzido um estudo clínico (n=9) do tipo cruzado, randomizado e cego, envolvendo indivíduos eutróficos (n=5) e com obesidade (n=4), que consumiram pão controle (dose de ácido ferúlico solúvel = 2,16 ± 0,27 mg) e pão bioprocessado (dose de ácido ferúlico = 11,13 ± 0,37 mg). O bioprocessamento aumentou a resposta glicêmica dos voluntários com obesidade, não alterou a excreção urinária de ácido hipúrico ao longo de 48 h, mas impactou significativamente, aumentando em 14 vezes a excreção total de ácido ferúlico. O índice de massa corporal parece não ter influenciado o perfil de excreção dos metabólitos analisados, o que pode ser justificado pelo tamanho amostral pequeno ou pela ausência de detecção de metabólitos colônicos, de excreção tardia, relacionados à ação da microbiota intestinal.
Abstract: The bioavailability of phenolic compounds may be limited by their form in the food matrix and by the high interindividual variability in metabolism, influenced by various factors, among which the composition of the gut microbiota stands out, differing between eutrophic and obese individuals. Strategies such as hydrothermal treatments and enzymatic bioprocessing, applied either individually or in combination, have shown promise in releasing phenolic compounds from the insoluble fraction, thereby positively affecting their bioaccessibility and bioavailability. In this thesis, the production kinetics of the enzymes amylase, peptidase, xylanase, and feruloyl esterase through solid-state fermentation of agro-industrial co-products (cocoa bran, wheat bran, and brewer’s spent grain) were initially evaluated for potential application in the bioprocessing of whole grain bread. All fermented co-products exhibited activity of the target enzymes, with brewer’s spent grain and wheat bran standing out due to higher xylanase (547.9 ± 11.4 U/g) and feruloyl esterase (1732.2 ± 278 mU/g) activities within the first 48 hours of fermentation. The bioprocessing of breads with these fermented co-products led to increases of 159% and 198% in soluble ferulic acid content, respectively, demonstrating that enzyme production via solid-state fermentation is a sustainable and effective approach for valorizing agro-industrial by-products and enhancing the nutritional quality of breads. As an alternative to enzyme production through fermentation, the effects of autoclaving and enzymatic bioprocessing—applied individually or in combination—were also assessed. The commercial enzyme Pentopan® 500 BG, used industrially to improve bread volume and appearance, was employed; it exhibited xylanase (15.0 ± 0.6 U/mg) and feruloyl esterase (6.7 ± 1.5 mU/mg) activities. Additionally, different drying methods were tested to identify the most effective technique for releasing ferulic acid, aiming at developing a bread with higher potential for clinical study application. The combination of autoclaving and enzymatic bioprocessing, along with drying at 95 °C for 30 minutes, promoted an 11-fold increase in the content of soluble phenolic compounds in wheat bran. The application of this processed bran in bread formulation resulted in products with soluble ferulic acid content (9.02 mg/100 g) exceeding values reported in the literature. Finally, a randomized, blinded, crossover clinical study (n=9) was conducted, involving eutrophic (n=5) and obese (n=4) individuals, who consumed both a control bread (soluble ferulic acid dose = 2.16 ± 0.27 mg) and a bioprocessed bread (ferulic acid dose = 11.13 ± 0.37 mg). Bioprocessing increased the glycemic response in obese volunteers, did not alter urinary excretion of hippuric acid over 48 hours, but significantly 11 impacted ferulic acid excretion, increasing it 14-fold. Body mass index did not appear to influence the excretion profile of the metabolites analyzed, which may be attributed to the small sample size or to the lack of detection of colonic metabolites, typically excreted later and related to gut microbiota activity.
Keywords: Compostos fenólicos
Metabolismo
Subject CNPq: CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::CIENCIA E TECNOLOGIA DE ALIMENTOS::CIENCIA DE ALIMENTOS
Program: Programa de Pós-Graduação em Ciência de Alimentos
Production unit: Instituto de Química
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: 26-May-2025
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Citation: ALMEIDA, Suellen Silva de. Efeito do bioprocessamento enzimático de pães sobre o metabolismo de seus compostos fenólicos em indivíduos eutróficos e com obesidade. 2025. 134 f. Tese (Doutorado em Ciência de Alimentos) - Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2025.
Appears in Collections:Ciência de Alimentos

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