Carotenoides

Os carotenoides, melaninas, clorofilas, antocianinas e flavonoides são pigmentos que se encontram naturalmente em certos organismos e alimentos. Destes, os mais conhecidos e utilizados, de maior valor econômico e tecnológico, pertencem ao grupo dos carotenoides, por suas aplicações na indústria farmacêutica, química e de alimentos (CAMPOCOSÍO, 2008).

Os carotenoides são compostos químicos da classe de hidrocarbonetos (carotenos) e de seus derivados oxigenados (xantofilas). Sua estrutura básica reflete seu modo de biossíntese e consistem de oito unidades isoprenoides unidas e uma série de duplas ligações conjugadas conferindo-lhes a capacidade cromófora (DAVIES, 1976).

O grupamento carotenoide abrange aproximadamente 600 compostos naturais (obtidos de plantas e micro-organismos), os quais são responsáveis pela grande variedade de cores vistas na natureza.

Entretanto, somente as plantas, algas e algumas espécies de fungos e bactérias sintetizam carotenoides. Desta forma, devem ser fornecidos na dieta de animais, muitas

19 vezes convertidos em outros carotenoides e incorporados dentro dos tecidos musculares (LORENZ; CYSEWSKI, 2000).

As moléculas de carotenoides possuem um sistema de ligações duplas que constitui o grupo cromóforo responsável pela cor que proporcionam aos alimentos. São ligações interatômicas, denominadas conjugadas, entre os átomos de carbono. Para que a cor amarela apareça, são necessárias, no mínimo sete ligações conjugadas. O aumento neste número de ligações conjugadas resulta em maiores bandas de absorção em maiores comprimentos de onda e, desta forma, os carotenoides tornam-se vermelhos (BRITTON, 1995; MORAIS, 2006).

Além de conferir cor, também apresentam papéis biológicos importantes como componentes para armazenar luz em organismos fotossintéticos, e também atuam como fotoprotetores, antioxidantes e reguladores de fluidos da membrana (CAMPOCOSÍO, 2008; VALDUGA et al., 2009a).

3.4.1 Micro-organismos produtores de carotenoides

Na obtenção da astaxantina por via biotecnológica, apenas alguns micro-organismos são biotecnologicamente interessantes, destacando-se o fungo Blakeslea trispora e a microalga marinha Dunaliella pela produção de β-caroteno, e a produção de astaxantina pela microalga verde Haematococcus sp., pela bactéria marinha Agrobacterium aurantiacum e pela levedura Phaffia rhodozyma (JOHNSON; AN, 1991; CHUMPOLKULWONG et al., 1997; CANNIZZARO et al., 2004; WANG et al., 2006). Na Tabela 2 estão apresentados os micro-organismos tecnologicamente interessantes com potencial para serem empregados na bioprodução dos principais carotenoides.

20 Tabela 2 - Micro-organismos produtores de carotenoides

Espécie Carotenoides principais

Cianobactéria

Anabaena variabilis cantaxantina

Aphanizomenon flos-aquae cantaxantina

Nostoc commune cantaxantina

Algas verdes

Chlorela pyrenoidosa luteína

Spongiococcum excetricum luteína

Haematococcus pluvialis astaxantina

Dictycoccus cinnabarinus cantaxantina

Fungos e leveduras

Blakeslea trispora β-caroteno e licopeno

Rhodotorula sp. toruleno e β-caroteno

Rhodosporidium sp. toruleno e β-caroteno

Dacrymyces deliquescens luteína

Rhodotorula glutinis β-caroteno, toruleno e torularrodina

Phaffia rhodozyma astaxantina

Bactérias

Streptomyces chrestomyceticus xantofilas

Mycobacterium phlei xantofilas e β-caroteno

Flavobacterium sp. zeaxantina e β-caroteno

Deinococcus sp. derivados 4-ceto do γ-caroteno

Mycobacterium smegmatis derivados 4-ceto do γ-caroteno Brevibacterium sp. cantaxantina e astaxantina

Rhodococcus maris cantaxantina

Mycobacterium brevicaie cantaxantina

Mycobacterium lactiola astaxantina

Pseudomonas sp. rodoxantina

Fonte: adaptado de VALDUGA et al. (2009a)

21 3.4.2 Biosíntese de carotenoides

A biossíntese de carotenoides ocorre a partir da via de terpenoides ou isoprenoides, a qual também é utilizada para a produção de uma ampla variedade de compostos. Em organismos fotossintetizantes, as reações de biossíntese ocorrem no cloroplasto, a partir de CO₂, via acetil-coenzima A e ácido mevalônico, mecanismo conhecido como via mevalônica (MISAWA, 1997). Tetraterpenos são sintetizados através de reações de condensação de duas moléculas de C20 geranilgeranil pirofosfato catalisadas pela enzima fitoeno sintase. Reações similares de condensação a partir de C15 farnesil pirofosfato levam à formação de triterpenoides. O sistema de duplas ligações conjugadas desses carotenoides é estendido sequencialmente, integrando uma das duplas ligações isoladas a cada instante.

Plantas, fungos e bactérias, por exemplo, possuem enzimas fitoeno desaturases específicas que influenciam no número de etapas de desaturação. Essas reações individuais de desaturação levam à formação dos produtos ζ-caroteno, neurosporeno, licopeno e 3,4-didehidrolicopeno, respectivamente (SANDMANN, 2006). O licopeno é precursor dos carotenoides cíclicos, como β-caroteno e α-caroteno, cujas reações de hidroxilação dão origem às xantofilas zeaxantina e luteína, respectivamente (MISAWA, 1997).

3.4.3 Funções e propriedades dos carotenoides

Além de colorir, os carotenoides possuem atividades biológicas importantes, destacando-se o combate de doenças onde os radicais livres apresentam papel importante, como arteriosclerose, catarata, degeneração macular, esclerose múltipla, câncer, doenças degenerativas e cardiovasculares (LORENZ; CYSEWSKI, 2000;

MALDONADE, 2009; BHOSALE, 2004).

Embora os carotenoides possuam diferentes propriedades biológicas, exibem propriedades físico-químicas similares (ARMSTRONG, 1997). As duas funções biológicas essenciais dos carotenoides em membranas fotossintéticas são absorver energia solar e exercer proteção contra danos solares. Muitas outras bioatividades têm sido consideradas em adição às suas propriedades antioxidantes (PALOZZA;

KRINSKY, 1992).

22 Os carotenoides são precursores da vitamina A, e através da atividade antioxidante, neutralizam os radicais livres atuando como doadores de elétrons. Desta forma, os antioxidantes evitam os danos causados pelos radicais livres às células vivas, tornando o sistema imunológico mais resistente. Tem-se demonstrado que os carotenoides atuam na prevenção de doenças crônicas, por isso que a demanda e o mercado destes pigmentos incrementou-se rapidamente nos últimos anos (CAMPOCOSÍO, 2008).

Nas indústrias de alimentos, os carotenoides são utilizados principalmente como corantes, com os objetivos de repor a cor perdida durante o processamento e armazenamento, colorir os alimentos incolores e uniformizar a coloração de alguns produtos alimentícios. Com o crescente interesse pela saúde, os carotenoides também têm sido adicionados aos alimentos a fim de enriquecer o produto. São também precursores de muitos compostos químicos importantes, responsáveis pelo aroma de alguns alimentos, fragrâncias de algumas flores, coloração específica e foto proteção (SÁNCHEZ-CONTRERAS, JIMÉNEZ; SANCHEZ, 2000).

A maioria dos carotenoides são termolábeis, principalmente as xantofilas. A luz solar direta ou luz ultravioleta podem causar a foto isomerização cis-trans, podendo inclusive, em condições mais energéticas, causar sua destruição. Estes pigmentos são facilmente oxidados por oxigênio ou peróxidos, e mesmo pelo oxigênio do ar, dependendo da luz, calor e presença de pró-oxidantes. Essas reações talvez sejam causadas pela formação de radicais livres (BOBBIO, 2003).

A oxidação altera cor, até mesmo eliminando-a, sendo mais intensa em alimentos liofilizados, nos quais a camada protetora de absorção primária de água foi reduzida e a porosidade do alimento é muito grande, aumentando a superfície de contato com o oxigênio(BOBBIO, 2001).

Os carotenoides são normalmente estáveis ao pH dos alimentos processados.

São muito pouco solúveis em água, não sendo importantes as perdas por solubilidade no processamento, mas podem ser importantes as perdas quando o alimento é cortado, triturado, entre outros. Neste caso, as perdas são causadas por ação de peroxidases que entram em contato com os carotenoides (BOBBIO, 2001).