Fruto-oligossacarídeos

Os fruto-oligossacarídeos (FOS) são os carboidratos não digeríveis de maior representação no grupo de oligossacarídeos, sendo encontrados em vários alimentos de origem vegetal (Tabela 8), como cebola, aspargos, alcachofra, alho, trigo, banana, tomate, além do mel (SABATER-MOLINA et al., 2009; ALLES, 2012), porém em baixa concentração em mel (CSANÁDI; SISAK, 2008).

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Tabela 8. Exemplos de fontes de fruto-oligossacarídeos e seus teores expressos em

porcentagem (base fresca)

Fonte Parte comestível Unidades de

frutose

Teor de fruto- oligossacarídeos (%)

Banana Fruta 2 0,3 – 0,7

Centeio Cereal 2 0,5 – 1

Alho poro Bulbo na 2 – 10

Trigo Cereal N 0,8 – 4 Alho Bulbo N 1 – 16 Chicória Raiz N 15 – 24 Aspargo Broto 2 – 4 2 – 3 Alcachofra Jerusalém Tubérculo 2 16 – 22

Alcachofra Folhas centrais 2 3 – 10

Yacon Raiz 3 – 19

Cebola Bulbo 2 – 4 1,1 – 7,5

Fonte: Hauly e Moscatto, 2002; Vernazza; Rabiu; Gibson, 2006.

Com um grau de polimerização de 3 a 10 (ALLES, 2012), são representados por cadeias mistas de frutosil, com uma unidade terminal de glicose, sendo derivados a partir de açúcar por meio de processos de fermentação naturais, produzindo 1-cestose (GF2), nistose (GF3) e 1-frutosil-nistose (GF4) em que as unidades de frutosilo (F) são ligadas na posição β-2,1 da sacarose (SABATER-MOLINA et al., 2009) (Figura 12) (LAMOUNIER, 2012).

Devido à presença de ligações β(2-1) entre os monômeros de frutose, resistem às hidrólises enzimáticas na parte superior do trato gastrintestinal humano (PAK, 2006, ALLES, 2012), as quais atuam somente sobre ligações α-glicosídicas (KOLIDA; GIBSON, 2008; ALLES, 2012), se comportando assim como fibras alimentares.

Ao atingirem o intestino grosso intactos, primeiramente são hidrolisados por beta- oxidases bacterianas originando monômeros (SABATER-MOLINA et al., 2009) e, posteriormente, fermentados pelas bactérias do cólon gerando como produtos ácidos graxos de cadeia curta – AGCC (acetato, propionato, butirato), lactato, biomassa bacteriana e gases (CO2, H2 e metano) (PAK, 2006; SABATER-MOLINA et al., 2009). No entanto, a quantidade e o tipo de AGCC obtidos da fermentação dependerão do tipo de

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oligossacarídeo não digerível e do perfil da flora intestinal (MUSSATTO; MANCILHA, 2007).

Figura 12. Estrutura química dos principais fruto-oligossacarídeos: (A)1-kestose, (B) nistose e (C)

frutofuranosil nistose. (Fonte: Tuohy et al., 2005).

Desse modo, os FOS são considerados prebióticos, proporcionando o crescimento e estabilização dos probióticos, como Acidophillus, Bifidus e Faecium (PASSOS; PARK, 2003; GIESE et al., 2011) e inibição de bactérias patogênicas, como Escherichia coli e Clostridium perfringens, por reduzir o pH do trato gastrointestinal (PASSOS; PARK, 2003), se tornando moduladores na integridade do epitélio e do sistema imunológico e melhora na produção de enzimas digestivas, proporcionando benefícios ao intestino humano como redução de riscos de enfermidades gastrointestinais (PAK, 2006; ALLES, 2012). De modo geral, com a ingestão regular de FOS podem-se observar aumentos entre 0,5 e 1,0 ciclo logarítmicos na população de bifidobactérias (ALLES, 2012).

Em plantas, os FOS são sintetizados a partir da sacarose por meio da transferência repetida de frutosil (transfrutosilação pela enzima β- fructoranosidase ou β-D- frutosiltransferases) (CASCI; RASTALL, 2006).

Na indústria a produção de FOS por meio da sacarose necessita inicialmente de uma alta concentração de sacarose para se obter uma transfrutosilação eficiente, além de reduzir custos com evaporação no processamento final (MUSSATTO; MANCILHA, 2007). Nesse meio de produção existem duas rotas: (i) sistemas de lote usando enzimas solúveis; e (ii) sistemas contínuos utilizando enzimas imobilizadas ou células inteiras. As enzimas

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envolvidas podem ser intra ou extracelular (CASCI; RASTALL, 2006) e o grau de polimerização varia entre 1 e 5 unidades de frutosil (PASSOS; PARK, 2003).

Comercialmente, encontram-se disponíveis FOS em pó e na forma de xaropes com 75% de sólidos (ALLES, 2012). A composição dos xaropes de FOS comerciais apresenta de 25 - 30 % (m/m) de 1-cestose (GF2), de 10 - 15% de nistose (GF3), de 5 - 10% de nistose 1F-frutofuranosil (GF4) e de 25 - 30 % de glicose (CASCI; RASTALL, 2006).

Os FOS também podem ser obtidos a partir da hidrólise parcial enzimática da inulina extraída da raiz da chicória. A inulina é um tipo de frutano com ligações β-2,1-D- fructofuranosil encontrados em plantas e sintetizada por fungos e com grau de polimerização (DP) variando entre 2 e 70, sendo maior que o de FOS, o qual tem peso molecular inferior a inulina (DP > 30) (CASCI; RASTALL, 2006).

Segundo a terminologia da IUB-IUPAC (1982), o ponto de divisão entre oligo e polissacarídeos é 10 (HAULY; MOSCATTO, 2002). O grau de polimerização dos FOS obtidos por meio da inulina varia entre 1 e 7 unidades de frutosil. E a hidrólise pode ocorrer de forma natural, sendo esses FOS encontrados em uma ampla variedade de plantas, sendo as principais, alcachofras, aspargos, beterraba, chicória, banana, alho, cebola, trigo, tomate, tubérculos, como o yacon, bulbos, como os de lírios vermelhos e até em mel e açúcar mascavo (PASSOS; PARK, 2003).

As frutosiltransferases aplicadas na produção de FOS podem ser obtidas por meio de plantas ou de micro-organismos (principalmente fungos), sendo as espécies de micro- organismos mais usadas para obtenção dessa enzima as Aspergillus niger, Aureobasidium pullulans e Aspergillus japonics (CASCI; RASTALL, 2006).

Um exemplo de micro-organismo que pode se obter a enzima β-frutofuranosidase é a levedura Scwhanniomyces occidentalis. A ação da enzima sobre a sacarose gera o composto 6-cestose, que é um oligossacarídeo constituído por moléculas de frutose ligadas por ligações glicosídicas do tipo β-(2→6). Indústrias também utilizam a enzima produzida pelo Aspergillus niger para obter FOS de beterraba (GIESE et al., 2011).

Quando comparada com a sacarose os FOS apresentam grandes diferenças nas propriedades tais como: baixa intensidade de doçura; baixíssima caloria por não ser metabolizado, apenas fermentado; alta capacidade higroscópica; viscosidade superior de outro açúcar devido ao maior peso molecular de FOS; estabilidade térmica superior ao da

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sacarose; não cariogênico já que não são utilizados pelo Streptococcus mutans para formar os ácidos e insolúveis β-glucanas, principais causas de cáries dentárias (SABATER- MOLINA et al., 2009); não cristalizam; não precipitam e; não deixam sensação de secura ou aspereza na boca (PASSOS; PARK, 2003).

Todas essas propriedades permitem que o FOS seja um bom substituto da sacarose (SABATER-MOLINA et al., 2009) em formulações de sorvetes e sobremesas lácteas com a indicação de açúcar reduzido, sem adição de açúcar, calorias reduzidas ou produto sem açúcar; em dietas para diabéticos; como ingrediente funcional em formulações que combinem efeito nutricional com efeito prebiótico; em iogurtes, promovendo efeito simbiótico com o probiótico; em produtos de panificação e confeitaria; em barras de cereais; sucos e néctares frescos, molhos, entre outras aplicações (PASSOS; PARK, 2003). A Tabela 9 apresenta algumas funcionalidades dos FOS na produção de alimentos (ALLES, 2012).

Tabela 9. Exemplos de aplicações do FOS em produtos alimentícios e suas funcionalidades

Aplicação Funcionalidade Dosagem

(%massa/massa) Produtos lácteos Substituto de açúcar; sinergia com

edulcorantes; corpo e mounth feel

(sensação na boca); estabilidade de espuma; fibras e prebióticos

2 – 10

Sobremesas congeladas

Substituto de açúcar; sinergia com edulcorantes; textura e ponto de derretimento; fibras e prebióticos

5 – 12

Produtos de panificação

Retenção de umectância; substituto de açúcar; fibras e prebióticos

2 – 25

Cereais matinais Crocância; fibras e prebióticos 2 – 15

Recheios Substituto de açúcar; melhoria de textura 2 – 50 Preparados de frutas Substituto de açúcar; sinergia com

edulcorantes; corpo e mounth feel

(sensação na boca); fibras e prebióticos

5 – 50

Produtos dietéticos e substitutos de refeições

Substituto de açúcar; sinergia com edulcorantes; corpo e mounth feel

(sensação na boca); fibras e prebióticos; baixo valor calórico

2 – 20

Pastilhas Substituto de açúcar; fibras e prebióticos 2 – 10

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Devido à maior produção e estudos direcionados a ação prebiótica, os FOS são considerados uma das principais classes de oligossacarídeos bifidogênicas (KOLIDA; GIBSON, 2008). No entanto, para se obter o efeito bifidogênico a ingestão diária de FOS deve ser entre 5 a 20 g de FOS (PAK, 2006).

De acordo com a ANVISA (BRASIL, 2008) para receber a alegação “contribuem para o equilíbrio da flora intestinal” a porção do alimento deve fornecer no mínimo 3 g de FOS, para alimentos sólidos ou 1,5 g, para alimentos líquidos, sendo na tabela de informação nutricional declarada a quantidade de FOS abaixo de fibras alimentares.

Os FOS, na maioria dos países, são considerados ingredientes e não aditivos alimentares. Nos Estados Unidos o carboidrato não digerível apresenta o status GRAS (Geralmente Reconhecido como Seguro) (PASSOS; PARK, 2003).

Vários estudos já demonstraram os efeitos benéficos do FOS. O consumo de 12,5 g.dia-1 de FOS durante 3 dias promovem a redução significativa de micro-organismos anaeróbios totais em fezes. Este estudo realizado por BOUHNIK et al. (2006) também verificou diminuição no pH do intestino grosso, na atividade de nitroredutases, nas azoredutases, nas β-glucoronidases e nas concentrações de bile ácida e esterol neutro e inibição de bactérias patogênicas putrefativas, fatores que contribuem com a colonização de bifidobactérias no intestino. Além disso, a ingestão de FOS evita a constipação e desconforto intestinais (PASSOS; PARK, 2003).

A ingestão diária de FOS para obtenção dos efeitos bifidogênicos, de acordo com alguns estudos, varia entre 2 a 13 g. Um aumento na contagem de bifidobactérias fecais em seres humanos foi verificado ao se ingerir doses de 4 a 12,5 g.dia-1 de fruto oligossacarídeos de cadeia curta (BOUHNIK et al., 2006). Outro estudo já comprovou que doses entre 2 e 10 g.dia-1 em adultos é o suficiente para se obter o efeito bifidogênico do FOS. E outros pesquisadores verificaram que o consumo de pelo menos 4 g.dia-1, sendo preferencialmente, de 8 g.dia-1 de fruto-oligosacarídeos são suficientes para aumentar de forma significativa o número de células de bifidobactérias no intestino humano (MUSSATTO; MANCILHA, 2007).

O FOS pode evitar a constipação devido ao aumento da produção de gases e de massa microbiana que leva a um aumento do conteúdo fecal do cólon. O aumento do bolo fecal se deve aos ácidos graxos de cadeia curta obtidos da fermentação de FOS no cólon

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que são absorvidos e utilizados pelas células do epitélio do cólon, estimulando o peristaltismo intestinal. Há também aumento da absorção de sais e água pela massa fecal, o que eleva a umidade das fezes por meio da pressão osmótica, resultando no aumento do peristaltismo intestinal, na redução do tempo de trânsito do bolo fecal e do tempo disponível para a reabsorção de água que, consequentemente, aumenta o volume das fezes (SABATER-MOLINA, 2009; QIANG; YONGLIE; QIANBING, 2009). Os oligossacarídeos MOS e GOS também apresentam o mesmo mecanismo de ação (QIANG; YONGLIE; QIANBING, 2009).

Além de seu efeito bifidogênico, os FOS apresentam baixo valor calórico (1,9 – 2,15 kcal) em comparação aos monossacarídeos, não gerando em sua hidrólise moléculas de glicose e frutose intrassanguíneas, ou seja, não induz aumento de concentração de insulina no sangue, como mostrado em estudo com diabéticos insulinos independentes, onde o consumo de 8 gramas de FOS durante 2 semanas reduziu as concentrações de insulina, glicose sanguínea, colesterol total e LDL, podendo o efeito ser explicado pela influência dos ácidos graxos de cadeia curta gerado na fermentação sobre o metabolismo dos carboidratos e lipídeos (PAK, 2006).

Alterações no metabolismo de hidratos de carbono e lipídios promovidas pela ingestão de oligossacarídeos contribui com a redução de triglicerídeos e de colesterol, concentração de fosfolipídios sanguíneo, levando a diminuição de riscos de diabetes e de obesidade (MUSSATO; MANCILHA, 2007).

A relação da ingestão de FOS e os demais oligossacarídeos funcionais com a redução dos níveis lipídicos sanguíneos pode ser explicada por meio do processo de fermentação dos oligossacarídeos no cólon e a produção de ácidos graxos de cadeia curta. O propionato de etila produzido durante a fermentação do FOS promove a redução da gliconeogênese, favorecendo a glicólise hepática, a diminuição da concentração de ácidos graxos no plasma (SABATER-MOLINA et al., 2009) e até a inibição da síntese de triglicerídeos, provavelmente devido a inibição de enzimas lipogênicos no fígado (VERNAZZA; RABIU; GIBSON, 2006). No entanto, o acetato presente no fígado já pode ser lipogênico e colesterogênico (ÖNNING, 2007).

A relação entre a ingestão de oligossacarídeos e redução dos níveis de colesterol ainda não está bem elucidada, visto que as alterações no metabolismo dos lipídeos podem

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ser induzidas pela produção de AGCC como consequência de uma adaptação metabólica do fígado (MUSSATO; MANCILHA, 2007).

Os FOS contribuem também com o aumento da biodisponibilidade de alguns minerais no intestino como cálcio, magnésio, fósforo e zinco (ALLES, 2012). A relação da ingestão de FOS com a melhora na absorção de minerais pode se dever a dois fatores. O ser humano apresenta insuficientes níveis da enzima fitase endógena que é responsável pela quebra da molécula fitato, os FOS por servirem como substratos a microflora intestinal, permite a produção de enzimas fitases pelos micro-organismos, contribuindo assim com a liberação dos minerais complexados ao anti-nutricional fitato, ficando disponíveis para absorção (SCHOLZ-AHRENS et al., 2007). Além disso, durante a fermentação a redução do pH no cólon íleo e ceco e a produção de AGCC (PAK, 2006) promovem aumento na concentração de minerais ionizados, o que facilita a difusão passiva, aumentando a solubilidade e disponibilidade dos minerais (SABATER-MOLINA et al., 2009).

Em um estudo doses de FOS foram fornecidas a ratos o que promoveu além do aumento da biodisponibilidade de cálcio, melhora na estrutura óssea (PAK, 2006), contribuindo na redução ou prevenção de osteoporose e anemia (SABATER-MOLINA et al., 2009). Outro estudo com animais observaram aumento na absorção de cálcio, magnésio, fósforo e de elementos traços como zinco, ferro e cobre (ALLES, 2012). E um com humanos verificou aumento aparente da absorção de cálcio e magnésio com a ingestão de 15 g de FOS diária (VERNAZZA; RABIU; GIBSON, 2006). A relação entre a absorção de cálcio e a melhora na estrutura óssea ainda não está totalmente comprovada, entretanto, sugere-se que ao FOS contribui com a mineralização e a densidade óssea (ALLES, 2012).

A ingestão de FOS estende seus benefícios à prevenção e inibição de câncer de cólon. Fezes, pH, amônia, p-cresol e indol são alguns fatores que contribuem com o desenvolvimento de células cancerígenas no intestino (MUSSATTO; MANCILHA, 2007). O FOS, assim como outros oligossacarídeos, promove a redução do pH que causa a desintoxicação de genotoxinas no intestino; confere propriedades antineoplásicas que aumentam a proliferação de células normais e suprimi as transformadas e aumenta a apoptose de células transformadas. Além disso, o ácido butírico obtido na fermentação do FOS pode aumentar a secreção de mucina, melhorando a barreira de proteção as células epiteliais contra o ataque de compostos reativos (PAK, 2006). Além disso, o aumento da

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biomassa e do bolo do fecal acelera o tempo de trânsito no cólon, reduzindo, consequentemente, o tempo de exposição da microbiota do cólon aos agentes cancerígenos (SABATER-MOLINA et al., 2009).

O consumo de FOS incita outros benefícios ao organismo humano, tais como a redução da pressão sanguínea, alteração do metabolismo de ácidos gástricos, regulação do metabolismo lipídico, influenciada pela produção de AGCC e aumento da produção de compostos imuno estimulantes com atividade antitumoral (PASSOS; PARK, 2003).