Disponibilização de compostos fenólicos a partir de subprodutos agroindustriais

Abstract

Os compostos fenólicos são metabólitos secundários amplamente presentes em resíduos de frutas, cereais e outros subprodutos agroindustriais. Essas substâncias possuem estruturas químicas que lhes conferem a capacidade de neutralizar radicais livres, protegendo as células contra danos oxidativos, além de apresentarem uma gama de atividades biológicas, incluindo propriedades antimicrobianas. Esses compostos podem estar na forma livre ou ligada a macromoléculas e podem ser obtidos de diferentes fontes naturais. Neste contexto, a fermentação em estado sólido tem se mostrado uma alternativa promissora para a disponibilização de compostos fenólicos ligados a macromoléculas em matrizes lignocelulósicas. O fungo filamentoso Trichoderma reesei destaca-se pelo seu sistema extracelular de enzimas lignocelulolíticas que possibilitam a liberação de compostos bioativos. Portanto, o objetivo deste estudo foi obter os compostos fenólicos a partir de subprodutos agroindustriais por meio da fermentação em estado sólido com o fungo T. reesei. Foram utilizados como substratos o bagaço de uva fermentado e farelo de arroz integral, doados por empresas do Rio Grande do Sul. Esses materiais foram secos, moídos, peneirados para atingir uma granulometria de 0,5 mm. Os compostos fenólicos foram obtidos por cultivo em estado sólido utilizando T. reesei em biorreatores do tipo bandeja. Os substratos foram adicionados junto de uma solução nutriente (2 g/L KH2PO4, 1 g/L MgSO4, 8 g/L NH2CONH2 em HCl 0,4 N). A inoculação foi realizada com diferentes concentrações de esporos e adicionada água estéril para correção da umidade. A concentração de farelo de arroz, a concentração de esporos e o teor de umidade foram avaliados utilizando delineamento composto central (DCC), tendo como variável resposta o conteúdo de compostos fenólicos livres. Um estudo cinético foi realizado, na melhor condição, durante 120 h a 30°C, com amostragem a cada 24 h. A concentração de compostos fenólicos foi determinada por reação colorimétrica utilizando o reagente Folin-Ciocalteu após extração com metanol na proporção 1:10 (m/v). O crescimento fúngico foi avaliado no estudo cinético pelo conteúdo de glicosamina, e o consumo de substrato pelo conteúdo de açúcares redutores determinado pelo método 3,5 dinitrossalicílico (DNS). O perfil dos compostos fenólicos foi identificado por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) acoplada a um detector de arranjo de diodos (DAD). Os efeitos significativos observados neste estudo foram a concentração de esporos e a umidade. Na condição de 50% de umidade, 40% de farelo de arroz e 4×105 esporos/g, o conteúdo de compostos fenólicos foi de 6030,37 μg/g, o que correspondente a um aumento de 176% após 24h de cultivo. Inicialmente, os níveis de açúcares redutores e totais eram elevados 24,23 mg/g e 63,75 mg/g e foram gradualmente consumidos ao longo do cultivo. A maior quantidade de glicosamina quantificada na biomassa do fungo T. reesei foi de 44,68 μg/g em 96 h. O fungo T. reesei foi capaz de produzir um complexo enzimático eficiente, destacando-se na liberação de ácidos fenólicos, com predominância do ácido siríngico (18,4 μg/g) após 24 h. Outros compostos identificados foram os ácidos como protocatecóico (2,9μg/g), cumárico (2,4 μg/g), ferúlico (1,7 μg/g), gálico (1,4 μg/g), vanilina (0,5 μg/g) e hidroxibenzóico (0,4 μg/g). A pesquisa propõe uma alternativa sustentável para o reaproveitamento de resíduos agroindustriais, contribuindo para a economia circular e alinhando-se aos princípios da química verde.Phenolic compounds are secondary metabolites widely present in fruit residues, cereals, and other agro-industrial byproducts. These substances have chemical structures that enable them to neutralize free radicals, protecting cells against oxidative damage. Additionally, they exhibit a range of biological activities, including antimicrobial properties. These compounds can exist in either a free form or bound to macromolecules and can be obtained from various natural sources. In this context, solid-state fermentation has emerged as a promising alternative for the release of phenolic compounds bound to macromolecules in lignocellulosic matrices. The filamentous fungus Trichoderma reesei stands out for its extracellular lignocellulolytic enzyme system, which facilitates the release of bioactive compounds. Therefore, this study aimed to obtain phenolic compounds from agro-industrial byproducts through solid-state fermentation using T. reesei. The selected substrates were fermented grape pomace and whole rice bran, donated by companies from Rio Grande do Sul, Brazil. These materials were dried, ground, and sieved to achieve a particle size of 0.5 mm. Phenolic compounds were obtained through solid- state cultivation of T. reesei in tray-type bioreactors. The substrates were supplemented with a nutrient solution (2 g/L KH2PO4, 1 g/L MgSO4, 8 g/L NH2CONH2 in 0.4 N HCl). Inoculation was performed with different spore concentrations, and sterile water was added to adjust moisture levels. The concentration of rice bran, spore concentration, and moisture content were evaluated using a central composite design (CCD), with the free phenolic content as the response variable. A kinetic study was conducted under optimal conditions for 120 hours at 30°C, with sampling every 24 hours. The concentration of phenolic compounds was determined using a colorimetric reaction with the Folin-Ciocalteu reagent after extraction with methanol at a 1:10 (m/v) ratio. Fungal growth was assessed through glucosamine content in the kinetic study, while substrate consumption was analyzed by measuring reducing sugar content using the 3,5-dinitrosalicylic acid (DNS) method. The phenolic compound profile was identified by high-performance liquid chromatography (HPLC) coupled with a diode array detector (DAD). Significant effects observed in this study included spore concentration and moisture content. Under conditions of 50% moisture, 40% rice bran, and 4×105 spores/g, the phenolic compound content reached 6030.37 μg/g, corresponding to a 176% increase after 24 hours of cultivation. Initially, the levels of reducing and total sugars were high (24.23 mg/g and 63.75 mg/g, respectively) and were gradually consumed throughout the cultivation period. The highest glucosamine content quantified in T. reesei biomass was 44.68 μg/g at 96 hours. The T. reesei fungus was capable of producing an efficient enzymatic complex, notably facilitating the release of phenolic acids, with syringic acid (18.4 μg/g) predominating after 24 hours. Other identified compounds included protocatechuic acid (2.9 μg/g), p-coumaric acid (2.4 μg/g), ferulic acid (1.7 μg/g), gallic acid (1.4 μg/g), vanillin (0.5 μg/g), and hydroxybenzoic acid (0.4 μg/g). This research proposes a sustainable alternative for the reuse of agro-industrial residues, contributing to the circular economy and aligning with green chemistry principles.