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As bacteriocinas de uso industrial

Utilizadas industrialmente como conservantes biológicos de alimentos, as bacteriocinas são peptídeos antimicrobianos sintetizados nos ribossomos e produzidos por espécies bacterianas que possuem atividade antagônica à cepa produtora. Esses peptídeos antimicrobianos são produzidos por várias bactérias Gram-positivas, Gram-negativas e por bactérias do ácido láctico, tendo grande potencial para serem utilizados nas indústrias de alimentos por serem geralmente reconhecidos como seguras (GRAS) e por inibirem uma grande variedade de patógenos transmitidos pelos alimentos.

Quando produzidas por uma bactéria, as bacteriocinas são inibidoras de outras bactérias da mesma espécie, sendo classificadas como de espectro estreito; quando apresentam atividade de inibição contra bactérias de outro gênero, são conhecidas como bacteriocinas de amplo espectro.

As bacteriocinas podem ser divididas em quatro classes. A classe I é composta pelos lantibióticos, representada pela nisina, que reúne peptídeos termoestáveis de muito baixo peso molecular (<5 kDa), caracterizados pela presença de lantionina e derivados. A classe II é composta por pequenos peptídeos termoestáveis (<10 kDa) divididos em três subclasses: IIa (pediocina e enterocina), IIb (lactocina G) e IIc (lactocina B). A classe III é representada por peptídeos termolábeis de alto peso molecular (> 30 kDa), como a helveticina J, enquanto a classe IV é representada por grandes complexos peptídicos com carboidratos ou lipídios.

Os lantibióticos são pequenos peptídeos com aminoácidos termoestáveis raros em sua composição que podem resultar da combinação de duas alaninas ligadas por uma ligação dissulfeto, como a lantionina ou um ácido amino butírico ligado a uma alanina por uma ligação dissulfeto, como b-metil-antionina. O principal representante dessa classe é a nisina, produzida por algumas cepas de Lactococcus lactis subsp. lactis e composta por 34 resíduos de aminoácidos.

A nisina tem sido amplamente utilizada na indústria de alimentos como agente antibotulínico em queijos e ovos líquidos, molhos e alimentos enlatados. Apresenta ação antimicrobiana de amplo espectro contra L. monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus cereus e outros patógenos e espécies de bactérias do ácido láctico (LAB), mediada por um mecanismo de ação duplo que abrange interferência na síntese da parede celular e formação de poros na membrana celular.

Os pequenos peptídeos termolábeis, pertencentes a classe II de bacteriocinas, consistem em uma estrutura helicoidal anfifílica que permite a inserção de íons na membrana citoplasmática da célula alvo, promovendo a despolarização da membrana e a morte celular. A subclasse IIa é composta por bacteriocinas de alta especificidade contra L. monocytogenes. Seus representantes possuem 37 e 48 resíduos de aminoácidos com uma porção N-terminal com configuração de folha plissada e um terminal C contendo uma ou duas hélices. A subclasse IIb inclui bacteriocinas heterodiméricas, ou seja, bactérias que requerem a atividade combinada de dois peptídeos. Normalmente, os genes estão localizados no mesmo operon (ou operão, um conjunto de genes nos procariontes e em alguns eucariontes que se encontram funcionalmente relacionados, contíguos e controlados coordenadamente, sendo todos expressos em apenas um RNA mensageiro) e expressos simultaneamente, sendo que os dois peptídeos atuam, frequentemente, em combinação, mostrando uma importante ação sinérgica. Seu mecanismo de ação também envolve a dissipação do potencial da membrana e a diminuição da concentração intracelular de ATP (trifosfato de adenosina). Esses peptídeos possuem atividade muito baixa quando empregados individualmente. As bacteriocinas pertencentes a subclasse IIc possuem uma ligação covalente entre os terminais C e N, resultando em uma estrutura cíclica. A Enterocina AS-48, circularina A e reutericina 6 são representativas dessa subclasse.

Os peptídeos termolábeis de alto peso molecular, pertencentes a classe III de bacteriocinas, possuem atividade complexa e estrutura proteica. Seu mecanismo de ação é diferente de outras bacteriocinas, pois promovem a lise (processo de destruição ou dissolução da célula causada pela rotura da membrana plasmática) da parede celular do microrganismo alvo. Sua porção intermediária é homóloga a uma endopeptidase envolvida na síntese da parede na célula, enquanto a porção C-terminal é responsável pelo reconhecimento da célula alvo.

A classe IV é, atualmente, reservada para bacteriocinas cíclicas compostas não apenas por proteínas. Essa classe inclui bacteriocinas complexas que requerem porções não proteicas, como carboidrato ou lipídio, para a sua atividade.

O potencial de aplicação de uma determinada bacteriocina pode ser predito por suas propriedades. Características como estabilidade à temperatura, pH e espectro de ação estão entre as mais importantes.

A atividade das bacteriocinas no alimento pode ser afetada por diversos fatores, como por exemplo, mudança na solubilidade e na carga eletrostática das bacteriocinas; ligação das bacteriocinas aos componentes do alimento; inativação das bacteriocinas por proteases; e mudanças na parede ou na membrana celular dos microrganismos alvo como resposta a fatores ambientais.

Um grande número de bacteriocinas é utilizado como conservante em uma ampla gama de produtos alimentícios, incluindo frutas, vegetais, frutos do mar, laticínios e produtos à base de carne.

As bacteriocinas têm ampla aplicação na indústria de laticínios, especialmente durante a fermentação do produto. O uso de bactérias produtoras de bacteriocina como cultura starter para a biossíntese in situ durante a fermentação do leite, torna-se uma estratégia alternativa eficaz para incorporar a bacteriocina em laticínios.

Na indústria cárnea, entre as várias bacteriocinas, a nisina é o único aditivo comercialmente aprovado para preservação de carne processada, apresentando grande atividade contra Listeria monocytogenes e Clostridium perfringens.

As bacteriocinas também são usadas na preservação de frutas e vegetais, mas apenas a nisina e a pediocina PA-1 são aprovadas como aditivo alimentar.

Na indústria de sucos de frutas, as bacteriocinas podem ser incorporadas diretamente na forma purificada ou semi purificada, atuando contra a Alicyclobacillus acidoterrestris, a principal causa de contaminação na indústria de sucos de frutas pasteurizados.

As bacteriocinas do ácido láctico desempenham papel muito importante na preservação de alimentos fermentados e em sua segurança microbiana, atuando principalmente na redução de Listeria monocytogenes.

Nos alimentos, as bacteriocinas podem ser encontradas naturalmente como produtos da microbiota normal ou podem ser introduzidas através de culturas starter, que podem ser definidas como preparações que contêm microrganismos vivos ou em estado latente que se desenvolvem pela fermentação de um determinado substrato presente no meio. Geralmente, a adição desses microrganismos tem como propósito alterar de forma benéfica as propriedades dos alimentos, objetivandomelhorar a segurança do produto através do controle de patógenos pela competição entre eles; estender o shelf life do produto pela inibição de microrganismos deteriorantes; diversificar o produto, modificando a matéria-prima, a fim de se obter novas propriedades sensoriais; e promover benefícios à saúde através de efeitos positivos na microbiota intestinal.

Atualmente, as culturas starter são comercializadas compostas por mais de um tipo de microrganismo, visando somar suas ações para se obter o efeito desejado no produto final, sendo utilizadas em escala industrial.

Márcia Fani

Editora




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