Produção de Alimentos Sustentável: O Papel da Levedura Rica em Folato

Os métodos agrícolas atuais que usam a agricultura tradicional contribuem bastante para as emissões de carbono no mundo. Eles dependem muito de terra e água, o que pode prejudicar o meio ambiente. A mudança no uso do solo, como o desvio de turfeiras e o corte de florestas, reduz as áreas que conseguem absorver carbono, piorando a mudança climática. Com a expectativa de que a população mundial cresça 30% até 2050, as necessidades energéticas do setor alimentício e as emissões de gases de efeito estufa provavelmente vão aumentar. Ao mesmo tempo, mais gente significa escassez de alimentos em várias áreas. Projeções indicam que até 2030, cerca de 670 milhões de pessoas vão enfrentar fome. Os países que já estão lidando com secas e solo ruim serão os mais atingidos. Diante das estatísticas relacionadas às emissões de gases de efeito estufa e à fome global, é urgente a necessidade de um sistema de produção de alimentos sustentável. Novos métodos de produção de alimentos devem ser desenvolvidos sem depender do uso da terra para proteger os ecossistemas.

Um exemplo de produto alimentar de sucesso é o Quorn, que é feito de micoproteína derivada de um tipo de fungo. Esse produto é bem popular entre vegetarianos e veganos como substituto da carne. Ele tem uma pegada de carbono muito menor do que a produção de carne tradicional. No entanto, a produção de micoproteína ainda depende da agricultura para obter glicose. Recentemente, pesquisadores mostraram que é possível criar proteína microbiana a partir de dióxido de carbono em um sistema especial de bioreator sem precisar de produtos agrícolas. Esse sistema foi projetado para usar energia de fontes renováveis para produzir hidrogênio e oxigênio a partir da água, que podem ser usados para criar biomassa de levedura.

Esse método pode oferecer opções ainda mais sustentáveis do que a produção atual de micoproteína, com potencial para emissões de carbono zero ou até negativas. Além das práticas de produção de alimentos sustentáveis, é crucial abordar as deficiências de vitaminas e minerais na dieta das pessoas para melhorar a saúde pública. Neste momento, cerca de dois bilhões de pessoas carecem de vitaminas e minerais essenciais devido a dietas ruins. Esse problema tende a piorar com a intensificação da escassez de alimentos. Portanto, é essencial desenvolver produtos alimentares que ofereçam uma mistura equilibrada de nutrientes e reduzam a necessidade de suplementos adicionais.

#Importância do Folato

O folato, também conhecido como vitamina B9, é um nutriente essencial. Ele tem uma estrutura complexa feita de vários componentes, e suas diferentes formas podem ser identificadas com base em certas características. O conteúdo total de folato nos alimentos é uma mistura dessas diferentes formas. Os folatos naturais comuns incluem tetrahidrofolato, 5-metil-tetrahidrofolato e 10-formil-Ácido fólico. No corpo humano, os folatos são cruciais para diversos processos biológicos, incluindo a síntese de moléculas importantes. A forma ativa de folato que o corpo utiliza é chamada 5-metil-tetrahidrofolato, que circula no sangue.

Como os humanos não conseguem produzir folatos sozinhos, eles devem ser obtidos através da dieta. As autoridades de saúde recomendam uma ingestão diária de 400 microgramas de folato. No entanto, muitos alimentos básicos têm níveis baixos de folato, e a absorção do folato natural da comida é muitas vezes incompleta. Como resultado, as pessoas precisam repor continuamente o folato para manter níveis adequados.

Muitas plantas, fungos e algas podem sintetizar folato naturalmente, mas culturas alimentares principais como arroz e trigo tendem a ter baixos níveis de folato. Devido às altas exigências diárias e a uma dieta desbalanceada, muitas pessoas não atendem suas necessidades de folato. Para resolver isso, algumas estratégias incluem tomar suplementos de folato ou fortificar alimentos com folatos naturais.

A fortificação de folato significa adicionar folato aos alimentos através de diferentes métodos. Isso pode incluir adicioná-lo diretamente após a produção ou usar técnicas de cruzamento para criar plantas com maior conteúdo de folato. Outro método é usar micróbios no processo de fermentação para aumentar os níveis naturais de folato na comida. Diferente dos suplementos sintéticos de folato, os folatos naturais da fermentação não carregam riscos à saúde associados a altas ingestões. Uma levedura, Saccharomyces cerevisiae, foi identificada como uma boa candidata para a fortificação natural de folato devido à sua capacidade de produzir altos níveis de folato.

#Objetivos do Estudo

Este estudo tem como objetivo investigar a produção de folato em um sistema de bioreator de duas etapas com uma bactéria e levedura. A primeira etapa utiliza uma bactéria, enquanto a segunda depende de levedura. A pesquisa vai determinar se a bactéria produz folatos, que podem ser então utilizados pela levedura, ou se a levedura é capaz de produzir folatos sozinha quando alimentada com Acetato, que é uma fonte de carbono simples derivada do processo de fermentação da bactéria.

#Métodos Experimentais

#Estirpes Microbianas e Cultivo

O estudo envolveu dois microrganismos: Thermoanaerobacter kivui e Saccharomyces cerevisiae. T. kivui foi cultivada em um bioreator sob condições específicas para promover seu crescimento. A levedura também foi cultivada separadamente em meio adequado.

Para a levedura, uma configuração específica foi usada na qual ela foi cultivada sob condições controladas para examinar seu crescimento e capacidade de produzir folatos. Vários parâmetros, como pH e temperatura, foram monitorados ao longo do processo de cultivo.

#Sistema de Duas Etapas

A configuração do bioreator de duas etapas incluía duas etapas de fermentação. Na primeira etapa, T. kivui foi cultivada e produziu acetato usando hidrogênio e dióxido de carbono. O acetato foi então alimentado na segunda etapa, onde S. Cerevisiae foi cultivada.

A primeira etapa manteve condições anaeróbicas, enquanto a segunda permitiu o crescimento aeróbico da levedura. Ambos os microrganismos foram monitorados de perto para avaliar suas taxas de crescimento e produção.

#Procedimentos Analíticos

Várias amostras foram retiradas de ambas as etapas para analisar taxas de crescimento, consumo de substrato e produção de folatos e outros metabolitos. Métodos padrão foram utilizados para medir biomassa, níveis de acetato e concentrações de folato.

#Resultados e Discussão

#Desempenho de T. kivui

T. kivui foi cultivada com sucesso na primeira etapa do bioreator. Ela alcançou boas taxas de produção de acetato sem precisar de suplementos adicionais. Com o tempo, a concentração de biomassa permaneceu estável, levando a uma produção contínua de acetato.

Enquanto alguns estudos exploraram outras bactérias, T. kivui demonstrou a capacidade de crescer sem precisar de suplementação nutricional complexa. Isso a torna uma opção adequada para métodos de produção sustentáveis.

O acetato produzido na Etapa A foi então usado como fonte de carbono na Etapa B para o crescimento da levedura.

#Produção de Folato em T. kivui

A análise indicou que T. kivui era capaz de produzir quantidades significativas de folato dentro de suas células. No entanto, muito pouco folato foi liberado no meio circundante. Para explorar mais, foram feitas tentativas de extrair folatos de T. kivui para avaliar se eles poderiam ser utilizados por S. cerevisiae. Infelizmente, nenhuma extração bem-sucedida foi alcançada.

#Produção de Folato por S. cerevisiae

Além de examinar T. kivui, os pesquisadores analisaram se S. cerevisiae era capaz de produzir folatos quando cultivada apenas em acetato como fonte de carbono. Os resultados mostraram que a levedura conseguia sintetizar folatos, com formas específicas sendo predominantes na biomassa.

Quando a levedura foi cultivada em acetato, ela produziu uma quantidade notável de folatos, indicando que conseguia criar nutrientes essenciais mesmo sem glicose, que geralmente é uma fonte de carbono preferida. O estudo destacou a capacidade da levedura de se adaptar e produzir vitaminas essenciais sob diferentes condições nutricionais, enfatizando seu potencial para fortificação de alimentos.

#Implicações para a Nutrição

Os achados sublinham a importância de incorporar levedura rica em folato nos sistemas alimentares. O consumo regular desse produto de levedura poderia fornecer uma fonte confiável de vitaminas essenciais para a população, especialmente em regiões que enfrentam deficiências nutricionais.

Dado o alto conteúdo de folato, S. cerevisiae proveniente desse bioprocesso poderia servir como um suplemento eficaz, especialmente para aqueles que não conseguem atender suas necessidades alimentares através de fontes alimentares tradicionais.

#Produção Alimentar Sustentável

Ao empregar o sistema de bioreator de duas etapas, avanços significativos nas práticas de produção de alimentos sustentáveis podem ser alcançados. O potencial de produzir proteínas e vitaminas essenciais com impacto ambiental mínimo alinha-se à necessidade de enfrentar os desafios da segurança alimentar global.

O sistema Power-to-Protein representa uma abordagem inovadora para a produção de alimentos, oferecendo uma alternativa à agricultura convencional que depende muito de recursos de terra e água.

#Conclusão

Este estudo destaca o potencial de integrar sistemas microbianos para abordar necessidades nutricionais urgentes enquanto promove a sustentabilidade na produção de alimentos. Os resultados apoiam a exploração contínua de abordagens biotecnológicas inovadoras para melhorar a segurança alimentar, reduzir os impactos ambientais e promover a saúde pública através de soluções nutricionais acessíveis.

Os resultados apontam para o sistema Power-to-Protein como uma opção viável não apenas para gerar alimentos ricos em proteínas, mas também para garantir a oferta de vitaminas essenciais, como o folato. À medida que os desafios globais continuam a aumentar, adotar tais sistemas pode ser crucial para pavimentar o caminho para futuros métodos de produção de alimentos que sejam tanto eficazes quanto responsáveis.

Mais pesquisas são necessárias para otimizar a produtividade da biomassa, estabilizar a produção de folato e avaliar o potencial de utilização efetiva dos altos níveis de folato de T. kivui. Avançando nessas tecnologias e explorando caminhos regulatórios, pode ser possível criar um sistema alimentar sustentável que beneficie tanto as pessoas quanto o planeta.