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Consultar: Programa de Pós-Graduação em Ciência de Alimentos

Título [PT]: Atividade antibacteriana das enzimas papaína e bromelina livres e encapsuladas contra Alicyclobacillus spp
Autor(es): Márcia Maria dos Anjos Szczerepa
Palavras-chave [PT]:

Microbiologia de alimentos. Papaína e bromelina. Atividade antimicrobiana. Alicyclobacillus. Suco de laranja. Polimeros. Bioconservantes. Brasil.

Papain. Bromelain. Alicyclobacillus. Orange juice. Polymers. Biopreservative. Brazil.

Benício Alves de Abreu Filho [Orientador] - UEM Benedito Prado Dias Filho Rosane Marina Peralta Paula Aline Zanetti Fernanda Vitória Leimann

Resumo: Alicyclobacillus spp. são micro-organismos em forma de bacilos, Gram-positivos, térmófilos, acidófilos, não patogênicos e com a capacidade de formar esporos. Eles estão presentes no solo e são frequentemente relacionados a deterioração de produtos ácidos, entre eles bebidas e sucos cítricos, como o suco de laranja. Tratamentos térmicos são empregados na indústria de suco de laranja concentrado para inativar uma grande quantidade de micro-organismos patógenos e deteriorantes, no entanto, o esporo de Alicyclobacillus acidoterrestris pode sobreviver a estes tratamentos térmicos, germinar, crescer e assim deteriorar o suco após a sua reconstituição. Atualmente as pesquisas estão voltadas para a aplicação de agentes antimicrobianos naturais nos alimentos, pois proporcionam uma via potencial para inibir uma vasta variedade de micro-organismos, sem risco para a saúde dos consumidores. Papaína e Bromelina são duas enzimas extraídas, respectivamente, do mamão (Carica papaya) e do abacaxi (Ananas comosus), onde diversos estudos caracterizam os seus efeitos antimicrobianos, no entanto essas, até o o momento, não foram avaliadas frente ao gênero Alicyclobacillus. Por se tratar de duas enzimas proteolíticas, esses compostos podem sofrer desnaturação quando submetidos ao tratamento térmico empregado, por exemplo, na pasteurização do suco de laranja. A microencapsulação é uma tecnologia que permite o revestimento fino de partículas sólidas com o objetivo de solucionar limitações no emprego de ingredientes, como por exemplo, atenuar flavors indesejáveis, reduzir a volatilidade e reatividade assim como aumentar a estabilidade dessas partículas sólidas em condições adversas. A secagem por pulverização (spray dryer) é um método viável para a preparação de micropartículas e a utilização de biopolímeros naturais como material encapsulante torna viável sua aplicação em produtos alimentícios. Avaliar a atividade antibacteriana das enzimas papaína e bromelina em Alicyclobacillus spp., com foco na espécie A. acidoterrestris e microencapsular essas enzimas com alginato e quitosana para verificar a sua eficácia na proteção da atividade antibacteriana após submetidas ao tratamento térmico. Foi realizada a determinação da concentração inibitória e bactericida mínima (CIM e CBM) para a papaína e bromelina frente as cepas de Alicyclobacillus spp. Foi determinado a curva do tempo de morte do micro-organismo na presença e ausência das enzimas e investigado a atividade enzimática como mecanismo de ação sobre o micro-organismo através de ensaios com inibidores enzimáticos e desnaturação. A atividade antibacteriana das enzimas foi também avaliada em combinação com nisina. A microencapsulação das enzimas foi realizada através de secagem por pulverização (Spray dryer) utilizando como material encapsulante o alginato e a quitosana, em seguida os compostos foram submetidos ao tratamento térmico e após sua atividade inibitória e bactericida foi avaliada frente a cinco espécies diferentes de Alicyclobacillus. As microcápsulas foram caracterizadas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Calorimetria de Varrimento Diferencial (DSC) e Espectroscopia de Infravermelho (FT-IR). Os resultados mostraram que para a espécie A. acidoterrestris, a CIM da papaína foi de 0,98 μg/mL e a CBM foi de 3,91 μg/mL. Para a bromelina, a CIM foi de 62,5 μg/mL e a CBM foi de 250 μg/mL. A concentração de 4XCIM para ambas as enzimas foi suficiente para eliminar 4 logs do micro-organismo após 24 horas de incubação. Através da utilização de inibidores enzimáticos específicos para cisteína-proteases, verificou-se que a atividade antibacteriana da papaína e da bromelina não está relacionada com a sua atividade proteolítica, mas pode estar relacionada com outras atividades, tais como amidase e esterase. A atividade sinérgica entre as enzimas apresentou um índice de concentração inibitória fracional (FIC) de 0,16. A combinação com nisina apresentou um FIC de 0,25 para a papaína e 0,19 para a bromelina, ambos indicativos de sinergismo entre os compostos. O microencapsulamento das partículas com alginato e quitosana foi evidenciado através das análises físicas. Os resultados demonstraram que a papaína microencapsulada com quitosana ou alginato foi capaz de manter os valores de CIM baixos após a submissão ao tratamento térmico, demonstrando assim efetividade e potencial aplicação como bioconservante. A aplicação das enzimas em suco de laranja reconstituído contaminado com A. acidoterrestris demonstrou ser eficaz, pois após 48 h de incubação em três diferentes temperaturas, já houve a eliminação da população microbiana inicial. Portanto, papaína e bromelina são enzimas com ação antibacteriana em A. acidoterrestris. A técnica de microencapsulamento foi eficaz na proteção da atividade antibacteriana da papaína, caracterizando esse composto com grande potencial de aplicação como bioconservante em produtos ácidos, sendo necessários maiores estudos sobre estabilidade e características sensoriais quando aplicado ao alimento. Abstract: Alicyclobacillus spp. are Gram-positive, thermophilic, acidophilic, non-pathogenic micro-organisms that have the ability to form spores. They are present in soil and are often related to the deterioration of acidic products among them citrus juices and beverages, such as orange juice. Heat treatments, such as pasteurization, are used in the orange juice concentrate industry to inactivate pathogenic and spoilage micro-organisms. However, the spore of Alicyclobacillus acidoterrestris can survive such heat treatment, germinate, grow and thus cause the juice to deteriorate after reconstitution. Research is currently focused on the application of natural antimicrobial agents to foods as they provide a potential pathway for inhibiting a wide variety of microorganisms without risk to consumer health. Papain and Bromelain are two enzymes extracted from papaya (Carica papaya) and pineapple (Ananas comosus) respectively, where several studies characterize its antimicrobial effects, however these enzymes have not been evaluated against the genus Alicyclobacillus to date. Because they are two proteolytic enzymes, such compounds may undergo denaturation when subjected to the heat treatment employed, for example, in the pasteurization of orange juice. Microencapsulation is a technology that allows the fine coating of solid particles in order to overcome limitations in the use of ingredients, such as attenuating undesirable flavors, reducing volatility and reactivity as well as increasing the stability of these solid particles under adverse conditions. Spray drying is a viable method for the preparation of microparticles and the use of natural biopolymers as an encapsulating material makes their application possible in food products. To evaluate the antibacterial activity of the enzymes papain and bromelain against Alicyclobacillus spp., focusing on the A. acidoterrestris species and to microencapsulate these enzymes with alginate and chitosan to verify its effectiveness in the protection of the antibacterial activity after being submitted to the heat treatment.The determination of minimum inhibitory and bactericidal concentration (MIC and MBC) for papain and bromelain against Alicyclobacillus strains was performed. The time course of death of the microorganism was determined in the presence and absence of the enzymes and investigated the enzymatic activity as a mechanism of action on the microorganism through enzyme inhibitor and denaturation assays. The antibacterial activity of the enzymes was also evaluated in combination with nisin. The microencapsulation of the enzymes was performed by spray drying using alginate and chitosan as encapsulating material, after which the compounds were submitted to thermal treatment and after their inhibitory and bactericidal activity was evaluated against five different species of Alicyclobacillus. Microcapsules were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Infrared Spectroscopy (FT-IR). The results showed that for the A. acidoterrestris strain, the MIC of papain was 0.98 μg/mL and the MBC was 3.91μg/mL, while the MIC of bromelain was 62.5 μg/mL and the MBC was 250 μg/mL. The concentration of 4XMIC for both the enzymes was sufficient to eliminate 4 logs of the micro-organism after 24 hours of incubation. Through the use of enzyme inhibitors specific for cysteine proteases, it was found that the antibacterial activity of papain and bromelain is not related to its proteolytic activity, but may be related to other activities, such as amidase and esterase. The synergistic activity of the enzymes revealed an fractional inhibitory concentration (FIC) level of 0.16. Combination with nisin revealed an FIC of 0.25 for papain and 0.19 for bromelain, indicating synergism between both compounds. Microencapsulation of the particles with alginate and chitosan was evidenced through the physical analysis. The results showed that papain microencapsulated with chitosan or alginate maintained low MIC values after submission to heat treatment, demonstrating its effectiveness and potential application as a biopreservative. The application of the enzymes in reconstituted orange juice contaminated with A. acidoterrestris proved to be effective, since after 48 h of incubation at three different temperatures, the initial microbial population was eliminated. Therefore, papain and bromelain are enzymes with antibacterial action in A. acidoterrestris. The microencapsulation technique was effective in protecting the antibacterial activity of papain, characterizing this compound with great potential of application as a bioconservant in acidic products, being necessary more studies on stability and sensorial characteristics when applied to the food.

Idioma: Português Data de Publicação: 2017 Local de Publicação: Maringá, PR Orientador: Prof. Dr. Benício Alves de Abreu Filho Instituição: Universidade Estadual de Maringá . Centro de Ciências Agrárias Nível: Tese (doutorado em Ciência de Alimentos) UEM: Programa de Pós-Graduação em Ciências de Alimentos

Responsavel: edson
Categoria: Aplicação
Formato: Documento PDF
Arquivo: Tese.pdf
Tamanho: 1656 Kb (1695525 bytes)
Criado: 07-06-2017 15:58
Atualizado: 07-06-2017 16:10
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