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Rodriguez-Amaya, D. B. Avanços na pesquisa de carotenóides em alimentos: contribuições de um laboratório brasileiro.
Rev. Inst. Adolfo Lutz, 63(2):129-38, 2004 ARTIGO DE REVISÃO/ REVIEW ARTICLE
Avanços na pesquisa de carotenóides em alimentos: contribuições de
um laboratório brasileiro
Advances in food carotenoid research: contribution of a Brazilian
laboratory
RIALA6/987
Delia B. RODRIGUEZ-AMAYA
* Endereço para correspondência: Departamento de Ciência de Alimentos, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Univer-
sidade Estadual de Campinas, C. P. 6121, 13083-970 Campinas, SP
Recebido: 16/02/2004 – Aceito para publicação: 06/09/2004
RESUMO
Os carotenóides são pigmentos naturais, constituintes dos alimentos, sendo alguns deles precursores de
vitamina A. São associados com a diminuição do risco de doenças degenerativas como câncer, doenças
cardiovasculares, degeneração macular e catarata, sendo os compostos bioativos mais estudados. Os
nossos estudos vêm contribuindo de maneira significativa para os avanços neste assunto em diversos
aspectos. Reconhecidas internacionalmente, as nossas contribuições científicas podem ser agrupadas da
seguinte forma: (a) avaliação, otimização e desenvolvimento de métodos analíticos; (b) determinação da
composição de carotenóides em alimentos brasileiros, resultando em um extenso e confiável banco de
dados; (c) investigação dos fatores que influenciam na composição de carotenóides em alimentos; (d)
avaliação dos efeitos de processamento e estocagem de alimentos nos carotenóides; (e) estudo da
estabilidade dos carotenóides, inclusive da cinética, dos mecanismos de degradação e do uso de
microencapsulação; (f) caracterização de fontes alternativas de carotenóides como flores, leveduras e
microalgas. É considerada a pesquisa mais integrada e completa nesta área, em nível mundial.
Palavras-Chave. carotenóides, análise, composição, frutas, vegetais, processamento
ABSTRACT
Carotenoids are natural pigments, constituents of foods, some of which are precursors of vitamin A. They
have been associated with the reduction of the risk for degenerative diseases, such as cancer, cardiovascular
diseases, macular degeneration and cataract, and have been the most investigated bioactive compounds.
Our studies have been significantly contributing to advances in this field in different aspects. Our
internationally well-known scientific contributions can be classified into the following categories: (a)
evaluation, optimization and development of analytical methods; (b) determination of the carotenoid
composition in Brazilian foods, which resulted in an extensive and reliable database; (c) investigation of
the factors that influence carotenoid composition in foods; (d) evaluation of the effects of food processing
and storage on carotenoids; (e) study of carotenoid stability, including kinetics and mechanisms of
degradation, and the use of microencapsulation ; (f) characterization of alternative sources of carotenoids
such as flowers, yeasts, cyanobacteria and microalgae. Our investigations have been internationally
regarded as the most integrated and complete research in this area
Key Words. carotenoids, analysis, composition, fruits, vegetables, processing.
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INTRODUÇÃO
Num passado não muito distante, os alimentos eram tidos
somente como fontes de substâncias essenciais para o
preenchimento dos requisitos nutricionais básicos. Hoje, há uma
percepção de que os alimentos oferecem muito mais. Eles são
fontes de compostos ou elementos biologicamente ativos, que
proporcionam benefícios adicionais à saúde, como redução do
risco de doenças crônicas, fortalecimento do sistema
imunológico e desaceleração ou amenização dos males típicos
do envelhecimento, dando origem ao novo conceito dos
alimentos funcionais. Vários fatores estimularam as
investigações neste sentido: os avanços científicos
significativos que proporcionaram evidências convincentes
ligando a dieta ao estado de saúde, o aumento marcante nos
custos hospitalares, o crescimento da população de idosos nos
países mais afluentes, os avanços tecnológicos na indústria de
alimentos e o aperfeiçoamento da legislação que se tornou mais
favorável a comercialização de alimentos funcionais35.
Entre os fitoquímicos bioativos estão os carotenóides.
Estes compostos são pigmentos naturais responsáveis pela cor
atraente de muitos alimentos como frutas, hortaliças, peixes e
crustáceos. A cor de um carotenóide se deve a um extenso
sistema de duplas ligações conjugadas, assim sendo, a cor de
um alimento carotenogênico depende dos carotenóides
presentes, das suas concentrações e também do seu estado
físico. O alimento pode ser amarelo como o milho, onde os
principais carotenóides são a luteína e a zeaxantina, ou laranja
como as frutas cítricas, onde a β-criptoxantina é majoritária, ou
vermelho como o tomate, onde predomina o licopeno. A
propriedade corante por si só justificou a intensa investigação
sobre carotenóides por muito tempo. A cor é um atributo
fundamental na escolha dos alimentos pelos consumidores. Esta
pode ser a propriedade sensorial mais importante dos alimentos,
com impacto decisivo no julgamento da qualidade global do
alimento, influenciando até a percepção de outras características
sensoriais como o sabor17.
Alguns carotenóides são precursores de vitamina A. A
vitamina A pré-formada na dieta provém de alimentos de origem
animal como fígado, leite e carne. Os alimentos de origem vegetal
fornecem carotenóides que podem ser transformados em
vitamina A pelo organismo humano. Estima-se que, no âmbito
mundial, cerca de 60% da vitamina A alimentar vem das pró-
vitaminas A117. Devido ao custo geralmente mais alto dos
alimentos de origem animal, a contribuição na dieta das pró-
vitaminas A alcança 82% em países em desenvolvimento. Os
carotenóides pró-vitamínicos A têm a vantagem de não serem
convertidos a vitamina A enquanto o corpo humano não está
necessitando, evitando a potencial toxidez do excesso de
vitamina A.
Dos mais de 650 carotenóides naturais hoje conhecidos,
apenas em torno de 50 são passíveis de serem precursores de
vitamina A com base nas suas estruturas. O β-caroteno é a pró-
vitamina A mais importante, tanto em termos de biopotência (ao
qual é atribuída 100% de atividade) como pela sua larga
ocorrência87. Estruturalmente, a vitamina A (retinol) é meia
molécula de b-caroteno, com uma molécula adicional de água
no fim da cadeia lateral. Um anel β não substituído, com uma
cadeia lateral poliênica de 11 carbonos é o requisito mínimo para
que um carotenóide possa ter atividade pró-vitamínica A.
A deficiência de vitamina A é um dos três problemas de
saúde pública considerados mais sérios, com graves
conseqüências especialmente para crianças dos países em
desenvolvimento, segundo os órgãos das Nações Unidas, e
com os quais estão comprometidos a diminuir ou eliminar. A
deficiência severa leva a cegueira de milhões de crianças e resulta
em taxas muito altas de mortalidade (60%). Mesmo a deficiência
sub-clínica é associada ao aumento de 23% da mortalidade. A
cegueira noturna, provocada pela hipovitaminose A moderada
ou severa, em mulheres na idade reprodutiva tem sido
recentemente reconhecido como um problema de saúde pública.
Em anos mais recentes, outras atividades biológicas têm
sido atribuídas aos carotenóides, como o fortalecimento do
sistema imunológico e a diminuição do risco de doenças
degenerativas como câncer, doenças cardiovasculares,
degeneração macular e catarata8,23,47,51,71. Estes efeitos benéficos
à saúde são independentes da atividade pró-vitamínica A e têm
sido relacionados à propriedade antioxidante dos carotenóides,
mediante o seqüestro de oxigênio singleto e de radicais livres46,78.
A capacidade mostrada pelos carotenóides de seqüestrar
oxigênio singleto é ligada ao sistema de duplas ligações
conjugadas, sendo a máxima eficiência demonstrada para
carotenóides com nove ou mais destas duplas ligações22. Outros
mecanismos de ação contra doenças têm sido relatados:
modulação do metabolismo de cancerígenos, regulação do
crescimento e diferenciação celular, inibição da proliferação
celular, estimulação da comunicação intercelular, estimulação
da resposta imunológica e filtragem de luz azul3,70,72.
As evidências científicas para uma ação biológica de
alimentos ou componentes de alimentos provêm de estudos
epidemiológicos, estudos biológicos/experimentais e ensaios
de intervenção18,123. Na década de 80, numerosos estudos
epidemiológicos mostraram forte e consistentemente que a
ingestão de β-caroteno ou o nível de β-caroteno plasmático
correlacionava inversamente com a incidência de câncer,
principalmente câncer de pulmão9,124-126. Esta observação foi
apoiada por estudos in vitro e em animais. A relação inversa foi
também relatada com referência às doenças cardiovasculares23,45.
Porém, dois grandes estudos de intervenção realizados na
Finlândia4 e nos Estados Unidos73 em meados de 90 relataram
um aumento na incidência de câncer de pulmão com a
suplementação de β-caroteno. Foi reconhecido mais tarde que:
(a) Os teores de β-caroteno utilizados nos ensaios de
intervenção foram altíssimos (foram administrados diariamente
por 5-8 anos no primeiro estudo e 3,7 anos no segundo, cápsulas
contendo β-caroteno 5 a 7 vezes a ingestão diária deste
carotenóide pela alimentação nos estudos epidemiológicos);
(b) Os alimentos teriam outros carotenóides e outros compostos
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bioativos que poderiam atuar em conjunto com β-caroteno
enquanto que os suplementos continham somente β-caroteno
ou β-caroteno com tocoferol no primeiro ensaio e β-caroteno
com vitamina A, no segundo; (c) Os participantes eram fumantes
ou trabalhadores expostos por tempo prolongado ao amianto,
sendo que o processo oxidativo poderia ter atingido uma etapa
na qual o carotenóide não teria mais atuação11,103. Em outro
estudo envolvendo médicos com baixo consumo de fumo,
portanto de baixo risco, a suplementação prolongada com alto
teor de β-caroteno não teve efeito adverso36. Já em Linxian,
China, uma região de alta incidência de câncer gástrico e de
esôfago e de deficiência de micronutrientes, a suplementação
conjunta de β-caroteno, vitamina E e selênio diminuiu em 21%
as mortes devido ao câncer gástrico10. Conseqüentemente, os
carotenóides reconquistaram sua proeminência, agora com
ênfase em carotenóides além do β-caroteno.
As pesquisas do Laboratório de Carotenóides na
Faculdade de Engenharia de Alimentos, Universidade Estadual
de Campinas, contribuíram de maneira significativa para os
avanços na área de carotenóides em alimentos em diversos
aspectos. Reconhecidas internacionalmente, as nossas
contribuições científicas podem ser agrupadas da seguinte forma:
(a) avaliação, otimização e desenvolvimento dos métodos
analíticos; (b) determinação da composição de carotenóides em
alimentos brasileiros, resultando em um extenso banco de dados
confiáveis; (c) investigação dos fatores que influem na
composição de carotenóides em alimentos; (d) avaliação dos
efeitos de processamento e estocagem de alimentos nos
carotenóides; (e) estudo da estabilidade dos carotenóides,
inclusive da cinética, dos mecanismos de degradação e do uso
de microencapsulação; (f) caracterização de fontes alternativas
de carotenóides como flores, leveduras e microalgas. É
aparentemente a pesquisa mais completa que existe nesta área,
em nível mundial. Os artigos decorrentes dos vários estudos
são largamente citados na literatura internacional.
METODOLOGIA ANALÍTICA
A identificação e quantificação dos compostos
bioativos em alimentos são imprescindíveis para as
investigações sobre alimentos funcionais e para os programas
que preconizam dietas saudáveis para a população. Problemas
analíticos que resultaram em dados errôneos vêm impedindo o
progresso nesta área, inclusive nos estudos epidemiológicos
que correlacionam componentes dos alimentos à incidência
de doenças.
Vários trabalhos7,12,13,25,29,38,41,43,56-58,61,63,64,79,110,114,116,120
foram realizados no nosso laboratório no sentido de desenvolver,
avaliar e aprimorar os métodos quantitativos para carotenóides;
investigar meticulosamente as fontes de erro e propor medidas
para garantir a exatidão dos resultados analíticos; confirmar a
identidade ou elucidar a estrutura de carotenóides. Os resultados
destes trabalhos são integrados aos de outros grupos em artigos
de revisão40,88,89,111, capítulos de livros90,94,106,108, e em um livro97
que se tornou leitura obrigatória em laboratórios de carotenóides
no mundo inteiro. Além de garantir a exatidão dos dados
quantitativos, a identificação conclusiva dos carotenóides é de
suma importância uma vez que a cor e as atividades biológicas
estão intimamente ligadas às estruturas95.
Por muito tempo, houve grande confusão em relação à
adequação e exatidão dos métodos. Embora, mais dados
confiáveis sobre carotenóides em alimentos estão sendo
gerados atualmente, um volume considerável de dados errôneos
ainda persiste na literatura. Isso reflete as dificuldades inerentes
a este tipo de análise. Os principais fatores que dificultam a
análise de carotenóides são: (a) a existência de um número muito
grande de carotenóides, (b) a variação quali e quantitativa na
composição de alimentos, (c) a faixa muito ampla de
concentrações em que os carotenóides se encontram num
alimento, e (d) a susceptibilidade dos carotenóides à
isomerização e oxidação durante a análise e estocagem de
amostras antes da análise88,97. As principais fontes de erro são:
(a) amostras analíticas não representativas, (b) extração
incompleta dos carotenóides, (c) perdas físicas dos carotenóides
durante as várias etapas, (d) separação cromatográfica
incompleta, (e) identificação equivocada, (f) quantificação e
cálculos errados, e (g) isomerização e oxidação de carotenóides
durante a análise.
Com a introdução de cromatografia líquida de alta
eficiência (CLAE), a impressão transmitida pela literatura
internacional foi de que os problemas já haviam sido superados
e a análise de carotenóides se tornou uma atividade de rotina.
Uma apreciação cuidadosa dos dados publicados, entretanto,
mostrava que não era o caso. Publicamos, portanto, um artigo
crítico de revisão apontando os problemas que persistiram e os
erros que poderiam ser percebidos nos trabalhos publicados,
inclusive as limitações dos métodos da Associação Oficial de
Químicos Analíticos (AOAC) dos E.U.A. e dos métodos
recomendados pela Cooperação em Pesquisa Científica e
Tecnológica (COST) da Europa88. Este artigo (33 páginas
impressas) foi recebido pelo editor em 21 de outubro de 1988 e
aceito sem nenhuma modificação em 1 de novembro de 1988.
Foi largamente citado e considerado excelente pela comunidade
internacional, sendo objeto de várias reuniãos da AOAC e COST,
influenciando os rumos de análise de carotenóides no âmbito
mundial.
Embora sendo a técnica analítica preferida para os
carotenóides atualmente, a CLAE tem as suas fontes inerentes
de erro: (a) incompatibilidade entre o solvente de injeção e a
fase móvel, resultando em picos deformados ou divididos; (b)
perdas variáveis de carotenóides na coluna CLAE; (c) picos
sobrepostos; (d) pureza variável e instabilidade dos padrões
de carotenóides; (e) identificação errônea; (f) inexatidão no
preparo das soluções-padrão e na calibração; (g) cálculos
errados. Ilustrações destes erros e medidas que podem ser
tomadas para evitá-los foram apresentadas em um artigo de
revisão40.
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BANCO BRASILEIRO DE DADOS DE
CAROTENÓIDES EM ALIMENTOS
Com o seu imenso território e uma grande parte de clima
tropical e sub-tropical, que favorece a biossíntese de
carotenóides, o Brasil possui uma variedade notável de
alimentos ricos em carotenóides. Uma boa parte desta riqueza
natural já foi analisada, inclusive produtos processados e
alimentos preparados obtidos em restaurantes1,2,5,6,14-16,27,30-
34,37,42,59,60,62,67-69,76,77,80,81,112,113,115,118,121,122, proporcionando o mais
extenso banco de dados confiáveis sobre carotenóides no
mundo91,93,100,101,105. A dimensão desta base de dados pode ser
melhor apreciada se for considerado que a grande maioria dos
dados vem de um único laboratório. Alguns poucos dados foram
obtidos em laboratórios, como os da Faculdade de Ciências
Farmacêuticas da USP, por pessoas que foram treinadas no
nosso laboratório. O banco de dados dos E.U.A., o segundo
mais extenso, constitui-se de dados provenientes de vários
laboratórios.
Embora alguns trabalhos nossos tenham enfocado as
pró-vitaminas A, devido à importância destas no combate à
deficiência de vitamina A, a maior parte das análises realizadas
no nosso laboratório determinou tanto os carotenóides pró-
vitamínicos A como os não pró-vitamínicos, muito antes que
outros laboratórios começassem a determinar também aqueles
que não possuíam atividade pró-vitamínica A. Isso colocou o
nosso laboratório numa posição de liderança quando o papel
dos carotenóides em relação às doenças degenerativas ganhou
destaque no mundo.
O nosso banco de dados está sendo usado por
pesquisadores de universidades e institutos de pesquisa em
áreas como nutrição, epidemiologia, ciência e tecnologia de
alimentos, saúde pública e agricultura. São também consultados
por técnicos das indústrias alimentícia, farmacêutica e cosmética.
Os principais carotenóides encontrados em alimentos são
o β-caroteno, α-caroteno, β-criptoxantina, luteína, licopeno e
violaxantina. Os primeiros cinco são também os mais encontrados
no sangue humano. Juntamente com a zeaxantina, são os
carotenóides já demonstrados como benéficos à saúde humana.
Os carotenóides β-caroteno, α-caroteno e β-cryptoxantina são
pró-vitaminas A. A luteína e a zeaxantina são os carotenóides
implicados na redução do risco de degeneração macular (principal
causa de cegueira no idoso) e catarata65. Mais eficiente que o β-
caroteno como antioxidante19, o licopeno mostrou ação contra o
câncer, a evidência sendo mais forte em relação ao câncer de
próstata, estômago e pulmão24. A possível atuação de violaxantina
em relação às doenças ainda não foi demonstrada.
Durante o levantamento da nossa extensa base de dados,
vários achados foram alcançados, alguns dos quais chegaram a
ser supreendentes. Buriti31 e tucumã100, alimentos nativos da
região amazônica, são fontes riquísimas de β-caroteno. O buriti
tem o maior teor de β-caroteno entre os numerosos alimentos já
analisados no nosso laboratório, além de ter também níveis altos
de α-caroteno e γ-caroteno, outras pró-vitaminas A. A
pupunha100 contém δ-caroteno, um carotenóide não pró-
vitamínico A, como o principal, mas também tem boas
quantidades de β-caroteno e γ-caroteno. Como os lipídios
estimulam a absorção dos carotenóides, estes carotenóides de
frutas de palmeiras podem ter a vantagem adicional de possuírem
maior biodisponibilidade.
A acerola14, riquíssima em vitamina C, é também uma boa
fonte de β-caroteno. Por muito tempo, este carotenóide foi
considerado o predominante de manga. O principal carotenóide
da manga, na verdade, é violaxantina, que é facilmente perdida
durante a análise62. De qualquer forma, a manga é uma boa fonte
de β-caroteno. Este carotenóide é o majoritário em caju e nêspera,
mas os níveis são baixos.
O α-caroteno às vezes acompanha o β-caroteno, mas
geralmente em teores menores. São fontes destes dois
carotenóides a cenoura e algumas variedades de abóbora e
moranga1,2,37.
A β-criptoxantina é o principal carotenóide de muitas
frutas com polpa de cor laranja como cajá113, nectarina33, mamão
laranja39, pêssego100 e a fruta do pé de tomate112.
A luteína em alta concentração é encontrada na flor
comestível de Tropaeolum majus68. Este carotenóide é também
o predominante em verduras folhosas e outros vegetais
verdes5,6,42,69, seguido pelo β-caroteno5,6,42,69,83. Algumas
variedades de abóbora e moranga1,2,37 contêm altos teores de
luteína, acompanhada por menores quantidades de β-caroteno.
O tomate e seus produtos, assim como a melancia, são
praticamente as únicas fontes de licopeno em muitos países. O
Brasil, no entanto, tem além destes69,118,121, a goiaba vermelha74,81,
o mamão vermelho39 e a pitanga14. A pitanga contem também
quantidades substanciais de β-criptoxantina, γ-caroteno e
rubixantina.
Outros carotenóides predominam em outras frutas como
ζ-caroteno em maracujá16,57, violaxantina em abricó100 e zeaxantina
em pequi100.
FATORES QUE INFLUENCIAM A COMPOSIÇÃO
EM CAROTENÓIDES
Além das diferenças composicionais entre alimentos,
existe variação na composição de um dado alimento. Esta
variabilidade natural deve ser conhecida e não deve ser
confundida com erros analíticos. Esta informação também auxilia
na otimização dos níveis carotenogênicos dos alimentos.
Portanto, além de determinar os conteúdos dos carotenóides
nos alimentos oferecidos à população, vários dos artigos citados
acima investigaram também os fatores que influenciam na
composição. Os fatores mais influentes são: (a) variedade ou
cultivar, (b) estágio de maturação, (c) clima ou localização
geográfica, (d) parte da planta utilizada e (e) técnica de
produção102.
Diferenças qualitativas e principalmente quantitativas
ocorrem entre cultivares ou variedades como foi demonstrado
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em cucurbitáceas1,2,37, mamão39, manga62 e couve60.
O amadurecimento de frutas é acompanhado por um
aumento marcante na biossíntese de carotenóides, que pode
ser visto pela mudança de coloração. Isso foi demonstrado em
Cucurbita moschata cultivar Menina Verde1, manga62 e acerola14.
Em folhas, o aumento dos carotenóides foi de 3 a 4 vezes na
alface e chicória6 e ligeira na couve5. Em espinafre, porém, as
folhas mais jovens apresentaram teores ligeiramente maiores
que as mais velhas6.
A exposição ao sol e a temperatura elevada favorecem
a biossíntese de carotenóides. Portanto, os mesmos cultivares
de mamão (Formosa)39 e manga (Keitt)62 produzidos no estado
da Bahia continham concentrações mais altas que os de São
Paulo. Acerolas produzidas no Ceará e Pernambuco
apresentaram conteúdos carotenogênicos semelhantes, mas
nitidamente maiores do que os da acerola proveniente de São
Paulo14.
Por outro lado, a couve produzida no campo na época de
verão teve concentrações mais baixas de carotenóides que a
produzida no inverno. Este resultado é compatível com a maior
fotodegradação dos carotenóides da folha pela maior exposição
ao sol e alta temperatura. De fato, em folhas protegidas por uma
cobertura plástica, os teores de carotenóides foram maiores no
verão5,6.
Na couve produzida sem uso de defensivos agrícolas,
todos os carotenóides alcançaram níveis mais altos do que na
couve produzida convencionalmente em local vizinho60.
Além da política prevalente de aumentar a produtividade
dos alimentos, está ganhando força o pensamento de que os
teores de micronurientes (biofortificação) e outros compostos
benéficos a saúde devem ser otimizados por práticas
agronômicas e genética convencional ou por manipulação
genética, lembrando-se de que o melhoramento por
procedimentos agrícolas tradicionais devem ser tentados antes
das técnicas moleculares. Ao nosso ver, a estratégia agrícola só
pode ter êxito se for complementada e reforçada pela tecnologia
de alimentos96,107. Para isso, o comportamento dos carotenóides
em toda cadeia alimentar deve ser conhecido.
ALTERAÇÕES DURANTE O
PROCESSAMENTO E ESTOCAGEM
A cadeia poliênica, responsável pelas propriedades
especiais e desejáveis dos carotenóides, é também a causa da
sua instabilidade. As condições que conduzem à isomerização e
oxidação dos carotenóides ocorrem durante o preparo
doméstico, processamento industrial e estocagem dos alimentos.
Calor, luz e ácidos promovem a isomerização dos carotenóides
trans, como são normalmente encontrados na natureza, para a
forma cis, com ligeira perda de cor e atividade biológica. A
oxidação, principal causa de degradação dos carotenóides,
depende da disponibilidade de oxigênio, tipo de carotenóide e
de seu estado físico. É estimulada pela luz, calor, metais, enzimas
oxidativas e peróxidos, e é inibida por antioxidantes. Vários
trabalhos foram realizados no nosso laboratório para verificar o
comportamento dos carotenóides durante o processamento e
estocagem de alimentos26,28,75,82,84,119. Estes trabalhos foram
colocados em perspectiva e integrados aos da literatura
internacional em um capítulo de livro92, um livro96 que foi
traduzido ao espanhol para distribuição na América Latina98 e
artigos de revisão99,104.
A isomerização foi bem demonstrada na produção de
óleos provenientes de dendê119. Para minimizar a rancidez
hidrolítica no óleo, os frutos de dendê devem ser esterilizados
imediatamente após colheita visando inativar a enzima lipase.
Neste tratamento térmico, porém, ocorre uma perda considerável
de trans-α-caroteno e trans-β-caroteno com aumento dos seus
isômeros cis.
A oxidação enzimática pode ocorrer nas etapas anteriores
ao cozimento ou processamento, quando o alimento é
descascado, cortado, ralado ou triturado, pois, a desintegração
das estruturas celulares, protetoras dos carotenóides, libera
conjuntamente as enzimas e os carotenóides, provocando a
oxidação. Este fenômeno pode também ocorrer em verduras
minimamente processadas5,6.
A perda da cor e atividade biológica dos carotenóides é
uma preocupação no processamento térmico e estocagem de
alimentos. A degradação dos carotenóides durante pasteurização
e enlatamento foi demonstrada em goiaba75, manga26 e mamão28.
A perda depende do carotenóide presente, do grau de destruição
da estrutura celular e da temperatura e tempo de processamento.
Durante a estocagem, a degradação depende da disponibilidade
de oxigênio, exposição à luz, temperatura e tempo. As perdas
são minimizadas mediante a aplicação de boas práticas
tecnológicas como: processar logo após o corte ou trituração e
a escolha mais apropriada do binômio tempo-temperatura
durante o processamento, das condições de estocagem e do
tipo de embalagem.
No sentido de promover uma fonte de licopeno além de
produtos de tomate, o nosso laboratório auxiliou os produtores
de goiaba a desenvolver o “guatchup” 82, na escolha do cultivar
com maior conteúdo de licopeno e no monitoramento da perda
de licopeno durante o processamento.
CINÉTICA E MECANISMO DE DEGRADAÇÃO
Ao contrário da riqueza de informações existentes sobre a
oxidação de lipídios, a oxidação de carotenóides, apesar da sua
importância, não está bem elucidada. Presume-se que o primeiro
passo é a formação de epoxicarotenóides e apocarotenais.
Fragmentações subseqüentes levam à formação de compostos
de baixa massa molecular, com perda total da cor e atividade
biológica, mas passam a formar parte do aroma, agradável em
produtos como o chá e o vinho ou desagradável em alimentos
como a cenoura desidratada109. São poucas as evidências para
este esquema e os mecanismos não estão estabelecidos.
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Em sistemas-modelo de baixa umidade (amido de milho,
fécula de batata e celulose cristalina) e aquoso, o α-caroteno, β-
caroteno, licopeno e luteína demonstraram predominantemente
uma cinética de primeira ordem20,21. O licopeno foi o carotenóide
que mais degradou. Em alimentos liofilizados, os carotenóides
(α-caroteno e β-caroteno em cenoura, β-caroteno e luteína em
salsa, β-caroteno e licopeno em goiaba) também se adequaram
numa cinética de primeira ordem. A luz demonstrou ter um efeito
preponderante, acelerando a degradação dos carotenóides,
tanto nos sistemas-modelo como nos alimentos liofilizados. A
grande susceptibilidade do licopeno à degradação, observada
nos sistemas-modelo, não se confirmou nos alimentos
liofilizados, mostrando a influência marcante da matriz. Este
efeito protetor das matrizes alimentares foi também manifestado
em relação à luteína, mas não tanto em termos de α-caroteno e
β-caroteno.
Em dois trabalhos recentes, a formação de
epoxicarotenóides e apocarotenais a partir de β-caroteno e
licopeno foram estudados85,86, comprovando a participação
destas duas reações como etapas iniciais da oxidação. Como
são produtos intermediários, estes compostos não se acumulam,
sendo assim encontrados em quantidades extremamente
pequenas, o que dificulta a sua detecção e identificação.
Utilizando CLAE com detectores de conjunto de diodos e de
massas, foram identificados cinco epoxicarotenóides, cinco
apocarotenais, uma carotenona, dois hidroxicarotenóides e uma
semi-carotenona, provenientes do β-caroteno. Do licopeno,
foram identificados oito epoxicarotenóides e seis apocarotenais.
Em outros trabalhos, os produtos finais da degradação, que são
aldeídos, cetonas e álcoois de 2 a 10 carbonos, foram
identificados por cromatografia gasosa-espectrometria de
massa76. Com a identificação dos produtos intermediários e finais
da degradação oxidativa, estamos propondo os mecanismos de
oxidação, o que significará um grande avanço científico na área.
A tendência atual na preservação de compostos instáveis
é a microencapsulação. Dois trabalhos foram realizados sobre a
microencapsulação de licopeno49,50, mostrando a grande
eficiência da ciclodextrina em proteger o licopeno por tempo
prolongado.
FONTES ALTERNATIVAS
Como fonte de carotenóides para a produção de aditivos
ou suplementos alimentares, certas fontes naturais não
necessariamente comestíveis, mas com teores várias vezes
maiores que os encontrados em alimentos, estão sendo
procurados mundialmente. No Brasil, as flores, Cosmos
sulphureus e Thelechitonia trilobata, que crescem
espontaneamente e florescem praticamente ao longo do ano
inteiro, foram analisadas e comprovadas como sendo fontes
muito ricas de luteína53. Os teores de luteína obtidos são
comparáveis ou maiores do que os citados para a flor Tagetes
erecta, a atual fonte comercial deste carotenóide. Uma outra
flor, a Pyrostegia venusta, mostrou uma composição complexa,
com grandes quantidades de diversos carotenóides, sendo o
principal a rubixantina54.
A microalga marinha Tetraselmis gracilis apresentou oito
carotenóides, com luteína como principal52. Já na microalga
Synechococcus subsalus, o β-caroteno e zeaxantina foram os
carotenóides majoritários, enquanto que na Hilea sp. houve
predominância de aloxantina55.
Na cianobacteria Synechocystis pevalekii, o b-caroteno
foi também o carotenóide predominante66. Em condições de
estresse (redução dos micronutrientes), porém, o β-caroteno
diminuiu e a zeaxantina aumentou substancialmente, passando
a ser o principal. Estes resultados demonstram que as condições
de cultivo podem ser estabelecidas de tal forma a favorecer a
biossíntese de carotenóides de difícil obtenção, que são
importantes para a saúde humana. Já existem várias fontes
comerciais de β-caroteno, mas são raras as fontes de zeaxantina.
Leveduras isoladas no Brasil de amostras de solo, flores,
folhas e frutos foram também estudadas48. O β-caroteno foi o
carotenóide predominante em Rhodotorula graminis-125,
Rhodotorula glutinis e Sporobolomyces, enquanto que o
toruleno foi o carotenóide principal de Rhodotorula
mucilaginosa. A Rhodotorula glutinis foi a que apresentou
maior concentração de carotenóides.
APLICAÇÃO DOS RESULTADOS
Devido aos nossos estudos pioneiros de avaliação da
diversidade de alimentos brasileiros, mostrando os altos teores
e ampla gama de valiosos carotenóides para a saúde humana, o
Brasil é hoje mundialmente reconhecido por possuir não só uma
vasta fonte de carotenóides como pelo volume de informações
importantes sobre estes compostos.
Os nossos dados sobre os conteúdos de carotenóides
pró-vitamínicos A em alimentos e os efeitos de preparo
doméstico, processamento e estocagem vêm sendo utilizados
em programas e projetos para o combate da deficiência de
vitamina A no Brasil e outros países em desenvolvimento. Está
servindo como base de órgãos ou programas internacionais
como Opportunities for Micronutrient Intervention, Food and
Agriculture Organization of the United Nations, International
Vitamin A Consultative Group, Vitamin A Partnership África e
Harvest plus. Breeding crops for better nutrition.
O banco de dados por nós elaborado tem sido utilizado
para a promoção de maior consumo de alimentos ricos em pró-
vitamina A, inclusive a preservação destes compostos durante
o preparo doméstico, processamento e estocagem. Os métodos
analíticos que temos desenvolvidos são empregados por vários
países para obter dados dos seus próprios alimentos.
Os dados sobre os carotenóides principais de
alimentos, incluindo os não pró-vitamínicos A, estão sendo
utilizados em estudos epidemiológicos que correlacionam o
consumo de carotenóides com a diminuição do risco de
135
Rodriguez-Amaya, D. B. Avanços na pesquisa de carotenóides em alimentos: contribuições de um laboratório brasileiro.
Rev. Inst. Adolfo Lutz, 63(2):129-38, 2004
doenças degenerativas como câncer, doenças
cardiovasculares, catarata e degeneração macular. Estes
dados estão sendo também utilizados por produtores
brasileiros (como os produtores de goiaba) na escolha de
variedades mais ricas em carotenóides para produção e
comercialização, e pela indústria de alimentos (como
GOIABRAS) na escolha de matérias primas e no
desenvolvimento de alimentos funcionais (alimentos
promotores e preservadores da boa saúde), que gozam de
grande destaque atualmente. Ainda utilizados timidamente,
estes dados podem ser eficazmente empregados como
“marketing” para frutas e verduras brasileiras, que têm
composição excepcional, tanto quali como quantitativamente,
no mercado doméstico e internacional.
Os nossos resultados sobre as taxas de degradação de
carotenóides e os fatores que influenciam a degradação são
usados por várias indústrias alimentícias na tomada de medidas
para efetiva retenção destes compostos durante processamento
e estocagem de alimentos, evitando a perda da cor (um problema
sério que diminui a aceitabilidade dos produtos pelos
consumidores) e das atividades biológicas benéficas dos
carotenóides.
Em suma, o impacto da nossa contribuição se estende
ao campo do agribusiness, à saúde, tanto direta como
indiretamente, e à educação do cidadão quanto consumidor de
alimentos.
AGRADECIMENTOS
A autora agradece CNPq, FINEP, FAPESP e CAPES pelos
financiamentos e bolsas. Este artigo foi escrito como parte das
atividades do projeto PRONEX/CNPq no 662307/1996-8.
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