Características funcionais, antimicrobianas e aplicação das águas sobrenadantes da fermentação do amido de mandioca

Abstract

O amido de mandioca fermentado e seco ao sol, no Brasil, é conhecido como polvilho azedo e é um produto típico da América do Sul. Durante o processo de fermentação, tanques preenchidos com amido de mandioca ficam submersos por uma lâmina de água (aproximadamente 20 cm), onde ocorrem inúmeras reações químicas, impulsionadas pela presença de vários micro-organismos, principalmente bactérias ácido-láticas e leveduras. Durante este processo, há a formação de diversos compostos como: ácidos orgânicos de cadeia curta, aromáticos, vitaminas, peptídeos, entre outros. Porém, ao final do processo, esta água é considerada um resíduo com elevada carga orgânica, sendo geralmente descartado no ambiente, o que vai de encontro aos preceitos das tecnologias limpas. Neste contexto, este estudo objetivou encontrar alternativas para agregar valor à cadeia produtiva do polvilho azedo, buscando informações a respeito das águas sobrenadantes da fermentação do amido de mandioca (ASFAM) quanto ao potencial antimicrobiano. Para isso, dividiu-se o estudo em quatro etapas. No primeiro momento, a ASFAM foi caracterizada quanto aos ácidos orgânicos presentes (ácidos lático, acético, propiônico, butírico), relacionando-os com a atividade antibacterina sobre as cepas de S. aureus e E. coli, utilizando os padrões dos ácidos orgânicos para comparação. Na segunda etapa, ASFAMs de três fontes diferentes foram caracterizadas quanto ao perfil de ácidos orgânicos e quanto à atividade antifúngica sobre cepas de B. cinerea, M. fructicola e C. gloeosporioides, utilizando padrões dos ácidos encontrados na amostra para comparação. Na terceira etapa, realizou-se a concentração de três ASFAMs por spray drying, utilizando como encapsulante duas maltodextrinas com DEs 5 e 15 e comparou-se a morfologia das micropartículas obtidas com as micropartículas envolvidas no processo de fermentação e com as partículas de maltodextrinas que lhes deram origem. Na quarta e última etapa, três ASFAMs foram concentradas por spray drying, utilizando três maltodextrinas (DEs 5, 15 e 20), sendo as micropartículas obtidas, avaliadas quanto à morfologia e quanto às propriedades antimicrobianas sobre o fungo C. gloeosporioides. Observou-se que os testes antibacterianos realizados com a ASFAM resultaram na redução do crescimento bacteriano, não sendo possível a visualização de colônias de E. coli após 1,5 h e de S. aureus após 24 h de incubação, em teste de crescimento em caldo nutriente. Quando comparada com a ação dos ácidos orgânicos, de forma isolada, a ASFAM teve um efeito mais rápido e eficaz sobre E. coli, enquanto que, para o S. aureus,verificou-se que a ação antimicrobiana é dependente do tempo de contato. Nos testes antimicrobianos realizados sobre os fungos, observou-se que as três ASFAMs tiveram efeito significativo sobre os três fungos, sobretudo na análise de germinação conidial, podendo-se atribuir a alguns ácidos esta ação, visto que os ácidos acético, propiônico e butírico, assim como o mix de ácidos, também obteve efeito significativo na redução da germinação dos três fungos testados. No entanto, quando se analisou os resultados de crescimento micelial, concluiu-se que as ASFAMs têm um efeito mais amplo e eficaz, quando comparadas aos padrões dos ácidos. Analisando a estrutura das micropartículas, observou-se uma tendência à formação de uma rede regular envolvendo as partículas de maltodextrinas com características diferentes dos grânulos de amido de mandioca nativos ou fermentados e secos ao sol e das partículas de maltodextrinas, mostrando-se como um novo material que deve ser considerado em aplicações como biofilmes ativos, por exemplo. Avaliando o potencial antifúngico das micropartículas sobre o C. gloeosporioides, verificou-se que a ação da micropartícula é dependente da origem da ASFAM e, neste estudo, somente os sólidos obtidos da ASFAM 1, reduziram a germinação conidial. Tanto na análise de crescimento micelial como na análise de germinação conidial, houve diminuição na eficácia das micropartículas, quando comparadas às ASFAMs. Os resultados deste estudo indicam para a possibilidade da utilização destes compostos naturais como alternativas para o controle da deterioração bacteriana e fúngica. Outros trabalhos podem ser desenvolvidos para aperfeiçoar as técnicas de obtenção dos sólidos, focando principalmente na cinética de liberação dos ácidos orgânicos.<br>

Abstract : Sundried fermented cassava starch is known as sour cassava starch in Brazil and it is a typical product of South America. During the fermentation process, tanks filled with cassava starch are kept submersed by a water blade (approximately 20 cm), where numberless of chemical reactions take place, boosted by the presence of various microorganisms, mainly lactic acid bacteria and yeast. During this process, the formation of several compounds such as: short chain organic acids, aromatics, vitamins, peptides, among others take place. However, in the end of the process, this water is considered a waste with elevated organic load, being usually discarded in the environment, which contradicts the precepts of clean technologies. In this context, this study aimed at finding alternatives to add value to the production chain of sour cassava starch, searching for information about the supernatant waters of the fermentation of cassava starch (ASFAM) in relation to antimicrobial potential. This study was divided into four stages. At first, the ASFAM was characterized in terms of organic acids (lactic acid, acetic, propionic, butyric), relating them with the antibacterial activity on strains of S. aureus and E. coli,using the patterns of organic acids for comparison. In the second stage, ASFAMs from three different sources were characterized in terms of profile of organic acids and in relation to antifungal activity on the strains of B. cinerea, M. fructicolaand and C. gloeosporioides, using patterns of acids found in the sample for comparison. In the third stage, it was carried out the concentration of three ASFAMs by spray drying, using as encapsulant two maltodextrines with DEs 5 and 15 and it was compared the morphology of microparticles obtained with the microparticles involved in the process of fermentation and with the particles of maltodextrines, which were originated. In the fourth and last stage, three ASFAMs were concentrated by spray drying, using three maltodextrines (DEs 5, 15 and 20), being the microparticles obtained, evaluated in terms of morphology and in relation to antimicrobial properties on the Fungus C. gloeosporioides.It was observed that the antibacterial tests carried out with the ASFAM resulted in the reduction of bacterial growth, not being possible the visualization of colonies of E. coli after 1,5 h and S. aureus after 24 h of incubation, in the nutrient stock test. When compared with the action of organic acids, singly, the ASFAM had a faster and more efficient effect on E. coli, on the other hand, it was verifiedfor theS. aureus, that the antimicrobial action is dependent on the contact time. In the antimicrobial test carried out on the fungi was observed that the three ASFAMs had significant effect on the three fungi, mainly in the germination analysis, being possible to attribute this action to some acids, since the acetic, propionic and butyric acids, as well as, with the mix acids, also had significant effect in the reduction of germination of three fungi tested. However, when the results of mycelial growth were analyzed, it was concluded that the ASFAMs have a wider and efficient effect, when compared to patterns of acids. Analyzing the microstructure of microparticles, it was observed a tendency for a formation of a regular net involving the particles of maltodextrines with different characteristics of granules of native or fermented cassava starch and dried under the sun and the particularities of maltodextrines, showing itself as a new material that must be considered in applications with active biofilms, for example. Evaluating the potential of antifungal of microparticles on C. gloeosporioides. It was verified that the action of microparticles is dependent of the origin of ASFAM and, in this study, only solids obtained from ASFAM 1, reduced the conidial germination. It was observed that in the analysis of mycelial growth as in the analysis of conidial germination, there was a decreasing in the efficiency of microparticles, when compared to ASFAMs. The results of this study indicate for the possibility of using these natural compounds as alternatives to agrochemical for bacterial and fungi control. Other studies can be developed for improving the techniques of solid obtaining, focused mainly in the kinetics of liberation of organic acids.