Tenebrio molitor-based edible lipids: alternative extraction methods and evaluation of their biological properties

Abstract

O inseto comestível Tenebrio molitor é uma promissora fonte alternativa de compostos bioativos. Sua composição nutricional inclui moléculas de alto valor agregado, principalmente proteínas e lipídios. Os lipídios do T. molitor são compostos majoritariamente por ácidos graxos saturados, poli-insaturados e monoinsaturados. Nesse sentido, o Capítulo 2 apresenta um artigo de revisão abordando o T. molitor como uma fonte promissora de compostos de interesse tecnológico, aplicada ao conceito de biorrefinaria No Capítulo 3 foram investigados métodos de extração ambientalmente favoráveis de lipídios a partir do T. molitor, a citar: fluido supercrítico (SC), banho de ultrassom (BU) e ponteira de ultrassom (PU); e comparados ao Soxhlet (SOX) (método controle). Esses métodos foram avaliados em diferentes solventes (hexano, éter de petróleo e etanol), tempos (5 min, 10 min, 15 min, 30 min, 74 min e 6 h) e temperaturas (temperatura ambiente, 45 °C e 70 °C). Os resultados foram promissores, visto que as extrações alternativas apresentaram rendimentos próximos aos valores obtidos pela extração com solvente orgânico (SOX). Além disso, os métodos de extração alternativos apresentaram maior produtividade (extração/tempo) em temperaturas mais amenas, como o método PU realizado em temperatura ambiente. De modo geral, os métodos alternativos de extração não afetaram as características fundamentais dos lipídios, tais como a composição. Assim, os ácidos majoritários foram os ácidos graxos oleico, linoleico e palmítico, respectivamente, caracterizados por GC-MS. Para avaliar a qualidade lipídica, foi realizada a determinação de ácidos graxos livres (AGL). Os lipídios de T. molitor extraídos por métodos alternativos apresentaram valores próximos aos obtidos pelo método convencional de SOX utilizando hexano como solvente. Portanto, os métodos de extração não interferiram na qualidade lipídica de ácidos graxos livres. A estabilidade oxidativa dos lipídios obtidos foi analisada, e a análise dos dados indicou que os lipídios extraídos apresentaram um tempo de indução (SC = 1,23 h, PU = 0,60 h, BU (hexano) = 0,27 h e BU (etanol) = 0,23 h) inferior ao SOX (1,64 h), porém, há significativa vantagem, em termo de qualidade e aplicação do lipídio obtido por meio dos métodos de extração alternativos. Foi avaliada a bioatividade dos lipídios extraídos através da análise da atividade antioxidante (DPPH e ABTS). Todos os óleos exibiram atividade antioxidante, os métodos de extração BU (DPPH = 3,56 µmol/g, ABTS = 3,86 µmol/g) e PU (DPPH = 2,07 µmol/g, ABTS = 3,32 µmol/g) demostraram uma atividade superior em relação ao método SOX (DPPH = 1,49 µmol/g, ABTS = 2,23 µmol/g e o método SC (DPPH = 0,17 µmol/g, ABTS = 0,28 µmol/g) menores valores em relação aos outros métodos. A atividade biológica dos óleos extraídos foi mensurada pelo ensaio de citotoxicidade e atividades anticancerígenas. Os óleos testados não apresentaram citotoxicidade nas células L929, as células permaneceram com atividade metabólica acima de 90% para ambos os métodos de extração com concentrações entre 10 e 1000 µg/mL. O óleo do método SOX induziu uma maior redução da viabilidade celular das células A549 e GL. O óleo do método SC também apresentou uma atividade anticancerígena, mas com uma menor redução quando comparado ao SOX. Outro ponto importante avaliado a partir dessas extrações foi a qualidade das proteínas recuperadas, medida através da solubilidade. Os métodos alternativos alteraram minimamente a estrutura proteica de T. molitor, em todos os métodos de extração as proteínas apresentaram aumento da solubilidade em pH alcalino, dados semelhantes ao comportamento do método controle SOX. Além disso, a temperatura de desnaturação da proteína foi determinada por DSC. Os métodos alternativos atingiram temperaturas de desnaturação inferiores (SC= 43,17 °C, BU=52,96 °C, PU = 59,19 °C) às temperaturas a partir da extração por SOX (66,86 °C). Portanto, lipídios bioativos do T. molitor podem ser obtidos por métodos de extração alternativos, sem interferência na qualidade da farinha desengordurada, principalmente das proteínas, contribuindo, desta forma, para a cadeia produtiva de insetos comestíveis.

Abstract: The edible insect Tenebrio molitor is a promising alternative source of bioactive compounds. Its nutritional composition includes molecules with high added value, mainly proteins and lipids. T. molitor lipids are mainly composed of saturated, polyunsaturated, and monounsaturated fatty acids. In this sense, Chapter 2 presents a review article addressing T. molitor as a promising source of compounds of technological interest, applied to the concept of biorefinery. In Chapter 3, environmentally favorable extraction methods of lipids from T. molitor were investigated: supercritical fluid (SC), ultrasound bath (BU) and ultrasound probe (PU); and compared to Soxhlet (SOX) (control method). These methods were evaluated in different solvents (hexane, petroleum ether and ethanol), times (5 min, 10 min, 15 min, 30 min, 74 min and 6 h) and temperatures (room temperature, 45 °C and 70 °C). The results were promising, since alternative extractions presented yields close to the values obtained by extraction with organic solvent (SOX). Furthermore, alternative extraction methods showed higher productivity (extraction/time) at milder temperatures, such as the PU method carried out at room temperature. In general, alternative extraction methods did not affect the fundamental characteristics of the lipids, such as composition. Thus, the majority acids were oleic, linoleic, and palmitic fatty acids, respectively, characterized by GC-MS. To evaluate lipid quality, free fatty acids (FFA) were determined. T. molitor lipids extracted by alternative methods presented values close to those obtained by the conventional SOX method using hexane as solvent. Therefore, the extraction methods did not interfere with the lipid quality of free fatty acids. The oxidative stability of the obtained lipids was analyzed, and data analysis indicated that the extracted lipids presented an induction time (SC = 1.23 h, PU = 0.60 h, BU (hexane) = 0.27 h and BU (ethanol) = 0.23 h) lower than SOX (1.64 h), however, there is a significant advantage, in terms of quality and application of the lipid obtained through alternative extraction methods. The bioactivity of the extracted lipids was evaluated through the analysis of antioxidant activity (DPPH and ABTS). All oils exhibited antioxidant activity, the BU (DPPH = 3.56 µmol/g, ABTS = 3.86 µmol/g) and PU (DPPH = 2.07 µmol/g, ABTS = 3.32 µmol/g) extraction methods demonstrated superior activity compared to the SOX method (DPPH = 1.49 µmol/g, ABTS = 2.23 µmol/g) and the SC method (DPPH = 0.17 µmol/g, ABTS = 0.28 µmol/g) lower values compared to other methods. The biological activity of the extracted oils was measured by cytotoxicity assay and anticancer activities. The tested oils did not show cytotoxicity in L929 cells, the cells remained with metabolic activity above 90% for both extraction methods with concentrations between 10 and 1000 µg/mL. SOX method oil induced a greater reduction in cell viability of A549 and GL cells. The oil from the SC method also showed anticancer activity, but with a smaller reduction when compared to SOX. Another important point assessed from these extractions was the quality of the recovered proteins, measured through solubility. The alternative methods minimally altered the protein structure of T. molitor, in all extraction methods the proteins showed increased solubility in alkaline pH, data similar to the behavior of the SOX control method. Furthermore, the protein denaturation temperature was determined by DSC. Alternative methods achieved lower denaturation temperatures (SC= 43.17 °C, BU=52.96 °C, PU = 59.19 °C) than the temperatures from SOX extraction (66.86 °C). Therefore, bioactive lipids from T. molitor can be obtained by alternative extraction methods, without interfering with the quality of the defatted meal, especially proteins, thus contributing to the production chain of edible insects.