Utilização de matrizes lácteas em bioprocessos

O bioprocesso utiliza microrganismos, células ou enzimas para a obtenção de produtos empregados em diversos segmentos industriais. Pode-se obter biomassa microbiana, produtos metabólicos ou modificação de uma substância de interesse (Malajovich, 2016).

A produção de metabólitos microbianos para aplicação industrial ocorre em várias etapas: a escolha do agente biológico adequado, a conversão do meio de cultivo e a posterior separação e purificação do produto final (Monteiro; Silva, 2009; Silva, 2017). Vários produtos de importância econômica para a indústria de alimentos são produzidos por processos biotecnológicos, como: ácidos orgânicos, enzimas, aromas, pigmentos, peptídeos bioativos, biopolímeros, entre outros (Woiciechowski et al., 2013; Ahmad et al., 2019).

O desenvolvimento de novas tecnologias para o bioprocesso tornou-se uma importante estratégia para a obtenção de produtos de interesse industrial. Contudo, sua aplicação pode ser limitada pelo alto custo dos substratos que devem atender às necessidades nutricionais dos agentes biológicos, por isso, algumas fontes alternativas têm sido estudadas visando também o aproveitamento de produtos agroindustriais. 

A utilização de substratos alternativos representa uma diminuição do custo nos processos biotecnológicos, além de contribuir para a redução do impacto ambiental, ocasionado pelo descarte inadequado (Nery et al., 2008; Menezes et al., 2012; Silva, 2017).

A indústria de alimentos é responsável pela formação de um grande volume de resíduos, subprodutos e coprodutos, especialmente na produção de derivados lácteos, que podem gerar considerável impacto ambiental, se manejados incorretamente, pois concentram grandes quantidades de matéria orgânica (Soares et al., 2019).

De acordo com a Agenda 2030 para o desenvolvimento sustentável intermediado pela ONU - Organização das Nações Unidas e países integrantes, firmou-se um compromisso por meio dos Objetivos para o Desenvolvimento Sustentável (ODS).

Dentre os objetivos pretende-se reduzir em cinquenta por cento o desperdício de alimentos, minimizar as perdas ao longo da cadeia produtiva e diminuir a geração de resíduos produzidos por meio de mecanismos que possibilitem a prevenção, a reciclagem e o reuso dos gêneros oriundos deste setor (ONU, 2015).

Cabe destacar que existe no setor lácteo espaço para atuações contundentes no que diz respeito às contribuições para a implementação dos ODS, pois o segmento demanda diferentes atividades cujo conceito de sustentabilidade pode e deve ser colocado em prática (Diniz, 2021).

 A indústria de laticínios é uma excelente fonte de meios alternativos para utilização em bioprocessos, principalmente devido ao expressivo volume de leite processado e aos resíduos, subprodutos e coprodutos gerados.

Dentre as matrizes lácteas que podem ser utilizadas, destacam-se o soro de leite, obtido por meio da coagulação do leite, oriundo da fabricação de queijos, e os permeados de leite ou de soro, obtidos em processos de separação por membranas (Fernández-Gutiérrez et al., 2017).

O volume médio de soro de leite gerado na produção de queijos é de 9 litros para cada kg produzido. O soro de leite é composto por água, lactose, proteínas, gorduras, vitaminas e minerais (Gupta; Prakash, 2017).

No processo de separação por membranas, o leite ou soro de leite são submetidos a um sistema que permitirá o fracionamento dos compostos onde os componentes maiores ficam retidos (retentado) e os componentes menores atravessam as membranas com tamanhos de poros definidos (permeado). Os permeados de leite e de soro de leite, obtidos por meio de processos de ultrafiltração com membranas, são produtos com alta concentração de lactose (Zacarchenco et al., 2012).                           

A tecnologia de separação por membranas permitiu um grande avanço no aproveitamento dos componentes do leite e na diversificação de produtos lácteos, principalmente de soroproteínas que antes seriam descartadas. Entretanto, a utilização dos permeados de leite e de soro de leite ainda constitui um grande desafio para indústria de laticínios.

A lactose presente nesses permeados é o principal componente poluidor, mas que pode ser utilizado em produtos alimentícios e como nutriente para microrganismos em processos biotecnológicos para a produção de componentes de interesse comercial. Nos permeados também são encontrados nutrientes como fósforo, potássio, cálcio e nitrogênio, importantes para o crescimento microbiano (Zacarchenco et al., 2012).

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As matrizes lácteas são indicadas como fontes promissoras para o desenvolvimento de diversos compostos, com diferentes funções e aplicações tanto na indústria de alimentos, como em outros segmentos industriais. 

Essas matrizes desempenham funções estratégicas sendo matéria-prima para geração de energia, produção de bioplásticos, insumos farmacêuticos e alimentícios, ácido lático, biopolímeros microbianos, galactooligossacarídeos (GOS) e outros bioprodutos (Lisboa, 2008; Fernández-Gutiérrez et al., 2017; Habibi; Khosravi-Darani, 2017; Menchik et al., 2019).

A tabela a seguir demostra alguns exemplos de bioprodutos obtidos a partir de matrizes lácteas, bem como os microrganismos utilizados no bioprocesso.

Tabela 1. Exemplos de microrganismos e produtos produzidos a partir de soro de leite, permeado e outras matrizes lácteas.

A utilização de microrganismos para a obtenção de bioprodutos é uma importante ferramenta tecnológica de interesse de vários setores industriais. Dessa forma, o emprego de matrizes obtidas do processamento da indústria láctea representa uma alternativa econômica e sustentável para os bioprocessos.

Referências

Ahmad, T. et al. Treatment and utilization of dairy industrial waste: A review. Trends in Food Science & Technology, v. 88, p. 361-372, 2019.

Diniz, F. H. Objetivos de desenvolvimento sustentável: oportunidades para as empresas lácteas. Embrapa Gado de Leite - Artigo de divulgação na mídia (INFOTECA-E), 2021.

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Fernández-Gutiérrez, D. et al. Biovalorization of saccharides derived from industrial wastes such as whey: a review. Reviews in Environmental Science and Bio/technology, v. 16, n. 1, p. 147-174, 2017.

Gupta, C.; Prakash, D. Therapeutic potential of milk whey. Beverages, v. 3, n. 3, p. 31, 2017.

Habibi, H.; Khosravi-Darani, K. Effective variables on production and structure of xanthan gum and its food applications: A review. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, v. 10, p. 130-140, 2017.

Lisboa, C. R. Síntese enzimática de galacto-oligossacarídeos a partir de lactose e soro de leite. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Alimentos). Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, 2008.

Monteiro, V.N., Silva, R. D. N. Aplicações industriais da biotecnologia enzimática. Revista Processos Químicos, v. 3, n. 5; p. 9-23, 2009.

Malajovich, M. A. Biotecnologia. Segunda Edição, Rio de Janeiro: Biotecnologia: ensino e divulgação, 2016, 312p.

Menchik, P. et al. Composition of coproduct streams from dairy processing: Acid whey and milk permeate. Journal of Dairy Science, 2019.

Menezes, J. D. S. et al. Produção biotecnológica de goma xantana em alguns resíduos agroindustriais, caracterização e aplicações. Revista Eletrônica em Gestão, Educação e Tecnologia Ambiental, v. 8, n. 8, p. 1761-1776, 2012.

Nações Unidas. Transformando Nosso Mundo: a agenda 2030 para o desenvolvimento sustentável. 2015. Disponível em: https://brasil.un.org/pt-br/sdgs. Acesso em: 6 mar. 2021.

Nery, T.B.R. et al. Biossíntese de goma xantana a partir da fermentação de soro de leite: rendimento e viscosidade. Química Nova, São Paulo, v. 31, n. 8, 2008.

Pescuma, M. et al.  "Whey-derived valuable products obtained by microbial fermentation." Applied Microbiology and Biotechnology, p.6183-6196, 2015

Ryan, M.P., Walsh, G. The biotechnological potential of whey. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, p. 479–498, 2016.

Silva, L. C. C. Utilização do soro de leite em bioprocesso para a produção de goma xantana. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia de Leite e Derivados), Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora, 2017.

Soares, B.C.V et al. Tratamento de efluentes na indústria de laticínios.  Revista Indústria de Laticínios, São Paulo, n. 136, p. 82-86, 2019.

Zacarchenco, P. B. et al. Permeado de soro: aplicações que agregam valor aos coprodutos do leite. Anuário Leite e Derivados, n. 131, p. 48-55, 2012.

Woiciechowski, A. L. et al. Emprego de Resíduos Agroindustriais em Bioprocessos Alimentares. In: Pastore, G. M. Biotecnologia de Alimentos. Atheneu, p. 143-172, 2013

Yadav, J. S. S. et al.  Cheese whey: A potential resource to transform into bioprotein, functional/nutritional proteins and bioactive peptides, Biotechnology Advances, p.756-774, 2015

*Fonte da foto do artigo: Freepik