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Publicação
Studies with galacto-oligosaccharides and lactic acid bacteria for the valorization of food by-products
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Food wastes and by-products’ generation raises humanitarian, economic and
environmental concerns. The UN’s 12th Sustainable Development Goal promotes waste
reduction and co-products’ valorisation along the food production chain. Prebiotic sugars
galacto-oligosaccharides (GOS) resist digestion in the upper gastrointestinal tract, being
metabolized by beneficial gut bacteria, supporting their proliferation, and promoting
consumers’ health. GOS show cryoprotective potential towards lactic acid bacteria during
freezing, freeze-drying, and storage, by replacing water molecules and forming a glass
like structure around the bacteria, preventing cell damage. α-GOS can be obtained from
natural sources and β-GOS by enzymatic synthesis from lactose. Removal of glucose
formed during the synthesis increases the mixture’s health benefits. For the valorisation
of food by-products, α-GOS from chickpeas’ and lentils’ cooking wastewaters were used
for growing and the stabilization of two food-grade Lactiplantibacillus plantarum strains,
and β-GOS were produced by two β-galactosidases immobilized in halloysite nanotubes
and purified by fermentation with surplus yeast from the Madeiran brewing industry.
Chickpeas’ yielded the most α-GOS, while lentils’ water contained more GOS of
higher degree of polymerization and fewer simple sugars. L. plantarum CIDCA 83114
grew in cooking water-containing media, similarly to the standard microbiological media
that uses glucose as carbon source. After freezing, freeze-drying, and storage for 3 weeks
at 37 °C, GOS wastewaters were the most successful cryoprotectants towards L.
plantarum WCFS1 strain, outperforming reference materials (sucrose and fructo
oligosaccharides). After the enzymatic synthesis and purification by fermentation in a
repeated batch operation, both mixtures’ final composition consisted in 41 % β-GOS,
with unreacted lactose and galactose present, but only 1 % glucose.
Food industry’s by-products are valuable sources of bioactive compounds and
materials. Legumes’ cooking waters support the growth and protection of food-grade
bacteria, while surplus yeast can be used in β-GOS’ purification. These added-value
products can circle back to the food industry, tackling waste management and
environmental concerns, while improving consumers’ health by the production of
prebiotics, and probiotics with increased shelf-life.
O 12.º Objetivo de Desenvolvimento Sustentável da ONU promove a redução do desperdício e a valorização de sub-produtos na cadeia de produção, prevenindo problemas humanitários, ambientais e económicos. Os açúcares prebióticos galacto-oligossacáridos (GOS) resistem à digestão, sendo metabolizados por bactérias intestinais benéficas, promovendo a sua proliferação, contribuindo para a saúde do consumidor. Os GOS podem ser crioprotetores de bactérias lácticas durante o congelamento, liofilização e armazenamento, substituindo moléculas de água e envolvendo as bactérias numa estrutura protetora. Pode obter-se α-GOS de fontes naturais, enquanto β-GOS são produzidos por síntese enzimática a partir da lactose. Remoção da glucose formada aumenta os benefícios para a saúde. Para a valorização de sub-produtos alimentares, águas de cozedura de grão-de-bico e de lentilhas contendo α-GOS foram usadas para crescimento e estabilização de estirpes alimentares de Lactiplantibacillus plantarum, e foram produzidos β-GOS por β-galactosidases imobilizadas em nanotubos de haloisita que foram purificados por fermentação com excedente de levedura da indústria cervejeira. O grão-de-bico libertou mais α-GOS, já as lentilhas possuíam α-GOS de maior grau de polimerização e menos monossacáridos. A L. plantarum CIDCA 83114 cresceu com as águas de cozedura de forma semelhante ao meio de referência com glucose como fonte de carbono. Após congelamento, liofilização e armazenamento por 3 semanas a 37 °C, estas misturas foram os melhores crioprotetores da L. plantarum WCFS1, destacando se dos materiais de referência (sacarose e fruto-oligossacáridos). Após a síntese enzimática e purificação num processo repetido, ambas as misturas finais consistiam em 41 % β-GOS, lactose por consumir e galactose, contudo com apenas 1 % de glucose. Sub-produtos alimentares são valiosas fontes de compostos e materiais bioativos. As águas de cozedura de leguminosas promovem o crescimento e conferem proteção a bactérias da indústria alimentar, enquanto que o excedente de levedura pode ser usado na purificação de β-GOS. Estes produtos de valor acrescentado podem reinserir-se na indústria alimentar, respondendo a questões de gestão de resíduos e ambientais, ao mesmo tempo que é feita uma aposta na saúde do consumidor, pela produção de prebióticos e probióticos com tempo de vida útil acrescido.
O 12.º Objetivo de Desenvolvimento Sustentável da ONU promove a redução do desperdício e a valorização de sub-produtos na cadeia de produção, prevenindo problemas humanitários, ambientais e económicos. Os açúcares prebióticos galacto-oligossacáridos (GOS) resistem à digestão, sendo metabolizados por bactérias intestinais benéficas, promovendo a sua proliferação, contribuindo para a saúde do consumidor. Os GOS podem ser crioprotetores de bactérias lácticas durante o congelamento, liofilização e armazenamento, substituindo moléculas de água e envolvendo as bactérias numa estrutura protetora. Pode obter-se α-GOS de fontes naturais, enquanto β-GOS são produzidos por síntese enzimática a partir da lactose. Remoção da glucose formada aumenta os benefícios para a saúde. Para a valorização de sub-produtos alimentares, águas de cozedura de grão-de-bico e de lentilhas contendo α-GOS foram usadas para crescimento e estabilização de estirpes alimentares de Lactiplantibacillus plantarum, e foram produzidos β-GOS por β-galactosidases imobilizadas em nanotubos de haloisita que foram purificados por fermentação com excedente de levedura da indústria cervejeira. O grão-de-bico libertou mais α-GOS, já as lentilhas possuíam α-GOS de maior grau de polimerização e menos monossacáridos. A L. plantarum CIDCA 83114 cresceu com as águas de cozedura de forma semelhante ao meio de referência com glucose como fonte de carbono. Após congelamento, liofilização e armazenamento por 3 semanas a 37 °C, estas misturas foram os melhores crioprotetores da L. plantarum WCFS1, destacando se dos materiais de referência (sacarose e fruto-oligossacáridos). Após a síntese enzimática e purificação num processo repetido, ambas as misturas finais consistiam em 41 % β-GOS, lactose por consumir e galactose, contudo com apenas 1 % de glucose. Sub-produtos alimentares são valiosas fontes de compostos e materiais bioativos. As águas de cozedura de leguminosas promovem o crescimento e conferem proteção a bactérias da indústria alimentar, enquanto que o excedente de levedura pode ser usado na purificação de β-GOS. Estes produtos de valor acrescentado podem reinserir-se na indústria alimentar, respondendo a questões de gestão de resíduos e ambientais, ao mesmo tempo que é feita uma aposta na saúde do consumidor, pela produção de prebióticos e probióticos com tempo de vida útil acrescido.
Descrição
Palavras-chave
Fermentation High-performance liquid chromatography with refractive index Detection Lactiplantibacillus plantarum Saccharomyces cerevisiae Yeast Cromatografia líquida de alta precisão com deteção por índice de refração Fermentação Levedura Chemistry . Faculdade de Ciências Exatas e da Engenharia