BR102020013917A2 - processo de produção de concentrado de minerais quelatados com aminoácidos e/ou proteínas da soja e tal produto - Google Patents
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Abstract
PROCESSO DE PRODUÇÃO DE CONCENTRADO DE MINERAIS QUELATADOS COM AMINOÁCIDOS E/OU PROTEÍNAS DA SOJA E TAL PRODUTO Esta invenção refere-se a processo de obtenção de concentrados de minerais quelatados com aminoácidos ou pequenos peptídeos que compreendem o aminograma da soja, sendo que a mistura reacional é formada pela diluição da fonte de aminoácidos naturais da soja que pode sofrer aditivação de aminoácidos sintéticos da soja, com água numa proporção variando de 1:4-7 de massa de aminoácidos por volume de água, o meio físico reacional é transformado em emulsão através de micro cisalhamento com rotação de 2.500 a 5.000 rpm, e o balanço estequiométrico é de excesso de íons metálicos em relação ao de íons ligantes aminoácidos de soja, numa proporção molar que varia entre 1:1,2-1,8 entre os íons metálicos bivalentes e os íons de aminoácidos, respectivamente. Os concentrados de minerais quelatados com aminoácidos do aminograma da soja, com concentrações superiores as existentes na atualidade, apresentam aplicação industrial como suplementos alimentares, ou em rações para nutrição animal.
Description
[001] A presente invenção refere-se a minerais quelatados com aminoácidos do aminograma da soja, com concentrações superiores as existentes na atualidade, que apresentam aplicação industrial como suplementos alimentares, ou em rações para nutrição animal.
[002] Há décadas humanos e animais vêm sendo suplementados com minerais nas suas formas inorgânicas, sendo as mais comuns na forma de óxidos, sulfatos e carbonatos. No entanto, estas formas de suplementação estão se tornando cada vez menos eficientes para atender as exigências modernas, enquanto os impactos ambientais por elas provocado são cada vez mais graves. A baixa biodisponibilidade das fontes inorgânicas de minerais é a grande responsável por esta situação.
[003] Na nutrição animal e humana, nem todas as deficiências de minerais podem ser corrigidas com suplementações destes nas suas formas inorgânicas. Por exemplo, deficiências severas de Ferro e Cálcio em humanos exigem aplicações endovenosas destes minerais associados a moléculas orgânicas. E, mesmo assim, os resultados não são plenamente satisfatórios pois, entre uma aplicação e outra, ocorrem significativas variações nas concentrações séricas destes no organismo. Além de que estas aplicações são custosas e demoradas. Na nutrição animal, o aumento do potencial genético dos animais de produção já não pode ser plenamente atingido, apenas com o uso de suplementações de minerais nas suas formas inorgânicas, uma vez que há limites de biodisponibilidade dessas fontes, que não podem ser ultrapassados.
[004] Foi por este motivo que, nas últimas décadas, uma grande variedade de minerais passou a ser associada a moléculas orgânicas, de forma a aumentar cada vez mais a sua biodisponibilidade. No entanto, ainda assim as altas exigências nutricionais de humanos e animais de produção ainda não podem ser plenamente atendidas, pelos minerais orgânicos disponíveis. Se faz necessário produtos ainda mais concentrados e hindicnnnívpic
[005] A definição de minerais orgânicos quelatados e minerais inorgânicos tem origem em compostos de coordenação e sais inorgânicos, respectivamente, na nomenclatura química. Minerais orgânicos quelatados tem origem no íon metálico que foi extraído quimicamente/fisicamente das rochas minerais, em combinação com aminoácidos, que seria sua parte orgânica, através de ligações coordenadas. Os minerais inorgânicos seriam os sais inorgânicos, sendo que o íon metálico e o ânion, ambas espécies inorgânicas, têm a mesma origem por serem extraídos de rochas minerais e estarem combinados por ligações iônicas.
[006] O termo quelatado se refere a um composto de coordenação, ou complexo, que depende das características eletrônicas do íon metálico e do ligante. Segundo a teoria ácido base de Lewis, o íon metálico seria o ácido de Lewis que recebe um par ou pares de elétrons e o ligante a base de Lewis que doa um par ou pares de elétrons. Na estrutura atômica dos ligantes há íons mais eletronegativos que outros, portanto estes são chamados de átomos doadores e geralmente são Oxigênio e Nitrogênio, entre outros elementos não metálicos.
[007] Se a ligação do mineral for com aminoácidos, peptídeos ou proteínas, que tiverem estrutura química com dois ou mais sítios ativos eletrônicos, o mineral é denominado de quelatado. Os quelatados são considerados a forma mais biodisponível dos minerais para suplementação nutricional.
[008] Há duas formas de absorção de minerais nos intestinos. Os minerais ligados a aminoácido ou peptídeo, com cargas elétricas, são metabolizados diretamente pelas células do endotélio intestinal, para posteriormente serem liberados na corrente sanguínea. Trata-se de um processo lento e de capacidade limitada de absorção. Já quelatos eletricamente neutros formados entre minerais e moléculas de n-peptídeos ( n de 2 a 11, sendo que n igual a 2 é dipeptídeo, n igual a 3 é tripeptídeo, n igual a 4 é tetrapeptídeo, n igual a 5 é pentapeptídeo, assim por diante) com até 800 daltons de massa molecular da parte orgânica, inserem nos processos de absorção de proteínas, ou seja, usam os aminoácidos ao qual estão ligados, como proteínas transportadoras direto para a corrente sanguínea. Os peptídeos são absorvidos por sítios especializados de ahcnrrãn do aminnáridnc dn ondntólin intoctinal o rapm dirotamonto na rnrronto sanguínea. É um processo mais rápido e com limites muito mais amplos de capacidade de absorção do que o dos minerais inorgânicos.
[009] Conforme o segmento comercial, quando um mineral quelatado está ligado a apenas uma espécie de aminoácido ele é chamado mono-aminoácido. Caso contrário, é chamado multi-aminoácidos. Geralmente, os multi-aminoácidos são provenientes de hidrólise proteica, em peptídeos menores, embora também possam ser produzidos a partir de uma mistura de amino ácidos sintéticos. Os minerais quelatados multi-aminoácidos mostram-se mais hidrofílicos, quando comparados aos minerais inorgânicos e minerais quelatados com apenas um tipo de aminoácido (mono-aminoácidos). Esta característica faz com que estes minerais quelatados sejam absorvidos de forma semelhante aos peptídeos menores.
[0010] Portanto, a manutenção da estabilidade de um mineral quelatado ante o ataque de ácidos e das enzimas do sistema digestivo é importante, pois ele precisa chegar íntegro ao lúmen intestinal. Ou seja, quanto maior a quantidade de mineral em conjunto com a maior a diversidade dos aminoácidos que atinge o lúmen intestinal, de forma quelatada, mais biodisponível será o mineral.
[0011] Os compostos de coordenação dos metais de transição (Cromo (Cr), Manganês (Mn), Ferro (Fe), Cobalto (Co), Cobre (Cu) e Zinco (Zn)) e dos metais alcalinos terrosos (Cálcio (Ca) e Magnésio (Mg)) podem ser formados a partir de reações químicas que envolvam um ou mais ligantes orgânicos, de aminoácidos com sais de metais de transição ou metais alcalinos terrosos, em solução aquosa com pH, temperatura e pressão controlados. Podendo ser obtido um complexo quelato ou polímero de coordenação. As definições de composto de coordenação quelante e polímero de coordenação seguem as atribuições de JONES (2002) e JANIAK (2003) respectivamente. Compostos de coordenação quelantes são quando átomos doadores de ligantes bidentados, que efetuam ligações coordenadas ao mesmo átomo metálico, o fazem em forma de garra (JONES, 2002). Polímeros de coordenação são compostos que se estendem "infinitamente" em uma, duas ou três dimensões via ligações metal-ligante em ponte com caráter "mais ou menos" covalente. O que significa que a ligação coordenada em ponte é mais fraca do que a linaran rnnrdonada dn miolatn Fctoc nnlímornc f-amhóm cãn rnnhoridnc rnmn rodoc do coordenação metalorgânicas, ou estruturas metalorgânicas, com ligações mais ou menos covalente, entre metal e ligante e também com outras interações (como ligação de Hidrogênio, eletrostática, de van der Waals, π- π stackings).
[0012] Através desses conceitos há os números de coordenação destes complexos formados que podem variar de 2 a 8, tanto no estado sólido como em solução. Significa que o íon metálico pode acomodar ligantes conforme o tamanho da sua esfera de coordenação, que seria o empacotamento entre os íons metálicos coordenados ao ligante. No caso de compostos de coordenação, algumas moléculas de solvente (geralmente água) se coordenam a estrutura do complexo formado.
[0013] Como os minerais que estão ligados a dois ou mais aminoácidos são melhor absorvidos pelos intestinos, os produtores de minerais orgânicos procuram produzir compostos onde seja máxima a proporção de minerais coordenados com moléculas de aminoácidos, deixando assim uma proporção muito pequena do mineral na forma iônica ou insolúvel.
[0014] A proporção estequiométrica na qual se consegue obter as maiores taxas de coordenação metal-ligante orgânico, também conhecida por grau de quelação (GQ), é de 1 mol de mineral divalente : 2 - 2,4 moles de aminoácidos, ou 1 mol de mineral trivalente : 3 - 3,6 moles de aminoácidos. Isso se deve ao fato de que em compostos de coordenação, sendo que os minerais quelatados estão incluídos, é necessário a determinação de uma constante de estabilidade que envolve as estruturas dos complexos em formação, em equilíbrio no solvente, com condições termodinâmicas controladas. Portanto, a reação estequiométrica dos íons metálicos com o ligante, para a formação do quelatado ou/e polímero de coordenação, envolve a formação de várias espécies complexas que serão somadas, dando uma espécie de produto formado final. Deste modo, o produto que é a concentração do quelato formado, através da ligação coordenada íon metálico-ligante, é dividido pelas concentrações dos reagentes íon metálico, multiplicado pela concentração do reagente ligante. A reação ocorre em ambiente aquoso, com pH e temperaturas controladas, surgindo então a constante de estabilidade global, que seria a soma das constantes de estabilidade de todos infprmprliárinc fnrmadnc npln rnmnlwn m iplatadn
[0015] Geralmente, os ligantes aminoácidos têm dois ou mais sítios de coordenação, através de seus átomos doadores, podendo ser chamados de ligantes bidentados e tridentados mas podem também apresentar propriedade eletrônica em ponte. Isto depende das condições de temperatura, pressão, solvente e catalisador que determinarão o produto que será formado.
[0016] A preferência das diversas espécies de aminoácidos varia de mineral para mineral. As ligações dos minerais com as suas respectivas espécies de aminoácidos preferenciais tendem a ser mais fortes e duradouras, do que com as demais espécies. Da mesma forma, a força das ligações entre um mineral e dois ou três espécies de aminoácidos diferentes tende a ser maior, do que com uma única espécie de aminoácido.
[0017] A força da ligação entre os minerais e os aminoácidos é conhecida por constante global de estabilidade (Ks). Os complexos metal-aminoácidos que têm alto coeficiente de estabilidade são os que permanecem mais estáveis durante o processo digestivo, ao longo do trato gastrointestinal, e são os que tem uma maior proporção de estruturas que chegam íntegras ao lúmen intestinal, para serem absorvidas, como proteínas, diretamente para a corrente sanguínea. Portanto, a constante de estabilidade tem alta correlação com a biodisponibilidade. A constante de estabilidade pode inferir alguns conceitos, quando se compara um tipo de mineral quelatado em relação ao outro. Minerais quelatados têm constante de estabilidade maior do que proteinates. E minerais quelatados com mais espécies de aminoácidos têm valores de constante de estabilidade maiores do que minerais quelatados com apenas uma espécie de aminoácido. Essa afirmação leva em conta a estrutura tridimensional do complexo, com configuração estrutural eletrônica mais estável, do ponto de vista termodinâmico, entre as ligações metal-aminoácido e/ou metal peptídeo, do que entre outras interações moleculares.
[0018] Por serem ligados à moléculas orgânicas com peso molecular superior ao seu, os minerais quelatados acabam tendo uma concentração relativamente baixa do mineral, quando comparados ao mineral na forma inorgânica. Esse é um problema do ponto de vista da nutrição, pois a suplementação com minerais quelatados acaba ocupando muito espaço na dieta, quando o desejável seria o oposto. Por exemplo, na nutrição humana, a ci mlpmpntarSn minpral rnctuma a cpr fpita atravpc dp ránciilac P rnmnrimidnc Çp n mineral tem baixa concentração, o tamanho e/ou o número de cápsulas e comprimidos a serem ingeridos diariamente aumenta muito, dificultando a sua ingestão. No caso da nutrição animal, o espaço na ração ocupado por minerais com baixa concentração poderia ser mais bem utilizado com outros nutrientes igualmente necessários, se os minerais quelatados fossem mais concentrados.
[0019] Além da alta concentração, uma alta biodisponibilidade seria outra forma de reduzir as quantidades de minerais a serem suplementados. A biodisponibilidade também depende do grau de quelação, ou seja, da quantidade de íons metálicos ligados a moléculas orgânicas e à estabilidade destas ligações. Ou seja, aumentar a concentração de minerais com a diminuição do grau de quelação não seria uma solução. Por outro lado, os quelatados multi-aminoácidos têm maior biodigestibilidade, por terem maior constante de estabilidade. No entanto, isso é conseguido ao custo de se utilizar diversos aminoácidos diferentes, cujo peso molecular médio acaba sendo maior do que o dos menores aminoácidos, como a glicina.
[0020] Do ponto de vista ambiental, a baixa biodisponibilidade das formas inorgânicas de suplementação pode ser percebida na crescente concentração de minerais nas fezes dos animais de criação, que acabam poluindo os lençóis freáticos em todo o Planeta. Dessa forma, a utilização de minerais quelatados com alta concentração, alto grau de quelação e alta biodisponibilidade, permite um menor consumo de minerais por quilo de peso vivo produzido. E também uma menor quantidade de resíduos minerais nas fezes, o que contribui para uma menor pressão sobre o meio ambiente.
[0021] Patentes Existentes:
[0022] O documento JPS 602153 ensinou a obtenção de hidrolisado proteico de soja com metais alcalinos terrosos como o cálcio. O documento JPH 0678715 ensinou a preparação de composição proteica de leite de soja enriquecida com metais alcalinos terrosos.
[0023] Já se conhece minerais quelatados com aminoácidos específicos, como por exemplo o documento CN 108185143 trata de zinco quelatado com metionina, os documentos CN 10877609 e CN 101747222 ensinam zinco quelatado com glicina.
[0024] O homem da técnica também conhece processos de preparação de minerais 107156856, CN 106418550, CN 106260592, e ainda outros como US 2013 224794, CN 105541650 e CN 105724784.
[0025] A seguir relação das figuras que subsidiam o relatório descritivo e encontram-se em anexo:
[0026] A Figura 1 indica o grau de hidrólise protêica acompanhada ao longo do processo de hidrólise utilizando endoprotease;
[0027] A Figura 2 apresenta Espectros de Infravermelho do produto Zn-Farelo e de seus precursores Sulfato de Zinco e Farelo de soja;
[0028] A Figura 3 apresenta o Espectro Raman do produto Zn-Farelo.
[0029] A presente invenção teve como objetivo desenvolver concetrado de minerais quelatados que deveriam apresentar as seguintes vantagens e resolver os seguintes problemas: - atingirem altas concentrações de minerais; - atingirem alto grau de coordenação ou quelação; - apresentarem alta solubilidade; - apresentarem alta biodisponibilidade, demonstrada pela alta constante global de estabilidade (Ks), entre as ligações dos aminoácidos e os íons metálicos; - por apresentarem maior concentração de minerais, liberarem espaço nas formulações de rações e suplementações nutricionais para outros tipos de componentes necessários; - apresentarem maior taxa de absorção, para que os excrementos de quem os consumir contenham menor concentração minerais, de forma a poluir menos os rios e lençóis freáticos; - apresentarem baixo custo de produção para permitir a disseminação do seu uso.
[0030] Foram desenvolvidos minerais quelatados com estrutura cristalográfica modificada, de forma a permitir concentrações de minerais ineditamente elevadas, sem reduzir as taxas de quelação. A base de aminoácidos utilizados na quelação manteve a proporção do aminnnrama da cnia F a miidanra da pctriitnra rrictalnnráfira nndp car rnmnrnvada nplac mudanças nas constantes de estabilidade (Ks), quando comparadas aos minerais atualmente quelatados com soja.
[0031] Isto foi obtido através de um processo de obtenção de concentrado de minerais quelatados com aminoácidos ou pequenos peptídeos que compreendem o aminograma da soja, sendo que a mistura reacional é formada pela diluição da fonte de aminoácidos naturais da soja que pode sofrer aditivação de aminoácidos sintéticos da soja com água, numa proporção variando de 1:4-7 de massa de aminoácidos por volume de água, o meio físico reacional é transformado em emulsão através de micro cisalhamento com rotação de 2.500 a 5.000 rpm, e o balanço estequiométrico é de excesso de íons metálicos em relação ao íons ligantes aminoácidos de soja, numa proporção molar que varia entre 1:1,2-1,8 entre os íons metálicos divalentes e os íons de aminoácidos, respectiva mente.
[0032] A melhor compreensão de como as estruturas cristalográficas das ligações coordenadas entre os aminoácidos e os íons metálicos se modificavam, conforme se variava as concentrações dos reagentes identificando o importante papel desempenhado pelos aminoácidos que atuam como coordenantes ou ligantes preferenciais de cada tipo de íon metálico, permitiu modificar o clássico balanço estequiométrico de 1 mol de íons metálicos divalentes para 2-2,4 mols de aminoácidos, ou seja, de excesso em mol do ligante aminoácido para o excesso em mol do íon metálico. Com isso, foi possível trabalhar com proporções mais próximas de 1 mol de íons metálicos para 1,2 - 1,8 moles de aminoácidos, sem diminuir significativamente o grau de coordenação entre metais e ligantes. Isso permitiu obter quelatados com maiores concentrações de minerais e, mesmo assim, manter graus de quelação tão altos quanto os do estado da técnica.
[0033] No processo de obtenção dos concentrados, segundo a invenção, observou-se que em condições de emulsão, com alta diluição, menor rotação dos agitadores e excess de ligantes metálicos em relação a ligantes aminoácidos, mudavam-se as estruturas cristalográficas das ligações entre os aminoácidos e os íons metálicos, assim como mudavam-se os papéis desempenhados pelos ligantes preferenciais. Essas mudanças puderam ser observadas nas significativas mudanças das constantes de estabilidade (Ks) coordenação.
[0034] Segundo a invenção, se utiliza a soja como a fonte básica dos aminoácidos pois, além do baixo custo, o seu aminograma é considerado próximo do ideal para a nutrição de humanos e animais. Ou seja, a proporção entre os 19 aminoácidos que a compõe é muito próxima das necessidades nutricionais dos animais de sangue quente, entre os quais se incluem os humanos. Pois a distribuição dos sítios de absorção específicos para cada aminoácido nos intestinos é muito parecida com o aminograma da soja, o que maximiza as possibilidades de absorção.
[0035] Sendo assim, os minerais quelatados da presente invenção reúnem características singulares fundamentais para a maior biodisponibilidade alegada nesta invenção: - Concentrações Altas de Minerals',os produtos contêm grandes quantidades de minerais, nunca antes relatadas em complexos multi-aminoácidos e até mesmo, em complexos mono-aminoácidos, com exceção aos glicinatos. As concentrações médias de minerais desta invenção são comparadas aos do estado da técnica na Tabela 1 A, abaixo.
TABELA 1 A - Alto Grau de Coordenaçãa a determinação dos graus de coordenação, ou de quelação, de todos os minerais quelatados desta invenção se mostraram tão altos, ou até superiores, do que os do estado da técnica. A título de exemplo, em média, os graus de quelação dos quelatados desta invenção são comparados aos do estado da técnica na Tabela 1 B, abaixo. 
TABELA 1 B - Alta Solubilidade, minerais ligados à múltiplos aminoácidos têm alta solubilidade e, portanto, baixa probabilidade de interagirem com outras substâncias do sistema digestivo. - Alta Constante Global de Estabilidade, embora com alterações significativas em relação às constantes de estabilidade do estado atual da técnica (proporção estequiométrica 1 mol de mineral : 2 moles de aminoácidos), as constantes de estabilidade médias de cada um dos minerais quelatados desta invenção permaneceram tão altas, ou até superiores, com valores, a título de exemplo, apresentados na Tabela 2. O que é um indicativo da sua alta biodisponibilidade. 
TABELA 2 - Baixo Custo de Produçãe.a utilização de aminoácidos de soja e a alta concentração contribuem para reduzir os custos de produção e tornar os preços dos minerais quelatados desta invenção mais competitivos, estimulando o seu uso.
[0036] A Tabela 3 abaixo indicada fornece os teores dos concentrados de minerais quelatados com proteínas e/ou aminoácidos da soja para a concentração de minerais (em porcentagem em massa) e grau de coordenação ou grau de quelação (em porcentagem em massa) possíveis, dentro do escopo desta invenção:
TABELA 3
[0037] Os minerais desta invenção foram quelatados com aminoácidos e pequenos peptídeos derivados de proteína hidrolisada de soja, cuja matéria prima pode ser farelo e/ou concentrado e/ou isolado protéico de soja, contendo entre 42 a 70% de proteínas. O uso do conjunto de 19 aminoácidos do aminograma da soja, em condições deais de estado físico (emulsão), de dissolução, de agitação, de temperatura e de pH para os ligantes preferenciais, para cada tipo de íon metálico, foram a chave para se conseguir maiores concentrações de minerais e alto grau de coordenação dos produtos finais.
[0038] Uma forma de realização preferencial da invenção, emprega todos os aminoácidos existem na soja, como ligantes, independentemente da proporção entre eles: ácido aspártico (Asp), asparagina (Asn), ácido glutâmico (Glu), glutamina (Gin), serina (Ser), glicina (Gly), histidina (His), treonina (Thr), alanina (Ala), prolina (Pro), tirosina (Tyr), valina (Vai), metionina (Met), cisteína (Cys), isoleucina (He), leucina (Leu), fenilalanina (Phe), lisina (Lys) e triptofano (Trp), sendo que a matéria prima que origina tais aminoácidos pode ser empregada na forma de farelo de soja, extrato protéico ou ainda isolado ou concentrado protéico de soja.
[0039] Processo de obtenção dos minerais quelatados
[0040] O processo de obtenção dos minerais quelatados, segundo esta invenção, baseia- se em condições melhoradas de reação química do conjunto de aminoácidos apresentados no aminograma da soja empregado, preferencialmente como farelo de soja, ou seu hidrolisado, ou extrato proteico, ou ainda isolado proteico de soja e um sal metálico de metais bivalentes ou mesmo trivalentes. Os metais podem ser escolhidos dentre o grupo dos metais de transição como: cobalto, cobre, ferro, manganês, zinco e cromo; ou ainda metais alcalinos terrosos como o cálcio e o magnésio. Os sais destes metais podem apresentar-se na forma de: sulfatos, acetatos, nitratos, bicarbonatos, benzoatos, cloretos ou óxidos.
[0041] Sendo assim, as reações de quelação, segundo a presente invenção, devem ocorrer por excesso do mineral, em solução aquosa com base de farelo de soja hidrolisado.
[0042] A reação ocorre na proporção molar estequiométrica próxima de 1 mol de íons metálicos para 1,2 - 1,8 moles de aminoácidos. Isso permitiu obter quelatados com maiores concentrações de minerais, com graus de coordenação superiors a 90%, no caso do zinco, ferro, cobalto, cobre e manganês. E superiores à 80% nos minerais terrosos, como cálcio e magnésio.
[0043] A matéria prima contendo os aminoácidos de soja, pode apresentar-se como farelo de soja, ou ainda seu extrato ou isolado proteico, mas para efeito de balanço mássico ou molar, é considerado o aminograma da soja que compreende as seguintes frações molares de cada aminoácido: 0,07 Asp + 0,05 Asn + 0,12 Glu + 0,05 Gin + 0,07 Ser + 0,08 Gly + 0,02 His + 0,06 Thr + 0,07 Ala + 0,06 Pro + 0,03 Tyr + 0,06 Vai + 0,01 Met + 0,01 Cys + 0,05 Ile + 0,08 Leu + 0,04 Phe + 0,06 Lys + 0,01 Trp. Enfatiza-se que essas frações molares são obtidas a partir do aminograma de farelo de soja, ou seu extrato proteico ou ainda isolado proteico de soja contendo no mínimo 42% de proteína bruta. A massa molar média estimada é de 92,288 g/mol por análise elementar de C, H, N e S.
[0044] Para os fins desta invenção, o aminograma da soja é considerado a presença no mineral quelatado dos 19 aminoácidos existentes na soja, independente da proporção existente entre eles. Ou seja, faz parte do escopo desta invenção a possibilidade de se acrescentar aminoácidos sintéticos, principalmente os ligantes preferenciais, ao aminograma da soja, para obter os minerais quelatados desta invenção.
[0045] A reação química entre os aminoácidos e metais ocorre em meio aquoso diluído, preferencialmente básico, usando solução aquosa diluída de um agente alcalinizante, que nndo cpr uma haeo ocrnlhida ontro nc hidrnYidnc do mofai alralinn mi alralinn torrncn o/mi óxidos básicos. Segundo uma forma de realização da invenção emprega-se hidróxido de sódio, numa concentração molar de 0,001 a 0,20 mol/L.
[0046] Para o preparo da proteína e disponibilização dos aminoácidos e peptídeos, primeiramente se prepara a suspensão do farelo, concentrado proteico ou ainda isolado proteico de soja em água, na qual a fonte de proteínas é recebida, diluída em água a 40°C, numa proporção que pode variar de Ikg de farelo de soja para 4 litros de água até lkg de farelo para 7 litros de água. A seguir a mistura reacional de farelo de soja é microparticulada por rotação entre 2.500 e 5000 rpm, em um equipamento industrial de alta rotação do tipo ultraturrax, por um período que pode variar de 15 minutos a horas, de forma a mudar o seu estado físico de solução aquosa para emulsão. Após completa homogeneização da suspensão, é utilizado um "pool"enzimático para hidrólise das proteínas e a disponibilização dos aminoácidos e peptídeos para a reação de quelação com os íons metálicos. Para tanto, primeiramente são dosadas as enzimas amilase e celulase, as quais reagem por cerca de 2 a 4 horas a temperatura de 40 a 60 oC e pH 4,5 a 6,5, e notadamente verifica-se uma diminuição da viscosidade da suspensão, facilitando a ação das proteases (endo e exoprotease). A hidrólise proteica, ocorre pela adição das proteases, logo após o término da ação da amilase e da celulase, as quais reagem em condições ótimas por um período mínimo de 2 a 5 horas em temperatura entre 40 e 65 °C e em pH 7,8 a 9,4. A seguir a mistura reacional é mantida a temperatura entre 50 e 70°C por mais 2 a 4 horas, até observação de estabilização da reação pela análise de grau de hidrólise (OPA), conforme ilustrado na figura 1, em anexo.
[0047] Embora não seja obrigatório, após a etapa de hidrólise, a base de proteínas poderá passar por etapa de precipitação das proteínas e remoção das impurezas, por centrifugação ou drenagem do material sobrenadante, fazendo aumentar ainda mais a concentração de aminoácidos e peptídeos solúveis, disponíveis para a reação de quelação. O que permite um aumento ainda maior da concentraçãodos minerais, e/ou do grau de quelação, atingidas no produto final.
[0048] A seguir, com a base de aminoácidos sendo mantida em agitação lenta, variando de 120 a 250 rpm, temperatura sendo mantida entre 40 e 60 °C e pH sendo mantido em nívpic ciinprinrpc a 7 O n cal rnntpndn n minpral a cpr miplatadn P adirinnadn a michira reacional, diretamente em seu estado sólido ou solubilizado em água, numa relação molar, não estequiométrica convencional (a relação convencional é de 1 mol de íons metálicos bivalentes para 2 - 2,4 mols de aminoácidos, ou mesmo 1 mol de íons trivalentes para 3 - 3,6 mols de aminoácidos), mas de 1,0:1,2-1,8 mols de íons metálicos divalentes para moles de aminoácidos, respectiva mente. E assim deve permanecer por pelo menos 1 hora, antes de ser secado em spraydrier, equipado ou não com fluid-bed.
[0049] As matérias primas minerais não costumam ser produtos padronizados, uma vez que parte delas é fruto de extração mineral, cuja concentração de mineral e teor de impurezas pode variar significativamente entre os vários veios da mina. Da mesma forma, o aminograma das fontes de proteínas de soja, também pode sofrer variações significativas, dependendo de tipo de solo, variedade de soja e condições climáticas. Da mesma forma, as condições físico químicas ideais, previstas nesta invenção, tais como excesso de ligantes metálicos em relação a ligantes aminoácidos, alta diluição da mistura reacional, estado de emulsão e agitação lenta, permitem que se obtenha quelatados com alta concentração de minerais num determinado intervalo de relações estequiométricas de excesso de minerais, que pode variar de 50 a 100% de excesso de minerais em relação aos ligantes proteicos. O que significa uma relação molar ou proporção estequiométrica que pode variar dentro do intervalo de 1,0:1,2-1,8 mols de íons metálicos divalentes para mols de aminoácidos, respectivamente.
[0050] Segundo uma forma preferencial de realização da invenção, o processo para obtenção de concentrado de minerais orgânicos quelatados envolve as seguintes etapas: (a) parte-se de matéria prima em um reator contendo aminoácidos ou peptídeos do aminograma da soja, na forma de farelo e/ou concentrado e/ou isolado proteico e/ou extrato de soja que são diluídos em água, numa proporção que pode variar de 1:4-7, respectiva mente, de quilo de fonte de aminoácidos de soja para litros de água, a temperatura entre 30 e 50 °C, com agitação até a total homegeinização; (b) a mistura reacional é então microparticulada por alta rotação de 2.500 a 5.000 rpm, em equipamento microcisalhador do tipo ultraturrax, por um período que pode variar de 15 minutos a horas, para formar uma emulsão; relação molar que pode variar de 1,0:1,2-1,8 de íons metálicos divalentes e aminoácidos respectiva mente, sendo que a reação ocorre em meio alcalino por adição de base ou agente alcalinizante, preferencialmente, numa concentração molar de 0,001 a 0,20 mol/l de NaOH; (d)à mistura reacional, primeiramente são dosadas as enzimas amilase e celulase, as quais reagem por de 2 a 4 horas, a temperatura de 40 a 60 oC e pH 4,5 a 6,5; (e)em seguida são adicionadas proteases (uma exo e uma endoprotease), as quais reagem em pH 7,8 a 9,4, a temperatura entre 50 e 70°C, por mais 2 a 4 horas, até observação de estabilização da reação pela análise de grau de hidrólise (OPA); (f) o produto obtido segue para secagem.
[0051] Segundo outra forma de realização da invenção o processo de obtenção de concentrado de minerais quelatados com aminoácidos da soja compreende as seguintes etapas: (a) primeiramente prepara-se a suspensão da soja que pode encontrar-se na forma de farelo, extrato proteico, ou concentrado, ou isolado proteico, em água a 30°C a 50°C, numa proporção que pode variar de Ikg de farelo de soja para 4 litros de água até lkg de farelo para 7 litros de água; (b)a seguir a mistura reacional de soja é microparticulada por microcisalhador, tipo ultraturrax, com rotação de 2.500 rpm a 5.000 rpm, por um período que pode variar de 15 minutos a horas; (c) após completa homogeneização da suspensão, são dosadas as enzimas amilase e celulase, as quais reagem por cerca de 2 a 4 horas a temperatura de 40 °C a 60 °C e pH 4,5 a 6,5; (d) a hidrólise proteica ocorre pela adição das proteases, as quais reagem por um período mínimo de 2 a 5 horas em pH 7,8 a 9,4 a temperatura entre 40 e 60 °C; (e)a mistura reacional é então mantida a temperatura entre 50 e 70°C por mais 2 a 4 horas, até observação de estabilização da reação; (f) com a base de aminoácidos sendo mantida em agitação lenta, variando de 120 a 250 rpm, temperatura sendo mantida entre 40 e 60 °C e pH sendo mantido em nívaic cimarinrac a 70 n cal rnntanrln n minaral a car niialafarln á arlirinnarln a mistura reacional, diretamente em seu estado sólido ou solubilizado em água, numa relação molar, ou proporção estequiométrica, de 1,0:1,2-1,8 mol de íons metálicos divalentes por mols de aminoácidos, respectivamente; e assim permanece por pelo menos 1 hora, antes de ser secado em spraydrier, equipado ou não com fluid-bed.
[0052] A seguir, exemplos que servem meramente para a melhor elucidação da invenção, não devendo ser empregados para efeitos limitativos do escopo da mesma.
[0053] Exemplo de Processo
[0054] Foram realizados ensaios que obedeceram a reação química de equação genérica indicada abaixo, entre aminoácidos e peptídeos do aminograma da soja (matéria prima de farelo de soja) indicados por "L" (ligantes) e sais na forma de sulfatos de metais "M" em meio aquoso ligeiramente básico (usando solução aquosa diluída de 0,010 mol/L de NaOH): MSÜ4 . x H2O (aq) + Ln(H2O)P (aq) + 2 NaOH (aq) MLn(H2O)2P(aq) + Na2SO4 (aq) + H2O2 (I) + x H2O (I) sendo: M igual a Ca, Co, Cu, Fe, Mg, Mn e Zn L igual ao ligante, que será a soma das frações molares dos aminoácidos que deve ser unitária, portanto L = (0,07 Asp + 0,05 Asn + 0,12 Glu + 0,05 Gin + 0,07 Ser + 0,08 Gly + 0,02 His + 0,06 Thr + 0,07 Ala + 0,06 Pro + 0,03 Tyr + 0,06 Vai + 0,01 Met + 0,01 Cys + 0,05 Ile + 0,08 Leu + 0,04 Phe + 0,06 Lys + 0,01 Trp ). Enfatizando que essas frações molares são obtidas a partir do aminograma de farelo, extrato proteico ou ainda isolado proteico de soja contendo no mínimo 50% de proteína bruta. A massa molar média estimada foi de 92,288 g/mol por análise elementar de C, H, N e S. x varia de 1 a 7; n igual 2 e/ou 3; e p igual a 1 e/ou 2. aq - aquoso; I - líquido mORRl Para n nrenarn da nrntaína o dicnnnihilÍ7arãn dnc aminnáridnc & npntidíanc
[0055] Para o preparo da proteina dispopibilizacao dos aminoacidos e peptideos primeiramente preparou-se a suspensão do farelo, extrato proteico ou ainda isolado proteico de soja em água, na qual a fonte de proteínas foi recebida, diluída em água a 40°C e microparticulada em um equipamento industrial de alta rotação e acondicionada nos reatores industriais. No caso de farelo de soja, com 46% de proteína bruta, se utilizou a mistura de 239,lg de farelo de soja com 1,3 litros de água. A agitação e cisalhamento com o equipamento de alta rotação do tipo ultraturrax, a 3.500 rpm, durou 2 horas.
[0056] Após completa homogeneização da suspensão, foi utilizado um "pool"enzimático para hidrólise das proteínas e a disponibilização dos aminoácidos e peptídeos para a reação de quelação com os íons metálicos. Para tanto, primeiramente foram dosadas as enzimas amilase e celulase, as quais reagiram por cerca de 3 horas, a temperatura de 50°C e pH 5,5, e notadamente verificou-se uma diminuição da viscosidade da suspensão, facilitando a ação das proteases (endo e exoprotease). A hidrólise proteica, ocorreu pela adição das proteases, logo após o término da ação da amilase e celulase, as quais reagiram em condições ótimas por um período mínimo de 3 horas em pH 8,2 a 60°C. E assim a mistura reacional permaneceu por mais 3 horas, até observação de estabilização da reação pela análise de grau de hidrólise (OPA), conforme ilustrado na Figura 1 que representou o grau de hidrólise proteica acompanhada ao longo do processo de hidrólise utilizando endoprotease.
[0057] O emprego das enzimas é conhecido do homem da técnica e seguiu a orientação indicada pelos repectivos fabricantes.
[0058] A Figura 1, em anexo, indica o grau de hidrólise protêica acompanhada ao longo do processo de hidrólise utilizando endoprotease.
[0059] Constatada a estabilização da hidrólise proteica, procedeu-se a adição do 430,lg de sal Sulfato de Zinco, o que representa uma relação molar ou proporção estequiométrica molar aproximada de 1,0:1,6 íon de zinco para íons de aminoácidos. A mistura reacional foi então mantida a temperatura controlada de 50°C, pH controlado em 8,0 e agitação de 160 rpm, durante uma hora. Em seguida, a mistura foi secada em spraydrier.
[0060] A análise do grau de coordenação, ou de quelação, foi feita pelo método FTIR. Deste modo, na Figura 2 observa-se os espectros de vibracionais do Infravermelho do nrndi itn farpln dp cnia mm 7Ínm f7n-Farpln^ P nc dnic nrariircnrpc dpctp nrndiitn n farplr» de soja e o sulfato de zinco puros.
[0061] Comparando-se os espectros de IV do farelo de soja puro e do Zn-Farelo nota-se que as bandas na região entre 3000 a 2837 cm-1 diminuem de intensidade com a incorporação do íon zinco. Estas bandas estão relacionadas a liberdade do átomo de nitrogênio que não participam mais das ligações com os átomos de hidrogênio. A diminuição na intensidade destas bandas indica a formação do complexo entre os aminoácidos e o metal, neste caso o zinco. Na figura 3, foi analisado por Espectrometria Raman o Zn-farelo de soja para corroborar os resultados do FTIR, observa-se uma banda de intensidade baixa a 855 cm-1 referente ao estiramento C-C e deformação angular simétrica no plano das ligações COO referente a maioria dos aminoácidos. A 1091 cm-1 atribui-se a deformação da ligação C-H no do grupo imidazol da histidina, e 626 cm-1 atribui-se ao estiramento C-S da cisteína. Essas atribuições referentes aos aminoácidos cisteína e histidina no espectro Raman de Zn-farelo de soja, demonstram que o zinco interage mais próximo a esses aminoácidos, colocando-os como ligantes preferenciais.
[0062] A Figura 2 em anexo apresenta Espectros de Infravermelho do produto Zn-Farelo e de seus precursores Sulfato de Zinco e Farelo de soja e a Figura 3 apresenta o Espectro Raman do produto Zn-Farelo.
[0063] Seguindo os procedimentos acima mostrados, para a quelação de Zinco com proteínas do farelo de soja, segundo as condições físico-químicas previstas nesta invenção, de alta diluição, de transformação da mistura reacional para o estado de emulsão, de proporção estequiométrica com excesso de mineral em relação aos aminoácidos e de baixa velocidade de agitação, muitas outras reações de quelação poderiam ser feitas com diferentes minerais e diferentes fontes destes, conforme a tabela 4 abaixo. A tabela 4 indica as massas de sais metálicos e farelo de soja 46 % PIB (SO4 - sulfato; CH3CO2- acetato; NO3 - nitrato; C7H5O2 - benzoate; HCO3 - bicarbonato e Cl - cloreto).
TABELA 4
[0064] A tabela 5 abaixo apresentada mostra um resumo dos resultados obtidos, em termos de concentração de minerais de quelatados elaborados com diversas fontes de proteínas de soja, segundo esta invenção. Na tabela 5 pode se observar que as maiores concentrações de minerais foram conseguidas quando se utilizou o extrato proteico concentrado de soja, com 70% de proteínas brutas, como fonte de aminoácidos. Por outro lado, as menores concentrações de minerais foram obtidas quando se usou o farelo de soja com 46% de proteínas brutas. A maior quantidade de resíduos orgânicos não quelatáveis do farelo de soja explica estas diferenças. No entanto, por razões de custos de produção, pode ser que os minerais quelatados com proteínas do farelo de soja com 46% PB venham a ser economicamente mais competitivos do que os feitos com extrato proteico concentrado de soja, com 70% PB. Embora ambos estejam no escopo desta invenção.
[0065] A Tabela 5 também apresenta as concentrações médias dos diversos minerais quelatados do estado da técnica, quando elaborados com proteínas de soja, comparados aos resultados obtidos neste exemplo de uso do processo do de concentração de minerais quelatados desta invenção.
TABELA 5
[0066] A Tabela 6 abaixo apresentada mostra um resumo dos resultados obtidos, em termos de graus de coordenação, ou de quelação, dos minerais quelatados produzidos com diversas fontes de proteínas da soja, segundo esta invenção. Na tabela pode se observar que os menores graus de coordenação ocorreram quando se utilizou o extrato proteico concentrado de soja, com 70% de proteínas brutas, como fonte de aminoácidos. E os maiores graus de coordenação foram observados quando se usou o farelo de soja com 46% de proteínas brutas. Isso ocorreu pelo fato de terem sido usadas relação estequiométricas com mais excesso de doadores de íons metálicos nos experimentos com extrato proteico concentrado de soja, com 70% PB, visando obter maiores concentrações minerais. A variação para mais ou para menos dos graus de coordenação compensou parcialmente as menores ou maiores concentrações de minerais.
TABELA 6
[0067] PRODUTO
[0068] Os minerais quelatados oriundos do processo inventivo acima descrito podem e devem ser caracterizados por pelo menos 3 das 4 características abaixo relacionadas, que podem ser medidas em laboratórios.
[0069] 1 - Concentração de Minerais
[0070] A alta concentração mineral dos minerais quelatados é o aspecto mais importante desta invenção. Com uma concentração mineral mais alta, os minerais quelatados desta invenção se propõem a ocupar menor espaço na suplementação nutricional, quer seja em menor quantidade e tamanho de cápsulas e comprimidos para consumo humano, como em menor taxa de inclusão nas rações de animais, liberando espaço para outros nutrientes. A medição da concentração mineral dos quelatados é feita através de espectroscopia de absorção atômica, onde é medido o total de íons do metal desejado, independentemente de estarem em estado iônico, ligados a radicais orgânicos ou inorgânicos ou coordenados com peptídeos ou outras moléculas orgânicas.
[0071] Conforme diversos testes de quelação realizados segundo o processo desta invenção, com diversas fontes de proteínas de soja e de minerais, foi possível estabelecer os intervalos que representam a concentração mineral de cada mineral quelatado desta invenção, conforme mostrado na Tabela 7 abaixo:
(*) - minerais quelatados elaborados com proteínas com aminograma da soja TABELA 7
[0072] 1.1- Grau de coordenação ou de Quelação
[0073] De nada adiantaria aumentar a concentração de minerais e, simultaneamente, reduzir o grau de coordenação ou de quelação destes. Pois significaria um aumento na proporção de minerais em estado inorgânico, cuja biodisponibilidade é menor. Portanto, para ser valiosa, a invenção do processo de aumento da concentração mineral em minerais quelatados precisaria mostrar que tal resultado foi obtido com uma ainda alta taxa de coordenação dos íons metálicos com os ligantes proteicos. De forma que a multiplicação das novas concentrações minerais pelos seus respectivos graus de quelação resultasse em uma significativamente maior concentração de minerais coordenados. Por exemplo, se o Zinco quelatado do estado da técnica contém 16% de concentração mineral e 95% de quelação, significa que ele contém 16% x 95% = 15,2% de zinco orgânico. O Zinco quelatado desta invenção contém, em média 22% de concentração mineral e 93% de quelação, ou seja, contém 20,5% de zinco orgânico. O que é significativamente superior ao estado da técnica.
[0074] Em uma reação de complexação, após o planejamento estequiométrico dos reagentes é necessário determinar se realmente todo o íon metálico foi coordenado ao ligante, seja ele aminoácido ou, eventualmente, outro composto orgânico presente na mistura reacional. Através dos métodos instrumental de espectroscopia de absorção atômica e o clássico de titulação complexométrica de retorno com ácidos aminopolicarboxílicos é quantificado a concentração dos íons metálicos totais e íons metálicos não coordenados. Sendo assim o grau de coordenação pode ser considerado íons metálicos coordenados divididos por íons metálicos totais. O valor determinado é expresso em porcentagem.
[0075] Isso significa que na reação os sais dos metais divalentes (Cálcio, Cobalto, Cobre, Ferro, Manganês, Magnésio e Zinco) são quelatados através do ligante (soma das frações molares de todos os dezenove aminoácidos da soja). A interação do ligante com cada espécie de íon metálico tem sua particularidade, isto é, que resíduos (aminoácidos) mais hidrofílicos em uma sequência peptídica interagem mais fortemente com o íon metálico em forma de quelato. Outra informação, é que os valores altos de grau de coordenação atingem as fórmulas moleculares nas equações químicas corroborando o teor metálico em porcentagem do suplemento da Yessinergy do Brasil.
[0076] A Tabela 8 abaixo mostra os graus mínimos de coordenação, ou de quelação, dos minerais desta invenção. Na tabela 8 pode se observar que os quelatados de Cálcio, Cobalto e Ferro desta invenção tiveram seus graus mínimos de quelação próximos aos mínimos do estado da técnica. São minerais onde a glicina e o ácido glutâmico exercem o papel de ligante preferencial. O que significa que, possivelmente, se o aminograma da soja tivesse uma maior concentração destes aminoácidos os graus mínimos de coordenação seriam maiores. Significa também que se for acrescentada glicina a mistura reacional, se obterá um maior grau de coordenação nestes produtos.
(*) - minerais quelatados elaborados com proteínas com aminograma d TABELA 8
[0077] 2 - Constante de Estabilidade Global (Ks)
[0078] A constante de estabilidade global tem alta correlação positiva com a biodisponibilidade dos minerais quelatados. Dessa forma, não seria razoável aumentar a sua concentração mineral as custas da biodigestibilidade, ou seja, de uma significativa redução da constante de estabilidade global.
[0079] Além disso, a constante global de estabilidade é uma expressão da arquitetura cristalográfica das ligações entre o mineral e os ligantes aminoácidos. Como nesta invenção as condições físico-químicas normais da reação de quelação foram alteradas, com maior diluição, transformação da mistura reacional em emulsão, agitação mais lenta e excesso de íon metálicos em relação a ligantes aminoácidos, seria natural que houvesse mudanças nas constantes globais de estabilidade e, portanto, na arquitetura cristalográfica do produto final.
[0080] Nesta invenção, os resultados das constantes de estabilidade dos íons- farelo/proteínas de soja foram determinados conforme os dados analisados por FTIR, Espectroscopia Raman e UV-Vis.
[0081] As constantes de estabilidade globais dos minerais foram determinadas através do método de titulação potenciométrico, com base em solução aquosa dos suplementos de Cálcio, Cobalto, Cobre, Ferro, Magnésio, Manganês e Zinco quelatados pelos aminoácidos (peptídeos ou fragmentos de proteínas) do farelo e/ou concentrado proteico de soja hidrolisado, mantendo suas estequiometrias. Os valores das constantes de estabilidade são comparados a complexos de aminoácidos de uma única espécie e sua ordem de grandeza são maiores ou iguais (KISS; SÓVÁGÓ; GERGELY, 1991; BERTHON, 1995; YAMAUCHI; ODONI, 1996). A ordem de grandeza das constantes de estabilidade globais dos quelatados desta invenção variou de 105 a 1013. Quanto maior o valor das constantes de estabilidade, mais os metais divalentes (Ca, Co, Cu, Fe, Mg, Mn e Zn) quelatados (coordenados) por aminoácidos em forma peptídica, estarão biodisponíveis. Nos minerais quelatados desta invenção esses valores de constante de estabilidade global são maiores porque o ligante contém todos os 19 aminoácidos. Isso proporciona uma versatilidade funcional maior, assim como uma maior estabilização energética e uma maior hidrofilicidade (mais hidrofílico), quando comparado à um metal divalente quelatado com apenas uma espécie de aminoácido.
[0082] A Tabela 9 mostra as constantes de estabilidade globais (Ks) dos diversos minerais niiplatadnc docta invonran rnmnaradnc anc dnc minc»raic miplatadnc dn #actadn da técnica, elaborados com proteínas de soja.
[0083] Pela Tabela 9 pode se observar que as constantes globais dos minerais quelatados desta invenção se mantiveram relativamente altas, ou seja, mantiveram à alta biodisponibilidade.
(*) - minerais quelatados elaborados com proteínas com aminograma da soja TABELA 9
[0084] A conclusão sobre as constantes de estabilidade dos suplementos minerais quelatados quando comparadas entre a invenção atual e do estado da técnica, demonstra que houveram mudanças nas estruturas cristalográficas dos minerais quelatados desta invenção. No entanto, sem reduzir maior biodisponibilidade do complexo metal-ligante, pois estas permaneceram altas.
[0085] 3 - Aminograma da Soja
[0086] Para os fins desta invenção, o aminograma da soja é considerado a presença no mineral quelatado de, no mínimo, os 19 aminoácidos existentes na soja, independente da proporção existente entre eles. Ou seja, faz parte do escopo desta invenção a possibilidade de se acrescentar aminoácidos sintéticos, principalmente os ligantes preferenciais, ao aminograma da soja, para obter os minerais quelatados desta invenção.
[0087] Existe mais de uma condição de processo de produção, para cada tipo de metal, que pode levar a produção de minerais quelatados concentrados com as especificações constantes nas tabelas 1, 2 e 3. Cada condição de processo significa uma combinação específica de enzimas, temperaturas, pH e relações estequiométricas utilizadas.
[0088] No entanto, até este momento não há produtos comerciais, patentes ou referências bibliográficas de minerais quelatados com aminoácidos da soja que tenham concentrações tão altas quanto os desta invenção. Motivo pela qual a patente é de produto e processo.
[0089] Exemplo de Uso do Produto - 1
[0090] Foi desenvolvido um experimento com o objetivo de investigar o efeito do fornecimento de seis diferentes fontes de Zn, em dois níveis de suplementação, em dietas a base de milho, farelo de soja e fitase, sobre o desempenho e o balanço de Zn em frangos de corte.
[0091] As rações experimentais utilizadas para a fase inicial (1 a 21 dias) e de crescimento (21 a 42 dias) foram formuladas à base de milho, farelo de soja e fitase, seguindo as recomendações propostas por Rostagno et al., (2017) para cada fase.
[0092] A ração e água foram fornecidas à vontade durante todo o período experimental de 1 a 42 dias. A temperatura do galpão foi mantida usando lâmpadas infravermelhas de 250 watts e cortinas nas laterais do galpão. A luz foi fornecida durante 22 horas/dia em um programa de 12 horas de luz natural e 10 horas de luz artificial.
[0093] Foram utilizados 2400 pintos machos da linhagem Cobb 500, distribuídos em delineamento em blocos casualizados, sendo alojados no chão em galpão dividido em 120 boxes de 1,0 m x 2,0 m, com cama de cepilho de madeira reutilizada, com o objetivo de aumentar o desafio sanitário das aves.
[0094] As aves foram distribuídas aleatoriamente em um arranjo fatorial 6x2 com seis diferentes fontes de Zn e dois níveis de Zn (40 e 80 mg/kg) totalizando 12 tratamentos com 10 repetições e 20 animais por boxe (sendo este considerado uma unidade experimental). Os tratamentos experimentais estão na Tabela 10.
TABELA 10
[0095] Resumo: 12 tratamentos (6 x 2), 10 repetições, total 120 boxes, 20 aves/box, total 2400 aves.
[0096] Os parâmetros de desempenho avaliados foram o consumo de ração (CR, kg/ave), o ganho de peso (GP, kg/ave), a conversão alimentar (CA, kg/kg).
[0097] Aos 33 dias de idade, foram coletadas as excretas durante 24 horas, mediante a colocação de uma lona plástica no piso de cada boxe para determinar conteúdo de Zn (mg/kg de MS de excreta), Zn retido (mg consumido - mg excretado) e balanço do Zn (Zn retido/Zn consumido x 100).
[0098] Aos 42 dias de idade, durante a pesagem individual das aves foi determinada a qualidade do coxim plantar, mediante o escore de Lesões do Coxim Plantar (LCP) de acordo com Berg (1998) e Van Harn et al. (2019), onde foram avaliados ambos coxins plantares de todos os animais do experimento. Foram dadas as notas 0 para coxins sem nenhuma lesão, 1 para coxins descolorados, porém sem lesões profundas e nota 2 para coxins com lesões profundas (úlceras, bolhas e etc.). Por se tratar de um dado subjetivo, somente uma pessoa ficou responsável pela avaliação do escore de coxim plantar. Foi calculado o Escore de Lesão para cada unidade experimental de acordo com a equação a seguir, sendo que o índice de LCP pode variar de 0 à 200(todas as aves com escore 2).
[0099] As lesões do Coxim Palmar talvez sejam o maior sintoma exterior de deficiência de absorção de zinco apresentado pelos frangos. É também uma fonte de prejuízos, pois as patas lesionadas não têm valor comercial. A Tabela 11, abaixo apresentada mostra que mesmo em suplementação de 40 ppm de Zinco (40mg de Zinco/kg de ração) o Zinco quelatado desta invenção, representado pelo YES Zinco G3 com 22% de Zn (YES 22)
TABELA 11
[00100] As tabelas 12 e 13, abaixo apresentadas, mostram que embora não tenha havido diferenças significativas entre no consumo de ração entre os lotes de frangos suplementados com cada uma das fontes de zinco, o ganho de peso dos animais tratados com o YES Zinco G3 (YES 22), desta invenção, foi significativamente superior. Provavelmente, isso se deve a maior absorção de zinco pelos animais deste tratamento e ao fato de que a absorção de zinco estava sendo o fator limitante do desempenho dos animais. Abaixo a Tabela 12 sobre o Consumo de Ração (Kg/ave) e Tabela 13 de Ganho de Peso (Kg/ave) onde: SF = ZnSÜ4 (35% Zn); Met = Zn Metionato (Avalia 10% Zn); Gli = Zn Glicinato (B-Traxim 26% Zn); Prot= Zn Proteinado (Bioplex 16% Zn); YES Zn 16%= YES Zn G2 (16% Zn) e YES Zn 22% = YES Zn G3 (22% Zn).
TABELA 12 
TABELA 13
[00101] A Tabela-14, abaixo apresentada, é considerada a mais importante do experimento. Ela mostra os resultados de conversão alimentar de cada um dos tratamentos e mostra que somente os tratamentos que utilizaram zinco quelatado sobre proteínas de soja, ou seja, o YES Zn 16% e o YES Zn 22%, conseguiram melhorar a conversão alimentar. Isso se deve ao fato de serem multi-aminoácidos, o que lhes confere maiores oportunidades de absorção nos diversos sítios especializados na absorção de aminoácidos específicos, quando comparado aos mono-aminoácidos, que só têm chance de serem absorvidos nos sítios de absorção especializados na espécie de aminoácido ao qual estão ligados. Além disso, o desempenho do YES Zinco G3 (YES 22), desta invenção, foi significativamente superior ao do YES Zn 16%, do estado da técnica de quelatados sobre proteínas de soja.
[00102] A conversão alimentar é o principal indicador de produtividade na avicultura de corte e tem importante impacto econômico e ambiental. A melhora da conversão alimentar proporcionada pelo YES Zn 22% em relação aos outros tratamentos, respectiva mente de 1,51 para 1,46, significa que se conseguiu produzir Ikg de frango vivo com l,46kg de ração. Ou seja, um ganho direto na margem de lucro da ordem de 3,0% pp. Do ponto de vista ambiental, conservadoramente, esta melhora pode ser entendida como a possibilidade de redução de 3,4% no consumo de zinco, ante a média das outras fontes de zinco não ligadas a proteínas de soja e de 1,4% de redução em relação as fontes de zinco ligadas a proteínas de soja, do estado da técnica.
[00103] Os resultados da conversão alimentar mostrados na Tabela-14 também permitem uma extrapolação sobre os resultados das suplementações com as diversas fontes de 7inrn. em dosanens de 40 e RO nnm. Tal extranolacão indica αue. dadn a magnitude da melhora apresentada pelo YES 22, desta invenção, entre as suplementações com 40 e 80ppm de Zn, uma suplementação com lOOppm de Zn deveria melhorar a conversão alimentar para 1,45. Ou seja, tornando ainda mais significativa a melhora do desempenho do YES 22. Abaixo a Tabela 14 sobre Conversão Alimentar (Kg consumo/Kg GP) onde: SF = ZnSÜ4 (35% Zn); Met = Zn Metionato (Avalia 10% Zn); Gli = Zn Glicinato (B-Traxim 26% Zn); Prot= Zn Proteinado (Bioplex 16% Zn); YES Zn 16%= YES Zn G2 (16% Zn) e YES Zn 22% = YES Zn G3 (22% Zn).
(*) tendência com base nos resultados de 40 a 80 ppm de Zn TABELA 14
[00104] As tabelas 15 e 16, abaixo apresentadas, mostram a concentração de zinco nas fezes e a porcentagem do zinco que foi absorvida pelos animais dos tratamentos, no dia 33 do experimento. Do ponto de vista econômico e, principalmente ambiental, é melhor um baixo teor de zinco nas fezes e uma alta porcentagem de absorção do zinco ingerido. Pelos resultados mostrados nas tabelas 15 e 16, o YES 22, desta invenção mostrou o menor teor de zinco nas fezes e a maior taxa de absorção, ou seja, de biodisponibilidade. Do ponto de vista econômico, esses resultados indicam que seria possível obter o mesmo desempenho dos demais tratamentos, utilizando-se uma menor suplementação do YES 22.
[00105] Do ponto de vista ambiental, os resultados das tabelas 15 e 16 mostram que o YES 22, desta invenção, reduziu em 11,4% a concentração de zinco nas fezes, quando comparado ao glicinato de zinco, que foi a melhor alternativa de redução do teor de zinco nas fezes, entre as fontes de zinco não ligadas a proteínas de soja. Em relação ao YES 16, que representa o estado da técnica entre as fontes de zinco ligadas a proteínas da soja, a redução de zinco nas fezes foi de 8,3%. Se considerarmos aue o zinco resoonde oor mais de 60% do consumo de minerais metálicos na nutrição humana e animal, cujos excrementos acabam poluindo os rios e lençóis freáticos, trata-se de uma redução bastante significativa. Abaixo a Tabela 15 sobre Excreção de Zinco (mg/ave) no dia 42 e Tabela 16 sobre Porcentagem de Zinco Retido, onde: SF = ZnSO« (35% Zn); Met = Zn Metionato (Avalia 10% Zn); Gli = Zn Glicinato (B-Traxim 26% Zn); Prot= Zn Proteinado (Bioplex 16% Zn); YES Zn 16%= YES Zn G2 (16% Zn) e YES Zn 22% = YES Zn G3 (22% Zn).
TABELA 15 
TABELA 16
[00106] IMPACTO AMBIENTAL
[00107] Por terem maior biodisponibilidade, ou seja, serem mais absorvidos pelo organismo, os minerais quelatados desta invenção podem contribuir significativamente para reduzir o teor de minerais metálicos contidos nas fezes de humanos e animais de criação, que poluem o solo e, posteriormente, os lençóis freáticos e os rios.
[00108] As diferenças de eficiência na conversão alimentar (Tabela 14) mostraram que os produtos desta invenção podem proporcionar uma menor utilização de suplementação mineral da ordem de 3,4%, quando comparado aos diversos tipos de quelatados do estado da técnica. Da mesma forma, as diferenças de taxas de absorção (Tabela 16) mostram que os produtos desta invenção podem reduzir em 11,4% o teor de minerais metálicos nas fezes humanas e de animais de criação. A soma destes dois benefícios permitiria, conservadora mente, esperar que a substituição do consumo de minerais orgânicos do estado da técnica reduzisse em 11.600 toneladas/ano (78.600 ton/ano x (3,4% + 11,4%) a emissão de poluentes metálicos nos solos, em todo o Planeta. Estima-se que atualmente o consumo de minerais quelatados seja de 78.600ton/ano.
[00109] Conforme os resultados médios mostrados na Tabela 16 também é possível elaborar duas hipóteses para o impacto ambiental dos produtos desta invenção.
[00110] A Hipótese 1 é mostrada na Tabela 17. Nela se faz a teórica e hipotética substituição do uso de todos os minerais orgânicos (qualquer mineral ligado a moléculas orgânicas) pelos minerais quelatados desta invenção. As premissas utilizadas para a absorção são conservadoras, pois utilizou-se a melhor taxa de absorção dos minerais quelatados do estado da técnica (43,8 %) como sendo a representativa de todos eles. Estimou-se também o consumo mundial de cada um dos minerais metálicos. A diferença de poluentes emitidos mostra uma redução potencial da ordem de 12.040 toneladas/ano (451.640 - 439.600), se os produtos desta invenção substituíssem os minerais orgânicos do estado da técnica. Abaixo a Tabela 17 - Hipótese 1 - Minerais na Nutrição (toneladas/ano).
(*) - Todos os tipos de minerais ligados a moléculas orgânicas, inclusive quelatados (**) - Participação estimada no consumo total TABELA 17
[00111] A Hipótese 2, mostrada na Tabela 18, faz a teórica e hipotética substituição de 50% dos minerais inorgânicos utilizados nutrição humana e animal pelos minerais quelatados desta invenção. Da mesma forma que na hipótese anterior, os cálculos são bastante conservadores, pois atribuiu-se a taxa de absorção do Sulfato de Zinco pentahidratado, utilizado no exemplo de uso do produto, como sendo o padrão para todos os minerais inorgânicos. Os resultados da Tabela - 18 mostram que o total de metais contidos nas fezes de humanos e animais cairiam para algo em torno de 398.440 toneladas/ano, contra a estimativa de que atualmente 451.640 toneladas/ano sejam despejadas nos solos e rios do Planeta. Trata-se de uma significativa redução potencial de 53.200 toneladas/ano a menos de poluentes ou uma redução da ordem de 11,7%. Abaixo a Tabela 18 - Hipótese 2 - Minerais na Nutrição (toneladas/ano):
(*) - Todos os tipos de minerais ligados a moléculas orgânicas, inclusive quelatados (**) - Participação estimada no consumo total TABELA 18
[00112] Vários países, inclusive a União Europeia, já estão adotando políticas de mitigação da emissão de poluentes metálicos nos solos agrícolas. Na EU a quantidade de excrementos oriundos de dietas suplementadas com minerais de fontes inorgânicas que se pode distribuir no solo é a metade da quantidade de excrementos de dietas suplementadas com minerais quelatados.
Claims (15)
1. Processo para obtenção de concentrado de minerais orgânicos quelatados caracterizado por a mistura reacional ser formada pela diluição da fonte de aminoácidos naturais da soja que pode sofrer aditivação de aminoácidos sintéticos da soja com água numa proporção que varia de 1:4-7 de massa de aminoácidos por volume de água, o meio físico reacional é transformado em emulsão através de micro cisalhamento com rotação de 2.500 a 5.000 rpm e o balanço estequiométrico é de excesso de íons metálicos em relação ao de íons ligantes aminoácidos de soja, numa proporção molar que varia entre 1:1,2-1,8 entre os íons metálicos divalentes e os íons de aminoácidos, respectiva mente.
2. Processo para obtenção de concentrado de minerais orgânicos quelatados, de acordo com reivindicação 1, caracterizado por compreender as seguintes etapas: (a) parte-se de matéria prima em um reator contendo aminoácidos ou peptídeos do aminograma da soja, na forma de farelo e/ou concentrado e/ou isolado proteico e/ou extrato de soja que são diluídos em água, numa proporção que pode variar de 1:4-7, respectiva mente, de quilo de fonte de aminoácidos de soja para litros de água, a temperatura entre 30°C e 50°C, com agitação até a total homegeinização; (b) a mistura reacional é então microparticulada por alta rotação de 2.500 rpm a 5.000 rpm, por um período que pode variar de 15 minutos a horas, para formar uma emulsão; (c) em seguida é adicionado o sal de metal de transição ou alcalino terroso, numa relação molar que pode variar de 1,0:1,2-1,8 de íons metálicos divalentes e aminoácidos respectiva mente, sendo que a reação ocorre em meio alcalino por adição de base ou agente alcalinizante, preferencialmente, numa concentração molar de 0,001 a 0,20 mol/l de NaOH; (d) à mistura reacional, primeiramente são dosadas as enzimas amilase e celulase, as quais reagem por de 2 a 4 horas, a temperatura de 40 a 60 °C e pH 4,5 a 6,5; (e) em seguida são adicionadas proteases (uma exo e uma endoprotease), as quais reagem em pH 7,8 a 9,4, a temperatura entre 50 e 70°C, por mais 2 a 4 horas, até observação de estabilização da reação pela análise de grau de hidrólise (OPA); fn n nrndntn nhtidn nara cpranpm
3. Processo para obtenção de concentrado de minerais orgânicos quelatados, de acordo com a reivindicações 1 ou 2, caracterizado por compreender as seguintes etapas: (a) primeiramente prepara-se a suspensão da soja que pode encontrar-se na forma de farelo, extrato proteico, ou concentrado, ou isolado proteico, em água a 30°C a 50°C, numa proporção que pode variar de Ikg de farelo de soja para 4 litros de água até Ikg de farelo para 7 litros de água; (b) a seguir a mistura reacional de soja é microparticulada com rotação de 2.500 rpm a 5.000 rpm, por um período que pode variar de 15 minutos a horas; (c) após completa homogeneização da suspensão, são dosadas as enzimas amilase e celulase, as quais reagem por cerca de 2 a 4 horas a temperatura de 40 °C a 60 °C e pH 4,5 a 6,5; (d) a hidrólise proteica ocorre pela adição das proteases, as quais reagem por um período mínimo de 2 a 5 horas em pH 7,8 a 9,4 a temperatura entre 40 e 60 °C; (e) a mistura reacional é então mantida a temperatura entre 50 e 70°C por mais 2 a 4 horas, até observação de estabilização da reação; (f) com a base de aminoácidos sendo mantida em agitação lenta, variando de 120 a 250 rpm, temperatura sendo mantida entre 40 e 60 °C e pH sendo mantido em níveis superiores a 7,0, o sal contendo o mineral a ser quelatado é adicionado a mistura reacional, diretamente em seu estado sólido ou solubilizado em água, numa relação molar, ou proporção estequiométrica, de 1,0:1,2-1,8 mol de íons metálicos divalentes por mols de aminoácidos, respectivamente; e assim permanece por pelo menos 1 hora, antes de ser secado.
4. Processo para obtenção de concentrado de minerais orgânicos quelatados, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por após a etapa de hidrólise (e), a base de proteínas pode passar por etapa de precipitação das proteínas e remoção das impurezas.
5. Processo para obtenção de concentrado de minerais orgânicos quelatados, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por aminnáridnc noniiennc npntídpnc dprivadnc dp nrntpína hidrnlicada dp cnia mia matpria prima pode ser farelo de soja e/ou concentrado e/ou extrato proteico ou ainda isolado protéico de soja, contêm entre 42 a 70% de proteínas.
6. Processo para obtenção de concentrado de minerais orgânicos quelatados, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o sal metálico poder ser de metais bivalentes ou mesmo trivalentes, podendo ser escolhido dentre o grupo dos metais de transição como: cobalto, cobre, ferro, manganês, zinco e cromo; ou ainda metais alcalinos terrosos como cálcio e magnésio.
7. Processo para obtenção de concentrado de minerais orgânicos quelatados, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a relação estequiométrica ser de 1 mol de íons metálicos divalentes para 1-1,2 a 1,8 mols de aminoácidos.
8. Processo para obtenção de concentrado de minerais orgânicos quelatados, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o aminograma da soja segundo a invenção compreender as seguintes frações molares de cada aminoácido: 0,07 Asp + 0,05 Asn + 0,12 Glu + 0,05 Gin + 0,07 Ser + 0,08 Gly + 0,02 His + 0,06 Thr + 0,07 Ala + 0,06 Pro + 0,03 Tyr + 0,06 Vai + 0,01 Met + 0,01 Cys + 0,05 He + 0,08 Leu + 0,04 Phe + 0,06 Lys + 0,01 Trp; independente da proporção existente entre eles, sendo que pode-se ainda acrescentar aminoácidos sintéticos do aminograma da soja.
9. Concentrado de minerais orgânicos quelatados obtido por processo descrito nas reivindicações de 1 a 8, caracterizado por apresentar-se na forma de cálcio quelatado com aminoácidos oriundos da soja, naturais ou sintéticos, com concentração mineral de cálcio variando entre 20% e 26% com grau de coordenação ou quelação mínimo de 82% e constantes global de estabilidade (Ks) de valor aproximado a 10,9.
10. Concentrado de minerais orgânicos quelatados obtido por processo descrito nas reivindicações de 1 a 8, caracterizado por apresentar-se na forma de cobalto quelatado com aminoácidos oriundos da soja, naturais ou sintéticos, com concentração mineral de cobalto variando entre 14% e 21% com grau de coordenação ou quelação mínimo de 92% e constantes global de estabilidade (Ks) de valor aproximado a 11,6.
11. Concentrado do minoraic nrnânirnc ni lolatadnc nhtidn nnr nrnroccn docrritn nas reivindicações de 1 a 8, caracterizado por apresentar-se na forma de cobre quelatado com aminoácidos oriundos da soja, naturais ou sintéticos, com concentração mineral de cobre variando entre 20% e 24% com grau de coordenação ou quelação mínimo de 92% e constantes global de estabilidade (Ks) de valor aproximado a 12,0.
12. Concentrado de minerais orgânicos quelatados obtido por processo descrito nas reivindicações de 1 a 8, caracterizado por apresentar-se na forma de ferro quelatado com aminoácidos oriundos da soja, naturais ou sintéticos, com concentração mineral de ferro variando entre 20% e 23% com grau de coordenação ou quelação mínimo de 90% e constantes global de estabilidade (Ks) de valor aproximado a 10,4.
13. Concentrado de minerais orgânicos quelatados obtido por processo descrito nas reivindicações de 1 a 8, caracterizado por apresentar-se na forma de magnésio quelatado com aminoácidos oriundos da soja, naturais ou sintéticos, com concentração mineral de magnésio variando entre 13% e 17% com grau de coordenação ou quelação mínimo de 83% e constantes global de estabilidade (Ks) de valor aproximado a 11,4.
14. Concentrado de minerais orgânicos quelatados obtido por processo descrito nas reivindicações de 1 a 8, caracterizado por apresentar-se na forma de manganês quelatado com aminoácidos oriundos da soja, naturais ou sintéticos, com concentração mineral de manganês variando entre 19% e 22% com grau de coordenação ou quelação mínimo de 91% e constantes global de estabilidade (Ks) de valor aproximado a 10,7.
15. Concentrado de minerais orgânicos quelatados obtido por processo descrito nas reivindicações de 1 a 8, caracterizado por apresentar-se na forma de zinco quelatado com aminoácidos oriundos da soja, naturais ou sintéticos, com concentração mineral de zinco variando entre 20% e 24% com grau de coordenação ou quelação mínimo de 91% e constantes global de estabilidade (Ks) de valor aproximado a 11,9.
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