PT101403A - Novos suplementos pigmentantes microalgais para alimentos compostos - Google Patents

Description

MEMÓRIA DESCRITIVA

NOVOS SUPLEMENTOS PIGMENTANTES PARA ALIMENTOS COMPOSTOS

Este invento refere-se a um novo suplemento pigmentante obtido de microalgas do género Chlorella para incorporação em alimentos compostos, particularmente em dietas para utilização em avicultura e aquacultura intensivas, complementando a sua pigmentação e conferindo ao produto alimentar uma cor idêntica à da espécie proveniente de habitat natural. A produção intensiva de animais, quer terrestres, quer aquáticos, para corresponder à procura crescente, só é possível mediante recurso a alimentos compostos que suplementem ou inteiramente substituem as fontes naturais de nutrientes. Diversas espécies são naturalmente pigmentadas com tonalidades de amarelo, laranja ou vermelho, em consequência do consumo de fontes alimentares contendo pigmentos carotenóides [T.Sommer, et ai, Aquaculture, 106, 63-74 (1992)] já que estes pigmentos não são sintetizados de novo nem produzidos a partir de precursores, in vivo [Torrissen, 1991; G.Choubert, INRA Prod. Animal, 5(4), 235-246 (1992)]. Assim, por exemplo, a cor vermelha dos salmonídeos em habitat natural, seja marinho, seja de água doce, resulta do consumo de fontes alimentares que contêm o carotenóide astaxantina [T.Sommer, et al., Aquaculture, 106, 63-74(1992)]. Não sendo aquelas espécies capazes de sintetizar carotenóides, é corrente a adição de carotenóides sintéticos à dieta de salmonídeos e de crustáceos de viveiro, para produzir uma coloração semelhante à das espécies da habitat natural, por forma a ter aceitação no mercado [ T.Sommer, et ai, Aquaculture, 106, 63-74 (1992); T.Kamata et ai, Nippon Suisan Gakkaishi, 56(5), 783-788 (1990)] e, em particular, a astaxantina e cantaxantína sintéticas são os carotenóides mais largamente utilizados para este fim [K.Schiedt et ai, PureAppI. Chem.,51, 685-692 (1985)].

Embora os pigmentos sintéticos sejam ainda mais baratos e de mais fácil manuseamento, cada vez mais o consumidor reclama uma alimentação natural [ver por exemplo M.Labatut & T.ln, Biofutur, 37-42 Novembre (1990)], o que levou à procura de fontes pigmentantes naturais em alternativa às de síntese.

Foram já estudadas diversas potenciais fontes naturais de pigmentos para aplicação na cultura de salmonídeos e de crustáceos, incluindo paprica [J.EIlis, Proceedings of World Symposium on Finish Nutrition and fish feed Technology, (J.E.Halver and K. Tiews eds.), vol.2, 353-364. Heenemann Verlagsgesellschaft M5H, Berlin (1979)] e flores diversas [T.Kamata et al., Nippon Suisan Gakkaishi, 56(5), 783-788 (1990); D.Peterson, et ai, Trans. Am. Fish. Soc., 95, 408-414 (1966); O.Torrissen et ai, Aquatic Sciences, vol. 1, issue 2, 209-225 (1989)], contudo a pigmentação resultante não é semelhante à cor natural, observando-se frequentemente o aparecimento de uma coloração amarelada devido à falta de xantofilas vermelhas [ T.Kamata et ai, Nippon Suisan Gakkaishi, 56(5), 783-788 (1990)], para além de que estas fontes podem conter substâncias tóxicas que impedem a sua utilização directa como fonte de pigmento dietético, implicando a obtenção de extractos antes da adição à dieta [T.Kamata et ai, Nippon Suisan Gakkaishi, 56(5), 783-788 (1990)].

Outras fontes de carotenóides estudadas incluem "krill" [T.Mori.ef ai, Comp. Biochem. Physioi, 93 B, 255-258 (1989); O.Torrissen et ai, Aquatic Sciences, vol. 1, issue 2, 209-225 (1989)], restos ou extractos de crustáceos - lagostins [D.Peterson, et ai, Trans. Am. Fish. Soc., 95, 408-414 (1966)], camarões [A.Saito & L.Regier, J. Fish. Res. Board Can., 28, 509-512 (1971); O.Torrissen et ai, Aquatic Sciences, vol. 1, issue 2, 209-225 (1989)]; J.EIlis, Proceedings of World Symposium on Finish Nutrítion and fish feed Technology, (J.E.Halver and K. Tiews eds.), vol.2, 353-364. Heenemann Verlagsgesellschaft M5H, Berlin (1979); G.Choubert & P.Luquet, Aquaculture, 32,19-26 (1983)], santolas [J.Spinelli, et al., J. Fish. Res. Board Can, 31(6), 1025-1029 (1974) e 1978)], as quais, embora produzindo pigmentação aceitável quando adicionadas à dieta de salmonídeos, não encontraram ainda larga aplicação em aquacultura comercial. De facto, o uso de crustáceos, de elevado teor em minerais e fraca digestibilidade, tem as desvantagens de requerer processamento complexo para melhoria da sua qualidade dietética e envolver um processo de secagem que conduz a uma perda considerável dos pigmentos [T.Kamata,et ai, Review Roum. Biochim., 14(4), 253-258 (1977); G.Choubert & P.Luquet, Aquaculture, 32, 19-26 (1983)]. A levedura Phaffía rhodozyma, embora constituindo uma fonte excelente de astaxantina para salmonídeos e lagostas [E.AJonhson, et ai, J. Fish. Res. Board Can., 34(12), 2417-2421 (1977)], requer a ruptura prévia das paredes celulares.

Mais recentemente foi analisado o potencial de diversas microalgas verdes como fontes de carotenóides para aplicação em avicultura [Gutton, 1970; Clément, 1974; Silerio et ai, 1976 cit. in G.Choubert, Aquaculture, 18, 135-143 (1979)] e aquacultura, já que a utilização de algas favorece o crescimento das espécies piscícolas [Ahmad, 1966; Gupta & Ahmad, 1966; Tang & Hwang, 1966; Zarnecki, 1967; Singh, 1970; Reed et al, 1974, cit. in . Avron et ai [Patente Australiana 71864/87, 20 Outubro 1987] descreve um suplemento alimentar para poedeiras incorporando algas do género Dunaliela previamente liofilizadas como fonte de vitamina A e de carotenóides capaz de intensificar a cor amarela das gemas dos ovos. Spencer [Patente Americana 4,871,551, 3 Outubro 1989] descreve composições dietéticas para aplicação em aquacultura incorporando pigmentos provenientes de microalgas do género Haematococcus previamente tratadas por "coating" ou por combinação com um anti-oxidante para evitar a degradação dos carotenóides. Contudo, verificou-se que, embora estas microalgas constituam uma fonte de pigmentação eficaz, quando as células sofrem ruptura prévia, a eficácia dos carotenóides desta origem é inferior à dos de origem sintética (T.Sommer, et ai, Aquaculture, 94, 79-88 (1991), T.Sommer, et ai, Aquaculture,, 106, 63-74 (1992). A alga verde azulada Spirulina [G.Choubert, Aquaculture, 18, 135-143 (1979); T.Mori, et ai, Nippon Suissan Gakkaishi,, 53(3), 433-438 (1987)] com teor em carotenóides de cerca de 5.6 mg/g de matéria seca (Costes, 1976, cit. in G.Choubert, Aquaculture, 18, 135-143 (1979)] não encontra aplicação em aquacultura para efeitos de pigmentação [G.Choubert, Aquaculture, 18, 135-143 (1979)] pois a sua incorporação na dieta origina uma pigmentação amarela acastanhada, não se observando fixação de carotenóides no músculo.

Até ao presente, o principal problema da industrialização de microalgas como suplemento dietético tem residido na necessidade de utilizar um método de ruptura celular para assegurar a possibilidade de utilização dos pigmentos, já que dispositivos como a prensa Francesa ou o desintegrador de Braun, embora eficazes para pequenas amostras , não são aplicáveis a volumes elevados e, para além disso, a secagem das células pode causar a sua ruptura mas resulta na perda ou diminuição drástica do teor de pigmentos (K.L. Simpson; T. Katayama & C.O. Chichester, Carotenoids in Fish Feeds, in Carotenoids and Vitamin A percursors, ed. J.C. Bauernfeind, Academic Press, Gainesville, 1981, p. 528), não tendo tido sucesso métodos de desintegração enzimática [J. Nakazie & M. Flata, Proc.Jpn. Soc. Sei. Fish, 53 rd Meet., Tokyo Abstr. N° 558 (1978)].

Para além disso, os pigmentos extraídos de fontes naturais requerem, por forma a evitar a degradação, o uso de antioxidantes. A encapsulação ou a complexação com polímeros, proteínas ou amino ácidos, em dispersões aquosas ou formulações lipídicas, permitem também melhorar a estabilidade de pigmentos, mas tecnicamente estas soluções, para além de encarecerem o produto final, levam a que os pigmentos percam o seu estatuto de extracto ou corante naturais [M.Labatut & T.ln, Biofutur, 37-42 Novembre (1990)].

Assim, o que é necessário na arte é um suplemento pigmentante natural que possa ser incorporado na dieta após simples separação e secagem e que não requeira qualquer processamento químico, físico ou enzimático, nem a adição de anti-oxidantes. Inesperadamente, a presente invenção responde precisamente a estas necessidades.

Este invento refere-se a um novo suplemento pigmentante obtido de microalgas do género Chlorella, espécie vulgaris para incorporação em dietas de animais, particularmente alimentos compostos para utilização em avicultura e aquacultura intensivas, complementando a pigmentação das rações e conferindo ao produto alimentar uma cor idêntica à da espécie proveniente de habitat natural, caracterizado por não necessitar de qualquer processamento químico, físico ou enzimático, nem da adição de antioxidantes, e por envolver a incorporação de biomassa das microalgas na dieta após simples separação e secagem dessa biomassa.

As microalgas do género Chorella encontram-se em habitats naturais quer de água doce, quer de água salgada (A.Richmond, Handbook of Microalgal Mass Culture. CRC Press. Boca Raton (1986), sendo contaminantes comuns de águas estagnadas e são já bem conhecidos métodos para a sua produção em massa (ver, por exemplo, Patente Japonesa 187082,1989). Para a produção de biomassa de Chlorella vulgaris foi utilizado o meio de cultura descrito por Sorokin e Krauss (Sorokin e Krauss cit. A. Richmond, Flandbook of Microalgal Mass Culture. CRC Press. Boca Raton (1986).

As culturas foram posteriormente transferidas para mangas de polietileno (Laig & Hepper, 1983) até uma capacidade de cerca de 40 litros e seguidamente diluídas para tanques de 2 m2 com agitação até atingir um peso seco de 0.3 a 1.0 g/l. Promoveu-se a carotenogénese das células microalgais por métodos já conhecidos (ver por exemplo, Patente Japonesa 187082, 1989), nomeadamente carência de nutrientes, aumento de salinidade e/ou aumento de luz absorvida. A biomassa foi recolhida por sedimentação, com ou sem adição de floculantes, seguida de decantação e secagem, podendo haver uma etapa prévia de centrifugação, contínua ou descontínua. Para a secagem da biomassa podem ser utilizados secadores convencionais, incluindo liofilizadores, evitando-se temperaturas elevadas e excesso de oxigénio e de luz que poderiam provocar a degradação dos pigmentos. A recolha da biomassa é efectuada quando a cultura tem uma concentração de 0.5-2.5 g (peso seco) por litro de cultura inicial. A recolha é efectuada após paragem da agitação com consequente sedimentação da biomassa. Esta sedimentação também pode ser induzida por floculação química por aumento do pH com NaOH, adição de cloreto férrico, cal ou quitosana ou ainda com o efeito conjunto de um floculante inorgânico com a quitosana (com a quitosana a ser adicionada necessariamente em primeiro lugar). A concentrações indispensável para que os floculantes promovam uma boa floculação/sedimentação é de 25-75 mg por litro de cultura, para os inorgânicos e de 20-40 mg por litro de cultura para a quitosana. A associação dos floculantes (quitosana com um floculante inorgânico) faz baixar a concentração de ambos, para a obtenção de uma boa eficiência. Neste caso basta utilizar 10-25 mg/l do floculante inorgânico com 10-20 mg/l de quitosana. A secagem da biomassa pode ser feita utilizando secadores de dispersão ou liofilizadores.

Nos secadores de dispersão é necesário optimizar as condições operatórias de modo a poder manter a temperatura na gama de valores não destrutivos para os pigmentos carotenóides, com consequente perda do princípio activo. Este controlo foi feito à custa do controlo da temperatura de entrada da bomba, do aspirador, do aquecimento e do fluxo de entrada. A biomassa de Chlorella vulgaris assim produzida constitui o novo suplemento pigmentante da presente invenção, sendo composta, entre outros, por luteína, cantaxantina, astaxantina livre e esterificada, 0-caroteno e clorofilas a e b, com um teor de pigmentos variável entre 0.2 e 1.5% de peso seco, e constitui um melhoramento significativo sobre outros suplementos pigmentantes porque sendo natural, não necessita dos tratamentos tecnológicos necessários aos suplementos já conhecidos obtidos de outras fontes naturais, incluindo os obtidos de outros géneros de microalgas, dispensando não só a ruptura das paredes celulares, bem como a adição de anti-oxidantes, a encapsulação, a complexação ou outros tratamentos estabilizantes.

Este novo suplemento pigmentante pode ser adicionado às formulações convencionais de alimentos compostos para animais, na gama de 10-200 ppm, dependendo da espécie, por exemplo 80-100 ppm para salmonídeos. Os alimentos podem ser preparados pelos métodos convencionais de moagem e granulação e administrados por técnicas convencionais.

Os animais aquáticos que podem beneficiar desta suplementação pigmentante da sua dieta com a composição em pigmentos da biomassa seca da presente invenção, incluem peixes, tais como salmão, truta, carpa, sargo, dourada, e crustáceos tais como camarão, gamba, lagosta, lagostim, lavagante, caranguejo, sapateira, santola. Outros animais e/ou produtos contendo uma desejável pigmentação amarela ou laranja, tais como frangos de carne e gemas de ovos de poedeiras, podem também beneficiar da composição da dieta da presente invenção.

Nos ensaios realizados foi obtida desejável coloração rosa "salmão" com trutas e salmões, bem como a cor amarela alaranjada das gemas dos ovos de poedeiras. A pigmentação obtida foi em todos os casos idêntica ou superior à obtida através da incorporação nas formulações de iguais quantidades de cantaxantina e astaxantina de origem sintética.

Para o uso dos pigmentos do suplemento da presente invenção em alimentação humana, por exemplo em óleos vegetais, pode proceder-se à extracção dos pigmentos carotenóides com o óleo alimentar e o produto resultante pode ser usado directamente sem qualquer tipo de processamento ou com processamento mínimo. Em alternativa, os carotenoides extraídos podem ser posteriormente purificados por técnicas convencionais, tais como adsorção, cromatografia, extracção por solventes, ou cristalização. A presente invenção encontra-se ilustrada nos Exemplos seguintes, mas é por eles não limitada.

EXEMPLOS

Exemplo 1.

Este exemplo ilustra a capacidade pigmentante da biomassa da Chlorella vulgarís na gema dos ovos de poedeiras. O ensaio foi efectuado com quatro conjuntos de cinco poedeiras da estirpe Hisex castanha com 57 semanas e decorreu durante 37 dias num pavilhão tipo convencional com baterias de três e quatro andares. A dieta continha 14.7 ppm de pigmento.

Os ovos foram colhidos diariamente, pesados, abertos e pesada a sua gema e a cor foi avaliada pela escala Roche Yolk Colour Fan.

Após este ensaio in vivo, verificou-se que não houve alteração da postura e os pigmentos introduzidos sob a forma de biomassa da Chlorella vulgarís causaram uma deposição na gema dos ovos que lhes deu uma coloração de 12-13 na escala Roche Yolk Colour Fan o que corresponde a uma concentração de 10.8 mg de carotenóides totais por grama de gema fresca. A pigmentação obtida com pigmento de origem sintética e sem a adição de pigmento correspondem a 13-14 e 5-6, respectivamente, na escala Roche Yolk Colour Fan e às concentrações de 14.6 mg e 2.1 mg de carotenóides por grama de gema fresca, respectivamente. 5

Exemplo 2.

Este exemplo ilustra a eficácia dos pigmentos carotenóides da Chlorella vulgarís em culturas intensivas de peixes, em substituição dos pigmentos sintéticos geralmente utilizados. A experiência foi efectuada com trutas Onchorynchus mykiss com um peso médio inicial de 100 g e separadas em oito grupos (duas réplicas de quatro dietas) de 30 peixes cada, no início da experiência. Cada grupo foi mantido em tanques de fibra de vidro com uma capacidade de 700 L em média, com renovação contínua de água, saturação completa de oxigénio e com uma temperatura média de 13-14°C. O ensaio decorreu durante 63 dias e cada uma das quatro dietas contendo 80 ppm de pigmento, respectivamente, astaxantina sintética, cantaxantina sintética, pigmentos totais de Chlorella vulgarís, contidos na biomassa seca com e sem moagem da biomassa, foi administrada duas vezes por dia ad libitum, a uma taxa de 2% do peso do corpo do animal.

Obteve-se para todos os casos uma coloração de 12-15 na escala colorimétrica da Roche - Colour Card for Salmonids, após 3 semanas de administração da dieta; e de 14-18 após 6 semanas a que corresponde 8-16 e 15-25 mg de carotenóides por grama de músculo seco, respectivamente. A coloração obtida é comparada em crú mas também no músculo do peixe depois de cozinhado, evidenciando igualdade em ambos os casos.

Claims (7)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Suplementos pigmentantes naturais obtidos de biomassa microalgal para incorporação em alimentos compostos, particularmente em dietas para utilização em avicultura e aquacultura intensivas, complementando a pigmentação das dietas e conferindo ao produto alimentar uma cor idêntica à da espécie proveniente de habitat natural, caracterizados por a sua obtenção não requerer qualquer processamento químico, físico ou enzimático, nem a adição de antioxidantes e por envolver a incorporação na dieta após simples separação e secagem.
2. 2. Suplementos pigmentantes naturais de acordo com a reivindicação 1, caracterizados por serem obtidos a partir da microalga do género Chlorella, por um processo de carotenogénese.
3. 3. Suplementos pigmentantes naturais de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizados por serem preferencialmente obtidos de Chlorella vulgaris e possuírem um teor em pigmentos totais na gama de 0.2 e 1.5% de peso seco.
4. 4. Suplementos pigmentantes naturais de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizados por a carotenogénese poder ser induzida por uma ou mais técnicas de maneio, a escolher de entre carência de azoto, excesso salino ou aumento de luminosidade, para produzir, dependendo do tempo de carotenogénese, quer um suplemento rico em luteína especialmente adequado para aplicação em poedeiras, quer um suplemento rico em cantaxantina e astaxantina, especialmente adequado para aplicação em salmonídeos e crustáceos.
5. 5. Um suplemento pigmentante natural de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o suplemento rico em luteína possuir um teor de 30-50% do total dos pigmentos.
6. 6. Um suplemento pigmentante natural de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o suplemento rico em cantaxantina e astaxantina possuir um teor de 50-80 % do total dos pigmentos. £ p (pcn · j) Premisturas ( ou núcleos ) contendo um suplemento pigmentante preparado de acordo com as reivindicações 1 a 6, misturado com os diversos outros componentes habitualmente utilizados nessas premisturas ( ou núcleos) tais como vitaminas, bacteriostáticos. oligoelementos, agentes ligantes, dispersantes , de revestimento, entre outros, e destinadas à preparação de alimentos compostos .
7. 8. Formulações ou alimentos compostos para alimentação animal incorporando os suplementos pigmentantes de acordo com as reivindicações 1 a 6, e/ou as premisturas ( ou núcleos ) obtidas de acordo com a t t

   reivindicação 7, caracterizadas por o teor de suplemento pigmentante se situar entre 1 e 50 gramas de biomassa seca por kilograma de alimento composto. 2