A biotecnologia dos bioaromas: Ingredientes naturais de origem microbiana aplicado a aromas Maringá

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ 
CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS 
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL 
ESPECIALIZAÇÃO EM BIOTECNOLOGIA E BIOPROCESSOS 
 
 
 
 
 
 
 
JUAN RAMOS COSTA 
 
 
 
 
 
 
 
 
A biotecnologia dos bioaromas: Ingredientes naturais de origem microbiana 
aplicado a aromas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Maringá 
2021 
JUAN RAMOS COSTA 
 
 
 
 
 
 
 
 
A biotecnologia dos bioaromas: Ingredientes naturais de origem microbiana 
aplicado a aromas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Short Review apresentado ao Curso de 
Especialização em Biotecnologia e 
Bioprocessos - EAD - turma 4, vinculado ao 
Programa de Pós-graduação em 
Biotecnologia Ambiental da Universidade 
Estadual de Maringá, como requisito parcial 
para obtenção do título de Especialista em 
Biotecnologia e Bioprocessos. 
 
 
 
 
Orientador: Prof. Msc. Thomas Kehrwald Fruet 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Maringá 
2021 
FOLHA DE APROVAÇÃO 
 
 
 
 
JUAN RAMOS COSTA 
 
 
A biotecnologia dos bioaromas: Ingredientes naturais de origem microbiana 
aplicado a aromas 
 
 
 
 
 
Short Review apresentado ao Curso de Especialização em Biotecnologia e 
Bioprocessos (EAD), vinculado ao Programa de Pós-graduação em Biotecnologia 
Ambiental da Universidade Estadual de Maringá, como requisito parcial para obtenção 
do título de Especialista em Biotecnologia e Bioprocessos e aprovado pela Comissão 
Examinadora composta pelos membros: 
 
 
 
 
COMISSÃO EXAMINADORA 
 
 
 Prof. Msc. Thomas Kehrwald Fruet 
Orientador 
Universidade Estadual de Maringá 
 
 
Prof. Dr. Andressa Domingos Polli 
Universidade Estadual de Maringá 
 
Prof. Dra. Ravely Casarotti Orlandelli 
Universidade Estadual de Maringá 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aprovado em: 27 de Fevereiro de 2021 . 
Defesa realizada por Webconferência 
DEDICATÓRIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Dedico este trabalho aos meus 
pais, pessoas que me incentivam 
a buscar conhecimento e me 
desenvolver a cada dia. 
AGRADECIMENTOS 
 
Agradeço a Deus por me capacitar com sabedoria, o desejo pela busca do 
conhecimento é uma das virtudes cruciais para o crescimento humano. 
Aos meu pais, Hermes e Dilma deixo meu agradecimento pelo incentivo aos estudos, 
por me mostrarem que o conhecimento é o único valor que não pode ser tirado do 
homem. 
 A minha esposa Hagda em especial agradeço o companheirismo, os conselhos nos 
momentos mais difíceis, seu apoio me ajuda a ser uma pessoa melhor a cada dia. 
Agradeço ao programa de pós graduação em biotecnologia ambiental a oportunidade 
de fazer parte da sua história como discente e de alguma forma poder contribuir em 
minha comunidade com conhecimento adquirido durante a especialização, deixo 
também um agradecimento especial ao meu orientador Thomas pela contribuição 
nesse trabalho, toda ajuda foi fundamental para que meu estudo fosse o mais 
consistente possível. 
EPÍGRAFE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“Aprendi que a coragem não é a ausência do medo, mas o triunfo sobre ele. O 
homem corajoso não é aquele que não sente medo, mas o que conquista esse 
medo.” 
 
(Nelson Mandela) 
 
 
A biotecnologia dos bioaromas: Ingredientes naturais de origem microbiana 
aplicado a aromas 
 
Resumo 
A busca por alimentos mais saudáveis tem movimentado a indústria de ingredientes, 
a cada dia o consumidor tem entendido e se preocupado com os itens que consome. 
O mercado de aromas está em frequente mudanças com um crescimento que 
apresenta bons resultados nos últimos anos, fator esse ligado a inovações e 
mudanças do hábito do consumidor, a busca por aromas naturais tem crescido devido 
onda de saudabilidade que movimenta o setor alimentícios, grande parte dos aromas 
naturais disponíveis atualmente são oriundos de fontes vegetais, onde os extratos e 
óleos são extraídos através de processos físico-químicos. A produção de aromas por 
vias biotecnológica utilizando subprodutos agroindustriais se apresenta como uma 
boa alternativa para redução de custos de produção, vistos que os processos atuais 
requerem um grande volume de material vegetal onde o rendimento final não é alto. 
Nesse trabalho foram apresentadas algumas rotas biotecnológicas de produção, bem 
como subprodutos agroindustriais que estão sendo utilizados atualmente na produção 
da vanilina, acetoína e limoneno-1,2-diol. O resultado da pesquisa demonstra que é 
possível o desenvolvimento de bioaromas a partir de fontes naturais e que temos 
algumas boas iniciativas sendo desenvolvidas no Brasil, mas ao mesmo tempo que, 
é necessário um maior foco da comunidade acadêmica em pesquisas que avaliem 
outras fontes de carbono como o hidrolisado de milho, bem como o desenvolvimento 
e prospecção de microrganismos que sejam resistentes a meios de cultura que 
contenham d- limoneno, recurso abundante mas que possui algumas características 
de atividade antimicrobiana. 
 
 
Palavras-chave:Limoneno-1,2-diol. Acetoína. Vanilina. Agroindustriais. 
Biotransformação. 
8 
 
INTRODUÇÃO 
O aroma é um dos principais atributos constituintes dos produtos alimentícios, 
correlacionando-se diretamente com o sabor, que podemos definir como a riqueza de 
sensações que o paladar em conjunto com o olfato proporciona. 
Devido à a sua importância sensorial na característica do produto, o aroma é 
utilizado para intensificar, padronizar e/ou reconstituir o aroma/sabor e os odores dos 
produtos alimentícios, impedir alterações, caracterizar e melhorar o perfil sensorial 
(FANI, 2011). 
Características sensoriais em particular o aroma, têm efeito sobre a escolha do 
consumidor, sua percepção é um processo dinâmico de uma série de eventos e leva 
o consumidor à aceitação ou a rejeição de um produto (FISHER; SCOTT, 1997). 
Compostos de aroma e fragrâncias obtidos por processos biotecnológicos têm 
grande importância devido ao aumento da preferência do consumidor por aditivos 
alimentares naturais e outros compostos de origem biológica. Eles não apresentam 
uma função química específica: podem ser hidrocarbonetos, álcoois, cetonas, 
aldeídos, ácidos, ésteres ou lactonas (ésteres cíclicos), éteres etc. (FONTANILLE, 
2002; SOARES et al., 2000; HUANG et al., 2001). 
Diversos estudos foram desenvolvidos no intuito de utilizar rotas 
biotecnológicas para produção de aromas naturais de maior valor comercial. A 
aplicação de resíduos de agroindústrias em bioprocessos é uma forma de utilizar 
substratos alternativos e, de alguma maneira, solucionar problemas de poluição que 
possam causar (PANDEY et al., 2000). 
 Paulino (2014) disserta a biotransformação do limoneno em α-terpineol. Nesse 
trabalho foram utilizados Bacillus tequilensis isolados de diferentes fontes como 
biocatalisadores na produção desses compostos. Galvão (2014) verificou a 
potencialidade da produção de compostos voláteis a partir da fermentação submersa 
utilizando resíduos de goiaba, maracujá e umbu como substratos utilizando 
Aspergillus niger, Kluyveromyces marxianus e Kluyveromyces lactis. A aplicação de 
enzimas selecionadas foi explorada para produção de aromas a partir da degradação 
da pectina fazendo o uso da fermentação em meio sólido (UENOJO, 2003). Nesse 
sentido, diversas linhas de pesquisas têm estudado a utilização de resíduos 
agroindustriais na de produção de aromas, como meio de oportunizar e agregar valor 
ao resíduo gerado pela indústria no campo. A relevância do estudo e os materiais 
científicos contidos nesse trabalho está de acordo com a transformação do hábito dos 
9 
 
consumidores em todo mundo, a busca por alimentos naturais e com características 
clean label é discutido cada vez mais por grandes companhias que lideram o mercado 
mundial de alimentação. 
Pautado em evidências e nos estudos científicos, o presente trabalho tem por 
objetivo reunir informações a respeito das principais rotasbiotecnológicas para 
produção de aromas e fragrância 
 
MATERIAL E MÉTODOS 
Para identificar os estudos que abordam o tema realizados no Brasil, uma 
revisão de literatura na base de dados (SciELO, Google Acadêmico) foi realizada, 
também foram utilizados dados de sites institucionais do governo e organizações 
privadas para aquisição de dados do mercado. As palavras-chave utilizadas nas 
bases de busca foram: aroma, resíduo-agroindustrial, biotecnologia, microrganismos, 
fermentação sólida, vanilina, acetoína, limoneno-1,2-diol. As buscas não foram 
limitadas por língua ou data de publicação. A última busca foi realizada em 23 de 
janeiro de 2021. 
Para a seleção dos estudos, utilizou-se como critério de inclusão estudos 
realizados no Brasil, completos e que abordassem o aproveitamento de resíduos 
agroindustriais na produção de bioaromas com o emprego de microrganismo na 
biotransformação, em qualquer idioma ou ano de publicação. 
A seleção inicialmente foi realizada a partir de títulos, seguida por resumos, e 
quando selecionados, por leitura completa dos artigos. Foram analisados aspectos 
como o tipo de microrganismo utilizado, processo biotecnológico empregado e 
resultados alcançados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 
 
 REVISÃO DA LITERATURA 
Contexto histórico mercado e sua importância para indústria 
 
Historicamente, gregos e romanos perfumavam seus vinhos com flores, ervas e 
outros condimentos exóticos, trazidos da Ásia e Egito pelos mercadores. Na Europa, 
essas especiarias foram misturadas, também, aos alimentos para torná-los mais 
atrativos e sensorialmente agradáveis (CHIAPPINI, et al., 2005). 
Na Idade Média, as especiarias aromáticas eram usadas como conservantes em 
um tempo em que não havia refrigeração, os egípcios já temperavam utilizando, 
cominho, coentro, gergelim, tomilho, a canela era utilizada como agente adoçante, 
também já exploravam o mel para este fim, nesse mesmo período monges faziam 
extratos para aromatizar os alimentos (FEMA, 2018). 
A produção e utilização de aromas e fragrâncias em escala industrial começou 
no século XIX com a extração de substâncias químicas responsáveis pelo aroma 
característico a partir de materiais naturais, como plantas, frutos, folhas, entre outros 
(MULLER et al., 2011). 
A síntese de substâncias químicas aromáticas que reproduzissem tanto o 
sabor, quanto o odor característico dos naturais tornou-se comum dando origem a um 
novo ramo de especialidades químicas. A rápida ascensão de indústrias específicas 
deste novo campo durante os últimos 100 anos tem sido impulsionada por uma grande 
demanda de produtos que contém aromas e fragrâncias (MULLER et al., 2011). 
Na sociedade moderna as fragrâncias são muito utilizadas e estão presentes 
em diferentes ramos, desde produtos de higiene pessoal tais como perfumes, 
sabonetes, shampoos, loções de banho e muitos outros cosméticos, até produtos de 
uso doméstico e limpeza em geral (MULLER et al., 2011). 
A fragrância é uma mistura complexa de compostos químicos individuais 
comportando-se de acordo com seus próprios atributos. Caracterizar essas moléculas 
separadamente e combinar seus efeitos, possibilita o entendimento do 
comportamento da composição total da fragrância em diversos meios. Algumas 
propriedades importantes dos compostos químicos de fragrâncias incluem 
volatilidade, peso molecular e estabilidade (TEIXEIRA et al., 2010; ZARZO; 2012). 
A consultoria Leffingwell & Associates mencionam que aromas são um dos 
componentes mais importantes para indústria de alimentos e representam cerca de ¼ 
do mercado mundial de aditivos alimentícios, o mercado deste setor cresceu 7% em 
11 
 
US$, dólares americanos, de 2017 em relação a 2016 (LEFFINGWELL & 
ASSOCIATES 2017). Em 2018, o mercado de aromas e fragrâncias foi avaliado em 
US$ 28,2 bilhões (INDUSTRYARC, 2019). 
A IAL Consultants apontou em sua 11ª edição de seu relatório sobre os 
mercados globais de Flavors & Fragrances que o mercado deve crescer a uma taxa 
média anual de 4,9% ao ano, para alcançar aproximadamente US$ 36 bilhões em 
2022. Do mercado mundial total, aromas representam aproximadamente 56% e 
fragrâncias para os 44% restantes. A Givaudan, a IFF, a Firmenich e a Symrise 
continuam ocupando as quatro primeiras posições no mercado global de sabores e 
fragrâncias. Suas vendas combinadas de sabores compostos e fragrâncias em 2017 
representaram cerca de 44% do mercado mundial (IAL Consultants, 2020). 
A International Fragrance Association (IFRA) aponta que que as vendas da 
indústria de fragrâncias passam de 7,3 bilhões de euros (mais de 33 bilhões de reais) 
ao ano. A contribuição da indústria ao Produto Interno Bruto (PIB) global é de 2,5 
bilhões de euros, segundo o estudo. Feito com base em dados de 2017 calculados 
em parceria com a consultoria PwC, o estudo não inclui Estados Unidos e Canadá, de 
modo que os valores globais são ainda maiores. Se incluída a contribuição à economia 
gerada na logística para transporte da matéria-prima, o valor agregado global é de 7,3 
bilhões de euros (IFRA, 2020). 
No Brasil, o relatório da IFRA mostra que o valor agregado à economia é de 
222 milhões de euros (mais de 1 bilhão de reais), respondendo por metade do 
mercado de fragrâncias da América Latina. O setor gera no país 1.300 empregos, 
segundo a associação (IFRA, 2020). 
 
 A ciência dos aromas: naturais, idênticos ao natural e sintéticos 
 
Aromas são produtos adicionados aos produtos alimentícios para conferir, 
modificar ou intensificar o sabor dos alimentos, com exceção de realçadores de sabor, 
considerados aditivos alimentares. Os aromas não incluem substâncias que conferem 
sabor exclusivamente doce, ácido ou salgado como por exemplo: açúcar, vinagre e 
sal (IOFI, 2010). 
As substâncias químicas promissoras de aroma podem ser classificadas devido 
à sua origem, em aromas naturais e aromas sintéticos. Schrader et al. (2004) definem 
aroma natural como produtos derivados de bioprocessos a partir de substratos 
12 
 
naturais, os quais já foram identificados em plantas ou outras fontes naturais. Segundo 
ANVISA (2007), os aromas podem ser classificados com base na sua origem, os 
aromas naturais são obtidos exclusivamente mediante métodos físicos, 
microbiológicos ou enzimáticos, a partir de matérias-primas naturais. Estas são 
produtos de origem animal ou vegetal, aceitáveis para consumo humano, que 
contenham substâncias odoríferas e/ou sápidas, seja em seu estado natural ou após 
um tratamento adequado, como torrefação, enriquecimento, enzimático, fermentação, 
entre outros. 
Os aromas sintéticos são compostos quimicamente definidos, obtidos por 
processos químicos. Estes são subdivididos em aromas idênticos aos naturais e 
aromas artificiais. Os aromas idênticos aos naturais são obtidos por síntese e aqueles 
isolados por processos químicos a partir de matérias primas de origem animal, vegetal 
ou microbiana que apresentam uma estrutura química idêntica à referida como 
naturais (ANVISA, 2017) 
Os aromas artificiais são obtidos por síntese, que ainda não tenham sido 
identificados em produtos de origem animal, vegetal ou microbiana, utilizados por suas 
propriedades aromáticas, em seu estado primário ou preparados para o consumo 
humano (ANVISA, 2017) 
Os aromas artificiais tiveram seu primeiro registro histórico em 1851, em uma 
exibição no Palácio de Cristal de Londres, na qual doces de abacaxi, pera, maçã e 
uva haviam sido aromatizados com compostos sintetizados em laboratórios, ou seja, 
pela primeira vez sem envolver partes das próprias frutas. Em 1867, uma tabela de 
fórmulas de autoria de Kletzinsky para “essências de frutas artificiais” foi publicada no 
Dingler’s Polytechnisches Journal (SILVA, 2020). 
 Consumidores, indústrias de alimentos, políticas governamentais e a mídia em 
geral tem despertado interesse cada vez maior nos alimentos nutricionalmente 
saudáveis. Assim,pesquisas em biotecnologia ganharam grande relevância nos 
últimos anos. Esta tecnologia está sendo utilizada para extração de bioaditivos 
alimentares, como por exemplo no uso de micro-organismos (ou suas enzimas) na 
elaboração de alimentos ou insumos para a indústria de alimentos. Os processos de 
obtenção devem atender aos dois critérios exigidos pelo novo mercado consumidor, 
considerando que os produtos sejam classificados como naturais e “ambientalmente 
amigáveis” (FELIPE; BICAS, 2016). 
 
13 
 
 
Produção biotecnológica de aromas 
 
O bioprocesso para produção de bioaromas ocorre por duas vias 
biotecnológicas: a síntese de novo e a biotransformação. A produção de aromas 
empregando-se apenas os meios de culturas convencionais é conhecido como 
processo de síntese de novo. Esses processos acontecem sem a adição de substratos 
especiais e dependem do arsenal metabólico do microrganismo para a produção de 
aromas. Em contrapartida, o processo de biotransformação tem como objetivo a 
utilização de um substrato especial e selecionado previamente, com isso parte da rota 
metabólica do microrganismo é capaz de biotransformar o substrato em um produto 
desejado (SERRA et al., 2005). 
O desafio na produção de aromas a partir de microrganismos está no 
conhecimento das vias metabólicas da formação dos compostos voláteis, sua 
natureza química, além das reações não enzimáticas que poderiam alterar ou destruir 
aromas desejáveis. A produção de aroma por células vivas depende, como qualquer 
processo fisiológico, de parâmetros exógenos, tais como técnica de produção, 
temperatura, aeração, pH, iluminação, agitação, atividade de água, pressão parcial 
dos gases e variedade de nutrientes e linhagem da cepa (GALVÃO, 2014). 
A composição do meio de cultura - fontes de carbono, nitrogênio e outros 
elementos são também fatores determinantes do tipo e quantidade dos compostos de 
aroma produzidos. Fosfatos e elementos traços, como ferro, zinco e magnésio estão 
envolvidos em várias etapas do metabolismo, consequentemente tem papel 
importante na produção de aroma, não apenas a presença como também a ausência, 
pode ser fundamental na produção destes compostos (ARMSTRONG; BROWN, 1994; 
AKSU;EREN, 2005). 
Os subprodutos da agroindústria são fontes de carbono proporcionando um 
meio importante para redução de custos de fermentação e minimizar problemas 
ambientais causados pela sua disposição, o que representa uma solução econômica 
e interessante para os países com uma abundância destes materiais, como é o caso 
do Brasil (GALEMBECK, 2010; VIRMOND et al., 2013). 
Em 2019 a BASF, uma empresa química alemã global e líder mundial na área 
química fez a aquisição da Isobionics, uma empresa de ingredientes de aroma 
baseada em biotecnologia, localizada em Geleen, na Holanda. A empresa desenvolve 
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e produz uma ampla gama de ingredientes naturais para o mercado de aromas e 
fragrâncias, com foco em componentes de óleo cítrico, como nootkatone e valenceno 
(BASF,2019). 
No Brasil,a Amyris, uma empresa americana de biotecnologia com sede em 
Emeryville (Vale do Silício) focada no desenvolvimento de ingredientes sustentáveis 
está construindo sua nova fábrica em Barra Bonita (SP), com investimentos em torno 
de US$ 75 milhões, a planta produzirá fragrâncias para cosméticos, essências para 
indústria alimentícia, onde utilizará xarope de cana como insumo em seu processo 
biotecnológico. Estima-se que a planta entre em operação em 2021, gerando cerca 
de 400 empregos na cidade. 
 
 
Subprodutos agroídustriais como substrato para produção de aromas 
 
Nos últimos 40 anos a produção agropecuária brasileira se desenvolveu de tal 
forma que o Brasil será o grande fornecedor de alimentos do futuro (CNA,2020). 
O agronegócio é o principal setor da economia brasileira, levantamento feito pela 
Confederação Nacional da Agricultura e Pecuária (CNA) mostra que o Valor Bruto da 
Produção atingirá R$ 728,6 bilhões em 2020, aumento de 11,8% sobre 2019, maior 
cifra em reais da história do setor. A expectativa é que o PIB do agronegócio passe a 
responder por 23,6% do total do País em 2020 no ano passado, ficou em 21,4% 
(CNA,2020). 
Segundo o Instituto de Economia Agrícola (IEA), a estimativa de produção mundial 
de açúcar para a safra 2019/20 será em torno de 174 milhões de toneladas. O Brasil 
deverá ser responsável pela produção estimada de 17,3% do açúcar mundial 
liderando o ranking dos maiores produtores, Tailândia e Índia figuram na segunda e 
terceira posição respectivamente. Fatores climáticos, principalmente disponibilidade 
hídrica, são os fatores que mais influenciam a produção (IEA,2020). 
Durante o processo de fabricação de açúcar, são gerados subprodutos e resíduos 
da produção, sendo que praticamente todos os estes podem ser aproveitados de 
maneira a aumentar os lucros da própria indústria e diminuir os custos de produção e 
impactos ambientais (MEZAROBA et al., 2010). 
O melaço, Figura 1, se constitui no principal subproduto da indústria do açúcar, 
sendo produzido na proporção de 40 a 60 quilos por tonelada de cana processada. 
No Brasil, devido ao elevado teor de açúcares totais e demais componentes, o melaço 
15 
 
é utilizado, principalmente, na fabricação de álcool etílico, sendo aproveitado, 
também, em outros processos biotecnológicos como matéria-prima para a produção 
de proteína, rações, levedura prensada para panificação, antibióticos, entre outros 
(ALCARDE, 2007). 
 
Figura 1-Melaço ou mel final. Fonte: Usina Cururipe (2021). 
O melaço de cana-de-açúcar é um substrato rico em açúcares fermentescíveis e 
minerais tais como manganês, magnésio, fósforo, potássio, zinco, sódio e cálcio, 
sendo considerado um bom substrato para o cultivo de microrganismos (DELGADO, 
1975). 
Para o desenvolvimento ou crescimento de qualquer tipo de microrganismo é 
preciso que o substrato preencha as necessidades nutricionais do mesmo e que seja 
economicamente viável. O melaço de cana-de-açúcar, que é um subproduto da 
indústria de açúcar, possui na sua composição uma grande quantidade de açúcares 
fermentescíveis e é considerado um resíduo de fácil manipulação, baixo custo, com 
grande potencial e muitas aplicações a nível industrial (LIMA, 1987). 
O milho já é responsável pela produção de cerca de 1,4 bilhão de litros do etanol 
total produzido no Brasil, somando-se o etanol anidro e hidratado. Os dados são da 
Companhia Nacional de Abastecimento (Conab). A exemplo da cadeia de cana de 
açúcar a produção de etanol a partir do milho vem se estruturando nos últimos anos 
a fim de se torna uma potência. Diante do forte potencial, essa nova cadeia que se 
estrutura no Brasil se mostra como uma fonte promissora de insumos, como o 
16 
 
hidrolisado de milho, recurso rico em carbono que pode ser utilizada em processos 
biotecnológicos. 
O grão do milho contém grandes moléculas de polissacarídeos (amido), que são 
carboidratos constituídos de unidades de glicose, que interagem entre si e formam 
pacotes compactados de carboidrato com baixa solubilidade em água. Por isso, é 
preciso degradar o amido e transformá-lo em açúcares solúveis (glicose e maltose) 
que serão usados na fermentação, Figura 2. No preparo do substrato, o milho é tratado 
para que dele se obtenha os açúcares. Na fermentação, os carboidratos são 
transformados em produtos biotecnológicos pela ação de micro-organismos 
(EMBRAPA, 2021). 
 
Figura 2- Aplicação de milho como substrato no desenvolvimento de bioprocessos. Fonte: 
Britannica (2021). 
 
O Brasil lidera mundialmente a produção de laranjas e de suco de laranja (BIZZO 
et al., 2009; LIN et al., 2013) e é um grande produtor de óleos essenciais. Neste 
contexto, faz sentido incluir a valorização dos subprodutos dessa cadeia produtiva 
nesse trabalho. Os resíduos resultantes do processamento de laranjas permitem a 
obtenção de um óleo essencial e do seu principal componente,R-(+)-limoneno, bem 
como de outros produtos, nomeadamente bioetanol e nanocelulose (TSUKAMOTO, 
2013). A cadeia citricula representam um importante papel na indústria alimentar, 
principalmente na produção de sumos. Mundialmente, estima-se que a produção de 
citricula ronde os 94,8 milhões de toneladas por ano, sendo o Brasil o líder mundial. 
17 
 
A nível global, estima-se que 31,2 milhões de toneladas de citrinos são 
processadas industrialmente por ano, produzindo 15,6 milhões de toneladas de 
resíduos (LIN et al,2013). 
O limoneno encontra diferentes aplicabilidades no setor industrial, servindo 
principalmente para a produção de solventes. Apesar disso, é também empregado na 
produção de aromas naturais ou sintéticos para a indústria de alimentos, cosmética e 
farmacêutica, além de ser considerado um importante precursor de outros compostos 
de aroma, tais como o α-terpineol e a carvona (MOLINA et al., 2015; NIKFAR; 
BEHBOUDI, 2014; RUIZ; FLOTATS, 2014). 
 
Biotransformação de subprodutos agroídustriais 
 
A extração de compostos de aromas diretamente da natureza apresenta como 
características marcantes o baixo rendimento de produto, o alto custo, além de 
demonstrarem forte dependência de fatores sazonais, climáticos e políticos. Além 
disso, em função da atividade de extração, pode implicar em problemas ecológicos 
(ZHOU et al., 2014). 
A extração da essência de baunilha, contendo vanilina como composto de 
impacto, ilustra bem esse cenário. Isso porque, para a produção de 1 Kg de essência 
de baunilha, estima-se, que sejam necessárias cerca de 500 vagens da orquídea 
Vanilla planifolia (GALLAGE; MOLLER, 2015). 
A vanilina (4-hidroxi-3-metoxibenzaldeído) é um dos compostos aromáticos mais 
apreciados no mundo e um importante flavorizante para alimentos, bebidas e é usada 
também em produtos farmacêuticos. Ela possui vários efeitos como prevenção de 
doenças, antimutagênico, antioxidante, conservante e antimicrobiano (CERRUTT, 
1996; SHAUGHNESSY, 2001). 
O aroma de baunilha, ou seja, a vanilina, é obtida da planta Vanilla planifolia na 
forma de gluco-vanilina, na proporção de 2% em peso. A fonte natural da gluco-
vanilina (a vagem da baunilha) pode fornecer apenas 20 t métricas das 12000 t 
métricas consumidas anualmente, cerca de 0,2% (BERGER, 2000). 
 
A produção de baunilha é um processo trabalhoso e de alto custo (a vanilina de 
extrato natural rende US$ 4000 por kg). Existe também a vanilina artificial, comumente 
derivada de licores de sulfito, produzidos durante o processamento da polpa de 
18 
 
madeira para a fabricação de papel. Porém, o extrato sintético de vanilina fornece 
apenas a nota sensorial principal do "flavour" de baunilha. Além disso, esse tipo de 
produção rende somente US$ 12 por kg para a indústria. Esses números demonstram 
o interesse industrial em encontrar novas alternativas para a produção de vanilina 
natural, que poderiam fornecer um preço significativamente maior quando comparado 
à produção sintética de vanilina (CLARCK,1990). 
No caso da produção biotecnológica de vanilina, geralmente são utilizados 
microrganismos como Saccharomyces cerevisiae geneticamente modificados e as 
maiores produtoras são as empresas Evolva-IFF,Mane, Solvay-Rhodia e BASF 
(FELIPE et al., 2017). 
Em 2014, a Evolva, uma empresa de biologia sintética suiça, e a gigantesca 
indústria americana International Flavors and fragrances (IFF) comercializaram o 
sabor vanilina biosintetizada, que agora é vendido como parte da linha “Always 
Vanilla” da IFF. A Evolva denomina sua vanilina de biologia sintética como “natural”, 
portanto competindo diretamente com a produção camponesa. 
Em destaque, a empresa chinesa Shanghai Apple Flavor & Fragrance Group 
Co. Ltd. que utiliza uma linhagem isolada de amostras de solos de pomar para a 
conversão de ácido ferúlico em vanilina, demonstrando que linhagens selvagens 
também tem potencial aplicação da produção industrial de bioaromas (XU et al.,2009). 
O ácido ferúlico (ácido 4-hidroxi-3-metoxicinâmico) é um composto fenólico 
encontrado principalmente na parede de células vegetais, como gramíneas, grãos, 
farelos e cascas de arroz, milho, trigo e outros cereais, além de madeira. Este 
composto raramente ocorre na natureza em sua forma livre, aparecendo de forma 
esterificada aos polissacarídeos da parede celular, especialmente arabinose, que 
consequentemente é ligada à xilana, indicando que o ácido ferúlico é derivado, 
portanto, de arabinoxilanas ferúlicas (COGHE et al., 2004). 
Resíduos agroindustriais, especialmente os de cereais, apresentam forte 
potencial de utilização como substrato para a biossíntese de compostos aromáticos 
fenólicos, uma vez que são fontes de ácidos hidroxicinâmicos. Para isso, diversos pré-
tratamentos como a hidrólise química ácida ou alcalina podem ser aplicados para 
promover a quebra das ligações covalentes entre as estruturas da planta e a 
subsequente liberação de ácido ferúlico ao meio (CRUZ; DOMÍNGUEZ; PARAJÓ, 
2005; MUSSATTO; DRAGONE; ROBERTO, 2007; SUN et al., 2018; TORRE et al., 
2008; TORRES et al., 2009). É possível fazermos uso do pré-tratamento enzimático, 
19 
 
a aplicação de enzimas como feruloil esterases, celulases e xilanases podem ser 
aplicadas com o objetivo de facilitar a despolimerização da lignina e solubilização do 
ácido ferúlico para sua utilização como fonte de carbono (DI GIOIA et al., 2007; 
FAULDS; WILLIAMSON, 1995; THIBAULT et al., 1998). 
A levedura Saccharomyces cerevisiae é amplamente utilizada para produção 
de cerveja, pão, vinho, bioetanol, químicos e produtos nutracêuticos e farmacêuticos. 
As vantagens dessa levedura como hospedeira para produção heteróloga incluem: (i) 
possui status GRAS (do inglês Generally Regarded as safe), o que facilita processos 
de descarte de resíduos e aprovação de produtos e processos; (ii) tolerância abaixo 
pH, o que garante baixo risco de contaminação bacteriana e elimina a necessidade 
de neutralizar produtos ácidos; e (iii) tolerância a inibidores fermentativos, como os 
presentes em hidrolisados de biomassa (BORODINA; NILSEN, 2014). 
Acetoína (3-hidroxi 2-butanona ou metil carbinol acetil) é uma sustância volátil 
bastante utilizada em produtos alimentícios, com a finalidade de intensificar o sabor e 
o aroma dos alimentos, deixando-os mais atrativos aos consumidores. 
Categorizada como agentes de aromas e fragrâncias,a acetoína é uma 
substância geralmente reconhecida como segura, Generally Recognized as Safe 
(GRAS) pelo Joint Expert Committe on Food Additives , JECFA (1998) e The Flavor 
and Extract Manufactures Association of the United States, FEMA(2008). A acetoína 
é usada como um ingrediente de aroma em formulações de morango, framboesa, 
baunilha, rum, manteiga, caramelo, coco, café e sabores de outras frutas. Geralmente 
a acetoína é adicionada aos produtos de panificação, doce, bebidas, entre outros 
(XIAO;LU, 2014). 
É um produto comumente produzido em processos fermentativos tanto por 
leveduras como por bactérias. Juntamente com o diacetil e 2,3-butanodiol, é um 
importante componente dos aromas de uma vasta gama de produtos lácteos, tais 
como queijo e manteiga. O composto também atua como potencializador de aromas 
como o de manteiga, vinagre e café. (TAKEMOTO, 2000). 
Além de ser produzida por processos biotecnológicos, pode ser obtida por via 
sintética a partir do diacetil por redução parcial (MERCK, 1990; COSTELLI, 2005; 
MARIOTTO, 2007). 
Correia (2015), realizou o estudo da produção do bioaroma acetoína por via 
bioquímica a partir de hidrolisado de melaço utilizando as bactérias do gênero Bacillus 
isoladas do sedimento de mangue da Lagoa do Araçá (Recife-PE). Foi possível 
20 
 
identificar nove espécies desse gênero (B.alvei, B. badius, B. circulans “A”, B. 
circulans “B”, B. coagulans, B. larvae, B. licheniformis, B. polymyxa, B. popilliae e 
B.subtilis.) sendo cinco espécies (B. subtilis,B. licheniformis, B. polymyxa, B. alvei e 
B. coagulans) produtoras do bioaroma acetoína. Os parâmetros avaliados foram 
agitação (0 rpm a 200 rpm), pH (6,5 a 8,5), concentração de melaço (60 g·L-1 a 100 
g·L-1) e como variáveis dependentes a conversão de substrato em produto por três 
bactérias (Bacillus licheniformis, Bacillus alvei e Bacillus polymyxa). A cepa de Bacillus 
licheniformis foi a bactéria que apresentou maior percentual de conversão de 
substrato em Produto YP/S (52,88%) com pH 6,5, agitação de 200 rpm e concentração 
de melaço de 100 g·L-1. Com esse estudo foi possível o autor concluir que a 
produção de bioaromas, utilizando hidrolisado de melaço por Bacillus pode ser uma 
alternativa de produção para gerar produtos com baixo custo e alto valor agregado. 
No trabalho de Costelli (2005), o autor estudou rotas para otimizar a obtenção 
de acetoína e outros aromas associados à sua produção, aperfeiçoando as condições 
de cultivo e os parâmetros cinéticos, utilizando como substrato glicose, fonte de 
carbono proveniente da hidrolise térmica da sacarose, tendo como foco principal 
estudar o efeito do pH inicial e do pré-inóculo na produção de acetoína. O 
microrganismo escolhido para a realização dos ensaios fermentativos foi a bactéria 
Bacillus polymyxa CCT 2479. O estudo mostrou que a fase lag é bastante influenciada 
pelo pH inicial de cultivo, variando de 37 até 8h. Constatou-se que a velocidade 
específica de crescimento celular da fase exponencial não variou de maneira 
expressiva, apresentando valores médios de 0,42h-1. A velocidade de consumo de 
glicose mostrou ser constante durante dois períodos do cultivo. O fator de conversão 
de substrato em célula (YX/S) apresentou um valor médio de 0,43g/g. Observou-se 
que a produção de acetoína inicia-se durante a fase exponencial de crescimento e 
continua na fase estacionária, indicando que sua produção não está diretamente 
ligada ao crescimento. A concentração de acetoína apresentou seu máximo para o 
pH inicial mais alto estudado (5,5) atingindo o valor de 7,8g/L. 
Dentro da mesma abordagem, Burdock (2010) salienta que o limoneno-1,2-diol 
ou limoneno glicol que é um óleo incolor a levemente amarelado com aroma de menta 
fresca com o consumo ligado ao odor/sabor usado em menta. (BURDOCK, 2010). 
O limoneno-1,2-diol é o produto da segunda via pela qual o limoneno é 
metabolizado, em que há uma epoxidação na dupla ligação entre os carbonos 1 e 2, 
seguido da formação do diol correspondente. O limoneno-1,2-diol pode ser 
21 
 
encontrado no mel produzido a partir de plantas do gênero Tilia, resultando da 
hidroxilação do limoneno (BLANK; FISCHER; GROSCH, 1989). Esse composto 
também é encontrado no extrato aquoso de Pinus koraiensis (LEE et al., 2017). 
Já Felipe (2015), realizou um estudo para isolar e selecionar microrganismos 
que fossem capazes de converter substratos terpênicos de elevada disponibilidade 
comercial no Brasil – limoneno, α-pineno e farneseno – em bioaromas. Para a 
prospecção dos microrganismos foram utilizados alguns insumos naturais como 
vejetais e frutas consideradas fontes de terpenos. Foram isolados 45 micro-
organismos (62,2% eram cocos Gram-negativos, 8,9% bastonetes Gram-positivo, 
13,3% bastonetes Gram-negativo, 4,4% leveduras e 11,1% fungos filamentosos) 
resistentes ao meio de cultivo contendo 1% (v/v) de limoneno e capazes de crescer 
em meio mineral contendo os substratos terpênicos testados (1% (v/v)) como única 
fonte de carbono e energia. 
Após o isolamento, os diferentes microrganismos isolados foram submetidos 
ao procedimento de biotransformação de substratos terpênicos. Dentre os 45 micro-
organismos selecionados, apenas um dos isolados (fungo filamentoso isolado do 
orégano) foi capaz de acumular um produto de biotransformação. Sua concentração 
foi estimada em 0, 168,42; 220,89; 262,37 e 208,29 mg L-1 após 0, 24, 48, 72 e 96h 
de biotransformação, respectivamente. Apesar do baixo rendimento o autor esclarece 
que o estudo é um importante avanço, podendo o estudo ser utilizado posteriormente 
como material de consulta para otimização e desenvolvimento de novas rotas 
biotecnológicas para produção do limoneno-1,2-diol. 
A produção de limoneno-1,2-diol por biotransformação fúngica utilizando 
Colletotrichum nymphaeae foi descrita por Sales et al. (2017), que obtiveram 
inicialmente uma produção entre 3.31 e 4.01 g/L de limoneno-1,2-diol dependendo do 
substrato utilizado (R-(+)-limoneno, S-(-)-limoneno e terpeno cítrico. Estudos 
subsequentes chegaram, após processo de otimização, a uma produção ótima de 
quase 8 g/L, utilizando o mesmo micro-organismo em biorreator de 2,5 L (SALES, 
2018). 
Em processos de biotransformação de terpenos, alguns desafios para 
recuperação do produto são: a baixa quantidade do acúmulo de produto, a baixa 
solubilidade em água de alguns substratos e produtos, além de sua instabilidade 
química e volatilidade. Para a viabilização do uso desses processos, a otimização das 
diferentes etapas do processo, a redução do número de etapas, além do uso de 
22 
 
ferramentas no processo ou na manipulação dos micro-organismos para aumentar os 
rendimentos de produção e diminuir o custo são necessários (BICAS; MOLINA, 2015). 
 
CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
A biotecnologia tem ajudado diversas áreas de alto impacto na vida humana a 
buscarem soluções seguras, saudáveis e que não agridam o meio ambiente, o setor 
de alimentos faz uso de diversos processos biológicos para produção de produtos. 
Nesse trabalho foram apresentadas algumas rotas de produção desse 
composto, fazendo uso de subprodutos como melaço e limoneno como substrato 
dentro do processo produtivo, algumas iniciativas e movimentações estão em curso 
no Brasil atualmente, devido a disponibilidade de matéria prima e uma cadeia bem 
estruturada, o Brasil se torna um importante celeiro de boas oportunidades para esse 
mercado biotecnológico que cresce de forma pujante. 
 A indústria de etanol de milho vem se desenvolvendo e se consolidando nos 
últimos anos, mostrando que a indústria da biotecnologia também pode se 
desenvolver no Centro-Oeste se valendo do hidrolisado de milho como substrato para 
outras rotas tecnológicas. 
Estamos vivendo no Brasil atualmente um momento único, onde estamos 
recebendo as primeiras usinas de etanol de milho em nosso país, a partir desse 
importante passo tecnológico novas rotas de produção de produtos biotecnológicos 
devem ser desenvolvidas, a partir dessa revisão bibliográfica foi passível evidenciar 
que ainda possuímos poucos estudos em nosso pais com foco no uso do hidrolisado 
de milho como substrato, restando a comunidade acadêmica se atentar a essa 
movimentação na economia e suportar a industria em projetos futuros. 
É preciso que cada vez mais tenhamos investimentos em trabalhos que fazem 
o estudo, experimentação e uso de subproduto visto o grande potencial que nosso 
país possui para revalorização e agregação de valor a esse insumo agroindustrial. 
 
 
 
 
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